地球概论——海洋天文潮汐
第6章 潮汐
平衡潮
平衡潮潮高
利用关系式CosqSinj· Sind+Cosj· Cosd· CosT 并令a=3/2· M/E· (r/D)3· r 可将太阴平衡潮潮高zm 展开如下zm=z0+z1+z2 其中 z0=1/2· a(3Sin2j-1)(Sin2d-1) z1=1/2· Sin2j· 2d· a· Sin CosT
月球 C B A
赤道
z
A B
0 月赤纬不为0时的潮汐椭球面及其潮汐 C 太阴日
t
高潮
低潮
平衡潮
平衡潮
主要结论
如同时考虑月球和太阳潮汐椭球，则在每月朔、望日(即农历初一、十 五)，月球和太阳潮汐椭球长轴方向相同，太阴和太阳潮汐相互叠加，形 成朔望大潮；上、下弦之日，月球和太阳潮汐椭球长轴相互垂直，太阴 和太阳潮汐部分相互抵消，形成上、下弦小潮。
Earth
南天极
与潮汐有关的天文学知识
天体视运动
以地球为中心，仰望天空，取任意长为半径的假想球
体称为天球，而太阳、月球....等统称为天体，天体 之真实运动反映在天球上的运动情形便叫做视运动。
与潮汐有关的天文学知识
天体视运动轨道
太阳在天球上的周年视运动 轨道称为黄道；月球在天球上 的月视运动轨道称为白道。 太阳从南向北穿越天赤道时 的交点为春分点(3月22-23日)、 从北向南穿越天赤道时的交点 则为秋分点(9月22日)；
尽管S>>M，由于D’ >>D，月球引潮力要比太阳引潮力大得多，两者 最大值之比约2.17。故可认为潮汐主要是由月球引潮力引起的。
引潮力
引潮力
F
fm
fc
地球引潮力分布图
地球概论复习汇总
秒差距）下的恒星的亮度称
绝对亮度
，其星等叫
绝对星等
计算公式：
M=m+5-5
㏒
d
恒星发光色谱：恒星的温度越高，其光度越大；在恒星发光色谱中
指示最低温度。
第十七：地轴进动—是指地轴绕黄轴的圆锥形运动，具体情况如下：
①
圆锥形运动的圆锥轴线，垂直于地球轨道平面，指向黄极；
②
圆锥的半径为
23
°
26
′，就是黄赤交角；
面积定律：
在同样的时间内，
行星向径在其轨道平面上扫过的面积相等。
行星运动第
二定律。
周期定律：任何两个行星绕太阳公转的周期的平方之比等于它们与太阳距离的立方
比，行星运动第三定律。
第八：地球的运动及其地理效应
⒈地球的自转
⑴地球自转的周期：恒星日、太阳日、太阴日
※
恒星日：同一恒星连续两次在同一地中天的周期。长度为
也不因国家的分裂而
混乱，这对于考古和历史研究工作很有帮助的。
第十：光行差及光行差常数与拿些因素有关？
答：光行差是指由于地球的轨道速度对光速的影响。影响因素有
光行差常数是一个角度，大小为
20.47
″，它与恒星的距离无关，与恒星的黄纬有关。
第十一：晨昏蒙影是怎样形成的？
4
答：
晨昏蒙影是指在日出之前和日落之后的一段时间，
黑子：扰动太阳最明显的标志，温度比周围低而显得黑。出现在光球层。
光斑：光球上明亮的斑点，常出现在日轮的边缘
耀斑：也称
色球
爆发，是太阳大气极小区域内发生的爆发性能量释放。表现为日
面上局部区域的突然增亮。是太阳活动最强烈和对地球影响最大的。
地球概论课件-第六章 日月食和天文潮汐
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地球概论
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地球概论
32
月球和太阳都在天球上向东运行。前者以恒星月为周 期，速度为每日约13°10′；后者以恒星年为周期，速 度为每日约59′。显然，月球运行比太阳要快得多，它 以每日约13°10′－59′＝12°11′的速度，自西向东追赶太 阳和地球本影。
日食过程
月球自西向 东赶超太阳 的过程
①地球本影长度最短也有 135.89万公里， 远远大于月地距离38.44万公里。
②在月球轨道处，地球本影的截面比月轮大 得多。
地球概论
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• 三、日月食的过程
• 一次完整的全食过程分为三个阶段，即：
• 偏食---全食---偏食。
• 五个食相，即：初亏、食既、食甚、生光和复圆。
地球概论
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地球概论
食甚：日月中心相距最为接近。 生光：日全食结束。月轮西缘与日轮西缘相内切。 复圆：日食结束。月轮西缘与日轮东缘相外切。
地球概论
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日环食过程
东
月
月月月
月
西
复环食 环初
圆
食 终
甚
食 始
亏
地球概论
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月全食过程
东 东
生光
白道 复圆 黄道
白道
地本影
食甚
食既
月
西 月全食
初亏
西 月偏食
图6－7 月食过程
地球概论
地球本影
地球概论
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日月食发生的过程
东
1、日全食过程: ①初亏 ②食既 ③食甚 ④生光 ⑤复圆
2、日偏食过程①初亏②食甚③复圆
①日
3、月全食过程: ①初亏 ②食既 ③食甚 ② ④生光 ⑤复圆
海洋的奇妙之旅认识海洋学中的潮汐和洋流
海洋的奇妙之旅认识海洋学中的潮汐和洋流海洋的奇妙之旅：认识海洋学中的潮汐和洋流海洋，占地球表面积的70%以上，是地球上最广阔的水域。
它不仅是地球生命的源泉和调节器，还承载了许多奇妙的自然现象。
本文将带您踏上一次海洋的奇妙之旅，深入了解海洋学中的潮汐和洋流。
一、潮汐：大海的呼吸潮汐是指海洋由于地球上太阳和月亮的引力作用而引起的周期性升降。
太阳和月亮对海洋表面的引力使得海水发生起伏，形成潮汐现象。
潮汐的高低变化是按照一定的规律进行的。
我们常见的潮汐变化有涨潮和退潮两个过程。
涨潮是指海水逐渐升高，潮位逐渐上升；退潮则是海水逐渐降低，潮位逐渐下降。
潮汐的形成与地球上太阳和月亮的相对位置有关。
当太阳、月亮和地球处于一条直线上时，引力最强，形成春潮（大潮）；而当太阳、月亮和地球形成直角时，引力最弱，形成小潮（它潮）。
二、洋流：大海的血脉洋流是指在海洋中具有一定规律和长时间延续性的水流运动。
它是由多种因素共同作用所形成的。
1. 风力驱动的洋流风力是洋流形成的主要推动力之一。
在海洋表面，风吹动海水，使得海水形成了巨大的表层洋流。
这种洋流被称为风生洋流。
它的运动受到风的方向和强度的影响。
2. 密度差异造成的洋流海水的密度差异也会导致洋流的形成。
当海水温度、盐度或两者的组合存在不同的梯度时，就会形成密度不同的海水层。
这种密度差异会引发水流运动，形成密度驱动的洋流。
3. 地球自转引起的洋流地球自转产生了科氏力，这是由地球自转所带来的惯性力。
科氏力会使得水体在北半球偏转向右，而在南半球偏转向左。
这种偏转效应会导致洋流的形成，并且洋流会在一定范围内维持着稳定的循环。
三、潮汐和洋流的应用潮汐和洋流有着广泛的应用价值。
利用潮汐和洋流的知识，人们可以进行海上航行规划和导航，提高航行的安全性和效率性。
此外，人们还可以利用洋流的运动特性来进行资源勘探，例如利用洋流带来的海水运动，寻找能源、鱼类等资源。
同时，潮汐和洋流也对海洋生态系统产生重要影响。
地球上的天文潮汐
地球上的天文潮汐一、潮汐现象居住在海滨的人都知道，海水有周期性的涨落现象。
当海水上涨时，大片海滩被海水吞没，此时谓之涨潮；当海水退落时，海水又远离岸边，此时谓之落潮。
海水这种大规模的涨落，大约每天有两次。
我国古代曾把白天的上涨叫做“潮”，晚上的上涨叫做“汐”，合称“潮汐”。
人们很早就认识到，潮汐的产生与日月有关。
但对潮汐成因真正做出科学的解释，则是从牛顿发现了万有引力才开始的。
根据牛顿的理论分析，潮汐现象是由于太阳、月球的引力在地球上分布的差异产生的。
这个引力的差异叫做引潮力。
我们设想整个地球都由海水所包围，引潮力可以把地球拉成长球体（右图）。
对着日月的一点叫正垂点，海水隆起，背着日月的一点叫反垂点，海水也隆起。
正、反垂点的联线恰是这个长球体的长轴。
二、引潮力太阳和月球何以会对地球产生引潮力？地球何以会被拉成长球体？以太阳为例。
我们知道，地球之所以不断绕日公转，是由于地球受到太阳吸引（实际是两者互相吸引），使地球获得一个指向太阳中心的向心加速度，从而不断地改变地球的运动方向才作曲线运动的。
在一般情况下，讨论地球绕日公转运动时，由于日地距离比地球半径大的太多，所以把地球看作一个质点。
但当我们分析太阳引力在地球上的分布与其有关的潮汐现象时，地球的大小和形状则是必须考虑的。
在图2中，设O为地球中心，太阳对地心单位质量物质的引力为OF，（即太阳对地球的平均引力）。
设P和P′为地面上任意两点，太阳对其单位质量的引力分别为PQ和P′Q′，其方向都指向太阳中心。
由于P距太阳较地心近些，P′较地心远些，所以PQ较OF长些，P′Q′较OF短些。
按照力学平行四边形分解法则，它们各有两个分力。
一个分力PN和P′N′必须与OF大小相等，方向一致。
只有这样才能保证地球上的每一个质点都随同地球中心同步绕日公转。
否则，地球将会被不同方向和大小的引力所分裂而不能成为一个整体。
另一个分力PL和P′L′，即平行四边形的短边，两矢量之差。
潮汐现象
相关遐想
许多学者都探讨过这一问题，提出过一些假想。古希腊哲学家柏拉图认为地球和人一样，也要呼吸，潮汐就 是地球的呼吸。他猜想这是由于地下岩穴中的振动造成的，就像人的心脏跳动一样。我国晋朝有人则认为，海水 的定期涨落是因为有一条无比巨大的海生动物定期出入海宫而造成的。
பைடு நூலகம்
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2012年力学界出现了新颖的确切定义，即重力是万有引力与惯性力的合力。用重力的新定义能准确地解释潮 汐的成因。在不考虑其他星球的微弱作用的情况下，月球和太阳对海洋的引潮力的作用是引起海水涨落的原因。 引潮力又是怎样的一种力呢？在物理学看来，在非惯性系下，引潮力是月球的万有引力和与之对应的惯性力，还 有太阳的万有引力和与之对应的惯性力等四种力的合力。有的资料提到“离心力”也是引潮力的分力之一，物理 学中有离心现象的提法，却没有“离心力”的概念和定义。不过“离心力”的本意正是惯性力。
满月和新月时，太阳、地球、月亮处于同一线上，此时地球受到的太阳引力和月球引力正好处于两个相反的 方向或同一方向，于是此时海洋涨潮达到最高潮 。
天文意义
潮汐现象是指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向涨 落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。一般正对着月亮的地方引潮力就大，而背对着月亮的海水所受 引潮力变小，又因离心力变大，海水在离心力的作用下，向背对月亮那面跑，于是也会出现涨潮。
与人类的关系
潮汐是所有海洋现象中较先引起人们注意的海水运动现象，它与人类的关系非常密切。 海港工程，航运交 通，军事活动，渔、盐、水产业，近海环境研究与污染治理，都与潮汐现象密切相关。尤其是，永不休止的海面 铅直涨落运动蕴藏着极为巨大的能量，这一能量的开发利用也引起人们的兴趣。
天文潮汐
二、引潮力
1、引潮力定义 地球中心所受月球或太阳引力，无论大小或方向，
都是整个地球的平均值，同这个平均值相比较，各 地所受月球或太阳引力都有一个差值。这个差值是 地球变形和潮汐涨落的直接原因，称引潮力，也称 长潮力或起潮力。 2、引潮力分布 3、影响引潮力因素：天体质量m、天体距离d和地球 半径r 4、太阳潮与太阴潮（以太阴潮为主）
四、潮汐的地理意义
1、发展养殖 2、发电 3、港口和海运 4、旅游 5、国家领土的基准 6、动力大洛希极限
一天体施与另一天体上的引潮力在正、反两 个方向把天体拉长，引潮力与距离的三次方 成反比，当绕中心天体旋转的小天体的距离 小到一定限度以内，引潮力可能超过小天体 内物质间的引力，使小天体瓦解。当然这个 极限距离与小天体的密度也有关系。如果小 天体内物质松散，在较远一些的距离上就会 瓦解，法国天文学家洛希1848年首次求得了 这个极限距离，称为洛希极限。
第三节 天文潮汐
一、潮汐现象
1、海面的潮汐涨落 在海洋潮汐现象中，海面的上升叫涨潮，海
面的下降叫落潮。 涨潮转变为落潮时，水位最高，称高潮，落
潮转变为涨潮时，水位最低，称低潮。 高潮和低潮的水位差，称为潮差。在一个周
期内，潮差最大时的海面升降，称为大潮； 潮差最小时的海面升降，称为小潮。
高潮和 低潮、 大潮和 小潮形 成示意
高潮和低潮、大潮和小潮形成示意
大潮和小潮形成示意
大潮：发生在朔望
小潮：发生在上下弦
2、地球的潮汐变形
从全球范围来看，潮汐现象首先是地球变 形的现象，地球是一个球体。假如地球本 来是一个正球体，它要在自转过程中由一 个正球体变成明显的扁球体，又要在公转 过程中由正球体变成轻微的长球体。前者 是永久性变形，而后者是周期性变形，称 为潮汐变形。
《地球概论》第二节 海洋天文潮汐
第二节 海洋天文潮汐由于日月对地球的引力作用，使地球上产生潮汐现象。
地球上的潮汐包括存在于海洋中的海洋潮汐、大气中的大气潮和岩石中的固体潮。
其中海洋潮汐是显而易见的。
一．潮汐现象及其成因（一）有关潮汐的基本概念１．潮汐：全球性海水的周期性涨落现象。
涨落：潮汐是海水的运动。
海水运动包括多方面，如洋流——水平运动；波浪——水分子的振动；潮汐——垂直运动（涨落）。
全球性：就一地来讲，潮汐是海水的垂直运动；但从广义上讲，全球潮汐现象还表现为海水大规模的水平运动——潮流。
因一地的海水水位上涨必然是别地海水流来补充。
故从全球范围看，潮汐现象既有海面的垂直升降，也有水平的流动。
周期：主要为太阴日。
２．涨潮和落潮在海水升降过程中，海面持续上升的过程为涨潮；海面持续下降的过程为落潮。
３．高潮、低潮和潮差高潮：海水由涨潮转为落潮时，水位最高，为高潮。
低潮：海水由落潮转为涨潮时，水位最低，为低潮。
潮差：高潮水位与低潮水位之差。
一般来说，在１太阴日中，有两次涨潮，两次落潮，高低潮也各有两次。
但每一次涨落并非前一次的简单重复，高潮不是同样高，低潮也不是同样低。
故潮差也有大有小。
４．大潮和小潮大潮：潮差最大时的潮汐为大潮；小潮：潮差最小时的潮汐为小潮。
（二）潮汐成因分布自转引潮力 潮汐 变形潮汐１．引潮力（１）概念实际引力Ｆ：日月对地球各质点的引力。
自然界两物体间存在万有引力。
对地球来说，影响最大的是日月两个天体的引力。
地球可看作由许多质点组成，日月对各个质点均由引力存在，我们把日月对每个质点实际存在的引力称为实际引力。
方向：指向引力天体（日、月）。
大小：与距离的平方成反比。
Ｆ＝平均引力Ｆ０：日月对地心的引力。
由于各质点位置的差异，日月对地球各质点的实际引力大小、方向均不相同。
地心的受力情况（大小、方向）无疑是全球的平均状况。
故称之为平均引力。
引潮力ｆ：各地受到的实际引力与平均引力的差值。
即 ｆ＝Ｆ－Ｆ０可通过平行四边形法则求得ｆ的大小和方向。
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一、 潮汐现象
潮汐涨落
❖ 从局部地区看，潮汐是周期性海面升 降；
❖ 涨潮和落潮：周期是半太阴日（约12 时25分）
❖ 潮差：高潮和低潮的水位差；
❖ 大潮和小潮：潮差最大时和最小时的 潮汐；
❖ 波和潮流：海面垂直升降和海水水平 流动。
地球的潮汐变形——正球体变成长球体
❖ 太阳对地球的引力，整体上为地球绕转 太阳提供向心力；
❖ 全日潮：其它日期，在≥90－范围内，纬
线全线位于顺潮（或对潮）半球内，以致那里 每太阴日只有一次涨潮和落潮；
❖ 混合潮：在其它纬度带，每太阴日虽有二次涨 潮和落潮，但高度有所不同，涨（落）潮历时 也有差异；
❖ 二分潮：春秋二分前后的朔望，日、月都在二分 点附近，太阳潮和太阴潮潮汐隆起最为接近，潮 差特大，日潮不等现象不显著；
❖ 地球各部分受“差别吸引”，使它发生 潮汐变形；
❖ 同理，月球的“差别吸引”，使地球在 绕转月地共同质心中发生潮汐变形。
图5-6（上） 太阳的引力使 地球不断地从 它的惯性直线 路径“落入” 自己的轨道。
图5-7（下） 潮汐变形
二、引潮力
❖ 引潮力及其分布： • 引潮力是一地所受天体引力同全球平均引 力的差值；
图5-10正反垂点的引潮力向上， 中间的引潮力向下，地球由正 球体变成长球体。
❖ 引潮力的大小，同天体距离的三次方成反比；
❖ 上述公式不是引潮力普遍公式，且是近似的， 但可以用比较太阴潮和太阳潮的相对大小；
❖ 公式中2，G，r都是常数，不同天体的引潮力大 小，仅取决于天体的质量m和距离d；
❖ 太阴潮>太阳潮（2.2：1）。东汉王充“涛之起 也，随月盛衰”。
• 正反垂点的引潮力最大。 ❖ 引潮力方向：两头（垂点）向上，中间向下； ❖ 潮汐隆起：向月（日）为顺潮；背月（日）
为对潮。
图5-8 引潮力及其分布 细箭头为平均引力，粗箭头为实际引力，双线箭头为引潮力。引潮力= 实际引力– 平均引力。正反垂点的引潮力最大。
图 5-9 引潮力的水平分力都指向 正反二个垂点，并在那里形成二 个潮汐隆起，使地球由正球体变 成长球体。
ห้องสมุดไป่ตู้
三、 海洋潮汐的规律性
潮汐的基本周期 ❖ 每太阴日二次高潮和二次低潮； ❖ 每朔望月二次大潮和二次小潮； ❖ 逢朔望发生大潮（初一、月半）； ❖ 逢上下弦发生小潮（初八、廿三）。
图5-11 潮汐的基本周期：每太阴日二次高潮和二次低潮
图5-12（上） 逢朔望发生 大潮（下） 逢上、下弦 发生小潮
❖ 二至潮：冬夏二至前后的朔望，情形有所不同；
❖ 近地潮与远地潮：近地点时的太阴潮比远地点时 要大39.1%；
❖ 而潮汐摩擦：潮流对海底的摩擦作用。
潮汐的复杂性
❖ 日潮不等：若月球赤纬不等于零，它的两个垂 点分居南北两半球，以致同一纬度（除赤道外） 的顺潮与对潮有所不同，造成一日内二次高潮 之间的差异；
❖ 回归潮：月球赤纬愈大，日潮不等愈显著，
赤纬最大（2835）时发生的潮汐；
❖ 半日潮：在赤道上，一太阴日内有等高的二次 高潮和低潮，间隔均匀；