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潮汐

2020-04-09 21:00

海水受引潮力作用而产生的长周期波动现象(参见彩图ⅩⅦ—34、35)。它在铅直方向表现为潮位升降,在水平方向表现为潮流涨落。由月球引潮力引起的潮汐称为太阴潮;由太阳引潮力引起的称为太阳潮。两者都属于天文潮。引潮力不仅产生海洋潮汐,还引起地壳潮汐(地潮)和大气潮汐(气潮)。在海岸动力学和海洋工程中主要研究的是海洋潮汐。由于地球、月球和太阳三者运行的相对位置周期性变化,潮汐的大小和涨落时间逐日不同。又因各地纬度不同和受地形、水文、气象等因素的影响,各地潮汐也有差异和各自的变化。月球距地球较近,其引潮力为太阳的2.17倍,故潮汐现象主要随月球的运行而变。

ⅩⅦ—34 钱塘江海潮——一线潮

陈建华摄

ⅩⅦ—35 钱塘江海潮——回头潮

陈建华摄

潮汐类型按周期不同,可分为全日潮、半日潮和混合潮。在一个太阴日(约24 h 50min)内发生一次高潮和一次低潮的现象称为全日潮;发生二次高潮和二次低潮的现象称为半日潮。在半日潮海区中,如两次高潮和低潮的潮位、涨落潮历时不等,且通常半月中有数天出现全日潮的现象,称为混合潮。混合潮又可分为不正规全日潮和不正规半日潮。各地潮汐的类型,可根据太阴主要全日分潮(O1)、太阴—太阳赤纬全日分潮(K1)与太阴主要半日分潮(M2)的振幅,查表确定。

潮汐类型判别表

由于月球以一月为周期绕地球运动,随着月球、太阳和地球三者所处相对位置不同,潮汐除周日变化以外,并以一月为周期形成一月中两次大潮和两次小潮。在朔、望日,由于月球、太阳和地球运行位置处于一直线上,月球和太阳的引潮力相互叠加,此时海面升降最大,形成一月中两次最高的高潮和最低的低潮,称为大潮。在上弦与下弦日,由于月球、太阳和地球相互运行的位置,接近直角三角形,月球、太阳对地球的引潮力相互消减,此时海面升降最小,称为小潮。事实上,由于自然环境和海水运动的惯性以及海底摩阻力等的影响,大潮通常发生在朔、望日后2~3 d(习惯上称为滞后),小潮通常发生在上、下弦日后2~3 d。

中国古代地理著作《山海经》中已提到潮汐与月球的关系。近代关于潮汐的研究,开始于17世纪的后半叶。1687年I.牛顿在前人和他自己研究工作的基础上,归纳出万有引力定律,且用来解释海洋的潮汐现象,称为潮汐静力理论或平衡潮理论。这一理论大约经过半个世纪,经D.I.伯努利、L.欧拉等人的研究得以完善。但当时他们却把原来属于动力学范畴的潮汐,当成静力学问题来处理。直到1775年,P.S.拉普拉斯才提出潮汐动力理论,且引入地转偏转力。拉普拉斯的理论把海洋潮汐看作是在外力——引潮力作用下所引起的强迫振动。

由于生产实践的需要,人们在探索潮汐成因的同时,也进行潮汐推算的研究。约在19世纪,英国的G.H.达尔文、L.开尔文等人分析了几十个分潮,作出较为可靠的潮汐推算,且制造了潮汐推算机代替烦琐的人工计算工作,从而建立了近代潮汐推算的雏型。到了20世纪20年代,潮汐科学有了新的进展。如杜德森(A.T.Doodson)等人将引潮力(或引潮势)分解成上百个分量,又给出分析和推算用的大量数值表,从原理到计算方法上基本解决了海洋潮汐的推算。

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