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“涨潮”和“退潮”是怎么回事?

海水白天涨落叫做潮,夜间涨落叫做汐。我国古书有“大海之水,朝生为潮,夕生为汐”的记载。引潮力包括月球、太阳等天体,尤其是月球,同时,随着地球、月球和太阳的相对位置发生周期性变化,这种力的作用也呈周期性变化。

月球引力和地球离心力是两种对立的力,两者结合起来产生的合力(矢量和),就是月球使海水发生潮汐现象的力量,称为“月球引潮力”。太阳的质量大约是月球质量的2700万倍,太阳到地球的平均距离约为月球到地球平均距离的389倍。因此可以推算出太阳的引潮力和月球的引潮力之比为1:2.18,它所引起的潮汐现象虽不易被单独观测到,但却影响着月潮的大小。每当农历初一(朔)或十五(望)时,地球、月球、太阳的位置几乎在同一直线上,月球和太阳的引潮力是一致的,两种力量迭加在一起,就使海水出现大潮。可是每当农历初七、八(上弦)或二十二、三(下弦)时,月球对地球的引潮力与太阳对地球的引潮力互相垂直,太阳引潮力削弱了月球引潮力,因而海水就出现了小潮。实际上,大潮往往发生在朔望后二、三天,小潮大都出现在上、下弦后二、三天,其原因是海水在流动过程中受到本身粘滞性和海底地形因素的影响造成的。

计算方法:
由于海水的涨潮退潮是受到月球引力影响而产生的一种地理现象,因此涨潮退潮是有规律可循,15天轮回一次,因此,下一天涨潮是头天涨潮时间推迟0.8小时(48分钟),可根据农历日期计算每天涨潮的时间,具体测算方法是:按照农历算,如天数少于15,则天数直接乘以0.8,得出的数字即是当天最高潮时间;如天数大于15。则天数先要减去15后得出的数字再乘以0.8,得出的数字即是当天最高潮时间。同时,涨潮退潮一般间隔6个小时,也就是说一天涨潮退潮各两次。高潮时间一般能维持一个多小时才开始退潮,最低潮时间在两次高潮中间的时间。

潮水类型:
在一个潮汐周期(约24小时50分钟,天文学上称一个太阴日,即月球连续两次经过上中天所需的时间)里,各地潮水涨落的次数、时刻、持续时间也均不相同。潮汐现象尽管很复杂,但大致说来不外三种基本类型。
半日潮型:一个太阴日内出现两次高潮和两次低潮,前一次高潮和低潮的潮差与后一次高潮和低潮的潮差大致相同,涨潮过程和落潮过程的时间也几乎相等(6小时12.5分)。我国渤海、东海、黄海的多数地点为半日潮型,如大沽、青岛、厦门等。
全日潮型:一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮。如南海汕头、渤海秦皇岛等。南海的北部湾是世界上典型的全日潮海区。
混合潮型:一月内有些日子出现两次高潮和两次低潮,但两次高潮和低潮的潮差相差较大,涨潮过程和落潮过程的时间也不等;而另一些日子则出现一次高潮和一次低潮。我国南海多数地点属混合潮型。如榆林港,十五天出现全日潮,其余日子为不规则的半日潮,潮差较大。

潮汐现象

潮汐现象是指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动,习惯上把海面铅直向涨落称为潮汐,而海水在水平方向的流动称为潮流。

潮汐是所有海洋现象中较先引起人们注意的海水运动现象,它与人类的关系非常密切。海港工程,航运交通,军事活动,渔、盐、水产业,近海环境研究与污染治理,都与潮汐现象密切相关。尤其是,永不休止的海面铅直涨落运动蕴藏着极为巨大的能量,这一能量的开发利用也引起人们的兴趣。

1、潮汐要素

图7—1表示潮位(即海面相对于某一基准面的铅直高度)涨落的过程曲线,图中纵坐标是潮位高度,横坐标是时间。涨潮时潮位不断增高,达到一定的高度以后,潮位短时间内不涨也不退,称之为平潮,平潮的中间时刻称为高潮时。平潮的持续时间各地有所不同,可从几分钟到几十分钟不等。平潮过后,潮位开始下降。当潮位退到最低的时候,与平潮情况类似,也发生潮位不退不涨的现象,叫做停潮,其中间时刻为低潮时。停潮过后潮位又开始上涨,如此周而复始地运动着。从低潮时到高潮时的时间间隔叫做涨潮时,从高潮时到低潮时的时间间隔则称为落潮时。一般来说,在许多地方涨潮时和落潮时并不一样长。海面上涨到最高位置时的高度叫做高潮高,下降到最低位置时的高度叫低潮高,相邻的高潮高与低潮高之差叫潮差。

2、潮汐不等与潮汐类型

一、潮汐的类型

从各地的潮汐观测曲线可以看出,无论是涨、落潮时,还是潮高、潮差都呈现出周期性的变化,根据潮汐涨落的周期和潮差的情况,可以把潮汐大体分为如下的4种类型:

1.正规半日潮在一个太阴日(约24时50分)内,有两次高潮和两次低潮,从高潮到低潮和从低潮到高潮的潮差几乎相等,这类潮汐就叫做正规半日潮(图7-2a)。

2.不正规半日潮在一个朔望月中的大多数日子里,每个太阴日内一般可有两次高潮和两次低潮;但有少数日子(当月赤纬较大的时候),第二次高潮很小,半日潮特征就不显著,这类潮汐就叫做不正规半日潮(图7—2b)。

3.正规日潮在一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮,像这样的一种潮汐就叫正规日潮,或称正规全日潮(图7—2c)。

4.不正规日潮图7—2d是不正规日潮潮汐过程曲线。显然,这类潮汐在一个朔望月中的大多数日子里具有日潮型的特征,但有少数日子(当月赤纬接近零的时候)则具有半日潮的特征。

二、潮汐的不等现象

凡是一天之中两个潮的潮差不等,涨潮时和落潮时也不等,这种不规则现象称为潮汐的日不等现象。高潮中比较高的一个叫高高潮,比较低的叫低高潮;低潮中比较低的叫低低潮,比较高的叫高低潮。

从潮汐过程曲线(图7—2)还可看出潮差也是每天不同。在一个朔望月中,“朔”、“望”之后二、三天潮差最大,这时的潮差叫大潮潮差;反之在上、下弦之后,潮差最小,这时的潮差叫小潮潮差
参考资料:海洋科学导论

由于日、月引潮力的作用,使地球的岩石圈、水圈和大气圈中分别产生的周期性的运动和变化的总称。固体地球在日、月引潮力作用下引起的弹性—塑性形变,称固体潮汐,简称固体潮或地潮;海水在日、月引潮力作用下引起的海面周期性的升降、涨落与进退,称海洋潮汐,简称海潮;大气各要素(如气压场、大气风场、地球磁场等)受引潮力的作用而产生的周期性变化(如8、12、24小时)称大气潮汐,简称气潮。其中由太阳引起的大气潮汐称太阳潮,由月球引起的称太阴潮。因月球距地球比太阳近,月球与太阳引潮力之比为11:5,对海洋而言,太阴潮比太阳潮显著。地潮、海潮和气潮的原动力都是日、月对地球各处引力不同而引起的,三者之间互有影响。大洋底部地壳的弹性—塑性潮汐形变,会引起相应的海潮,即对海潮来说,存在着地潮效应的影响;而海潮引起的海水质量的迁移,改变着地壳所承受的负载,使地壳发生可复的变曲。气潮在海潮之上,它作用于海面上引起其附加的振动,使海潮的变化更趋复杂。作为完整的潮汐科学,其研究对象应将地潮、海潮和气潮作为一个统一的整体,但由于海潮现象十分明显,且与人们的生活、经济活动、交通运输等关系密切,因而习惯上将潮汐一词狭义理解为海洋潮汐。

潮汐能是以位能形态出现的海洋能,是指海水潮涨和潮落形成的水的势能。海水涨落的潮汐现象是由地球和天体运动以及它们之间的相互作用而引起的。在海洋中,月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由于地球的旋转,这种水位的上升以周期为12小时25分和振幅小于1m的深海波浪形式由东向西传播。太阳引力的作用与此相似,但是作用力小些,其周期为12小时。当太阳、月球和地球在一条直线上时,就产生大潮;当它们成直角时,就产生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的变化外,地球和月球的旋转运动还产生许多其他的周期性循环,其周期可以从几天到数年。同时地表的海水又受到地球运动离心力的作用,月球引力和离心力的合力正是引起海水涨落的引潮力。除月球、太阳外,其他天体对地球同样会产生引潮力。虽然太阳的质量比月球大得多,但太阳离地球的距离也比月球与地球之间的距离大得多,所以其引潮力还不到月球引潮力的一半。其他天体或因远离地球,或因质量太小所产生的引潮力微不足道。如果用万有引力计算,月球所产生的最大引潮力可使海水面升高0.563m,太阳引潮力的作用为O.246m,但实际的潮差却比上述计算值大得多。如我国杭州湾的最大潮差达8.93m,北美加拿大芬地湾最大潮差更达19.6m。这种实际与计算的差别目前尚无确切的解释。一般认为当海洋潮汐波冲击大陆架和海岸线时,通过上升、收聚和共振等运动,使潮差增大。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比。或者说,与潮差的平方和水库的面积成正比。和水力发电相比,潮汐能的能量密度很低,相当于微水头发电的水平。世界上潮差的较大值约为13~15m,但一般说来,平均潮差在3m以上就有实际应用价值。

潮汐是因地而异的,不同的地区常有不同的潮汐系统,它们都是从深海潮波获取能量,但具有各自独特的特征。尽管潮汐很复杂,但对任何地方的潮汐都可以进行准确预报。海洋潮汐从地球的旋转中获得能量,并在吸收能量过程中使地球旋转减慢。但是这种地球旋转的减慢在人的一生中是几乎觉察不出来的,而且也并不会由于潮汐能的开发利用而加快。这种能量通过浅海区和海岸区的磨擦,以1.7TW的速率消散。只有出现大潮,能量集中时,并且在地理条件适于建造潮汐电站的地方,从潮汐中提取能量才有可能。虽然这样的场所并不是到处都有,但世界各国已选定了相当数量的适宜开发潮汐能的站址。据最新的估算,有开发潜力的潮汐能量每年约200TW·h。

全世界潮汐能的理论蕴藏量约为3 ×109kw。我国海岸线曲折,全长约1.8×104km,沿海还有6000多个大小岛屿,组成1.4×104km的海岸线,漫长的海岸蕴藏着十分丰富的潮汐能资源。我国潮汐能的理论蕴藏量达1.1×108kw,其中浙江、福建两省蕴藏量最大,约占全国的80.9%,但这都是理论估算值,实际可利用的远小于上述数字。