[科普中國(guó)]-平衡潮

由平衡潮理論所求得的潮汐稱(chēng)為平衡潮。它假定：地球完全被海水覆蓋，海底平坦、海水沒(méi)有慣性、忽略地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力。在這些假定下，某一時(shí)刻引潮力，壓強(qiáng)梯度力和重力相平衡時(shí)，海面保持穩(wěn)定狀態(tài)所求得之潮汐，即為平衡潮。

簡(jiǎn)介平衡潮理論假定：整個(gè)地球表面被等深海水所包圍；海水沒(méi)有慣性，也沒(méi)有粘滯性，在重力與引潮力作用下，海水時(shí)時(shí)處于平衡狀態(tài)。對(duì)于月球引潮力來(lái)說(shuō)，月球垂直引潮力的方向與重力加速度方向相反；反之對(duì)于在通過(guò)地心、并與地月中心連線垂直的平面上的那些點(diǎn)（圖1中的C、D點(diǎn)），垂直引潮力與重力加速度方向一致。因此，前者海面將稍稍升高，而后者海面將稍稍降低。通過(guò)這樣的調(diào)整，海面重新形成一個(gè)等勢(shì)面。這個(gè)新的等勢(shì)面形狀為一個(gè)橢球面，稱(chēng)為太陰“潮汐橢球”，如圖2所示。由于地球的自轉(zhuǎn)，在地殼上的一個(gè)固定點(diǎn)的海面便將發(fā)生周期性的漲落，從而形成潮汐。這就是平衡潮理論的基本思想。1

平衡潮原理起潮力、附加起潮力和重力矢量的合力稱(chēng)為瞬時(shí)重力；由地球的重力位、起潮力位和附加位的和構(gòu)成的重力位水準(zhǔn)面稱(chēng)為瞬時(shí)大地水準(zhǔn)面；瞬時(shí)大地水準(zhǔn)面相對(duì)大地水準(zhǔn)面的起伏稱(chēng)為平衡潮。假若把地球視為一個(gè)剛體，并在此剛體地球模型上覆蓋著一層沒(méi)有質(zhì)量的海水，且假定海水的質(zhì)點(diǎn)隨時(shí)都處于流體靜平衡狀態(tài)，則此海水相對(duì)剛體地球模型表面的起伏稱(chēng)為相對(duì)剛體地球模型表面的平衡潮，平衡潮的潮高等于起潮力位與地球重力的比值。討論平衡潮時(shí)，剛體地球模型是真實(shí)地球的一級(jí)近似，真實(shí)地球更近一步的近似是分層均勻彈性球狀模型，起潮力使分層均勻彈性地球模型表面發(fā)生起伏，并產(chǎn)生附加位。

潮汐周期現(xiàn)象半日潮圖3是假定月球赤緯為零時(shí)的月潮橢圓體，P為地極，A1、A2、A3、A4 分別表示地球表，面上任意一點(diǎn)A隨著地球自轉(zhuǎn)中的4個(gè)位置。這個(gè)潮汐橢圓體的長(zhǎng)軸在月、地中心的連線上。A1點(diǎn)，月球在該點(diǎn)上中天，該地海面水位升到最高，產(chǎn)生該地當(dāng)日第一次高潮。當(dāng)A轉(zhuǎn)至A2（第一次過(guò)照耀圈）點(diǎn)時(shí)，海面水位下降到最低，產(chǎn)生該地當(dāng)日第一次低潮。當(dāng)A 轉(zhuǎn)到A3點(diǎn)時(shí)，即月下中天，海面水位再次升到最高，即發(fā)生該地當(dāng)日第二次高潮。當(dāng)A轉(zhuǎn)到A4（第二次過(guò)照耀圈）時(shí)，海面水位再次下降到最低，于是發(fā)生該地當(dāng)日第二次低潮。月球連續(xù)兩次上（下）中天的時(shí)間間隔稱(chēng)為一個(gè)太陰日，約為24h50min。相鄰兩個(gè)高潮（低潮）的時(shí)間間隔（約為12h25min）稱(chēng)為潮汐周期?？梢?jiàn)，所討論的潮汐是以半個(gè)太陰日為周期的，故稱(chēng)為半日潮。

潮汐的周日不等與日潮在一個(gè)太陰日中發(fā)生的兩次高潮潮高（低潮潮高）及相鄰的高、低潮的時(shí)間間隔均相等。實(shí)際上，在同一太陰日中所發(fā)生的兩次高潮或兩次低潮的潮高以及相鄰的高、低潮的時(shí)間間隔并不相等，這種現(xiàn)象稱(chēng)為潮汐周日不等。

當(dāng)月球赤緯增大時(shí)，這種潮汐周日不等現(xiàn)象更為顯著。當(dāng)月球赤緯最大時(shí)、月球位于南北回歸線時(shí)，潮汐的周日不等現(xiàn)象最顯著，此時(shí)的潮汐稱(chēng)為回歸潮，此外，如果緯度等于或大于90°與月球赤緯之差，則每天就只有一次高潮和一次低潮了，如圖4中位于D1D2緯圈上的各點(diǎn)，即：當(dāng)月球赤緯不等于零時(shí)，緯度不為零的地方存在潮汐的周日不等現(xiàn)象。月球的赤緯越高，這種現(xiàn)象越顯著。某點(diǎn)的緯度越高，這種現(xiàn)象也越顯著。緯度等于或大于90°與月球赤緯之差的地方，一天只有一次高潮一次低潮，即日潮。

潮汐的半月不等雖然太陽(yáng)引潮力只是月球引潮力的將近1/2，但同樣會(huì)產(chǎn)生太陽(yáng)潮汐橢圓體。太陽(yáng)引潮力的另一個(gè)特點(diǎn)是太陽(yáng)兩次上（下）中天的時(shí)間間隔為一個(gè)太陽(yáng)日，即24h，因而太陽(yáng)潮的半日潮周期為12h。同樣，當(dāng)太陽(yáng)的赤緯不等于零時(shí)，也會(huì)發(fā)生潮汐的周日不等現(xiàn)象。太陽(yáng)潮的存在增加了潮汐現(xiàn)象的復(fù)雜性，由于月球、太陽(yáng)和地球在空間周期性地改變著它們的相對(duì)位置而發(fā)生了潮汐半月不等現(xiàn)象。

潮汐的視差不等由于月球是沿橢圓軌道繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的，地球在橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上，當(dāng)月球位于近地點(diǎn)時(shí)（距離約為57 個(gè)地球半徑）其引潮力要比位于遠(yuǎn)地點(diǎn)（距離約為63.7個(gè)地球半徑）時(shí)大40%。這種由于地球和月球距離變化而產(chǎn)生的潮汐不等，稱(chēng)為潮汐視差不等。

平衡潮理論缺點(diǎn)平衡潮理論可以解釋許多潮汐現(xiàn)象，但實(shí)際的潮汐要復(fù)雜得多。因?yàn)榧僭O(shè)條件與實(shí)際情況的差異，所以平衡潮理論對(duì)一些實(shí)際的潮汐現(xiàn)象無(wú)法解釋?zhuān)ㄈ缦聨讉€(gè)方面：

1、應(yīng)用平衡潮理論可以求出最大潮差為0.78 m。這與大洋中的實(shí)際潮差相近，但與淺海地區(qū)的潮差相差較大。在淺海，潮差有時(shí)可達(dá)幾米，甚至十幾米。

2、平衡潮理論沒(méi)有涉及海水的運(yùn)動(dòng)，因此，無(wú)法解釋潮流這一重要現(xiàn)象。

3、按照平衡潮理論，赤道上不會(huì)出現(xiàn)日潮，低緯度地區(qū)也以半日潮占優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上，赤道和低緯度有些地區(qū)均有日潮出現(xiàn)。

4、平衡潮理論認(rèn)為高潮應(yīng)出現(xiàn)在月球上、下中天時(shí)刻，大潮應(yīng)出現(xiàn)在朔、望之日。但實(shí)際高潮出現(xiàn)的時(shí)間總比月中天滯后幾小時(shí)，大潮出現(xiàn)的時(shí)間也比塑、望日落后1~3 天。

5、在一些半封閉的海灣、近海和大洋中，有時(shí)出現(xiàn)沒(méi)有潮汐漲落的無(wú)潮點(diǎn)，同潮時(shí)線繞無(wú)潮點(diǎn)作順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，兩岸潮差不等，而平衡潮無(wú)此結(jié)論。2

平衡潮與潮汐動(dòng)力學(xué)研究海水在引潮力作用下產(chǎn)生潮汐的過(guò)程，有兩種理論。一種叫平衡潮理論，另一種叫潮汐動(dòng)力理論。

平衡潮理論所求得的潮汐稱(chēng)為平衡潮。它假定，地球完全被海水覆蓋，海底平坦、海水沒(méi)有慣性、忽略地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力。在這些假定下，某一時(shí)刻的引潮力，壓強(qiáng)梯度力和重力相平衡時(shí)，海面保持穩(wěn)定狀態(tài)所求得之潮汐，即為平衡潮。由于平衡潮理論存在一些缺點(diǎn)，所以一些問(wèn)題的解決，只有求助于潮汐動(dòng)力理論。

潮汐動(dòng)力理論認(rèn)為，對(duì)于海水運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，只有水平引潮力才重要，垂直引潮力所產(chǎn)生的只是重力加速度的極微小變化，故不重要。海洋潮汐是海水在太陰和太陽(yáng)水平引潮力作用下的一種強(qiáng)迫波潮波的運(yùn)動(dòng)。潮波的波動(dòng)特性，除了引潮力以外，還與海洋的形態(tài)（岸形、深度和寬度），地球的自轉(zhuǎn)以及摩擦力等等因素密切相關(guān)，甚至還要考慮地潮的影響。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學(xué)