等潮差线是在海区范围内潮差相等地点的连线,称等潮差线。
等潮差线是在海区范围内潮差相等地点的连线,称等潮差线。
若把一个周期当中振幅相等的地点联成线,便可得到一组等振幅线。由于潮汐振幅的两倍是潮差,所以,也称为等潮差线。
在海区范围内潮差相等地点的连线,称等潮差线。如在一海湾中,当潮波开始由湾口向湾顶发生水流时,地转偏向力立刻对水流流向的右方(北半球)发生作用,其结果逐渐使流向右侧的水面升高。经过约3小时后,原来的振节线转向90°,使流向右侧海湾的水面达到最高。经过6小时后,湾顶水面达最高,湾口则最低,于是振节线随同转变180°,经9小时后,海湾西侧水面最高,振节线改变为270°的方向。至12小时50分,再恢复原来的情形。如此一周期所发生的潮汐,随振节线转动的轴心处,即为无潮点。反之,在海区四周,则是波腹。若把一个周期中振幅相等的地点联成线,便可得到一组等振幅线,由于潮汐的振幅的两倍即是潮差,所以也称为等潮差线。等潮差线为环状分布,而同潮时线则为放射线形状,这种潮波系统,叫旋转潮波系统,在北半球其旋转方向多是反时针向的,在南半球多是顺时针向的。
通常用水位或潮位来表示水面或海面的平均高程,其所指的是一足够长的时间内水面高程的平均。根据水位波动特征与发生运动的形式可分为:
(1)天文潮(即潮汐);
(2)风暴潮;
(3)波浪增水;
(4)地震海啸;
(5)假潮;
(6)气候变化所引起的水位波动;
(7)长周期的水位变化。前五种水位波动的周期,从几分钟到几天;最后两种的周期,从半年到几年。从港口工程的实际应用出发,前三者是直接有关的,对确定码头、防波堤的高程及港池,航道的水深,具有重要意义。
潮汐现象及其规律
地球上的海水,受月球和太阳作用所产生的一种规律性升、降运动,称之为潮汐。产生潮汐现象的主要原因是由于地球各点离月球和太阳的相对位置不同,所受到的引力也有所差异,从而导致地球上海水的相对运动。这种引力差称为引潮力,由其引起的海面升降称为天文潮;太阳辐射强度引起气象条件周期性变化,也能间接引起海面周期性升降,称为辐射潮;从量值来说,辐射潮远小于天文潮;由气象条件引起海面非周性的升降,称为增、减水,风暴引起的增、减水,称为风暴潮。
在潮汐升、降的每一周期中,当海面升至最高时称为高潮;而降至最低时称为低潮。从低潮到高潮,海面的逐渐升高过程称为涨潮,所经历的时间称为涨潮历时;从高潮到低潮海面逐渐下降称为落潮,所经历的时间称为落潮历时。当潮汐达到高潮的时候,海面暂停升降,称为平潮;而在低潮时暂停升降的现象称为停潮或平潮,其时间的长短因地而异,为几分钟或几十分钟,最长达一、二小时。一般取平潮(或停潮)的中间时刻为高潮(或低潮)时;但有些港口为了实用方便,也可以平潮(或停潮)的开始时刻为高、低潮时。
相邻的高潮与低潮的水位高度差称为潮差。潮差是逐日变化的,主要与月相有关。在朔、望后二、三日,由于月球引起的潮和太阳引起的潮相加,达半个月中的潮差最大值,称为大潮;上弦和下弦后二、三日的潮差最小,称为小潮。
从验潮曲线上可以看出,在半个月中有几天,每天的第一次高潮或低潮与第二次高潮或低潮的高度不等。较高的一次高潮称为高高潮,较低的一次高潮称为低高潮;较低的一次低潮称为低低潮,较高的一次低潮称为高低潮。这种一日两次高潮或低潮高度的不等现象称为日潮不等,主要是由月球赤纬的变化引起的。当月球赤纬最大时,所发生的日潮不等现象最显著,此时的潮汐称为回归潮;当月球在赤道附近,亦即赤纬为零时,则两个高潮(或低潮)的高度约相等,此时的潮汐称为分点潮。
半日潮占绝对优势的港口,春分、秋分前后朔、望时,不但太阳在赤道附近,月球的赤纬也最小,这期间的大潮正好又是分点潮,潮差比通常的大潮潮差约大10%左右。我国农历8月18日为钱塘江的观潮佳节,这是重要原因之一。日潮占绝对优势的港口,夏至和冬至附近的朔、望日潮,亦即月球的赤纬将达最大值时,此时的回归潮可能出现半年中的最大潮差。
潮差的大小还随月球与地球间距离的远与近而变化。月与地球间距离近,潮差较大,通常在月球经过近地点两天后,潮差为最大;而在月球经过远地点后的两天左右,潮差最小。这种不等现象称为视差不等。
按潮汐静力理论,月球中天时应为高潮时,但由于海水的隋性和海底地形起伏的影响,海水流动受到很大的摩擦力,所以总在月中天之后一段时间才发生高潮。这种从第一月中天时刻到第一高潮时的时间间隔,称为高潮间隙;到第一次低潮时的时间间隔,称为低潮间隙。时间的长短随月、地、日三者的位置变化而不同。因此,在实际应用中取平均值,分别称为平均高潮间隙,平均低潮间隙,两者合称为平均潮汐间隙。
潮汐的年周期变化起因于气候的季节性变化与太阳引潮力的长周期部分,决定于太阳的赤纬。春分和秋分时,太阳的赤纬为零;夏至和冬至时,太阳的北南赤纬分别为最大。地球绕太阳作椭圆轨道公转,因此1年之中出现近日点和远日点。这些变化均使潮汐产生年不等现象。此外,黄道与白道的外交点的移动周期为18.61年,使潮汐以及年平均海平面产生18.61年的长周期多年变化。月球的近地点和远地点的移动约为8.85年为1周,故潮汐以及平均海平面的多年变化,可能有8.85年的周期。
潮汐的类型
潮汐的周期一般是12h25min,也就是半天左右,属于这种情况的,称为半日潮。有少数地区大多数时间每天只有一次高潮和低潮,即平均周期为24h50min左右,称之为日潮。我国大多数港口为半日潮性质,但北部湾则是世界上少数典型日潮海区之一。还有些港口的潮汐情况介于这两者之间,称为混合潮型。
潮位特征值及其统计计算
潮位特征值在港口规划设计以及其他沿海生产建设中具有重要使用价值,而不同类型潮汐的差别很大。例如,对半日潮为主的港口,可以通过平均大、小潮差分别描述朔、望和上、下弦期间潮位变幅的平均状况,以及潮位变幅随月相的变化;但对日潮为主的港口,这两种特征值就没有意义,因为这里的潮位主要不是随月相变化,而是随月赤纬变化。因此,对正规半日潮、混合潮(包括不规则半日潮和不规则日潮)及正规日潮的潮位特征值的计算方法不尽相同。现就港口建设常用者述后。
(一)潮位特征值
平均半潮面为所有高潮位和低潮位的平均值;通常与平均潮位或平均海平面不重合。
平均高潮位是所有高潮位的平均值,与之对应的是平均低潮位;仅在半日潮港有实际意义,不能用之描述日潮较大或日潮为主港口的高、低潮位的基本情况。
大潮平均高潮位是半日潮大潮期间(朔、望日附近)高潮位的平均值;与之相对应的为大潮平均低潮位。
小潮平均高潮位是半日潮小潮期间(上、下弦日附近)高潮位的平均值;与之相对应的为小潮平均低潮位。显然,只在半日潮为主的港口需计算大、小潮平均高、低潮位。
平均高高潮位是所有高高潮位的平均值;与之对应的为平均低低潮位。此外,对高低潮和低高潮的类似统计可得平均高低潮位和平均低高潮位。在不规则日潮港和规则日潮港不统计后两种潮位特征值。平均高高潮位与平均低高潮位之差反映了高潮高度不等的量值,称为平均高潮不等;平均高低潮位与平均低低潮位之差称为平均低潮不等。
平均潮差为平均高潮位与平均低潮位之差;大潮平均高潮位与大潮平均低潮位之差为平均大潮差;小潮平均高潮位与小潮平均低潮位之差为平均小潮差。
此外,海港工程建设中常用的潮位特征值还有最高潮位及最低潮位,即历史上曾经观测到的最高及最低潮位。若有多年潮位观测资料,将多年资料中每年的最高及最低潮位各取其平均值,即为平均最高及最低潮位。
(二)潮位特征值的统计、计算
通常对潮位观测历时1天或几天的记录称为短期观测记录;观测1个月或不足1个月的记录称为中期观测记录;观测1年或1年以上的记录称为长期观测记录。应当指出,通过长期潮位观测记录统计得到的潮位特征值通常是最可靠的。因此长期验潮站的潮位特征值应当尽可能用观测资料统计得出。如无长期潮位观测记录的地方的潮位特征值可根据调和常数间接推算出来,不同类型的潮汐港口特征潮位计算可参见方国洪等:《潮汐和潮流的分析和预报》,海洋出版社,1986。
同潮时线
在海区范围内高潮时相同地点的连线,叫同潮时线。同潮时线呈放射线形状,它与相应的等潮差线一起,用来了解潮波在海区中传播和分布情况。计算同潮时常以太阴主要半日分潮M2与太阳主要半日分潮S2和太阳—太阴赤纬全日分潮K1与太阴赤纬全日分潮O1的角速率求得的。
旋转潮波系统
等潮差线为环状分布,而同潮时线则为放射线形状,这种潮波系统,叫旋转潮波系统,在北半球其旋转方向大多是反时针的,在南半球却大多是顺时针方向。
潮流的水质点运动
进行潮波:高潮和低潮时流速最大,但方向相反,于半潮面时流速为零,发生转流。
驻立潮波:半潮面时流速最大,转流时刻出现在高,低潮,且流速为零。