淺析潮汐原理及其應(yīng)用

申炳琦

摘 要： 潮汐是地球上普遍存在的一種自然現(xiàn)象，它是在太陽(yáng)、月亮引潮力的作用下，在地球的巖石圈、大氣圈和水圈中分別產(chǎn)生的周期性運(yùn)動(dòng)，故潮汐包含固體潮汐、大氣潮汐和海洋潮汐三種形式。本文將針對(duì)表現(xiàn)形式最明顯也是我們最常見(jiàn)的海洋潮汐（以下簡(jiǎn)稱潮汐）進(jìn)行討論，重點(diǎn)介紹了什么是潮汐，潮汐形成的原理是什么，以及潮汐在我們生產(chǎn)生活中有那些應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：潮汐 潮型 周期性 引潮力 潮汐能 災(zāi)害預(yù)警

中圖分類(lèi)號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）02-0135-01

前言

物理是研究世間萬(wàn)物規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，在我們生活中有許多神奇的物理現(xiàn)象，有些現(xiàn)象即便經(jīng)常見(jiàn)，但不經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)我們很難把握這些現(xiàn)象發(fā)生的真正原因。常年在海邊生活的人們都會(huì)看到海水有一種周期性的漲落現(xiàn)象，中國(guó)古時(shí)為了解釋這種現(xiàn)象，給其賦予了很多神話色彩，認(rèn)為存在海神每天操控海水的起落，潮水大的話就認(rèn)為是海神發(fā)怒造成的?，F(xiàn)今我們通過(guò)學(xué)習(xí)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到海水的漲落是一種自然現(xiàn)象，而且我們也已經(jīng)開(kāi)始利用這種自然現(xiàn)象來(lái)造福人類(lèi)，但究竟潮汐形成的原因是什么，其有什么規(guī)律，還是有很多人并不了解。

一、什么是潮汐

我國(guó)古書(shū)上有說(shuō)：“大海之水，朝生為潮，夕生為汐?！惫手袊?guó)人稱海水早上上漲為潮，晚上上漲為汐，合稱為潮汐。各地潮汐的時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間、大小均不相同，但大致上可分為三種類(lèi)型：半日潮型：一晝夜內(nèi)（一個(gè)太陰日）出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，前一次高潮和低潮的潮差和后一次高潮和低潮的潮差幾乎相等，約等于6小時(shí)12.5分鐘，我國(guó)東海、黃海、渤海沿海多數(shù)地點(diǎn)便屬于這種潮型，如青島、廈門(mén)等地；全日潮型：一晝夜內(nèi)只有一次高潮和一次低潮，高潮和低潮之間的時(shí)間差約為12小時(shí)25分，我國(guó)南海地區(qū)有這種潮型，其中南海的北部灣是世界上最典型的全日潮海區(qū)；混合潮型：混合潮是正規(guī)半日潮和全日潮之間的過(guò)渡潮型，一般又分為“不正規(guī)半日潮”和“不正規(guī)全日潮”，表現(xiàn)為一個(gè)月內(nèi)有些日子出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，但較半日潮型潮差較大，有些日子出現(xiàn)一次高潮和一次低潮，但較全日潮型潮差較小，我國(guó)南海海區(qū)多數(shù)地區(qū)為這種潮型。

二、潮汐形成的原理

潮汐是由于太陽(yáng)、月球和地球相對(duì)位置的不斷改變及地球自轉(zhuǎn)在一晝夜中地表各處受太陽(yáng)、月球引力和合力不斷改變，導(dǎo)致海水周期性漲落的現(xiàn)象[1]，導(dǎo)致海水漲落的這種合力我們也稱之為引潮力。牛頓的萬(wàn)有引力定律表明：引力的大小與兩個(gè)物體的乘積成正比，和兩個(gè)物體之間的距離成反比，在不考慮其他星球的微弱作用力的情況下，月球和太陽(yáng)對(duì)海洋的引潮力的作用是引起海水周期性漲落的原因，其中月球的作用約是太陽(yáng)作用的兩倍。我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)月球的作用[2]，在離月球最近的地面上的物體，繞地、月共同質(zhì)心（月球繞地球運(yùn)動(dòng)，可把月球、地球看成是繞共同質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體）做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑明顯小于地球質(zhì)點(diǎn)的軌道半徑，物體所受月球的萬(wàn)有引力就會(huì)大于所受對(duì)應(yīng)的慣性力，這兩個(gè)力不能再抵消，其合力與物體受地球的萬(wàn)有引力方向相反，使物體的重力明顯變小。如果所說(shuō)的“物體”是這里的海水，那么這里就會(huì)有漲潮發(fā)生。用同樣的方法研究離月球最遠(yuǎn)的地面上的物體，月球?qū)Υ颂幬矬w的萬(wàn)有引力小于與之對(duì)應(yīng)的慣性力，它們的合力又是與地球?qū)Υ颂幬矬w的萬(wàn)有引力方向相反，也是使物體的重力明顯變小。所以在離月球最遠(yuǎn)的那部分海水同時(shí)也會(huì)有漲潮發(fā)生。這就使本應(yīng)是球形的海平面微微呈現(xiàn)出紡錘體形狀。研究太陽(yáng)對(duì)潮汐的作用，與研究月亮作用的方法相同，這里不做詳細(xì)論述。日月引潮力的效果是線性相加的，合成的結(jié)果與日、月的相對(duì)方位有關(guān)。在朔日和望日，月球、太陽(yáng)和地球幾乎在同一直線上，太陰潮和太陽(yáng)潮彼此相加，就形成每月的兩次大潮，在上弦月和下弦月時(shí)月球和太陽(yáng)的黃經(jīng)相距90°，太陰潮被太陽(yáng)潮抵消了一部分，就形成每月里的小潮[3]。

三、潮汐的應(yīng)用

1.潮汐能是一種因?yàn)橐绷υ斐傻暮Ｋ芷谛詽q落所產(chǎn)生的能量，是一種尚待開(kāi)發(fā)的且儲(chǔ)量巨大的可再生能源，我國(guó)海岸線總長(zhǎng)3.2萬(wàn)公里，其中大陸海岸線1.8萬(wàn)公里，島嶼海岸線1.4萬(wàn)公里，有豐富的潮汐能資源。潮汐能有著潔凈可再生的特點(diǎn)，如果利用得當(dāng)，將極大的改善我國(guó)以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少因燃燒一次能源所排放的有害物質(zhì)，對(duì)現(xiàn)在霧霾橫行的空氣質(zhì)量的改善也有重要意義。我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)建成的潮汐發(fā)電站有多所，主要集中在東南沿海地區(qū)，但對(duì)潮汐能的利用僅僅是開(kāi)始，這與潮汐能不連續(xù)、收回成本周期長(zhǎng)的特點(diǎn)是分不開(kāi)的，后續(xù)還需要專(zhuān)家學(xué)者投入更多的精力開(kāi)展這方面的研究，有效提高潮汐能的利用效率。

2.近幾年來(lái)，全球性災(zāi)害頻發(fā)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和很多人員傷亡，如2004年的印尼海嘯、2008年的緬甸熱帶風(fēng)暴和中國(guó)四川汶川地震等，使人們開(kāi)始重視起對(duì)自然災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的建立，并逐漸成為國(guó)際社會(huì)的共同任務(wù)之一。潮汐規(guī)律和潮汐作用是一個(gè)十分復(fù)雜的地球物理問(wèn)題，潮汐與其它過(guò)程的綜合作用對(duì)自然災(zāi)害有可以預(yù)見(jiàn)的影響[4]。通過(guò)廣泛收集信息，尋找其中的聯(lián)系，要比單方面的研究單災(zāi)種的災(zāi)害規(guī)律更有效。這也給我們提出了一個(gè)方向，即災(zāi)害預(yù)警應(yīng)該向著綜合預(yù)警方向發(fā)展，潮汐作為地表物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的重要組成部分，而且地球表面有70%是由海洋組成的，其作用不容小覷。

結(jié)論

潮汐作為一種自然現(xiàn)象，其應(yīng)用多種多樣，除上面提到的兩種以外，與海港工程、航運(yùn)、軍事活動(dòng)、養(yǎng)魚(yú)業(yè)、近海污染防治等方面都密切相關(guān)。總之，學(xué)好潮汐相關(guān)知識(shí)，對(duì)于有意向到沿海城市發(fā)展或致力于海洋研究的同學(xué)們來(lái)說(shuō)意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1]李長(zhǎng)松. 潮汐原理及其應(yīng)用[J]. 才智，2013，35：310.

[2]https：//baike.baidu.com

[3]張洪波.徐振文.大學(xué)地理（自然版）[M].長(zhǎng)春：吉林人民出版社.2003.13.16

[4]楊冬紅. 潮汐周期性及其在災(zāi)害預(yù)測(cè)中應(yīng)用[D].吉林大學(xué)，2009.