海洋:我从小就经历其海潮\海啸等警报(有一次好象是70年代初-半夜里就全村人就撤退到青岭脚下-那里离海平面高至少50米)

  大海之潮汐Tides潮汐现象是沿海地区的一种自然现象,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

可参看中国力学学会副理事长北京大学武际可教授的“潮汐”系列博文:“牛顿与潮汐”,“拉普拉斯的潮汐方程”,“潮汐漫话(一) 早知潮有信”,潮汐漫话(二)月亮走 我也走,“潮汐漫话(五)潮汐发电”。

平衡潮理论--牛顿;平衡潮理论也称潮汐静力理论潮汐的力学原理---修正后的万有引力定律

当然要参考《潮汐和潮流的分析和预报》专著(作者:方国洪院士、郑文振、陈宗镛、王骥。中国潮汐与海平面专业委员会第一、二届正副主任就是郑文振、方国洪、陈宗墉),以及要参考专业论文如方国洪院士等“南海潮汐潮流的数值模拟”,“南海北部潮汐潮流的数值模型”,“南海潮汐特征的初步探讨”,“南海潮汐数值计算”,“南海潮汐和潮流的分布特征”等。

当然也要了解基本又关键的纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程”,它是粘性不可压缩流体的运动方程(如近年的一些年轻博士论文:浙江大学张挺主任的“粘性依赖于密度的Navier-Stokes方程组”,天津大学及春宁主任的“虚拟区域法在波浪与结构物相互作用中的应用”。也可参考1955年首届中国科学院院士、两弹一星功勋、中国人造卫星事业的倡导者和奠基人-赵九章主编的《高空大气物理学》(他在序中说“绪论及高空大气结构”由他一人撰写,也就大气动力学全是他写的,这包含第三章“大气振荡、高空大气中的潮汐现象”)

潮汐学的开拓性的科学人物有牛顿、拉普拉斯(如上面赵九章院士在《高空大气物理学》第54页说“拉普拉斯首先在海洋潮汐理论中得到了方程:Fyn+4R2Ew2yn /ghn=0,…”)以及William Thomson, 1st Baron Kelvin(百度William Thomson)等,此君著有Kelvin波、Kelvin开尔文定理等等关键概念和理论(关于Kelvin开尔文定理,上面北京大学工学院武际可教授-其对科学的一丝不苟就如执言地撰写“谈有关北大工学院的一则新闻揭露学副校长工学院院长陈十一院士造假,他说“陈十一院士宣称拓展了通行150年的上面Kelvin开尔文定理”是造假武际可再谈有关北大工学院的一则新闻”;还有当今世界流体力学最著名著作的作者-这里的George Batchelor的学生1957年北大毕业生温景嵩的“关于就湍流问题北大武际可批判陈十一事说陈十一是自吹自擂,大言不惭,谎话连篇

1687年,牛顿根据他发现的万有引力定律,用引潮力解释了潮汐的成因;1740年,瑞士伯努利建立了平衡潮学说;1775年,法国拉普拉斯建立了潮汐动力学理沦,给出了考虑地转偏向力影响的潮汐动力学方程组,及在特定条件下的特解;1845年,英国艾里提出了潮汐的长渠波动理论,并对其进行了较深入的研究;18721879年,英国汤姆逊(开尔文)设计了潮汐分析和预报的机械装置;18781891年,英国达尔文研究了地球潮汐,并提出了海洋潮汐分析和预报的调和分析方法。即平衡潮理论系由牛顿1687年首创,它假定:①地球完全被等深的海水覆盖,海底平坦;②海水没有惯性;③忽略地转偏向力和摩擦力。在这些假定下,某一时刻引潮力,在压强梯度力和重力平衡时,海面保持稳定状态所求得的潮汐,即为平衡潮。

1918Albert Defant德芳研究了红海里的潮汐协振动,应用逐步数值积分的办法将受迫波应用到红海里的潮汐上;1929年将大气不连续面的倾斜方程应用到海洋学,1939年强调地指出赤道逆流和南北赤道流与赤道不相对称的关系.

在没有引潮力作用时,重力与压强梯度力相平衡,海面为一圆球形状,海水深度处处相等,处于相对静止状态,所以没有潮汐涨退。当考虑引潮力作用时,此时需要引潮力、压强梯度力和重力3个力相平衡,才能使海面保持稳定,而这只有当海面重新调整,使它与引潮力和重力相垂直时,这才有可能。这样一来,海面将会发生变形。因此,只有在和月球距离最近和最远两点上的海面稍稍升高,而在两点中间地方的海面稍稍低落时,海面才能重新达到稳定。由于引潮力的作用,使原来球形海面变为椭球形,由于这一变形结果,一些地方的海面比原来高,而另一些地方的海面又较原来海面低,形成所谓“潮汐椭圆”。由于地球自转,一固定地点的海面便将发生周期性的涨退,形成潮汐。

牛顿的平衡潮理论可以近似地解释一些潮汐现象和推断未来潮汐。但是,实际上海洋中潮汐现象是极其复杂的,平衡潮理论往往与实际情况不符:①它完全没有考虑到海水运动。在自然条件下,月球赤纬改变时,海水必将产生运动;②根据平衡潮理论计算的最大潮差为78厘米,这与大洋的“实际潮差”相近,但与浅海的潮差相差很大,浅海区的潮差有时可达几米,甚至几十米;③平衡潮理论认为赤道上不会出现全日潮,低纬地区以半日潮占优势。事实上,许多位于赤道与低纬区的港口,也有全日潮出现;④平衡潮理论不能解释潮流这一重要现象。

潮汐的动力理论:拉普拉斯于1775年提出了动力理论,他认为:对于海水运动来说,只有水平引潮力才有重要性,而垂直引潮力所产生的作用只使重力加速度产生极微小的变化,故不重要。潮汐是在月球和太阳水平引潮力作用下的一种潮波运动,即潮汐现象是一种波动。大洋海水受到水平引潮力场的作用将发生流动,某处因水体的堆积而使海面上升,某处因水体流失而使水面下降,这样一来,便在理想的“地球”上,形成了水波,其最高处为波峰,当波峰到达时,便形成高潮;最低处为波谷,而当波谷到达时发生低潮。因为它是引潮力场所产生的,所以叫做“潮波”。动力理论消除了静力理论的主要缺点,即关于海洋表面在引潮力和重力作用下处于静止状态这一假设。对于潮波运动的作用,除引潮力外,还有地转偏向力和摩擦力。这是一种当运动发生以后才存在的力,运动一旦停止,这两个力也就消失了。因此,研究潮波在海洋中的运动,应特别考虑地转偏向力及其与海底的摩擦力(这在浅海更为重要),才能与实际情况相符。拉普拉斯研究了被海水所覆盖的地球面上的海水,在引潮力、压力和地转偏向力作用下潮波的运动。在求解时,分别考虑了长周期、半日和全日周期潮三种类型的潮波运动情况。拉普拉斯在研究过程中,仍然存在略去摩擦力和不考虑地形两个缺点。但是他建立的将潮汐看作强迫振动的潮汐运动方程组,至今仍是研究潮汐的理论基础。拉普拉斯动力理论没有考虑边界问题。

潮汐能…。象著名海岸科学家任美锷院士也写一些涉及潮汐和下面风暴潮的论文如“潮汐汊道的若干问题”、“风暴潮对淤泥质海岸的影响

风暴潮Storm surge Storm floodStorm Tide。可参考冯士筰院士的我国第一部系统的风暴潮专著《风暴潮导论》)。正如冯士筰院士说:风暴潮是来自海上的一种巨大的自然灾害现象!系指由于剧烈的大气扰动,如强风和气压骤变(通常指台风和温带气旋等灾害性天气系统)导致海水异常升降,它结合通常的天文潮(主要是潮汐),形成叠加现象,如果这种结合(叠加)恰好是强烈的低气压风暴涌浪形成的高涌浪与天文高潮叠加则会形成更强的破坏力,会引起沿海水位暴涨,海水倒灌,狂涛恶浪,酿成巨大灾害。此时又可称“风暴海啸”或“气象海啸”。

 在期刊网www.cnki.net 可看到“风暴潮”的研究论文已非常多,可研读参考“海南省南海地震监测和海啸预警服务”,“南海潜在海啸灾害的模拟”,“南海北缘海啸波高对潜在海啸源震级偏差的敏感性”,“南中国海沿岸港口海啸灾害的数值模拟”,我国第一篇署作者名的风暴潮论文“浅海风暴潮动力机制的初步研究”也是冯士筰院士和秦曾灏教授合作的,他俩和孙文心合作的《浅海风暴潮动力机制及预报方法的研究》项目获得1982年国家自然科学三等奖他们的获奖工作主要有:海—气相互作用与海流、风暴潮”,“超浅海风暴潮的数值模拟(I)——零阶模型对渤海风潮的初步应用”,“超浅海风暴潮的数值模拟(Ⅱ)——渤海风潮的一阶模型”,“风暴潮的理论模化”,“含变涡动系数的超浅海风暴潮模型”,“简单海-气边界层模式中的埃克曼流动Ⅱ——有限深海的情形”,海啸波生成、传播与爬高的数值模,“地震海啸在世界大洋中的分布规律及其预测方法”,“海啸及太平洋海啸警报系统”,“海洋危险现象预报”,“中国的地震海啸及其预警服务”,“我国海洋自然灾害基本状况及预警系统”,“我国海啸灾害及预警现状与建议”,“地震海啸监测预警现状与进展”,“地震海啸的宏观前兆现象”,“海啸灾害与预警”,“海啸模型研究进展(I)”,“海啸数值计算研究进展”,“滑坡海啸的预测模型及其应用”,“海啸及其对航海的影响探析”,“海啸浅海传播规律和船舶的应对措施”,“海啸波数值模拟的研究现状”,“海啸灾害的数值模拟研究”,“海岸角度对逆断层地震海啸骤升高度的影响”,“局地海啸波传播数学模型的研究”,“越洋海啸波传播数学模型的研究”,“海啸波近岸共振响应的数值模拟及分析”,“海啸波作用下泥沙运动——Ⅰ.岸滩剖面变化分析”,“地震海啸危险性分析研究进展”,“基于海啸浮标数据反演的海啸数值预报方法的初步研究”)。中国风暴潮及海啸研究会第一、二届正副理事长主要是刘凤树、秦曾灏、冯士筰三人刘凤树的论文确实主要做风暴潮,但他在www.cnki.net论文也就22篇,与秦冯还是有差距的

风暴潮能否成灾,在很大程度上取决于其最大风暴潮位是否与天文潮(主要指潮汐)高潮相叠,尤其是与天文大潮期的高潮相叠。当然,也决定于受灾地区的地理位置、海岸形状、岸上及海底地形等。如果最大风暴潮位恰与天文大潮的高潮相叠,则会导致发生特大潮灾,如8923 9216号台风风暴潮。1992 828日至91日,受第16号强热带风暴和天文大潮的共同影响,我国东部沿海发生了1949年以来影响范围最广、损失非常严重的一次风暴潮灾害。潮灾先后波及福建、浙江、上海、江苏、山东、天津、河北和辽宁等省、市。风暴潮、巨浪、大风、大雨的综合影响,使南自福建东山岛,北到辽宁省沿海的近万公里的海岸线,遭受到不同程度的袭击。受灾人口达2000多万,死亡194人,毁坏海堤1170公里,受灾农田193.3万公顷,成灾33.3万公顷。

国内外学者较多按照诱发风暴潮的大气扰动特性,把风暴潮分为由热带气旋所引起的台风风暴潮(或称热带风暴风暴潮,在北美称为飓风风暴潮,在印度洋沿岸称为热带气旋风暴潮)和由温带气旋等温带天气系统所引起的温带风暴潮两大类。

我国是世界上两类风暴潮灾害都非常严重的少数国家之一,风暴潮灾害一年四季均可发生,从南到北所有沿岸均无幸免。国内外通常以引起风暴潮的天气系统来命名风暴潮。例如:由1980年第7号强台风(国际上称为Joe台风)引起的风暴潮,称为8007台风风暴潮或Joe风暴潮;由1969年登陆北美的Camille飓风引起的风暴潮,称为Camille风暴潮等。

中国历史上,由于风暴潮灾造成的生命财产损失触目惊心。1782年清代的一次强温带风暴潮,曾使山东无棣至潍县等7个县受害。189542829日,渤海湾发生风暴潮,毁掉了大沽口几乎全部建筑物,整个地区变成一片泽国海防各营死者2000余人192282一次强台风风暴潮袭击了汕头地区,造成特大风暴潮灾,据史料记载和著有“风暴成因之新学说”的我国著名气象学家竺可桢先生考证:有7万余人丧生,更多的人无家可归流离失所。这是本世纪以来我国死亡人数最多的一次风暴潮灾害。据《潮州志》载,台风震山撼岳,拔木发屋,加以海汐骤至,暴雨倾盆,平地水深丈余,沿海低下者且数丈,乡村多被卷入海涛中受灾尤烈者,如澄海之外沙,竟有全村人命财产化为乌有。该县有一个1万多人的村庄,死于这次风暴潮灾的竟达7000多人。当地政府对此不闻不问,结果流行病横行,又死了2000多人。记录到的这次风暴潮值为3.65米,台风风力超过了12级。上海地区在历史上也曾发生多起非常严重的特大风暴潮灾。其中最严重的一次发生在1696年,康熙三十五年六月初一日,大风暴雨如注,时方值亢旱,顷刻沟渠皆溢,欢呼载道。二更余,忽海啸,飓风复大作,潮挟风威,声势汹涌,冲入沿海一带地方几数百里。宝山纵亘六里,横亘十八里,水面高于城丈许;嘉定、崇明及吴淞、川沙、柘林八、九团等处,漂没千丈,灶户一万八千户,淹死者共十万余人。黑夜惊涛猝至,居人不复相顾,奔窜无路,至天明水退,而积尸如山,惨不忍言。这是我国风暴潮灾害历史的文字记载中,死亡人数最多的一次。

  据统计,汉代至公元1946年的二千年间,我国沿海共发生特大潮灾576次,一次潮灾的死亡人数少则成百上千,多则上万及至十万之多。

  中华人民共和国成立后的四十多年中,我国曾多次遭到风暴潮的袭击,也造成了巨大的经济损失和人员伤亡。1956年第12(Wanda)强台风引起的特大风暴潮,使浙江省淹没农田40万亩,死亡人数4629人。1969年第3(Viola)强台风登陆广东惠来,造成汕头地区特大风暴潮灾,汕头市进水,街道漫水1.5-2米,牛田洋大堤被冲垮。在当地政府及军队奋力抢救下,仍有1554人丧生。但较1922年同一地区相同强度的风暴潮,死亡人数减少了98%196445日发生在渤海的温带气旋风暴潮,使海水涌入陆地2030公里,造成了1949年以来渤海沿岸最严重的风暴潮灾。黄河入海口受潮水顶托,浸溢为患,加重了灾情,莱州湾地区及黄河口一带人民生命财产损失惨重。另一次是1969423日,同一地区的温带风暴潮使无棣至昌邑、莱州的沿海一带海水内侵达3040公里。据统计,1949—1993年的45年中,我国共发生过程最大增水超过1米的台风风暴潮269次,其中风暴潮位超过2米的49次,超过3米的10次。共造成了特大潮灾14次,严重潮灾33次,较大潮灾17次和轻度潮灾36次。另外,我国渤、黄海沿岸1950—1993年共发生最大增水超过1米的温带风暴潮547次,其中风暴潮位超过2米的57次,超过3米的3次。造成严重潮灾4次,较大潮灾6次和轻度潮灾61次。

风暴潮(含近岸浪)是我国水文气象灾害中最严重的海洋灾害,近20年来造成的经济损失高达2500亿元。