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海洋潮汐与平衡潮及实际潮汐现象的关联

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:但平衡潮完全是一个假想的状态,实际的海洋潮汐由于受到海岸地形、海底摩擦、海水惯性等各种因素的影响,呈现非常复杂的变化。总体上,平衡潮理论能解释潮汐的主要现象,基于引潮力(势)展开,理论上获得了潮汐的频率结构。由图2.15可看出实际潮汐变化的如下规律性:四个验潮站的潮差在一个月内都出现了两次极大与极小。四个验潮站的日潮不等现象都取决于月球赤纬。

海洋潮汐与平衡潮及实际潮汐现象的关联

在平衡潮假设条件下,引潮力使地球海洋表面时刻保持对应的平衡潮面,在正对和背向月球的位置形成高潮,这解释了地球绝大部分地点一天出现两次高潮的现象;由于月球运行轨道面与赤道面不重合,这解释了日潮不等现象;由月球和太阳的位置关系(表现为月相或农历)可以解释大潮和小潮现象。而对引潮力(或引潮势等)的展开获得了潮汐变化的频谱结构(包括分潮的振幅、角速率和相角等)。这些成就奠定了海洋潮汐科学基础。但平衡潮完全是一个假想的状态,实际的海洋潮汐由于受到海岸地形、海底摩擦、海水惯性等各种因素的影响,呈现非常复杂的变化。平衡潮与实际海洋潮汐现象之间主要存在如下不相符:

(1)在平衡潮理想情况下,月中天时刻应出现高潮,但因海水有惯性,而且海水深浅不一、岸形复杂以及海水流动受到摩擦力等作用,所以实际上要经过一段时间才发生高潮。从月中天至出现高潮的时间间隔,称为高潮间隙,一般在数十分钟内。

(2)在平衡潮理想情况下,潮差在一个月内随着月相变化而呈现明显的规律:在朔望,月、日的引潮力方向一致而潮差达到半个月内最大,发生大潮;而在上下弦,潮差达到半个月内最小,发生小潮。实际上,潮差的这种变化规律只发生在(规则或不规则)半日潮类型海域,即大潮与小潮概念只存在于(规则或不规则)半日潮类型海域。而且实际的大潮发生在朔望后一段时间,从朔望至大潮来临的时间间隔,称为半日潮龄,我国海域一般为2~3天。

(3)在平衡潮理想情况下,随着地理纬度向南北极增大,日潮不等也相应增大,进而使得地球表面呈现不同的潮汐类型,潮汐类型分布完全取决于纬度。但实际上,潮汐类型的分布要复杂得多,如渤海以不规则半日潮类型为主,东海以半日潮类型为主,而南海以不规则日潮为主。

(4)在平衡潮理想情况下,月球达到赤纬最大时应出现回归潮,实际上从月球最大赤纬至发生回归潮之间间隔一段时间,称为日潮龄,我国海域一般约2天。而且对于(规则或不规则)日潮类型海域,每月两次的回归潮与分点潮分别对应于潮差的极大与极小,类似于(规则或不规则)半日潮类型海域的大潮和小潮。

(5)从月球近地点至最大潮差的时间间隔,称为视差潮龄,通常为2~3天。

(6)平衡潮理论计算海洋能达到的最大潮差约0.9m,而实际潮差普遍大于该值,大陆架海区的潮差通常比该值大得多。如我国沿海各地的平均潮差为0.7m至5.5m,杭州湾的最大潮差能达到约9m。(www.xing528.com)

总体上,平衡潮理论能解释潮汐的主要现象,基于引潮力(势)展开,理论上获得了潮汐的频率结构。实际海洋潮汐呈现更复杂的变化,体现于分潮振动幅度与相位、潮汐类型、潮差等非常复杂的空间变化。图2.15为我国沿岸四个长期验潮站某月同步实测水位变化曲线(潮汐类型分类依据见2.4.1.3),横轴为日期,纵轴为水位在平均海面上的高度,单位为米。图上方图例表示四种月相特征(参照图2.6或图2.11);而图下方字母表示月球赤纬与月地距离特征时刻:E表示月球经过赤道面,N与S分别表示月球北赤纬最大与南赤纬最大,A与P分别表示月球经过近地点与远地点。上方月相与下方字母的位置对应于出现的日期。

由图2.15可看出实际潮汐变化的如下规律性:

(1)四个验潮站的潮差在一个月内都出现了两次极大与极小。其中,半日潮与不规则半日潮类型的潮差变化取决于图上方的月相:潮差极大出现在朔望后约两天(半日潮龄),潮差极小出现在上弦与下弦后约两天;而不规则日潮与日潮类型的潮差变化取决于图下方的月球赤纬:潮差极大出现在月球北赤纬最大与南赤纬最大后约两天(日潮龄),潮差极小出现在月球经过赤道面后约两天。也就是半日潮与不规则半日潮类型海域的潮差极值分别在大潮与小潮,而不规则日潮与日潮类型海域的潮差极值分别在回归潮与分点潮。日常中,有时直接都称为大潮与小潮,一方面这与全球大部分海域的潮汐类型都是规则、不规则半日潮类型有关;另一方面,这更便于理解潮差的极值特征,有时为了区分两种潮差极大,分别称为朔望大潮与回归大潮。

(2)四个验潮站的日潮不等现象都取决于月球赤纬。当月球经过赤道(对应于图中E)后约两天,日潮不等现象基本消失,日潮类型也出现每天两次高潮与两次低潮;而月球达到南北赤纬最大(对应于N与S)后约两天,日潮不等现象最明显,且沿半日潮类型、不规则半日潮类型、不规则日潮类型与日潮类型的顺序增强,不规则日潮类型与日潮类型的日潮不等现象达到每天只出现一次高潮与一次低潮的极限,即低高潮与高低潮消失。

图2.15 实测水位数据

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