海洋科学导论ppt课件-09海洋潮汐和风暴潮.ppt

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1、潮汐和风暴潮,第九章 潮汐,第一节 概述认识潮汐第二节 引潮力潮汐驱动力第三节 静力潮汐理论潮汐现象理论解释静力过程第四节 动力潮汐理论潮汐现象理论解释动力过程第五节 潮流水质点运动第六节 中国海潮汐分布第七节 观测、研究及应用第八节 风暴潮,大海的脉搏,海洋潮汐,认识潮汐现象,图为2010年4月27日，一游客被困在青岛市八大关景区的海边礁石上。,海滨城市多次发生游客被困事件,认识海洋潮汐现象,潮汐现象,海面做周期性的涨落现象叫潮汐“大海之水，朝生为潮，夕生为汐”,潮汐到底是怎么回事呢,潮汐过程水位变化,潮汐是发生在海洋中的一种波动,潮汐是发生在海洋中的一种波动,加入卫星高度计资料，同化计算得

2、到潮汐预报结果（海面高度变化),全球海洋潮波传播,潮汐要素及特征值,潮汐要素：波长、潮周期、潮差,潮汐特征值,高潮：高潮高、高潮时、平潮（高潮持续的时间内）低潮：低潮高、低潮时、停潮（低潮持续的时间内）涨潮时、落潮时平均海面日平均海面月平均海面年平均海面多年或长期平均海面,潮位：即海面相对于某一基准点的铅直高度,潮汐主要类型,全日潮：一个太阴日（24时50分）内,有一次高潮一次低潮。半日潮：一个太阴日（24时50分）内，有两次高潮两次低潮,正规半日潮：一个太阴日（24时50分）内，有两次高潮两次低潮正规日潮：一个太阴日（24时50分）内，有一次高潮一次低潮不正规半日潮：一个塑望月内的大多数日子

3、是半日潮，少数日子是全日潮。不正规日潮：一个塑望月内的大多数日子是日潮，少数日子是半日潮。,大洋潮差分布,大洋平均潮差分布,全球平均潮差大于4米的海岸,潮差最大地方,加拿大芬迪湾16.3m（NOAA）,（段福楼等，“我国最大潮差的地点发生在小洋口的初步分析”，中国测绘学会海洋测绘专业委员会第二十届海洋测绘综合性学术研讨会论文集，2008），,中国最大潮差9.56m（江苏小洋口）,钱塘江口澉浦9.0m仁川11.0m,仁川11m,澉浦9.0m,全球50个最大平均潮差地点(NOAA),资料可靠：来源于精确观测挑选原则：地方相近的选其一有代表性的。,第一个特征：海湾湾底潮差比较大第二个特征：宽广大陆架

4、，海边潮差会比较大,潮差较大区域共同特征,什么引起了海洋潮汐？,引起潮汐的原动力：天体引潮力,地球上物体受天体引力与其绕地球与天体公共质心公转所产生的公转惯性离心力与的合力。,天体引潮力,：月球引力：惯性离心力：二者合力 引潮力,第二节 引潮力天体引力,根据万有引力定律，两个天体（M1、M2）之间的引力为：,地球上任意一点及地心处单位质量物体受到的月球引力为:,第二节 引潮力惯性离心力大小,地球绕公共质心平动转动，各点所受的惯性离心力相等。惯性离心力的总和等于地月之间的引力单位质量物体所受惯性离心力与地心所受月球引力大小相等，方向相反。,Fc,Fi,平动和转动,平动：运动物体上任意两点所连成的

5、直线，在整个运动过程中，始终保持平行,在研究物体的平动时，可不考虑物体的大小和形状，而把它作为质点来处理,太阳月球视运动,日、月视运行轨道,月球的视运动(月球轨道平面投影),地球、月球的真实运动,地月绕公共质心转动公转过程中球体处于平动状态地球上各点所受惯性离心力相等。,冥王星(Pluto)与其卫星Charon(质量为冥王星11.6%)的运动轨迹,地球处于平动状态 地球上各点所受惯性离心力相等。月球实际处于潮汐锁定滚动状态,地球上物体绕地月公共质心公转所产生的公转惯性离心力与月球引力的合力。对于单位质量物体：,月球引潮力,：月球引力：惯性离心力：二者合力 引潮力,（1）矢量加法,引潮力分布特征

6、,地月连线方向引潮力与重力方向相反；垂直于连线位置，引潮力与重力相同，且小于连线方向的引潮力。其他地点的引潮力方向指向星下点和对趾点，即向此两点汇聚。,第二节 引潮力分解,地球表面的重力加速度为g，根据万有引力定律可以得到：,带入（1）式，,利用三角函数计算，可得到引潮力的铅直和水平分量：,铅直分量：,水平分量：,E、M和P平面的投影,矢量加法,第二节 引潮力量值估计,已知：E=81.5M,S=333400E,D=60.3r,DS=389D,铅直分量：,水平分量：,垂直引潮力与重力比：是重力千万分之一左右。,第二节 引潮力量值估计,已知：E=81.5M,S=333400E,D=60.3r,DS

7、=389D,铅直分量：,水平分量：,太阴引潮力与太阳引潮力比：约2.17倍,其他天体金星离地球最近与月球相比：近2万分之一。(S1=0.815E，D1=108.92D),引潮力量值估计,引潮力大小：10-6左右是重力千万分之一左右。太阴引潮力与太阳引潮力比：约2.17倍月球引潮力大于太阳引潮力太阴引潮力与金星引潮力比：约19454倍,结论：地球上的潮汐现象主要由月球引潮力引起,平太阳日：平太阳日是以平太阳为参考点，以平太阳连续两次经过上中天，需时24小时。太阴日:由于月球的公转速度大于太阳在天球上的视运动速度，使得平太阴日比平太阳日长（以月球为参考地球自转周期）1平太阴日=（360+12.19

8、)X24/360=24.8412平太阳时24h 50min,太阴日和太阳日,第二节 引潮力引潮势,自地心沿铅直方向移动单位质量物体克服垂直引潮力所做的功，称为引潮力位势，简称为引潮势。,（太阴引潮势）,与引潮势类似，克服重力所做的功，称为重力位势，简称重力势。,当物体沿位势增加的方向运动时，势能增加；反之位能减少。,第二节 引潮力引潮势等势面,空间中位势相等的面叫等势面。比如等重力位势面，简称等重力势面。当海面与等重力势面不平行的时候，就会产生流动。也就是说对于静止的均质海洋，其海面必然与等势面重合。,任何物体在地球上运动，都会受到重力的影响，因此在研究潮汐时不只要考虑引潮力还要考虑重力。,在

9、引潮力和重力作用下，静止海洋的海面必然与重力和垂直引潮力的合力构成的等势面相重合。,重力和垂直引潮力的合力构成位势称为重力引潮力位势,第二节 引潮力分布特征与引潮势等重力引潮力势面形状,对于圆球形的地球，等重力势面为球形。由于在地月连线上引潮力方向与重力方向相反，在垂直地月连线的大圆上引潮力方向与重力方向相同，因此，等重力引潮力势面就变成椭球形，这个椭球的长轴指向月球。,潮汐理论潮汐现象的解释,平衡潮理论（静力潮汐理论）潮汐动力理论,潮汐现象为何是如此这般？,人类对潮汐现象的认识历程,325BC，Pytheas（希腊地理学家和探险家），把大潮与月相相联系。汉代思想家王充(2797)在论衡中写到

10、：“涛之起也，随月盛衰。”指出了潮汐与月球有关系。唐宝应、大历（762779），窦叔蒙，海涛志，计算出半日潮的周期为12:25:14.02，并且给出了高（低）潮时推算方法。晚唐时，已有涛志（潮汐表）。1687年，英国科学家牛顿发现了万有引力定律之后，指出“潮汐是由于月亮和太阳对海水的吸引力引起”，并提出平衡潮理论（静力潮汐理论）。,平衡潮理论（静力潮汐理论）,1687年，英国科学家牛顿提出潮汐现象是月球和太阳引力引起1740年伯努利在此基础之上从静力学平衡角度出发，假设地球表面都被海洋所覆盖，而且海面在任何时刻都能够保持与重力和引潮力的合力处处垂直(这种理想化了的海洋潮汐称为平衡潮)，发展完善

11、了平衡潮理论。在此基础上建立起来的潮汐理论，为潮汐静力学理论。,静力潮汐理论假定,地球为一个圆球，其表面完全被等深的海水覆盖；海水没有粘滞性，也没有惯性；海水不受地转偏向力和摩擦力的作用。,不考虑引潮力仅考虑重力作用，各处海水深度相同，因此海面为球形,2、3两个假定，意味着海水无需运动，即可到达新的位置，并处于受力平衡状态。,在重力和引潮力共同作用下：海面变成了长轴指向天体的潮汐椭球,静力潮汐理论,潮汐椭球:在引潮力与重力的共同作用下，海面变成了长轴指向天体的椭球。椭球形的海面称为。,地球的表面相对于椭球形的海面运动，造成了地球表面固定地点的海面高度发生周期性的变化而形成潮汐,由于地球的自转,

12、地球上各地都是正规半日潮。称为分点潮。,月赤纬为零时,两次高潮相等，潮差相等赤道处潮差最大随纬度增加潮差减小,日、月视运行轨道,月赤纬不为零时,赤道正规半日潮中纬度不正规半日潮日不等：两次高潮不等，潮差不等高纬度地区出现日潮,日、月视运行轨道,潮汐不等现象,潮汐日不等现象：月赤纬不为零高高潮Hhw、低高潮Lhw高低潮Hlw、低低潮Llw,波峰波谷的英文,朔望大潮：朔（初一）和望（十五）时，月亮和太阳引起的潮汐椭球长轴相合，出现大潮，称为朔望大潮。方照小潮：上弦（初八或初九）和下弦（廿二或廿三）时，月亮和太阳引起的潮汐椭球长轴正交，出现小潮，称为方照小潮,潮汐半月不等：月球太阳时角差,月球视运动

13、(月轨道平面投影),潮汐不等现象多年不等,月球与地球间距离变化：月不等地球与太阳日间距离变化：年不等月球近地点变化周期：8.85年；9年不等升交点变化周期：18.61年，19年不等,第三节 静力潮汐理论潮汐不等,潮汐日不等现象：月赤纬不为零时，日不等半月不等:朔望潮，两弦潮：太阴、太阳时角差。月不等：年不等多年不等 分析潮汐现象至少19年资料,第三节 静力潮汐理论潮高潮差,平衡潮理论下：最大潮差78cm,第三节 静力潮汐理论潮高公式的初步展开,平衡潮潮高另一种形式：用月赤纬、时角替换天顶距。可分出长周期潮、全日潮、半日潮。,曲面三角余弦公式,低纬度全日潮高为零，半日潮高最大。低纬度不可能出现全

14、日潮,第三节 静力潮汐理论结论,1.赤道永远出现正规半日潮；2.月赤纬不为0时，高纬地区出现正规日潮；其他纬度出现日不等现象。3.同时考虑月球和太阳对潮汐的效应，在朔望之时，长轴方向靠近，两潮叠加形成大潮；上、下弦之时，两潮抵消形成小潮。4.潮汐最大潮差78cm,分潮与假想天体,假想天体：实际天体运动轨道是椭圆，用多个圆逼近，每个圆对应有一个天体，即“假想天体”许多“假想天体”共同作用逼近实际天体作用,分潮：每个假想天体所产生简单波动称之为分潮海洋潮汐：认为是许多简单波动的叠加。,主要分潮有11个,浅水分潮水深比较浅才显著。水深大于20米就可以不考虑了,第三节 静力潮汐理论潮汐性质,(HK1+

15、HO1)/HM24.0全日潮,潮汐类型,全日潮：一个太阴日（24时50分）内,有一次高潮一次低潮。半日潮：一个太阴日内，有两次高潮两次低潮。混合潮：一个塑望月内，既有半日潮，又有全日潮。不正规半日潮：一个塑望月内的大多数日子是半日潮，少数日子是全日潮。不正规日潮：一个塑望月内的大多数日子是日潮，少数日子是半日潮。,静力潮汐理论贡献,利用引潮力形象的解释了潮汐的发生给出的分潮周期与实际基本相符（80-90%相符）给出的潮差与实际大洋的潮差相近用分潮可以很好地解释潮汐的组成（最重要的贡献）,平衡潮理论缺点,假定整个地球完全被海水包围，忽略地形效应没有考虑海水的运动和惯性忽略摩擦效应和地转效应,潮差

16、：多数浅海潮差与理论相差较大潮汐类型：全日潮只在高纬出现与实际不符潮汐间隙：高潮发生时刻与中天时刻有差异潮流：不能解释旋转潮波：不能解释无潮点：不能解释,第四节 动力潮汐理论 潮汐是一种波动,17751776，拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）提出认为潮汐是一种引潮力作用下的波动给出了一组现在仍然在使用的潮波方程组,动力潮汐理论,潮波方程组：,方程1，反映的物理事实是体积守恒，第一项反映海面高度的变化，第二项反映海水辐聚、辐散。称为连续方程。方程2、3，反映的物理事实是动量守恒，即海水的总的动量为海水运动动量与海水所受外力作用产生动量的总和，当外力消失时总动量保持不变。第一项

17、反映速度变化，第二项反映科氏力的作用，第三项为海面高度变化引起的水平压强梯度力和外力作用。其中外力作用则包括引潮力、底摩擦力等。称为动量方程。,第四节 动力潮汐理论潮波的产生与水平引潮力,由于水平引潮力都指向星下点，在其作用下水体在星下点堆积，当地球自转，失去了外力作用，在重力作用下恢复产生波动。,引潮力很小，每次输入能量很少，实际海洋潮汐累加效果。荡秋千的原理,潮汐运动的认识,M2分潮:周期为12.42h,由波动方程的解析解，可以得到潮波波速及波长：,潮波传播,加入卫星高度计资料，同化计算得到潮汐预报结果（海面高度变化),第四节 动力潮汐理论潮波方程组求解与同潮图,潮波方程组求解：特定条件下

18、，得到解析解；实际条件下，只能得到数值解。利用空间上各点的调和常数，可以绘制分潮的等振幅线和等迟角线；等振幅线：显示分潮大小在空间上的分布；等迟角线：则显示了空间中同时发生高潮的地点，即显示了波峰线，称为同潮时线。同潮图：同时绘制了等振幅线和同潮时线的地图，称为同潮图。同潮图反映了潮波在空间中的传播规律。也就是描述空间场上波动场的状态以及传播特性,第四节 动力潮汐理论旋转潮波、无潮点,在同潮图上可以看到，有些地点附近同潮时线呈放射状分布，这显示了波峰线是绕着这个地点旋转传播的，这样的潮波传播特征，称为旋转潮波系统。旋转潮波系统的中心点，潮波的振幅为零，被称为无潮点。,早期利用验潮站资料计算得到

19、的M2分潮的同潮时线图,同潮图,大部分的旋转潮波系统是在地转偏向力（科氏力）作用下形成的，因此在北半球为逆时针旋转，南半球顺时针旋转。,同潮时线是传播方向，等振幅线是能量。,有一些旋转潮波系统的形成，却主要是由于复杂地形产生的复杂反射、折射潮波的相互叠加，与科氏力无关。这一情况，已被潮汐数值模拟所证实。,科氏力的作用,第四节 动力潮汐理论地形调制波动,潮汐现象既然是一种波动现象，那么就会发生波动现象所共有的现象。（1）反射在岸边产生反射现象，潮波遇到岸界会反射传向海洋内部。在大陆坡会出现一部分潮波能量被反射回大洋内部，一部分则会进入陆架边缘海。（2）折射水深的变化导致，在不同的区域潮波的前进速

20、度不同，从而产生折射现象，同潮时线发生弯曲。（3）叠加波动具有叠加特性，不同的波动可以相互叠加从而产生更复杂的波动分布。相同频率传播方向相反的波动叠加，可产生驻波。（4）共振对于一个海盆或洋盆，有其固有的震荡频率，这一频率由海盆的深度和空间尺度决定；当与这一频率接近的波动传入，或者强迫力的频率接近这一频率，就会发生共振现象，使得波动的能量消耗减小，从而出现较大的波动幅度。,地形调制的波动,最大潮差在海湾内。北美芬地湾大潮潮差达15m,钱塘江海宁潮差达8m，仁川港最大9m。北美芬地湾的固有振动周期与半日潮相近，形成共振。杭州湾地形呈喇叭形，水域愈来愈小，潮能愈集中，使潮波增高。常发生涌潮(tid

21、al bore)，淡水下泻很重要。,地形导致波高变大形状：喇叭口效应使入射潮波能量集中。深度：由河口向上游逐渐变浅，潮能向体积更小的水体集中波速变化促使潮波变形：波峰前海面坡度增大径流促使潮波变形：下泄顶推潮流使波峰前坡度增大以上因素导致的的结果：使潮波波峰前的海面几乎处于直立状态，发生翻卷破碎，形成涌潮。,第四节 动力潮汐理论地形调制波动涌潮tidal bore,涌潮的现象,Fundy bay,涌潮现象,the bore in River Severn in England,第四节 动力潮汐理论地形调制波动涌潮,钱塘江涌潮,涌潮现象,2010年9月23日钱塘江涌潮,“一线潮”的雄奇壮丽景象,

22、涌潮未来之前，钱塘江平静又浩瀚。但见江流茫茫，秋水共长天一色。当江潮初起时，东方天际处，隐约传来阵阵急骤的细雨声，极目望去远处显出一条长长的银线。愈近：那银线变得愈粗，化作一条横卧江面的白练，那骤雨声也渐响渐近，变作瓢泼暴雨声，且越来越响，犹如闷雷似地滚来。尔后，潮头临近，沧海横流，江水猛涨，万顷波涛，顷刻一线白练变成了一道数米高的矗立水墙，潮声犹如万马奔腾，惊雷贯耳。刹时间，潮峰从眼前呼啸闪过，向西而去。,钱塘江涌潮,钱塘江大潮,第四节 动力潮汐理论科氏力、开尔文波,当潮波沿边界传播（边界在传播方向右侧）时，在波峰附近海水由于科氏力的作用向右岸堆积，造成在波峰线上右侧水位比左侧更高；在波谷附

23、近海水在科氏力作用下流离右岸，造成在波峰线上右侧水位比左侧更低；由此，这样的潮波表现为越靠近右岸潮差越大。这样的潮波既是开尔文波形式的波动。它的本质是，科氏力作用下的前进波；在波峰线方向（垂直与传播方向）上，科氏力与水平压强梯度力相平衡。,大洋潮差分布,大洋平均潮差分布,第四节 动力潮汐理论胁振潮,潮波传入边缘海或者海湾，迫使边缘海或海湾的水体协同一致的振动，这种潮波称为胁振潮。它的振动周期与传入的潮波周期是相同的。边缘海或海湾的潮波总能量，以传入的潮波能量为主，天体引潮力输入的能量只占很小一部分。通常传入海湾的潮波，由于科氏力的作用逐渐转变为开尔文波，并且在海湾的湾底发生反射，入射波和反射波

24、产生叠加，形成旋转潮波系统，产生无潮点。通常情况下，距离湾底最近的无潮点会在距湾底1/4波长处出现，第二个无潮点在距第一个无潮点半个波长处。对于湾口至湾底的长度小于半个波长的海湾，不会出现无潮点。摩擦作用使得潮波能量被消耗，因此反射波的强度（振幅）会小于入射波，使得无潮点会偏向海湾中心线的左侧（由湾口向湾底看）。,第五节 潮流定义、铅直分布特征,定义：同潮汐现象同时发生的，海水水平方向上的周期性运动称为潮流。铅直分布特征：底层流速首先达到最大，通常比表层提前约0.2至0.5小时。表层最大流速约为中间层最大流速的81%96%，底层最大流速约为中间层的75%83%。,水深,潮流类型按潮流的运动形式

25、分,往复流：流速流向沿某一方向来回周期变化，通常出现在近岸、河口和狭窄水道处。前进波：潮流转向在半潮面驻波：潮流转向在高低潮，通常出现在港口和较小的海湾。旋转潮流：流速和流向随时间变化。在北半球通常为顺时针旋转。是科氏力、地形、波动叠加等的共同作用。,旋转潮流,往复潮流,潮流：同潮汐现象同时发生的，海水水平方向上的周期性运动。流速大小一般为45节。实质：伴随海面起伏，水质点做椭圆运动切速度水平分量,M2分潮，周期为12.42h，,波速：潮波波形传播的速度，可视为高潮线传播的速度。与水深有关，水深大传播速度快。,M2分潮在不同水深传播速度,潮汐定义,物体在天体引潮力的作用下所产生的周期性运动或者

26、形变。海水在引潮力作用下产生的运动，称为海潮。大气的周期性运动，称为大气潮。固体天体的弹性形变称为固体潮。对于地球也称为地潮。习惯上将铅直向涨落称潮汐，水平方向的流动称潮流。,第六节 中国近海的潮汐特征,中国近海潮汐类型,渤黄东海：主要是正规半日潮南海 主要是不正规全日潮。,（引自海洋科学导论，1999）,中国近海的潮差分布,钱塘江口可达8米；浙闽沿岸可达8米；北部湾顶可达7米,中国近海潮差分布图（引自海洋科学导论，1999）,东中国海潮波运动,南中国海潮波运动,第七节 潮汐观测、预报及应用,温岭海洋验潮站,北美潮汐发电站,潮汐观测,潮位即海面相对于某一基准面的铅直高度潮流,潮汐水位观测,观测

27、手段：验潮井：竖管，侧向水平进水口，布设仪器 水尺（人工观测）：一般1小时一次，每次1分钟平均（目测），高低潮时加密至10分钟。遥感：,温岭海洋验潮站,潮汐观测仪器,浮筒：与圆轴（变速系统：轴大小有限，与潮差有关),记录纸、笔、随时间的拖动系统相连,1min平均压力式验潮仪：压力变化反应水位。超声验潮仪：超声测矩仪，声波打到水面反射。,第七节 潮汐观测、预报、应用预报,潮汐预报方法,调和分析预报：从实测数据中分析得到调和常数。产品：潮汐表、潮流表。数值方法预报：数值计算得到调和常数。然后用调和分析方法预报潮汐,潮汐预报：静力潮汐理论调和分析与预报,实际的海洋潮汐可认为是很多分潮的线性叠加，因此

28、可以利用潮汐观测数据和一定的数学方法，计算得到每一个分潮的振幅和位相，利用这些分潮实现潮汐预报。,fH为分潮的振幅，为初位相，g为迟角。H和g与天文因素（时间因素）无关只与地点有关。称为分潮的调和常数，H称为调和振幅。,S0平均海面,f交点因子，体现月球轨道变化，v0初位相，u是交点订正角。f,v0，u只与天文因素有关，即只要知道时间，就可以得到他们的值。,潮高公式形式如下：,潮汐预报调和分析与预报,用实测潮位资料求出H，g的方法称为调和分析，亦即最下二乘法超定方程最佳求解方法,根据如下形式潮高公式就可以实现潮汐预报,f,H为分潮的振幅，g为迟角这两个分潮的调和常数通过实测数据得到f交点因子，

29、v0初位相，u是交点订正角天文因子，有公式计算得到。,S0平均海面,F,v0,u只与天文因素有关，即只要知道时间，就可以得到他们值。,潮流潮流预报,1、将潮流流速、流向数据分解为东向和北向两个分量；2、分别对这两个分量进行调和分析，得到相应的东分量和北分量两组调和常数；3、用两组调和常数分别进行东分量和北分量的预报，得到两个分量的预报值；4、用两个预报分量合成流速、流向，即得到潮流预报数据。,通常情况下，15天的观测数据，可得到较为准确的调和常数，进行有效预报。,第七节 潮汐观测、应用海图、海图深度基准面,海图是用于航海目的，主要内容包括水深(等深线和单点水深)、岸线、岛屿、礁石、航标和无线电

30、导航台以及重要航线等的一种地图。海图深度基准面：指海图上水深数据的起算面。是一个低于平均海面的面，可保证在任何时间、任何地点的实际水深大于海图标注水深的概率大于约99%。我国海图深度基准面：采用理论深度基准面（可能最低潮面）。由8个主要分潮+3个浅水分潮+2个长周期(年、半年)计算得到。,第七节 潮汐观测、应用海图,海图比例尺反映地形的分辨率,第七节 潮汐观测、应用海图,第七节 潮汐观测、应用大地水准面、黄海平均海水面,大地水准面：与均质静止海面相合的等重力位势面。可作为陆地高程的起算面。潮位基准面：水尺零点。水位观测基准面。黄海平均海水面：1985年，采用青岛大港验潮站19521979年水位

31、数据计算得到的平均海水面。是我国的陆地高程的起算面。（青岛港验潮站海平面为2.429米）水准零点：在青岛大港验潮站验潮井内的一个标志物，与黄海平均海水面高度相同。水准原点：由水准零点用精密水准测量联测到陆地上预先设置好的一个固定点，定出这个点的高程。是全国的水准测量的起始点。,青岛水准原点,中华人民共和国水准原点：在青岛观象山，（72.260米，1985国家高程基准）,中华人民共和国水准原点：地理坐标为东经1201908，北纬3604101954年，中国人民解放军总参测绘局建在青岛观象山全国所有海拔高程都是以此水准原点为基准测量计算距水准零点高72.260米，（1985国家高程基准）,八关山篮

32、球场边上一级水准点,军事设施破坏必究,这座小石屋全部由崂山花岗岩砌成，顶部中央及四角各竖一石柱，雕凿精细，玲珑别致，室内墙壁上镶一块刻有“中华人民共和国水准原点”的黑色大理石碑，室中有一约2米深的旱井，水袋玛瑙位于旱井底中。小石屋建筑面积78平方米，俄式建筑风格。,2006年，银海大世界,石球顶点高度海拔0米,水准零点,旅游景点,历史上使用过的高程基准与现行1985国家高程基准换算关系,1985国家高程基准=1956年黄海高程-0.029（米）1985国家高程基准=吴淞高程基准-1.717（米）1985国家高程基准=珠江高程基准+0.557（米）1985国家高程基准=废黄河零点高程-0.19（

33、米）1985国家高程基准=大沽零点高程-1.163（米）1985国家高程基准=渤海高程+3.048（米）,应用,海岸工程设计标高港口浅水码头进出港海水养殖：封闭式的养虾池盐场：晒盐发电：潮汐潮流军事：登陆与反登陆,布设水雷（水压引信）,江夏潮汐发电站,第九章 潮汐小结,海洋潮汐的严格科学定义：海洋在引潮力作用下产生的周期性波动，表现为海水的周期性水平运动和海面的周期性涨落。,概念：潮汐、潮流、引潮力、潮汐椭球、分潮、同潮图等理论：平衡潮（静力潮汐）理论、动力潮汐理论掌握：潮汐静力理论对潮汐现象的解释；平衡潮理论的优缺点了解：潮汐、潮流观测和预报方法熟悉了解与潮汐有关的面、点的概念：面：潮位基准

34、面、平均海面、海图深度基准面、黄海平均海面、大地水准面等点：水尺零点、水准零点、水准原点,第八节 风暴潮,风暴潮现象,风暴潮现象,风暴潮是指由于强烈的大气扰动如强风和气压骤变所招致的海面异常升降现象。,风暴潮定义,1108号强热带风暴“洛坦”,影响期间，海口秀英站最高潮位304厘米，超当地警戒潮位14厘米；清澜站出现最高潮位218厘米，低于当地警戒潮位22厘米；三亚站最高潮位227厘米，未超当地警戒潮位；东方站增水不明显。,按照诱发风暴潮的大气扰动的特征分类：热带风暴风暴潮（台风、飓风）：夏秋季常见。热带气旋全球主要有8个源地温带（气旋）风暴潮：主要发生于冬、春季。风潮：中国北方黄渤海地区所特

35、有，在春、秋过渡季节，由寒潮或冷空气所激发的风暴潮,风暴潮分类,热带气旋引发风暴潮多发生在春夏增水过程：先兆波、主振、余振主振：时间数小时，余振：再次增水引发灾害引发灾害,第八节 风暴潮增水过程热带气旋引发风暴潮,第八节 风暴潮增水过程热带气旋引发风暴潮,热带气旋风暴潮过程和增水大小影响因素 气旋强度气旋路径气旋登陆点地形等因素有关,9711号台风山东沿海风暴潮过程,第八节 风暴潮风暴潮灾害高潮附近发生风暴潮,8114号台风增水极值恰好发生高潮时刻，导致码头被淹，造成巨大经济损失。此次青岛最大增水值87cm，非历史最大。,第八节 风暴潮风暴潮灾害高潮附近发生风暴潮引发灾害事例,热带气旋引发的风

36、暴潮,西北太平洋发生频率最多,主要生成源地及移动路径,发生时间：主要发生在夏秋季节,温带气旋引发风暴潮多发生在秋冬季节增减水持续时间较热带气旋引起增减水过程长,第八节 风暴潮增水过程温带气旋引发风暴潮,1994年2月812日温带气旋风暴潮过程,8509号台风青岛风暴潮增水过程,同潮位观测风暴潮水位:包含在水位资料中。从验潮曲线中把潮汐和风暴潮分离开。基于风暴潮与潮汐过程是线性叠加的假定条件,从实测潮位数据中减去该时刻天文潮位,风暴潮观测,风暴潮会使受到影响的海区的潮位大大地超过正常潮位风暴潮灾害是指由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降造成生命财产损失的灾

37、害，又称“风暴增水”、“风暴海啸”、“气象海啸”或“风潮”。风暴潮是破坏作用特别强烈的海洋灾害，若与天文大潮同时发生，二者叠加，往往挟狂风恶浪，以排山倒海之势猛扑海岸或溯江河而上，使滨海地区潮水暴涨，甚至冲毁或漫过海堤、江堤，吞噬城镇、村庄、码头、工厂，淹没耕地，造成特别严重的人员伤亡和财产损失。,第八节 风暴潮风暴潮灾害,海岸地形与风暴潮灾害,平缓的海岸将使风暴潮造成的损失增大陡峭的海岸风暴潮造成的损失减小,风暴潮本身能否成灾，在很大程度上取决于其最大风暴潮位是否与天文潮高潮相叠,风暴潮发生时刻与风暴潮灾害,其实该次青岛风暴潮最大增水仅 67cm，非历史最大。但因其增水最大值恰好发生在高潮附

38、近，导致水位出现历史最高值（548cm）。,“9711”号台风的影响青岛沿海出现历史最高水位548cm，造成巨大灾害，直接经济损失2.17亿元。,风暴潮灾害,风暴潮是海洋中常常造成巨大经济损失及灾害的海洋过程,2005年8月，卡特里娜飓风在新奥尔良引发风暴潮，共造成超过1800人死亡，经济损失超过810亿美元。,台风“达维”引发广东徐闻60年罕见风暴潮,2005年9月台风“达维”,“桑美”风暴潮袭击后的沙埕港,是近50年来登陆我国的最强台风，加之台风登陆时正值天文大潮期，造成了浙江、福建沿海的特大风暴潮。福建、浙江两省共损失70.17亿元,2006年8月超强台风“桑美”,2013热带风暴“贝碧

39、嘉”影响,与天文大潮叠加,防城港市的白浪滩景区、簕山古渔村景区岸线及景观设施遭受不同程度损坏，直接损失近千万元,将广东阳江海陵岛试验区总长约5公里、岛内通往外界的唯一陆上通道海陵大堤撕开了7个大缺口，断成8截,10万民众被困孤岛,2008年第14号强台风“黑格比”,2013年5月温带气旋毁坏百年栈桥,青岛出现了50-70厘米的风暴增水，又正值天文大潮期，青岛沿岸出现了520厘米的高潮位，接近当地警戒潮位的高潮位(525厘米)沿海出现了3.0米的有效波高和5.2米的最大波高。另外大浪持续时间长，接近12小时,1,1,台风“海燕”是1990年以来的西北太平洋诞生的最强台风，比2010年影响中国的台

40、风“鲇鱼”强度还要惊人，中心附近最大风力都达到了75米/秒。,2013第30号超强台风海燕“杀人燕”,台风“海燕”路径图(11月4日至11日16时),致三亚2人死亡11人失踪，经济损失9.6亿元截止于11月24日，已造成至少5235人死亡,肆虐的杀人燕,11月8日，菲律宾阿尔拜省黎牙实比，狂风掀起巨浪冲击海堤。,9日被“海燕”摧毁的小镇,菲律宾中部的塔克洛班市，被台风“海燕”吹到岸上的轮船,被台风“海燕”摧毁的小镇,11月10日，受台风“海燕”影响，三亚海边风大浪急。,2013年台风“海燕”影响下的三亚,评估灾害损失来自于,风暴潮导致的淹水狂风造成的巨大破坏巨浪造成的巨大破坏暴雨等过程引发的直

41、接和次级灾害等,分两大类：经验统计预报；动力-数值预报。简称“经验预报”和“数值预报”。经验预报：用回归分析和统计相关建立风和气压与特定港口水位的经验预报方程或相关图表。数值预报：采用数值模式计算风暴潮水位。取决于风场数据、地形数据等因素,风暴潮预报,第四节 动力潮汐理论潮汐研究简史中国,中国古代，采用夏历（阴阳历，简称阴历，现称农历），可明确反映月相的变化，有助于掌握潮汐规律。公元前二世纪，西汉枚乘（140BC）的七发记载，8月十五，可观大潮。东汉王充（2797），论衡，明确指出潮汐对月亮的依赖关系。三国，杨泉，物理论，指出潮汐大小与月相盈亏之间的关系。东晋，葛洪（284364），抱朴子，记

42、载了半日潮现象，“潮者，据朝来也；汐者，据夕至也”。并且较为正确地揭示了钱塘江涌潮的成因。唐天宝（742755），进士，封演，见闻记，观察、总结了月相变化与涨潮时间的关系。唐宝应、大历（762779），窦叔蒙，海涛志，计算出半日潮的周期为12:25:14.02，并且给出了高（低）潮时推算方法。晚唐时，已有涛志（潮汐表）。,第四节 动力潮汐理论潮汐研究简史西方,325BC，Pytheas（希腊地理学家和探险家），把大潮与月相相联系。1213世纪，John Wallingford（1213）制作了潮汐表（英国泰晤士河口）。17世纪，开普勒（15711630，Johannes Kepler），指出月

43、亮引起潮汐。1687，牛顿（Isaac Newton），发表自然科学的数学原理（Mathematical Principles of Natural Science（Principia），提出万有引力定律，用天体引力解释了潮汐现象，并提出平衡潮理论。之后的半个世纪伯努利（Daniel Bernoulli）、欧拉（Leonhard Euler）等人完善了平衡潮理论。,17751776，拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace），提出动力潮汐理论。,第四节 动力潮汐理论潮汐研究简史西方,17751776，拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace），动力潮汐理论，认为潮汐是一种引潮力作用下的波动，给出了一组现在仍然在使用的潮波方程组。之后很多科学家，进行了方程的求解，给出了一些特定条件下的大洋潮汐解析解，对大洋潮汐有了一定的整体认识。,1867，开尔文（William Thomson(Lord Kelvin)），设计了调和分析方法，可进行潮汐分析和月报，之后在70年代发明了潮汐预报机。20世纪60年代开始使用电子计算机进行潮波方程的求解和潮汐调和分析预报。1992年发射了载有卫星高度计的卫星TOPEX/Poseidon，开启了全新的潮汐观测时代，极大地促进了大洋潮汐的研究。,