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潮汐静力理论

/static theory of tide/
条目作者章卫胜

章卫胜

最后更新 2023-02-15
浏览 221
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应用静力学的基本原理和方法,基于海水质点随时处于重力与引潮力平衡作用的观点,阐明潮汐成因,解释其基本特征的潮汐理论。又称平衡潮理论。

英文名称
static theory of tide
又称
平衡潮理论
所属学科
水利工程

  1687年由I.牛顿[注]提出,1740年由D.伯努利发展而形成。潮汐静力理论的基本假定为:①作为圆球,整个地球表面被等深海水所覆盖。②不考虑海水运动,即忽略惯性力和地转力的作用。③海水为理想流体,即不考虑海水内摩擦力和海底摩擦阻力。

  潮汐静力理论的基本思想是:海水主要是在月球引潮力的作用下离开原有的平衡位置做相应的升降,直到重力和引潮力达到新的平衡为止。由此,平衡球体海面产生形变而成为椭球体,称为潮汐椭球,且其长轴恒指向月球中心。同理,海水在太阳引潮力的作用下,也形成一个类似的椭球体,但其长轴恒指向太阳中心。同时因为地球自转,上述两个椭球体表面叠加而成的海洋表面相对于地球表面就形成了周期性涨落的潮汐。

  由潮汐静力理论可以推导出月球和太阳的平衡潮潮高公式,分别为:


(1)

(2)

式中MSE分别为月球、太阳和地球的质量;D、D'分别为月球、太阳到地球中心的距离;θθ′分别为月球和太阳天顶距;a为地球半径。

  根据潮汐静力理论可以解释许多潮汐现象,如全日潮、半日潮、混合潮、潮汐不等(包括日不等、半月不等、月不等和年不等等)、朔望大潮、上下弦小潮等。潮汐静力理论是建立在客观存在的引潮力之上的,根据潮汐静力理论推导的平衡潮潮高公式所揭示的潮汐变化周期与实际基本相符,同时由平衡潮潮高公式计算得到的最大可能潮差为0.78米,也与实际大洋的潮差相近,如太平洋中的夏威夷群岛海域,最大潮差仅为0.9~1.0米。潮汐调和分析中所采用的各个“分潮”,就是平衡潮潮高公式根据天体力学原理展开导出的,因此潮汐静力理论是潮汐调和分析和潮汐预报的理论基础,具有重要的实用价值。

由于在所采用的基本原理、方法及假定上的局限,潮汐静力理论在说明海洋中实际潮汐现象及其特征时还存在问题,主要体现在:①假定整个地球完全被等深海水覆盖,理论求出的最大潮差为0.78米,与大洋深海中的实际接近,但与浅海区的潮差相差较大。在浅海区,因海岸线及海底地形等自然条件的制约,潮差可达几米甚至十几米。②未考虑海水运动,因此无法解释潮流现象,导致理论认为,每当月球在某处上中天或下中天时出现高潮,这与实际情况有所差异。也无法理解多数地方大潮出现在朔望日之后数天(一般二天左右)的现象。③无法解释在一些半封闭海湾中出现的无潮点,在等潮时线绕无潮点顺时针或逆时针旋转,两岸潮差不等现象。④依潮汐静力理论,赤道上永远不会出现日潮,低纬度地区也以半日潮占优势。但实际上,赤道和低纬度地区有日潮出现。于是P.-S.拉普拉斯[注]1775年提出了潮汐动力理论,应用流体动力学方法研究潮汐问题。

  • 陈宗镛.潮汐学.北京:科学出版社,1980.
  • 黄祖珂,黄磊.潮汐原理与计算.青岛:中国海洋大学出版社,2005.

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