潮汐的特点

 

地球上的海水受到月球、太阳的作用会发生有规律的升降运动。这种海水一天内的周期性涨落运动称为潮汐。

与潮汐现象同时发生的还有海水周期性的水平流动，叫做潮流。尤其在靠近沿岸的岛屿、海峡和江河入海口附近，流向流速变化更为明显。游艇基本在活动在岛礁区和浅水区，与潮汐有着十分密切的关系。为了准确掌握时机通过浅水区、进出港湾、登退陆和利用潮流航行、靠离码头等，航海人员必须熟悉潮汐、潮流的变比规律及计算方法。

第一节 潮汐形成的原因

潮汐现象主要是由于地球上的海水受到月球、太阳的共同作用而产生的。其中由于月球距地球最近，作用也就最大。

我国劳动人民在长期的生产实践中早就发现潮汐现象和月球运行的密切关系，所谓“潮之兴也，与月盛衰”，“潮之涨落，皆系于月”的说法，就是对这种关系的认识。下面着重讨论月球引潮力的作用。特提出两点假设：

1、整个地球被等深的深水所复盖，所有自然地理因素对潮汐没有影响；

2、海水没有摩擦力和惯性力，外力使海水在任何时刻都处于平衡状态。

一、月球绕地球运动

月球绕地球运动，月球和地球都绕着月球和地球的公有重心旋转。由于地球质量远比月球质量大，经计算，该位置距地心0.73R（R为地球半径）。

二、引潮力

根据牛顿万有引力定律及旋转物体产生的惯性离心力分析，从月球与地球各自绕公有重心旋转的情况可以看出，地球表面的海水既受到月球引力的作用，又受到地球绕公有重心旋转时所产生的惯性离心力的作用。

(一)月球的吸引力

万有引力定律指出：宇宙间任何两个物体之间都存在着相互吸引力，吸引力的大小和这两个物体质量的乘积成正比，和它们之间的距离的平方成反比。由于万有引力的存在，所以月球对地球表面各点的海水都有吸引力，且引力的大小因距离的不同而不同。距离近的地方比距离远的地方要大，但引力的方向都是指向月球球心的。

（二）月球绕月、地共有重心旋转运动的惯性离心力

月球在一个太阴月（29.5天）内绕地球公转一周。这一运动实际上是月球球心与地球球心都绕月，地共有重心旋转，月球转大圈，地球转小圈。地共有重心位于距地心7/10地球半径处。

当地心绕共有重心g点运动时，地心与地球上任意一点的连线，都在作平行的移动。也就是说，除地心外，地球上其它各点，都不是绕g点运动，而是绕着各自的圆心以相同的半径运动。地球表面各点的海水在绕各自的圆心旋转时受到一种离心力的作用，这种离心力的大小各处相等，方向都平行地背向月球。

（三）潮汐的形成

月球的吸引力和地心绕月、地共有重心旋转的离心力的合力称为月球引潮力，地球各点引潮力的大小、方向是不同的。在向月球的一面，引潮力向着月球；背月球的一面，引潮力背向月球。

假设地球表面被一层等深的海水所包围，在月球引潮力的作用下，海水就会朝着向月和背月的方向流去，使向月和背月的地方水位升高形成高潮，照耀圈处水位降低形成低潮，其余地方水位有升有降，并在地球自转的影响下形成周期性的涨落运动，即潮汐现象。

潮汐现象是太阳、月球和其他天体共同作用的结果，太阳引潮力约为月球引潮力的0.46倍，其他天体的作用则十分微小。

三、潮汐的变化规律

潮汐的形成主要是月球的作用，潮汐的变化也与月球的运动密切相关。下面讨论潮汐在一个太阴日(24h50m)和一个太阴月(29．5天)内的变化规律。

(一)潮汐的日变化

月球两次通过某一子午线的时间间隔为一个太阴日。在一个太阴日内，月球东升西落绕地球一周，使地球上某点的海水出现两次高潮、两次低潮。但由于月球赤纬变化、地球表面地形的影响和海水粘滞性等因素的影响，使地球上有些地方出现日潮不等现象，一般可分为三种类型：

1．半日潮：指每天两涨两落的潮汐现象。两相邻的高潮(低潮)高度相差不大，时间间隔也几乎相等(12n25m)。我国大部分港口属半日潮港。

2．全日潮：指每天只一涨一落的潮汐现象。如果在半个月里，多数天为全日潮的港口叫目潮港，例如北海、八所等。

3．混合潮：指有些天为两涨两落，但其两次涨落时间和高度相差较大，而有些天则呈现一涨一落的潮汐现象。例如我国的秦皇岛港就属混合潮港。

(二)潮汐的月变化

潮汐现象主要是地球上的海水受月球和太阳引潮力共同作用而产生的。由于月球在一个太阴月内绕地球公转一周，所以月球、太阳与地球的相对位置在一个太阴月内会发生一次周期性的变化，产生潮汐的一月不等现象，即潮汐的月变化。

每逢农历初一(朔)、十五(望)，太阳、月球和地球三个天体基本成一直线。这时太阳引潮力最大程度地加强了月球引潮力，使海水涨得最高、落得最低，潮差最大，称为“大潮”。

每逢农历初八(上弦)、廿三(下弦)，太阳、月球和地球三个天体的位置近似成直角分布。这时太阳引潮力最大程度地削弱了月球的引潮力，使海水涨得不高，落得不低，潮差最小，称为“小潮”。

潮汐除受日、月的影响外，还受地形和海水粘滞性等多种因素的影响。因此，大潮并不正好出现在朔望日，小潮也并不正好出现在上、下弦日。从朔望日至其后发生大潮的天数称为潮龄。我国沿海大潮的发生往往比朔望日推迟l—3天，即发生在初三、十八前后，而小潮多发生在初九和廿四左右。

(四)潮汐的逐日推迟现象

对于同一地点来说，潮汐一般逐日推迟约50分 钟。例如某一天高潮在0200，第二天与它相对应的一次高潮则在0250左右。其原因是：月球绕地球公转一周需29．5天，即每天转过12.2度，而地球24小时自转360度，转1度要4分钟。地球上的某点A，从某次月球上中天发生高潮起自转一周(24小时)后，由于月亮已经转过去12.2，所以必须再自转4×12．2(分钟)，即大约50分钟后才会再次处于上中天，发生相对应的一次高潮。因此，产生了潮汐逐日推迟50分钟的现象。

第二节  潮汐名词解释

高潮、低潮和平潮：海面升到最高时称高潮；称平潮。

高潮时和低潮时：高潮发生的时刻称高潮时；潮高(米)

海面落到最低时称低潮；海面暂停升降时低潮发生的时刻称低潮时。

涨潮和落潮：从低潮到高潮海面逐渐升高称涨潮；从高潮到低潮海面逐渐降低称落潮。

涨潮时间和落潮时间：从低潮时到高潮时的时间间隔称涨潮时间；从高潮时到低潮时的时间间隔称落潮时间。

潮高基准面：计算潮高的起算面，通常采用海图深度基准面，即理论深度基准面。

高潮高和低潮高：高潮时海面在潮高基准面上的高度称高潮高；低潮时海面在潮高基准面上的高度称低潮高。

潮差和潮差比：相邻的高潮高和低潮高之差称潮差；副港潮差与主港潮差的比值称潮差比。

平均海面和平均海面季节改正数：经过长期连续观测计算得出的海面平均高度叫平均海面；《潮汐推算手册》中列出的平均海面因季节不同而发生的变化值叫平均海面季节改正数。

第三节   潮汐计算

潮汐计算利用航保部门每年编制出版的《潮汐表》和可长期使用的《潮汐推算手册》进行。《潮汐表》内载有沿海主要港口(简称主港)的每日各高、低潮时及潮高，而《潮汐表》中查不到的一些副港的潮汐可结合《潮汐推算手册》来计算。

一、求主港的各高、低潮时及潮高

主港潮汐可从当年的潮汐表中直接查得。从目录中找到该港所在页数后，即可根据日期查得当天各次高、低潮时及潮高。

例一：求吴淞1997年8月3日各高低潮潮时潮高

解：查1997年《潮汐表》第二册35页得吴淞港当天的潮汐为：

高潮    低潮    高潮    低潮

潮时  0009    0825    1230    2010

潮高   94      102      332    105   

吴淞1997年8月18日表上只列出三次潮．这种情况称为主港缺潮。例二：求吴淞l997年8月3时的潮高

解：查1997年《潮汐表》第二册44页得：吴淞港当时的潮高为327厘米。

例三：求高雄港1997年12月16日各高低潮潮时潮高

解：查1997年《潮汐表》高雄港12月16日只有一次低潮‘：0758潮高l5厘米。

高雄港为混合潮港，但极不正规，接近于日潮港性质，且当天缺潮。

求主港潮高时，若遇低潮潮高为“一”，说明当时低潮面在潮高基准面以下，求实际水深时，应从海图水深中减去3厘米。

二、求副港各高、低潮时及潮高

副港潮汐没有在潮汐表中直接列出，必须首先在《潮汐推算手册》中查取该港的潮差比、平均海面和季节改正数，并查取它的主港及其平均海面和季节改正数；然后在潮汐表中查得

主港同一天的各高、低潮时及潮高；最后根据以下公式计算：

高           高         高

副港  潮潮时=主港  潮潮时＋   潮潮时差

低           低         低

应用该公式时必须注意“高对高，低对低””。就是说，求副港“高潮潮时必须以主港“高潮”潮时加“高潮潮时差；求副港“低”潮时必须以主港“低”潮时加“低潮”潮时差；高、低潮时差均有正、负之分。

运算过程中必须注意时间是六十进制．满60分钟即应进1小时，借l小时应当作60分钟。

高         高

副港 潮潮高=主港 潮潮高－主港平均海面)×潮差比+副港平均海面

低         低

其中，主港平均海面指主港经季节改正后的平均海面，即：主港季节平均海面=主港平均海面+主港平均海面季节改正数；

副港平均季节海面指副港经季节改正后的平均海面，即副港平均海面十副港季节改正数。

应用该公式同样应注意“高对高、低对低”、“正的加、负的减”。副港“高潮”潮高必须以主港“高潮”潮高代公式计算；副港“低潮”潮高必须以主港“低潮”潮高代公式计算；求季节改正后的平均海面时，季节改正数表列值为正的加，负的减。

三、缺潮的处理

缺潮是指主港或副港某一天各高、低潮时及潮高比一般情况下少一次。半日潮港一个汐周期两涨两落，应该有四次潮，全日潮港一个潮汐周期一涨一落，应该有两次潮。如果某港一天内不是上述次数，就是缺潮。

一个潮汐周期是24小时50分钟，比一天长，所以一个潮汐周期内的某次潮有时会在另一天发生。同时，潮汐受客观条件影响产生变化，也会使一个潮汐周期内的某次潮在另一天发生。当然，潮汐是连续的，实际上并没有真的“缺”一段。所以缺潮的实质是当天有一次潮在上一天或下一天发生了。求主港潮汐时遇到缺潮是不必处理的。但求副港潮汐时，不处理可能会丢失一次潮。

求副港潮汐时，遇到主港缺潮，或者主港原来不缺潮，加减潮时差后产生缺潮的情况，应按以下方法处理：

找出主港上一天最后一次潮和下一天第一次潮，加减潮时差，如果相加大于24小时相减不够减，则该次潮为副港当天的。若相加大于24小时，应减去24小时，若相减不够减应加24小时再减，分别作为当天第一次潮或最后一次潮，并相应地求得该次潮高。

四、求任意潮时、潮高

求任意潮时潮高包括两种计算：已知潮时潮高，或已知潮时求潮高。这类计算通常使用等腰梯形图卡，列有每小时潮高的主港也可以利用表列值内插求解。

等腰梯形图卡任意潮时潮高等腰梯形图卡分主图、潮时尺和潮高尺三部分。

五、潮汐计算的应用

航海人员在选择启航时间、掌握通过浅水区或干出滩的时机、靠离浅水码头时，都要用到潮汐计算的方法。

实际应用中，计算大体有两种：一种是求高、低潮时及潮高，以便决定启航时间，利用顺流提高航速以及便于停泊时的操纵；另一种是求任意潮时潮高，以确定安全通过浅水区和干出滩的时机等。这里主要介绍后一种应用。

知道船艇最大吃水和某浅水区的海图水深(或干出滩高度)时，我们可求得安全通过所需要的潮高。

需要潮高=船艇最大吃水+安全水深-海图水深

需要潮高=船艇最大吃水+安全水深+干出高度

求得需要潮高后，即可运用求任意潮时潮高的方法根据需要潮高求潮时，确定安全航行的时机。

第四节  海流要素的计算

海流要素包括流向和流速

流向是指大片海水移动的去向，用圆周法或罗经点法表示。例如，流向315度是指海水向315度方向流动。流速是指海水在单位时间内移动的距离，通常以节为单位表示。与航行有密切关系的海流分为潮汐流、定海流和风生流三种。下面分别介绍这三种海流计算要素的计算方法。

一、求潮流要素

由引潮力引起海水水平方向的运动，称为潮流。潮流的流向流速象潮汐一样呈周期性的变化。游艇在近海航行主要受潮流影响。

（一）往复流

在进出港湾的航道、岛礁区的狭水道以及沿岸的水域中，潮流方向多呈往复性变化。海水从外海向内海流动，称为涨潮流；海水从内海向外海流动，称为落潮流，涨、落潮流的方向大致相反，这种潮流称为往复流。

潮流方向改变的时间，称为转流时间，由于地形等因素的影响，转流时间通常与高、低潮时间不一致。

1、往复流的流向流速

在海图上或其他有关潮流图集中，往复流直接用箭矢表示。带羽尾的箭矢为涨潮流方向，不带羽尾的箭矢为落潮流方向。在箭矢上标注的数值表示流速。只注明一个数值的是指大潮日的最大流速；若注明两个数值，则分别表示小潮日和大潮日的最大流速 

2、 往复流的转流时间

由于受地形、海底坡度等影响，往复流的转流时间在各个水道及港湾等地都有差异。如果转流时间是在高、低潮时之间某个时刻，那末高潮后的一段时间内仍是涨潮流，低潮后的一段时间内仍是落潮流。如果转流时间和高、低潮时一致，则高潮后就开始落潮流，低潮后就开始涨潮流。

3、往复流的流速变化规律

潮流的流速和潮差成正比。在农历半个月中，每天的最大流速不同，在一天，不同时间的流速也不相同，它的变化规律如下：1

（1）半月中流速的变化

在农历半个月中，流速的变化和大、小潮有关，大潮日潮流流速大，小潮日潮流流速小，它们的概略关系如下：

如果潮流资料中同时给出大潮日和小潮日的流速，则

平均流速=1／2（大潮日流速+小潮日流速）

如果潮流资料中仅给出大潮日的流速，则

小潮日流速=1／2大潮日流速

平均流速=3／4大潮日流速

计算潮流时，在我国沿海各地大潮日（初三、十八日），及其前后两天（初一、至初五及十六至二十日），用大潮流作为当天的最大流速；在小潮日（初十、二十五日）及其前后两天（初八至十二及二十三至二十七日），用小潮流流速作为当天的最大流速；其余日期用平均流速作为当天的最大流速。

（二）回转流

外海和开阔海区的潮流，一般都表现为回转流，其特点是在一个潮汐周期中，流向和流速都在不断的变化，流向变化360度，流速则出现两次最强潮流、两次最弱潮流，基本上流速没有流速为零的现象。

由于受地球自转偏向力的影响，在北半球，回转式潮流的流向，多呈顺时针方向变化，但也有个别地区呈反时针方向变化，如我国黄海中部连云港外就有这种类型。在海图上常用这类图象

表示回转流的变化情况。

其中心的地名表示主港，箭矢上所注的0表示高潮时，阿拉伯数字1、2…表示主港高潮前小时数；罗马数字Ⅰ、Ⅱ…表示主港高潮后小时数；流速为大潮时的最大流速。

回转潮流要素的计算，是以回转潮流图上所标注的主港高潮潮时为基准，确定所求的任意时刻在该主港高潮前（后）第几小时，找出潮流图上相应的箭矢，量出其方向即为该地的流向。再根据箭矢旁注明的流速数值，由农历或月相确定该日的最大流速。

在有的回转潮流图上未能注明主港，就选用邻近的主港高潮潮时。

二、定海流要素

定海流又称洋流或恒流。它是由于相邻海区之间的海水长期存在着温度、密度或上空气压的不同，或长期受定向风的作用，而产生的海水水平方向的流动，在一个时期内流向流速基本保持不变。正因为定海流的流向不变，所以，即使流速较小，对长时间航行的船舶来说，累积起来的流压偏移量也是一个不可忽视的因素。我国国家海洋局出版的《海洋水文图集》其中有关表层海流图部分，表示定海流要素的图例可以查找。

三、风生流要素

风生流，又称风海流。它是由于本地区域或相邻海区在一定时间内受某一定向风的作用,而使海水表层产生水平方向的流动。一般是在风起之后6小时左右才能产生，风息之后还要维持一段时间才消失。风生流的流速虽然不大，但在宽阔海域及大洋中长时间航行，为提高航行的准确性，应注意风生流对航行的影响。

（一）风生流流向与风向的关系

风对表层海水的摩擦牵引作用，使海水流动，同时受到地球自转偏向力的影响，在大洋中，北半球风生流的流向偏在风向右面约45度，在现半球则偏在风向左面约45度。

由于海水的涡动和粘滞作用，当上层海水流动时，会依次带动下层海水流动，加上地球自转偏向力的影响，在北半球，使海流的流向随深度增加而逐渐向右偏转（南半球向左偏转），流速逐渐变小。到某一深度，流向偏成与表面流相反，流速变小到约为表面流速的1／23，这个深度称为摩擦深度。在此深度以下，海流流速很弱，可以认为没有海流。

观测资料表明：浅海层表层风生流的流向对风向的偏角比深海要小得多，流向随深度的变化也比较缓慢。

在近岸浅海地区，当风向接近平行于海岸线时，由风产生的风生流，在摩擦浓度以内的整个水层，可以看成朝向风向的右侧（北半球），使风向的右面海岸出现海面上升，而对应于风向左面的海岸（或水域），水面下降，致使海平面发生倾斜，这种现象称为浅海风生流副效应。在海水堆积使海面上升处，其底层会产生离岸流去的倾斜流，也是海平面恢复水平的补偿流。由于地球自转偏转力和海水摩擦力的作用，这股补偿流从底层向海面传递过程中，逐渐向右偏转，到海面时，其流向接近与风向平行或偏离风向的左侧。因此近岸表层的风生流应是纯风生流和表层补偿流的合成。