4.3潮汐
第三节 潮汐
一、潮汐及其类型
在海边,每天都可以看到海水的涨退。到了一定时候,海水退下去,露出了大片海滩,人们拣拾着贝类和海藻;过了一定时候,海水慢慢上涨,又淹没了海滩。这种涨退具有非常明显的规律,有的地方一天涨退一次,有的地方一天涨退两次。海水这种周期性的涨退现象称为潮汐,它包括海面周期性的垂直涨退和海水周期性的水平流动。习惯上将前者称潮汐,后者称为潮流。
(一)潮汐基本要素
描述潮汐运动的一些术语,称为潮汐要素。
在潮汐涨落的每一周期内,当水位上涨到最高位置时,叫高潮或满潮;当水位下降到最低位置时,叫低潮或干潮。从低潮到高潮过程中,水位逐渐上升,叫涨潮;从高潮到低潮过程中,水位逐渐下降,叫落潮。当潮汐达到高潮或低潮的时候,海面在一段时间内既不上升也不下降,分别叫平潮和停潮。平潮的中间时刻,叫高潮时;停潮的中间时刻,叫低潮时,相邻的高潮与低潮的水位差,叫潮差。由月球的上中天时刻到其后的第一个高潮时和低潮时,分别叫高潮间隙和低潮间隙,两者合称为月潮间隙。
(二)潮汐类型
潮汐的涨退现象是因时因地而异的,但从涨退周期来说,可分为4种类型:
1.半日潮 在一个太阴日(24小时50分)内,有两次高潮和两次低潮,而且两相邻高潮或低潮的潮高几乎相等,涨落潮时也几乎相等,这样的潮汐称为半日潮。
2.全日潮 半个月内,有连续7天以上在一个太阴日内,只有一次高潮和一次低潮,这样的潮汐称为全日潮。其中北部湾是世界上最典型的全日湖海区之一。
3.不正规半日潮 在一个太阴日内,也有两次高潮和两次低潮,但潮差不等,涨潮时和落潮时也不等。
4.不正规全日潮 在半个月内,较多天数为不规则半日潮,但有时一天里也发生一次高潮、一次低潮的现象,但全日潮不超过7天。
二、潮汐的成因
海洋潮汐是由月球和太阳的引潮力引起的。由于它们产生潮汐的过程相似,故下面只讨论月球的引潮力。就地球而言,作用其上的力有两个:一个是月球对地球的吸引力;一个是地球绕地月公共质心作平动运动时受到的惯性离心力。这两个力是引起潮汐的原动力。
(一)引潮力
1.引力的性质 当只考虑月球作用时,可以把地球和月球看成为一个引力系统。在这个引力系统内,它们相互地吸引着。为了保持系统的平衡,作用于地球和月球的力,其矢量和必须分别为零,否则这两个天体不是发生碰撞就是互相飞离。
月球对地球上单位质量物体的引力,根据万有引力定律可知,它与地、月两球的质量成正比,与距离的平方成反比。地球上不同地点的水质点所受月球的引力的大小不同,离月球近的地点受到的引力大;反之则小。但引力方向均指向月球,彼此不平行。
若以M表示月球质量,以E表示地球质量,R表示地、月中心距离,则地球和月球之间的引力为:
式中,k为万有引力系数。
设月球中心至地球表面任一点P的距离为x,则地球表面P点处,单位质量的物质所受到的月球引力为:
各点来说,引力的大小和方向均不相同,它的大小取决于该点到月球的距离。
地、月既然相互吸引,可是月球并没有落到地球上;地球也不会向月球靠近,而是各自沿着自己的轨道运动,这是什么原因呢?原来还有一个力在起作用,这个力叫惯性离心力。
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