海洋潮汐的原理及周期

王天譽

摘 要：海水的豎直漲落稱為潮汐。人類在遠古時期就已經觀察到了潮汐現象。直到牛頓發現萬有引力定律后，才對潮汐現象作出了科學的解釋。本文闡述了潮汐產生的原因，及其周期規律，希望對科學原理的普及作出些微的貢獻。

關鍵詞：潮汐;萬有引力;引潮力;周期

人類對潮汐現象的研究由來已久。東漢時期，我國唯物主義哲學家王充在《論衡》一書中提到“濤之起也，隨月盛衰，大小滿損不齊同”。余道安《海潮圖序》也提到“潮之漲落，海非增減，蓋月之所臨，則之往之”。北宋燕肅著《海潮論》，繪制《海潮圖》。《海潮論》論述了海潮形成的原因。他指出，“日者眾陽之母，陰生于陽，故潮附之于日也;月者，太陽之精，水者陰，故潮依之于月也。是故隨日而應月，依陰而附陽。中國古人已經意識到潮汐現象與月球有關。在古代的西方，柏拉圖認為地球與人一樣，也會“呼吸”，潮汐現象是地球的呼吸作用產生的。在17世紀，牛頓發現了萬有引力定律，并用引潮力解釋了潮汐現象，得到了世界的認可。之后伯努利建立了潮汐靜力學，拉普拉斯建立了潮汐的靜力學。后來在達爾文和開爾文等開學家的努力下，形成了潮汐學。潮汐形成的原因還和其他因素有關，本文只考慮萬有引力對海潮的影響。

一、潮汐形成的原理

我們假定地球表面全部被海水均勻覆蓋。太陽和月球以及其他行星對地面的海水都有引力的作用。我們把天體對地面海水的引力稱為引潮力。牛頓萬有引力定律指出，物體之間的萬有引力與兩個物體質量的乘積成正比，與兩者之間的距離成反比。月球質量雖然比太陽質量小的多，但是月球與地面海水的距離比較近，實際上月球對海水的引力最大，大約是太陽對海水引力的2倍。其他行星的引潮力要小得多，幾乎可以忽略。

1.月引潮力對潮汐的影響

海水主要受到地球引力、月球引力和慣性離心力的作用。在這三種引力的作用下，地面海水的高度出現不同。在地球的近月點，月引潮力與海水慣性離心力同向，海水的漲幅最高。在地球的遠月點，慣性離心力方向與月引潮力方向相反，由于慣性離心力的作用大于月引潮力的作用，海水還是會出現一個較大漲幅。我們把海潮的漲落的高度差稱為潮差。地球遠月點的潮差低，近月點潮差高。在地球近月點和遠月點海水形成高潮。在垂直于地心月心連線的方向上，海水所受引力的合力幾乎指向地心，海水被拉低，形成低潮。整個地球上的海水，形狀類似紡錘體。

2.日引潮力對潮汐的影響

日引潮力大約是月引潮力的二分之一。日引潮力對海水的影響與月引潮力相似，但效果沒有那么明顯。海水受到太陽的引潮力指向太陽。在日地連線上，地球靠近太陽的一點，以及遠離太陽的一點，海水在日引潮力的作用下會有兩個凸起。而在日地連線的中垂線上海水比較低。在地球繞太陽運動過程中，地球與太陽之間的距離會發生變化，日引潮力的大小也會隨著發生變化。近日點潮差比較大，遠日點潮差比較小。

二、大潮與小潮

當日月地三者共線，月球位于日地之間時，日引潮力與月引潮力方向相同，合力較大，形成大潮，潮差最大;地球位于日月之間時，日引潮力與月引潮力方向相反，相互抵消，形成小潮，潮差較小。

1.潮汐的周期

潮汐的周期是一個復雜的課題，它與引潮力、流體阻力、水波震動、地形特點等因素有關。本文主要考慮潮汐周期與萬有引力的關系。

2.半日潮

有些港口，海水每天漲落兩次。早上稱為“潮”，晚上稱為“汐”。在月引潮力作用下，地球海水形成紡錘體狀。由于地球的自轉，地球繞月一晝夜經過兩次高潮兩次低潮。一次漲落經理的時間約為12小時25分鐘。半日潮港口一般分布在低緯度地區。我國黃海、渤海、東海的多數港口為半日潮型，如青島、廈門、大沽等。還有一些地區具備半日潮屬性，但是周期不等，相差較大，我們稱之為不正規半日潮。

3.全日潮

全日潮是指一個太陰日內，只有一起潮水的漲落。在半個月內，有連續7天出現全日潮，就可以成為全日潮型港口。全日潮的成因與共振有關，我國的北部灣地區是典型的全日潮區。還有一些地區，半個月內不足7天會出現全日潮，其余幾天為半日潮，我們稱之為不正規全日潮混合潮。

4.月潮

月球繞地公轉的周期為27.3天，由于公轉，地日月三者位置關系會發生變化。月球在一個自然月里面會經過一次大潮區，一次小潮區，形成月潮。

5.年潮

地球繞太陽公轉的軌道也是一個橢圓，周期為一年。地球每年經過一次近日點，經過一次遠日點。這樣在近日點則會出現機大潮。例如我國錢塘江的怒潮。蘇軾說：“八月十八潮，壯觀天下無”。

結束語：潮汐作為一種循環往復的漲落現象，是太陽和月亮引潮力作用下的周期性運動，蘊含著豐富的能量，并與人類的社會生活產生著極其密切的關系。探索潮汐現象的成因以及周期規律，對于更好地開發和利用這一自然資源，充分服務航務交通、漁業、鹽業、水產、軍事等生產活動具有重要意義。作為新時代的學子，我們不僅要努力學習書本上的知識，更要有積極探索的精神，深入專研社會生活中蘊含的科學知識，為推進社會進步，實現國家的繁榮富強貢獻自己的力量。

參考文獻

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