地球绕太阳运动的轨迹为椭圆,且太阳位于该椭圆的一个焦点上,因此地球绕太阳运动的速度每日都在变化,真太阳日有长有短。月球绕地球运动的轨迹为一更扁的椭圆,且地球和月球一起绕太阳公转,真太阴日也有长有短。当地球、月球和太阳相对位置不同时,地球上的海水所受到的天体引力有所差异,从而使得海水产生相对运动。海水除了受到天体的引力之外,还受到绕地球与月球、地球与太阳共同质心转动而产生的离心力作用,这种引力与离心力总称为引潮力,由其引起的海面升降称为天文潮。台风与寒潮等天气系统带来的大风或气压剧变也能引起海面水位异常升降,则称为风暴潮[3]。
从潮位随时间变化的过程曲线(图3-1)来看,海面上升到最高点时称为高潮,海面下降至最低点时称为低潮。在潮汐升降的每一个周期内,从低潮升至高潮所经历的时间称为涨潮历时,从高潮降至低潮所经历的时间称为落潮历时。在高潮和低潮之际,海面有短暂时间不做升降运动,称为停潮和平潮。相邻的高潮至低潮的水位差称为落潮潮差,相邻的低潮至高潮的水位差称为涨潮潮差。
潮位的分布特征曲线随着地点和时间而变化,从长期来看大致可分为3种类型,分别为半日潮、日潮和混合潮。在一个太阴日(24h50min)内发生两次高潮和两次低潮,相邻两次高潮和两次低潮的潮位大致相等,涨潮历时和落潮历时相同,潮位曲线近似为对称的余弦曲线,则称为半日潮,如图3-1(a)所示。我国青岛和厦门港的潮汐具有半日潮特点。在一个太阴月中的大多数太阴日内,每日出现一次高潮和一次低潮,则称为日潮,如图3-1(b)所示。我国南海的北部湾为典型的日潮潮汐海区[2]。
混合潮又分为不规则半日潮和不规则日潮。不规则半日潮基本具有半日潮的特征,在一个朔望月中的大多数日子里,每个太阴日内一般有两次高潮和两次低潮,但相邻的高潮或低潮的潮位高度相差很大,涨潮历时和落潮历时也不同。有少数日子的第二次高潮很小,半日潮特征不明显,如图3-1(c)所示。我国浙江镇海、福建诏安与香港海区内具有这种潮汐的特点。不正规日期的特征是在一个朔望月中的大多数日子里具有日潮型的特征,但有少数日子出现两次高潮和两次低潮的半日潮特征,如图3-1(d)所示。我国海南榆林海区符合不规则日潮的特点。
图3-1 潮汐月过程曲线[4]
潮汐存在着日不等、半月不等、月不等和年不等现象。地球上某点由于地球自转在一天内出现两次高潮和两次低潮,若该天月球的赤纬为零,则两次高潮大小相等,低潮亦然;若月球的赤纬不等于零则两次高潮不等,低潮亦然,从而形成了日不等现象。其中较高的高潮称为高高潮,较低的高潮称为低高潮,较低的低潮称为低低潮,较高的低潮称为高低潮。太阴潮和太阳潮形成的合成潮与月球、太阳和地球的相对位置有直接关系,每逢朔(初一)、望(十五)时,太阳、月球和地球在一条直线上,合成潮的高潮最高,低潮最低,潮差最大,亦名朔望潮;至上弦(初七、初八)和下弦(廿二、廿三)之日,地球、月球和太阳处于直角位置,出现半月中潮差最小的潮汐,形成了半月不等现象。月球绕地球公转的轨迹为椭圆,一个公转周期内月球距离地球的距离时远时近,对应的潮汐为远地潮和近地潮,在一个月之内变化一次,形成了潮汐的月不等现象。由于地球绕太阳公转的轨迹为一椭圆,且黄道与白道交点以周期18.61年不断移动,进而形成了潮汐的年不等现象。
海洋水文分析中经常需要利用已有的潮位资料来推算该地点将来的潮位变化规律,称为潮汐预报,调和分析方法是当今世界上用来预报海岸海域潮汐现象的主要方法。由于潮位曲线具有明显的周期特性,在数学上可以将其分解为多个振幅与位相不同的余弦曲线的叠加,每一个余弦曲线则代表一个假想的天体在天球赤道上做等速圆周运动所产生的潮位变化过程线。每一个假想天体引起的潮位余弦变化曲线称为分潮。分潮分为天文分潮、浅水分潮和气象分潮,调和分析中分潮的个数可以是11个、64个或更多,其中最主要的11个分潮的名称、符号、角速度与周期如表3-1所示,具体分析计算时常采用最小二乘法来进行。
表3-1 11个分潮特性表[3](www.xing528.com)
在工程实际应用中,根据当地全日分潮和半日分潮的振幅比值来判断潮汐类型,其比值为潮型数,计算为[2]
式中 A——潮型数;
AK1——K1分潮的振幅;
AO1——O1分潮的振幅;
AM2——M2分潮的振幅。
潮汐类型根据潮型数A来分类:当0<A≤0.5时为半日潮,当0.5<A≤2.0时为不规则半日潮,当2.0<A≤4.0时为不规则日潮,当A>4.0时为日潮。例如,我国青岛港的潮型数A=0.38,为正规半日潮;香港海区的潮型数A=1.4,为不正规半日潮;海南榆林港海区的潮型数A=2.7,为不正规日潮;东方港的潮型数A=6.48,为正规日潮[2]。
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