廈門大學海洋科學導論課件水文部分lect16-1212

1、1.近岸浪,(1) 水質點運動軌跡：圓橢圓 (2) 水深變淺，其波速波長都逐漸變小 (3) 折射：波峰線與等深線平行的趨勢 (4) 波高的變化,一是折射因子,二是群速的變化,(5) 波浪的破碎 (6) 海浪的反射與繞射,為什么？（2）、（3）、（4）,復習,2. 潮汐基本要素：高、低潮的潮高、潮時,高潮高,低潮高,潮差,高潮,高潮,低潮,落潮時,漲潮時,高 度,時間,落,潮,潮,漲,潮汐要素示意圖,高潮時,低潮時,3. 潮汐類型：正規(guī)半日潮、日潮、混合潮,北天極,南天極,春分點,2327,509,夏至點,冬至點,秋分點,降交點,升交點,天 軸,時角Z,赤緯,天頂距,天子午圈,時圈,天赤道,天體

2、,日時圈,日赤緯,天頂,天底,天體方位圈,四個角距離,時角可用時、分、秒表示，每15 為1時，順時針方向，從024時，T與地方時的關系t為 T=15 t+180,10. 五個運動方向,定義 向南（北）運動：沿經圈或時圈或天子午圈向南極（北極）運動，終點在南極（北極），南北方向為有限方向 東西方向為無限方向，運動方向與地球自轉方向一致即向東運動，運動無終點 1) 地球的自轉方向：自西向東 2) 月球繞地球的公轉方向：自西向東 3) 地球繞太陽公轉方向：自西向東 4) 太陽周年視運動：自西向東 5) 天體周日視運動：自東向西,11. 時間單位,平太陽日：天文學上假定有一個太陽（平太陽）在天赤道上作

3、等速運行，其速度等于運行在 黃道上的真太陽的平均速度。這個假想的太陽連續(xù)兩次經過上中天的時間間隔叫做一個平太陽日。 1/24的平太陽日=1個平太陽時 平太陰日：假想的、等速在天赤道上運行的平太陰連續(xù)兩次通過上中天的時間間隔，叫做一個平太陰日。 1平太陰時=1/24平太陰日 1平太陰日=24.8412時=24小時50分,地球自轉以及月球繞地球公轉都是自西向東轉，當?shù)厍蜃赞D一周(24平太陽時)后月球也向東移了12.2，因此地球必須再轉50分鐘才能使月球重新位于觀測者的中天。,朔望月(Synodic Month）：月相完全更替一輪的周期。 其平均長度約為29.5306日 地方時：當某地的天子午圈與太

4、陽的時圈重疊，且太陽上中天時為12時，而太陽下中天時為0時，這樣確定的時間稱為某地的地方時。,蘭色表示地球、黃色表示太陽、灰色表示月球，其中面向太陽的一面以淺灰表示。 地球中心表示北極或南極，地球自轉一周為24小時，時間如內圈所示。綠點表示觀測者所在位置，圖中表示起始時刻為半夜0：00。月球繞地球一周大約30天，時間如外圈所示。地球邊上的紅色和灰色外圈分別表示太陽和月球所引起的潮汐橢球，可見月球的引潮力比太陽大。,地、月共同繞太陽運動之情形,Tide producing forces( 引潮力),Earth-Moon Earth-Sun,海洋潮汐是由天體（主要是月球和太陽）的引潮力產生的Tid

5、es are generated by a combination of gravity and the motion of the Earth, moon and the sun,Gravitational and centrifugal forces act to keep the Earth-Moon system in balance,月球能夠穩(wěn)定地繞地球公轉，系因離心力與引力相平衡，從力學觀點來看與左下圖人甩流星錘時的力學平衡方式並無大異。摘自Stowe, K. (1995) Exploring Ocean Science, 2th ed.。,月球引力,公轉慣性離心力,Barycen

6、ter,The barycenter is located in the Earths mantle because the Earth is larger than the moon -is a balance point The barycenter is the center of orbit of the Earth-moon system around the Sun,Newtons Law of Gravitation(1686) (萬有引力定律) every particle of mass in the universe attracts every other particl

7、e of mass The gravitational force is directly proportional to the product of the two masses and inversely proportional to the square of the distance between them,M Mass of the Moon D distance between the center of the moon and the earth K universal gravitational constant(萬有引力常數(shù)),設地球繞地月公共質心公轉的加速度a,Th

8、e centrifugal force acting on each unit mass on the Earth:,Centrifugal Force,Centrifugal force,方向與地月中心連線平行，且背離月球,Gravitational force(月球引力）,K=universal gravitational constant(萬有引力常數(shù)) M is the masses of the Moon x is the distance between the centers of the masses,The gravitational force acting on each

9、 unit mass on the Earth:,Gravity,方向都指向月球中心,Balance Between Gravity and Centrifugal Forces,The Earth-Moon system act as a complete system with a common center of mass located somewhere between the two. The Net Result: these two forces are exactly in balance so that the system is in equilibrium. The r

10、esultant of these two forces is known as the Tide-Producing Force (TPF,引潮力).,月球引潮力：地球繞地月公共質心所產生的慣性離心力與月球引力的合力,Balance of forces,(二) 引潮力公式,1. 任一點上的引潮力,設地球半徑r，月球中心到地球表面任一點P的距離為x。若考慮一個天體方位圈，即以地心為圓心，過天體(月球M)、天頂(P)做大圓圈。為天頂距（天體與天頂在天球上所張的角度）,則P處單位質量海水所受的月球引力為,方向指向月球,公轉慣性離心力為,方向與地月連線平行，且背離月球,P點所受引潮力,將F投影到水平

11、和垂直方向上，稱之為水平引潮力和垂直引潮力,Q,Q,在MPQ中,此式根據牛頓二項式展開，并略去(r/D)2等高階小量后得,而垂直分量FV,可見月球引潮力的鉛直分量和水平分量為,同理可得太陽引潮力的鉛直分量和水平分量為,2. 結論,1) 引潮力天頂距，F(xiàn)V在A、B兩點最大(=0、180)，約為1.1510-7g，方向都背離地心。而在C、D點(=90)，F(xiàn)V只有A、B兩點對應分量的一半，方向指向地心,2)FH在A、B、C、D點為0，而在F、G、H、K點達最大值。 當月=0，F(xiàn)H與地軸或赤道成對稱分布。在一個半球都指向A，在另一個半球都指向B 當月0，F(xiàn)H相對地軸或赤道的分布便不對稱,3) 地球中心

12、，fcm=fpm，月球引潮力為0,4) 太陽引潮力（FH或FV) 與F月對應分量的分布情況相似,5) 海洋潮汐現(xiàn)象主要是由月球引潮力產生的，其次是太陽,太陽：,其他天體，如金星,Moon the major player,(三) 引潮力勢,1. 定義：自地心(引潮力為0)移動單位質量物體至地表面上任一點克服引潮力所做的功,2. 對月球，其引潮力勢為，（只有垂直引潮力作功）,Equilibrium Tidal Theory平衡潮理論,假設前提 (1) 地球為一圓球，其表面完全被等深的海水所覆蓋，不考慮陸地的存在 (2) 海水沒有粘滯性(without viscosity)，也沒有慣性(witho

13、ut inertia)，海面隨時與等勢面重疊 (3) 海水不受地轉偏向力和摩擦力(without Coriolis force or friction force)的作用,2. 理論,基本思想：,等勢面：位勢相等的點連成的面。從地心移動單位質量物體到某一點，克服重力和引潮力所作的功，叫做這一點的位勢，,不考慮引潮力的等勢面,考慮引潮力后的等勢面,說明：,1）當月=0時,橢球的長軸垂直于地軸 正規(guī)半日潮,Rotating Earth beneath tidal bulges,=0，正規(guī)半日潮 |90，如B站，正規(guī)日潮 |=，如A站，潮汐日不等 | 90 ， |，潮汐日不等,2) 當月0時,B,A,3. 總結,赤道上始終是正規(guī)半日潮 當月0時，兩極高緯度地區(qū)(|90|)出現(xiàn)正規(guī)日潮 當月0時，其他緯度出現(xiàn)日不等現(xiàn)象 0，半日潮成分越大 90，日潮成分越顯著,Effect of changing moon position,Example