地球上的天文潮汐.docx

0.5°/h0.5°/h0.5°/h图5-16潮汐的基本周期：每 太阴日二次高潮和二次低潮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Pz 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，Pz 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Pz 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，两矢量之差显然，这后一个分力正是太阳对地球该点实际引力与平均引力的差值——引潮 力在所有引潮力中，由于正垂点U所受太阳引力最大，反垂点U，所受太阳 引力最小，它们与平均引力的差值最大，所以这两点的引潮力也最大并且，它 们都与地面垂直，正垂点的引潮力指向太阳，反垂点的引潮力背向太阳从图中可以看出，对具有一定半径的地球来说，它的向日半球所受太阳引力 都比平均引力偏大，背日半球所受太阳引力都比平均引力偏小。

如果我们取指向 太阳的方向为正，背向太阳的方向为负，那么，根据引潮力定义：引潮力 = 实际引力 - 平均引力 可知，向日半球的引潮力均为正位，都不同程度地向着太阳，背日半球的引 潮力均为负值，都不同程度地背着太阳但对地球中心而言，无论正垂点，还是 反垂点，它们的引潮力都是向“上”的，有把海水拉起的趋势；在距两垂点 90o 的大圆上的引潮力却都是向下的，有把海水压下的趋势这样，向日半球的海水 从四面八方向正垂点汇集，背日半球的海水从四面八方向反垂点汇集，遂把地球 拉成长球体为了帮助读者理解正、反垂点的引潮力都是背离地心向上的，我们不妨援引 法国数学家拉普拉斯（1949〜1827）在《宇宙体系论》中的一段有关论述：“设 想在太阳正下面的地上有一滴海水，它将比地心处受到更大的引力，因此这滴水 分子有离开地面的倾向，可是它为其重力所维系使这种倾向减小半天（注：指 12 小时）以后这滴海水正好位于同太阳相对的地方，在那里它受到的引力比地 心处小，因此地面有离开它的倾向，但水分子的重力维系着它，使它的重力仍为 太阳的引力所减小这段话清楚地表明，地表两滴相对方向的海水，由于受到 太阳方向的引力，都有离心向上的趋势。

至于月球对地球的引潮力，由于月球和地球共同绕地月系质心旋转，致使月 球对地球的引力方向变得非常复杂，不易用几何方法分析，故从略但是，总的 说来，月球对地球各点实际引力与平均引力的差值，就是月球对地球的引潮力三、潮汐的周期性根据万有引力定律可以推导正、反垂点引潮力计算公式若没 R 为地球半径，r为地心到天体中心距离，M为天体质量，G为引力常数，那么天体对地球 正垂点的引潮力：Fu = 2GMR / r3对反垂点的引潮力：FU = — 2GMR / r3由此可知，决定引潮力大小的是天体的质量和距离引潮力同天体的质量成 正比，同天体距离的立方成反比若以符号表示太阳、D表示月亮，那么月球引潮力同太阳引潮力之比值为：Fu, / Fu, = M / M X（r/ r ）3 = 2.18D © D © © D即月球引潮力是太阳引潮力的二倍多由月球引潮力造成的潮汐叫做太阴 潮，由太阳引潮力造成的潮汐叫做太阳潮太阴潮是主体，太阳潮是陪衬地球 上的潮涨潮落正是它们两者合成的结果在图 3 中，每逢朔望（农历初一和十五前后），日月同向和反向，太阴潮和太阳潮一致，海水大涨大落，为大潮 在上下弦（初七、八和二十二、三），由月球而生的涨潮被 太阳而生的落潮部分地抵消了，潮差最小，为小潮。

因此， 在一般情况下，每个朔望月有两次大潮，两次小潮；每个太 阴日有两次涨潮两次落潮Hi J]闽a 龙潮（上丿和小sac卜）的咸闵但实际上，潮汐的周期和规律远非这样简单地球上的潮汐 除了受日月赤纬、远近的影响外，还要受气流、洋流、海水 深度和沿岸地形等多种因素影响因此，潮汐现象十分复杂 如加拿大芬地湾和地中海都在同一纬度上，但前者以世界潮 差最大著称，达19．6米，而后者潮差还不到40厘米又 如北部湾和墨西哥沿岸一些港口同位于北回归线附近，应属 于每天两涨两落的半日潮区，然而那里却出现一涨一落的全 日潮再如理论上的大潮应该出现在朔日和望日，但实际上 却要延迟一至三天每天的高潮应该出现在月球上中天和下 中天时刻，但实际上，高潮到来的时刻往往要推迟几个小时， 甚至六个小时。