测者位于照耀圈的另一半圆(图的背面)即月出没时,又出现第二次低潮。由此可见,高潮应发生在月中天时,低潮则应发生在月出没时。
但实际上由于海水有粘滞性,而且海水与地面之间有摩擦力以及各地地形不同等原因,高潮发生的时刻要比月中天的时刻向后推迟一段时间,月中天到第一次高潮发生的时间间隔称为高潮间隙;而低潮发生的时刻由于上述原因,也往往不在月出没时刻,同样需要向后推迟一段时间,月中天到第一次低潮发生的时间间隔称为低潮间隙。
各地的高潮间隙和低潮间隙可以通过长期的观测积累求得。在农历初一,月亮上中天的时刻为1200,下中天的时刻为0000,而在农历十五日,月亮上中天的时刻为0000,下中天的时刻为1200。如能知道某地的高(低)潮间隙,即可概略估算出该地的高、低潮潮时。
2.一个潮汐周期的时间:为24小时50分钟,亦即高潮潮时每天向后推迟50分钟。 月球是地球的卫星,它绕地球自转,其公转的轨道称为白道。月球绕地球公转时,并不是绕地心
转动,而是绕月亮和地球的公有质心旋转,公转的周期称为恒星月,即27.32天。 如图1-3-6中,设地球上某点A,当月球在M1时,该地月亮上中天,则当地球自转一周经24小时后,月亮将在白道上由M1转移至M2,M1M2这段弧距约为13°(即360°/27.32天=13°),因此A地第二天月亮上中天的时刻将较前一天向后推迟一段时间。由于地球自转一周
图1-3-6月地运动示意图
(360°)需要24小时,因此每小时自转
15°,即地球每自转1°约需4分钟,现A点需再转13°月球方能再次上中天,即A地后一天月亮上中天的时刻较前一天后移约50分钟,因此一个潮汐周期为24小时50分钟,而不是24小时,即高潮潮时每天向后推迟50分钟。 四、潮汐不等现象 1.潮汐周日不等现象
(1)月球赤纬(δD)等于0°时的潮汐现象
月球绕地球公转的轨道——白道,其与地球赤道最大的夹角28°36ˊ,因此月球相对于地球的位置每天都是变化的。当月球的赤纬等于0°时,地球上各地的潮汐现象如图1-3-7所示。归纳其特点如下:
1)除两极无潮汐外,各纬度所在地区在一个潮汐周期内都出现两次高潮和两次低潮; 2)各纬度所在地区从高潮到低潮,与从低潮到高潮的时间间隔均为6小时12.5分; 3)高潮时,赤道上的潮高最高,随着纬度的增加,潮高逐渐降低,但相同纬度所在地的两次
高潮潮高相等,两次低潮潮高也相等。
月赤纬等于0°或太阳赤纬等于0°时的潮汐现象,称为分点潮(Equinoctial Tide),也叫赤道潮。太阳赤纬等于0°时的潮汐现象与月球赤纬等于0°时的潮汐现象相似,但潮高较低。
(2)月球赤纬(δD)不等于0°时的潮汐现象。
图1-3-7月赤纬等于零时的潮汐椭圆体
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如图1-3-8:设月球赤纬为北赤纬,这时潮汐椭圆体长轴与赤道面之间的夹角就等于月球赤纬,也等于照耀圈与地轴之间的夹角。显然,对着月球与背向月球的两侧各地都是高潮,照耀圈上各地都是低潮。图中D2点的纬度?为90—δD,假定δD=20°时,则D2的纬度为70°N。在D1 D2范围内的各点,其纬度均大于90—δD,由图可见:当δD≠0时,不同纬度范围地区的潮汐现象差别较为显著。
在?<90—δD地区的各地,如Z1处,月亮上中天时出现第一次高潮。由于地球自转,经12小时25分钟后,Z1转至Z3处,此时月亮下中天出现第二次高潮,但这两次高潮的潮高不等。又因Z1与Z3处于照耀圈两边的距离圈不等,即Z1 Z2> Z2 Z3 ,因此,从第一次高潮到第一次低潮(即照耀圈上的Z2点)之间的时间间隔,大于6小时12.5分,可见在上述地区。在一个潮汐周期内,有两次高潮和两次低
图1-3-8月赤纬不等于零时潮汐椭圆体 潮,但两次高潮的潮高不等,涨、落潮所需的时间
不等,这种性质的潮汐,称为混合潮(mixed tide)或不正规的半日潮。
至于在?≥90—δD地区的任何地点,当月球上中天时出现第一次高潮,如D1点,经12小时25分钟后,D1才能转到照耀圈上D2的位置,出现低潮;由D2转到原来位置,也需经12小时25分钟,这表明在一个潮汐周期中,只能出现一次高潮和低潮,这种性质的潮汐,称为日潮(Diurnal Tide)。赤道上的潮汐现象与δD =0时的情况相同,只是两次高潮的潮高稍低。月赤纬不等于0°时,地球上不同地区的潮汐现象的特点可归纳如下:
1)在一个潮汐的周期中,在?<90°-δD的地区出现混合潮(也称不规则半日潮),在赤道地
区出现半日潮;在?≥90°-δD地区出现日潮。 2)除赤道地区外,各地的高潮与低潮之间的时间间隔均不等于6小时12分。 3)除赤道地区外,各地两次的高潮潮高均不等。
当月球赤纬最大,并在回归线附近时,上述潮高和涨、落潮时间间隔不等的现象即潮汐周日不等的现象最为明显,这种潮汐,称为回归潮(Tropic Tide)。 2.潮汐半月不等
潮汐现象主要是由于月亮和太阳共
同作用的结果。由于月球、太阳和地球在空间的相对位置不断地循环变化,从而引起地球上的潮汐现象也发生相应的周期性的显著变化,这种现象称为潮汐
图1-3-9大潮的产生
的半月不等。在朔(农历初一,也称新月)或望(农历十五、也称满月)日,太阳、月亮和地球的位置差不多在一条线上(或在同一子午圈上),如图1-3-9,这时太阳引潮力和月球引潮力几乎作用于潮汐椭圆体长轴的同一方向,互相叠加,因而出现了高潮最高和低潮最低的潮汐现象,这时高潮潮高
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图1-3-10小潮的产生
与低潮潮高之差也最大即潮差最大,称为大潮(Spring Tide)。
在上弦(农历初七、初八)或下弦(农历二十二、二十三)日,太阳、月亮和地球三者在空间的位置近于成直角(如图1-4-10),太阳引潮力方向与月亮引潮力方向近于垂直,最大程度地互相削弱,使潮汐椭圆体最不扁长,因而出现了高潮最低和低潮最高的潮汐现象,这时潮差最小,称为小潮(Neap Tide)。 大潮和小潮在农历一个月中各出现两次,因此潮差是以半个太阴月(约14.5天)为周期变化的,故称为潮汐半月不等。除朔、望、上弦和下弦日以外,其他日期的潮汐情况则介于大潮日和小潮日之间。 3.潮汐的视差不等
由于月球绕地球公转的轨道——白道呈椭圆形,而地球则位于椭圆轨道的一个焦点上。当月球位于近地点时(距离约等于57个地球半径)其引潮力要比在远地点(距离约等于63.7个地球半径)时大40%左右,这种潮汐不等是由于地球和月球距离变化而产生的,故称为潮汐的视差不等或月视差不等,其周期为27.32天。同理:太阳潮中也有视差不等现象,当太阳位于近地点时,其引潮力比在远地点时的引潮力大10%左右,但其周期为365.25天,故称为太阳视差不等或年视差不等。
第二节 有关潮汐与潮流的名词术语
在论述潮汐成因、潮汐不等等问题时以介绍了一些潮汐术语,为了便于掌握和运用潮汐计算方法,再介绍一些潮汐术语如下(有关概念可参照图1-3-11理解):
图1-3-11潮汐图解
1. 潮高基准面(Tidal Datum);潮高基准面是指潮高的起算面。在绝大多数情况下,
潮高基准面与海图水深基准面相一致,这样便于计算实际水深。即:
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实际水深=海图水深+潮高
有些旧版海图,其水深资料不按“理论深度基准面”计算,而可能是采用“略最低低潮面”计算的,因而海图基准面与潮高基准面二者不一致,如图1-3-12所示,此时求实际水深,就必须进行“基面改正”。
进行基面改正计算实际水深的公式是: 实际水深=海图水深+潮高+基面改正值(△) 基面改正值(△)=海图水深基准面-高潮基准
面例1-3-1:已知2002.2.2某时佘山附近某处海图水深20m,当时该地潮高441cm。佘山潮高基准面在平均海面下229cm,海图水深基准面在平均海面下270cm,求该时当地实际水深。 解:如图1-3-12:由基面改正实际算实际水深的公式:
图1-3-12水深与潮高
实际水深=海图水深+潮高+ △ 代入得:
实际水深=20+4.41+(2.70-2.29)
=24.82m
2.平均海面(Mean Sea Level)
在不同的气象和天文条件下,海面的高度很不一致。为了解海面的涨落情况及海洋深度的变化过程,必须能基本上排除气象和天文潮影响的理想海平面,这就是平均海面,用符号(MSL)表示。
一般来说,将某一位测量站长期连续观测的水位资料,加以逐日逐时的平均,其平均值(由水尺零点算起)即为平均海面。实际上是每小时水位测量高度的算术平均值。根据所取资料时间的长短,平均海面又可分为月平均海面、年平均海面和多年平均海面。由于观测时间较长,一些在短期内扰动海面高度的因素可能相互抵消或将其影响减小到最低程度,因此在时间上,至少取一年中每小时海面高度的平均值作为平均海面高度,根据理论计算则应取19年中每小时海面高度的平均值作为平均海面高度才较精确。我国统一取黄海(青岛)的平均海面作为高程的起算面。它位于青岛验潮站水尺零点之上2.38m。
3.平均海面季节改正数(Seasonal Change in Mean Sea Level)
由于海面水位高度会受气象情况变化又随不同的季节而变化,因此平均海面的高度也会随季节的不同而稍有变化。统计多年的每月的平均海面与每年的平均海面高度之差,称为平均海面季节改正数,单位为厘米。
4.高潮(H W)、低潮(L W)、平潮、停流、高(低)潮潮时(HW time或LW time) 在一个潮汐周期内,某海域海面升到最高位置时叫高潮(High Water)。海面降到最低位置时叫低潮(Low Water)。出现低潮的时刻叫低潮潮时(Low Water Time)。在高潮发生后,海面有一段暂停升降的过程,叫平潮(Slack);在低潮发生后,海面有一段暂停升降的过程,叫停潮 (Stand)。 5.涨潮、落潮、涨潮时间、落潮时间、平潮时间
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