浅析潮汐原理及其应用

申炳琦

摘 要： 潮汐是地球上普遍存在的一种自然现象，它是在太阳、月亮引潮力的作用下，在地球的岩石圈、大气圈和水圈中分别产生的周期性运动，故潮汐包含固体潮汐、大气潮汐和海洋潮汐三种形式。本文将针对表现形式最明显也是我们最常见的海洋潮汐（以下简称潮汐）进行讨论，重点介绍了什么是潮汐，潮汐形成的原理是什么，以及潮汐在我们生产生活中有那些应用。

关键词：潮汐 潮型 周期性 引潮力 潮汐能 灾害预警

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）02-0135-01

前言

物理是研究世间万物规律的一门学科，在我们生活中有许多神奇的物理现象，有些现象即便经常见，但不经过学习我们很难把握这些现象发生的真正原因。常年在海边生活的人们都会看到海水有一种周期性的涨落现象，中国古时为了解释这种现象，给其赋予了很多神话色彩，认为存在海神每天操控海水的起落，潮水大的话就认为是海神发怒造成的。现今我们通过学习已经认识到海水的涨落是一种自然现象，而且我们也已经开始利用这种自然现象来造福人类，但究竟潮汐形成的原因是什么，其有什么规律，还是有很多人并不了解。

一、什么是潮汐

我国古书上有说：“大海之水，朝生为潮，夕生为汐。”故中国人称海水早上上涨为潮，晚上上涨为汐，合称为潮汐。各地潮汐的时刻、持续时间、大小均不相同，但大致上可分为三种类型：半日潮型：一昼夜内（一个太阴日）出现两次高潮和两次低潮，前一次高潮和低潮的潮差和后一次高潮和低潮的潮差几乎相等，约等于6小时12.5分钟，我国东海、黄海、渤海沿海多数地点便属于这种潮型，如青岛、厦门等地；全日潮型：一昼夜内只有一次高潮和一次低潮，高潮和低潮之间的时间差约为12小时25分，我国南海地区有这种潮型，其中南海的北部湾是世界上最典型的全日潮海区；混合潮型：混合潮是正规半日潮和全日潮之间的过渡潮型，一般又分为“不正规半日潮”和“不正规全日潮”，表现为一个月内有些日子出现两次高潮和两次低潮，但较半日潮型潮差较大，有些日子出现一次高潮和一次低潮，但较全日潮型潮差较小，我国南海海区多数地区为这种潮型。

二、潮汐形成的原理

潮汐是由于太阳、月球和地球相对位置的不断改变及地球自转在一昼夜中地表各处受太阳、月球引力和合力不断改变，导致海水周期性涨落的现象[1]，导致海水涨落的这种合力我们也称之为引潮力。牛顿的万有引力定律表明：引力的大小与两个物体的乘积成正比，和两个物体之间的距离成反比，在不考虑其他星球的微弱作用力的情况下，月球和太阳对海洋的引潮力的作用是引起海水周期性涨落的原因，其中月球的作用约是太阳作用的两倍。我们先来说说月球的作用[2]，在离月球最近的地面上的物体，绕地、月共同质心（月球绕地球运动，可把月球、地球看成是绕共同质心运动的两个物体）做圆周运动的轨道半径明显小于地球质点的轨道半径，物体所受月球的万有引力就会大于所受对应的惯性力，这两个力不能再抵消，其合力与物体受地球的万有引力方向相反，使物体的重力明显变小。如果所说的“物体”是这里的海水，那么这里就会有涨潮发生。用同样的方法研究离月球最远的地面上的物体，月球对此处物体的万有引力小于与之对应的惯性力，它们的合力又是與地球对此处物体的万有引力方向相反，也是使物体的重力明显变小。所以在离月球最远的那部分海水同时也会有涨潮发生。这就使本应是球形的海平面微微呈现出纺锤体形状。研究太阳对潮汐的作用，与研究月亮作用的方法相同，这里不做详细论述。日月引潮力的效果是线性相加的，合成的结果与日、月的相对方位有关。在朔日和望日，月球、太阳和地球几乎在同一直线上，太阴潮和太阳潮彼此相加，就形成每月的两次大潮，在上弦月和下弦月时月球和太阳的黄经相距90°，太阴潮被太阳潮抵消了一部分，就形成每月里的小潮[3]。

三、潮汐的应用

1.潮汐能是一种因为引潮力造成的海水周期性涨落所产生的能量，是一种尚待开发的且储量巨大的可再生能源，我国海岸线总长3.2万公里，其中大陆海岸线1.8万公里，岛屿海岸线1.4万公里，有丰富的潮汐能资源。潮汐能有着洁净可再生的特点，如果利用得当，将极大的改善我国以煤炭为主的能源消费结构，减少因燃烧一次能源所排放的有害物质，对现在雾霾横行的空气质量的改善也有重要意义。我国现在已经建成的潮汐发电站有多所，主要集中在东南沿海地区，但对潮汐能的利用仅仅是开始，这与潮汐能不连续、收回成本周期长的特点是分不开的，后续还需要专家学者投入更多的精力开展这方面的研究，有效提高潮汐能的利用效率。

2.近几年来，全球性灾害频发，造成了巨大的经济损失和很多人员伤亡，如2004年的印尼海啸、2008年的缅甸热带风暴和中国四川汶川地震等，使人们开始重视起对自然灾害预警系统的建立，并逐渐成为国际社会的共同任务之一。潮汐规律和潮汐作用是一个十分复杂的地球物理问题，潮汐与其它过程的综合作用对自然灾害有可以预见的影响[4]。通过广泛收集信息，寻找其中的联系，要比单方面的研究单灾种的灾害规律更有效。这也给我们提出了一个方向，即灾害预警应该向着综合预警方向发展，潮汐作为地表物质运动的重要组成部分，而且地球表面有70%是由海洋组成的，其作用不容小觑。

结论

潮汐作为一种自然现象，其应用多种多样，除上面提到的两种以外，与海港工程、航运、军事活动、养鱼业、近海污染防治等方面都密切相关。总之，学好潮汐相关知识，对于有意向到沿海城市发展或致力于海洋研究的同学们来说意义重大。

参考文献

[1]李长松. 潮汐原理及其应用[J]. 才智，2013，35：310.

[2]https：//baike.baidu.com

[3]张洪波.徐振文.大学地理（自然版）[M].长春：吉林人民出版社.2003.13.16

[4]杨冬红. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D].吉林大学，2009.