海洋潮汐研究歷史

人類(lèi)很早就知道潮汐和月球有密切的關(guān)系。中國(guó)的古人曾把早晨海水上漲的現(xiàn)象叫做潮，把黃昏上漲的叫做汐，故合稱(chēng)潮汐，或稱(chēng)海潮。中國(guó)漢代的王充（公元27～97）在《論衡》一書(shū)中指出：“濤之起也，隨月盛衰，大小滿(mǎn)損不齊同”。古代濤和潮通用，指的都是潮水。這段話(huà)科學(xué)地說(shuō)明了潮汐對(duì)月球的依賴(lài)關(guān)系。唐代竇叔蒙 （8世紀(jì)中后期）在《海濤志》中對(duì)潮汐現(xiàn)象的記述，對(duì)其成因的闡說(shuō)和對(duì)其高潮時(shí)刻的推算,在潮汐學(xué)史上都有一定的價(jià)值。北宋燕肅（約961～1040）指出潮汐變化“隨日而應(yīng)月……盈于朔望……虛于上下弦”。他對(duì)海潮進(jìn)行了10年之久的觀察，并計(jì)算出高潮時(shí)刻與月中天時(shí)刻的關(guān)系，至今仍有參考價(jià)值。宋代的余靖（1000～1064）指出潮汐是一種“彼竭此盈，往來(lái)不絕”的波動(dòng)現(xiàn)象。除了中國(guó)以外，其他一些國(guó)家對(duì)潮汐也有種種歷史記述。

到了17世紀(jì)，英國(guó)科學(xué)家I.牛頓(1643～1727)才根據(jù)他提出的萬(wàn)有引力定律，對(duì)潮汐作了科學(xué)的解釋?zhuān)链?，用引潮力說(shuō)明潮汐的原因，便為大家所接受。繼牛頓之后,D.伯努利和P.-S.拉普拉斯分別建立了潮汐的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論。此后，不少學(xué)者繼續(xù)對(duì)潮汐進(jìn)行理論研究，直到19世紀(jì)60年代末，開(kāi)爾文和G.H.達(dá)爾文等人提出了潮汐分析和預(yù)報(bào)方法，并得到廣泛應(yīng)用之后，才形成了潮汐學(xué)。

從潮汐學(xué)的發(fā)展情況來(lái)看，在引潮力作用下，實(shí)際的大洋水體如何作出響應(yīng)和在地轉(zhuǎn)適應(yīng)過(guò)程中如何形成各自的潮波系統(tǒng)，一直是重要的研究課題；對(duì)全球海洋的主要分潮波的分布雖然已經(jīng)作出計(jì)算，但其精度仍有待于進(jìn)一步提高；對(duì)于有一年以上的每小時(shí)潮位觀測(cè)資料的深水港口，雖可作出可靠的潮位預(yù)報(bào)，但是對(duì)于淺水港口的預(yù)報(bào)精度不如前者；因?yàn)槌绷鞯挠^測(cè)比潮位困難，而影響流場(chǎng)的因素又更加復(fù)雜(如天氣狀況等)，所以潮流的分析和預(yù)報(bào)的精度有待于提高。應(yīng)用人造衛(wèi)星的測(cè)量技術(shù)和布設(shè)海洋浮標(biāo)陣及浮標(biāo)站等，可提高潮位和潮流的觀測(cè)精度，使潮汐的分析預(yù)報(bào)更加可靠。此外，無(wú)論大地測(cè)量學(xué)、地球物理學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)或天文學(xué)，在應(yīng)用衛(wèi)星測(cè)高儀時(shí)，都要求了解全球海洋任何時(shí)刻在大地水準(zhǔn)面上的潮位高度。然而，海洋大地水準(zhǔn)面受潮汐的影響，難以確定，故必須算出高精度的海洋潮汐分布圖。

潮汐能是以位能的形態(tài)出現(xiàn)的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢(shì)能。全世界潮汐能的理論蘊(yùn)藏量約為3 ×109kw。中國(guó)海岸線(xiàn)曲折，全長(zhǎng)約1.8×104km，沿海還有6000多個(gè)大小島嶼，組成1.4×104km的海岸線(xiàn)，漫長(zhǎng)的海岸蘊(yùn)藏著十分豐富的潮汐能資源。中國(guó)潮汐能的理論蘊(yùn)藏量達(dá)1.1×108kw，其中浙江、福建兩省蘊(yùn)藏量最大，約占全國(guó)的80.9%，但這都是理論估算值，實(shí)際可利用的遠(yuǎn)小于上述數(shù)字。

潮汐能的重要作用之一是用來(lái)發(fā)電，世界各國(guó)已選定了相當(dāng)數(shù)量的適宜開(kāi)發(fā)潮汐能的站址。據(jù)最新的估算，有開(kāi)發(fā)潛力的潮汐能量每年約200TW·h。1912年，世界上最早的潮汐發(fā)電站在德國(guó)的布斯姆建成。1966年，世界上最大容量的潮汐發(fā)電站在法國(guó)的朗斯建成。中國(guó)在1958年以來(lái)陸續(xù)在廣東省的順德和東灣、山東省的乳山、上海市的崇明等地，建立了潮汐能發(fā)電站。世界三大著名潮汐電站是加拿大安納波利斯潮汐電站、法國(guó)朗斯潮汐電站、基斯拉雅潮汐電站 。

此外人們還用海洋潮汐來(lái)安排捕魚(yú)、產(chǎn)鹽及發(fā)展航運(yùn)、海洋生物養(yǎng)殖活動(dòng)，而且海洋潮汐對(duì)于很多軍事行動(dòng)有重要影響。歷史上就有許多成功利用潮汐規(guī)律而取勝的戰(zhàn)例。

1661年4月21日，鄭成功率領(lǐng)兩萬(wàn)五千將士從金門(mén)島出發(fā)，到達(dá)澎湖列島，進(jìn)入臺(tái)灣攻打赤嵌城。鄭成功率領(lǐng)軍隊(duì)乘著漲潮航道變寬且深時(shí)，攻其不備，順流迅速通過(guò)鹿耳門(mén)，在禾寮港登陸，直奔赤嵌城，一舉登陸成功。

1939年，德國(guó)布置水雷，攔襲夜間進(jìn)出英吉利海峽的英國(guó)艦船。德軍根據(jù)精確計(jì)算潮流變化的大小及方向，確定錨雷的深度、方位，用漂雷戰(zhàn)術(shù)取得較大戰(zhàn)果。

1950年朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)初期，朝鮮人民軍如風(fēng)卷殘石，長(zhǎng)驅(qū)直入打到釜山一帶。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，美軍于9月15日利用大潮高漲，穿過(guò)了平時(shí)原本狹窄、淤泥堆積的飛魚(yú)峽水道和礁灘，出人意料地在仁川港登陸。朝鮮人民軍因此被攔腰截?cái)?，前線(xiàn)后勤完全失去保障，腹背受敵，損失慘重，幾乎陷入絕境。麥克阿瑟指揮的美軍和聯(lián)合國(guó)軍，僅用1個(gè)月，幾乎席卷朝鮮半島，兵臨鴨綠江邊，取得空前勝利。

潮汐現(xiàn)象可看成由許多周期不同且振幅各異的分潮所組成。在這些分潮中，以主太陰半日分潮M2、主太陽(yáng)半日分潮S2、太陰太陽(yáng)赤緯全日分潮K1和主太陰全日分潮O(jiān)1最為重要，它們的振幅分別為HM2、HS2、HK1和HO1。因此，通常用這4個(gè)基本分潮的振幅的比值作為潮汐的特征值：

第一類(lèi)特征值：

第二類(lèi)特征值：

根據(jù)以上特征值的數(shù)值范圍，將潮汐分為半日潮、混合的不正規(guī)半日潮、混合的不正規(guī)全日潮和全日潮4種類(lèi)型。

半日潮

第一類(lèi)特征值小于0.25，或者第二類(lèi)特征值小于0.5。這種潮汐在一個(gè)太陰日（24小時(shí)50分）中有兩次高潮和兩次低潮，相鄰的高潮或相鄰的低潮的潮高大體相等，例如中國(guó)的廈門(mén)和塘沽的潮汐。

混合的不正規(guī)半日潮

第一類(lèi)特征值為 0.25～1.5，或者第二類(lèi)特征值為0.5~2。這種潮汐在一個(gè)太陰日中有兩次高潮和兩次低潮，但兩次高潮或低潮的潮高不等，漲潮時(shí)和落潮時(shí)也不等，例如中國(guó)臺(tái)灣省的馬公和安平等地的潮汐。

混合的不正規(guī)全日潮

第一類(lèi)特征值為1.5~30，或者第二類(lèi)特征值為2~4。這種潮汐，在半個(gè)月內(nèi)的大多數(shù)時(shí)間為不正規(guī)半日潮，少數(shù)幾天在一個(gè)太陰日內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一次高潮和一次低潮的全日潮現(xiàn)象，例如中國(guó)廣東省的榆林、碣石灣和陵水灣等地的潮汐。

全日潮

第一類(lèi)特征值大于30，或者第二類(lèi)特征值大于4。這種潮汐，在每半個(gè)月中有連續(xù) 7天以上的天數(shù)在一個(gè)太陰日內(nèi)出現(xiàn)一次高潮和一次低潮，而少數(shù)幾天潮差較小，而且呈現(xiàn)出半日潮現(xiàn)象，例如中國(guó)的北海、北黎和潿洲島等地的潮汐。

大洋潮汐是在月球、太陽(yáng)等的引潮力的作用下所引起的強(qiáng)迫振動(dòng)，在地轉(zhuǎn)和地形的影響下形成各自的旋轉(zhuǎn)潮波系統(tǒng)（見(jiàn)潮汐動(dòng)力學(xué)理論）。中國(guó)沿海的潮汐主要是太平洋的潮波傳入所產(chǎn)生的，在受到各海區(qū)的地轉(zhuǎn)和地形的影響下，產(chǎn)生各自的潮波系統(tǒng)。中國(guó)沿海的潮汐類(lèi)型的分布，是由主要潮波系統(tǒng)的分布決定的。一般說(shuō)來(lái)，除南海外，中國(guó)沿海大多為半日潮類(lèi)型；南海大多為混合潮類(lèi)型，而北部灣是世界上最典型的全日潮海區(qū)，這是因?yàn)樵摵^(qū)的固有振動(dòng)周期接近24小時(shí)的緣故。

潮汐的過(guò)程，每天不同，這是因?yàn)樵虑?、太?yáng)和地球三者的相對(duì)位置不斷變化的緣故。不僅它們的距離有變化,而且三者還不在同一個(gè)平面上,所以月球和太陽(yáng)對(duì)地球的引潮力，有時(shí)互相增強(qiáng)，有時(shí)互相削弱，致使潮高和潮時(shí)都隨著發(fā)生變化。其中比較主要的有半月不等、月不等、赤緯不等和日不等 4種現(xiàn)象。

海洋潮汐半月不等現(xiàn)象

農(nóng)歷每月的朔（初一）和望（十五或十六），月球、太陽(yáng)和地球的位置大致處于一條直線(xiàn)上（圖2）,這時(shí)月球和太陽(yáng)的引潮力的方向相同，它們所引起的潮汐相互增強(qiáng)，使潮差出現(xiàn)極大值。 這種極大值每半個(gè)朔望月（14.7653天）出現(xiàn)一次，相應(yīng)的潮汐稱(chēng)為大潮或朔望潮。大潮過(guò)后，潮差逐漸減小，在農(nóng)歷每月的上弦（初八或初九）和下弦（廿二或廿三）時(shí),月球和太陽(yáng)的引潮力的方向接近正交,因而互相削弱的情況最為顯著，故潮差達(dá)極小值。這種極小值也是每半個(gè)月出現(xiàn)一次，相應(yīng)的潮汐稱(chēng)為小潮或方照潮。這種大潮、小潮的依次更替，稱(chēng)為半月不等現(xiàn)象。實(shí)際上，中國(guó)海區(qū)的大潮通常出現(xiàn)在朔和望之后約兩天的時(shí)候，小潮通常出現(xiàn)在上弦和下弦過(guò)后約兩天的時(shí)候。

海洋潮汐月不等現(xiàn)象

由于月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道為橢圓，月球從近地點(diǎn)出發(fā)， 經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)地點(diǎn)又回到近地點(diǎn)， 需要27.5546天,從而月球?qū)Φ厍虻囊绷σ搽S著產(chǎn)生相應(yīng)的周期變化。由這一原因所導(dǎo)致的潮差變化，叫做潮汐的月不等現(xiàn)象。

海洋潮汐赤緯不等現(xiàn)象

由于月球軌道面與地球赤道面斜交，所以月球的赤緯不斷變化；在每個(gè)回歸月中，月球半個(gè)月處于赤道面以北，半個(gè)月在赤道面以南。因?yàn)樵谏习朐潞拖掳朐碌囊绷π?yīng)相同，所以周期為半個(gè)回歸月（13.6608天），相應(yīng)的潮汐變化稱(chēng)為赤緯不等現(xiàn)象。

海洋潮汐日不等現(xiàn)象

潮汐曲線(xiàn)每天相鄰的高潮和低潮的高度差逐日變化的現(xiàn)象，其周期為27.3216天,相應(yīng)的潮汐變化稱(chēng)為日不等現(xiàn)象。

就潮汐不等現(xiàn)象的總效果而論：①對(duì)月球而言，它大約每?jī)芍芙?jīng)過(guò)赤道一次，這時(shí)相鄰的高潮和相鄰的低潮的不等現(xiàn)象甚小，相應(yīng)的潮汐稱(chēng)為赤道潮；當(dāng)月球在南(北)赤緯最大的位置附近時(shí)，潮汐不等現(xiàn)象甚大，相應(yīng)的潮汐稱(chēng)為回歸潮。②對(duì)太陽(yáng)而言，每年在春分和秋分前后，它的赤緯最小，如果月球此時(shí)出現(xiàn)在赤道附近，則潮汐不等現(xiàn)象最小，相應(yīng)的潮汐叫做分點(diǎn)大潮；而在夏至和冬至前后，太陽(yáng)的赤緯最大，若此時(shí)月球赤緯較大，這時(shí)所產(chǎn)生的潮汐不等現(xiàn)象最大，相應(yīng)的潮汐叫做至點(diǎn)大潮。

月球和太陽(yáng)相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)都有周期性，故潮汐也有周期性。從潮汐過(guò)程來(lái)看:當(dāng)潮位上升到最高點(diǎn)時(shí),稱(chēng)為高潮或滿(mǎn)潮；在此刻前后的一段時(shí)間,潮位不升也不降,稱(chēng)此階段為平潮；接著潮位開(kāi)始降落,當(dāng)它降到最低點(diǎn)時(shí),稱(chēng)為低潮或干潮;在此刻前后的一段時(shí)間,潮位又不升不降，稱(chēng)此階段為停潮。停潮之后,潮位又開(kāi)始上升。平潮和停潮的時(shí)間長(zhǎng)短都因地而異。規(guī)定平潮的中間時(shí)刻為高潮時(shí),當(dāng)時(shí)的潮位高度為高潮高;停潮的中間時(shí)刻為低潮時(shí)，當(dāng)時(shí)的潮位高度為低潮高。相鄰的高潮和低潮的潮位高度差，稱(chēng)為潮差。從低潮至高潮的過(guò)程，稱(chēng)為漲潮；從高潮至低潮的過(guò)程，稱(chēng)為落潮。漲潮階段的潮差為漲潮差，時(shí)間間隔為漲潮時(shí)；落潮階段的潮差為落潮差，時(shí)間間隔為落潮時(shí)。

月球、太陽(yáng)或其他天體對(duì)地球上單位質(zhì)量物體的引力和對(duì)地心單位質(zhì)量物體的引力之差。任意天體對(duì)地球某處的引潮力的大小,與天體的質(zhì)量成正比,與地心到天體中心的距離的二次方成反比，還與天體到該處的天頂距有關(guān)(天頂距越接近90°,引潮力越小)。因此，地球上引潮力的大小和方向都因時(shí)因地而異（圖1）。雖然太陽(yáng)的質(zhì)量比月球大得多，但因它離地球更遠(yuǎn)，結(jié)果它的引潮力只有月球的46%。其他天體對(duì)地球的引潮力與月球或太陽(yáng)相比甚小，都可以忽略。由月球的引潮力引起的潮汐，叫做太陰潮；由太陽(yáng)引潮力引起的，叫做太陽(yáng)潮。兩者都屬于天文潮。引潮力不僅產(chǎn)生了海洋潮汐，而且引起固體地球潮汐（地潮）和大氣潮汐（氣潮）。對(duì)海洋來(lái)說(shuō)，地潮在海潮之下，氣潮在海潮之上，它們都對(duì)海潮產(chǎn)生影響。

在日、月等天體的引潮力作用下海水有一種周期性的漲落現(xiàn)象：到了一定時(shí)間，海水迅猛上漲，達(dá)到高潮；過(guò)后一些時(shí)間，上漲的海水又自行退去，留下一片沙灘，出現(xiàn)低潮。如此循環(huán)重復(fù)，永不停息。海水的這種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象就是潮汐。海水受引潮力作用而產(chǎn)生的海洋水體的長(zhǎng)周期波動(dòng)現(xiàn)象。它在鉛直方向表現(xiàn)為潮位升降，在水平方向表現(xiàn)為潮流漲落。

潮汐的升降和漲落，與人們的多種活動(dòng)有密切的關(guān)系：船只航行和進(jìn)港出港、艦艇活動(dòng)、沿海地區(qū)的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、鹽業(yè)、港口建設(shè)、大地測(cè)量、環(huán)境保護(hù)等，都必須掌握潮汐變化的規(guī)律。此外，利用潮汐進(jìn)行發(fā)電，也是能源開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方面。

潮汐能（tide energy） 海水周期性漲落運(yùn)動(dòng)中所具有的能量。其水位差表現(xiàn)為勢(shì)能，其潮流的速度表現(xiàn)為動(dòng)能。這兩種能量都可以利用，是一種可再生能源。由于在海水的各種運(yùn)動(dòng)中潮汐最守信，最具規(guī)律性，又漲落于岸邊，也最早為人們所認(rèn)識(shí)和利用，在各種海洋能的利用中，潮汐能的利用是最成熟的 。

潮汐是重要的海洋物理要素之一，潮汐預(yù)報(bào)是認(rèn)識(shí)、開(kāi)發(fā)和利用海洋資源的重要手段。潮汐預(yù)報(bào)工作對(duì)掃雷布雷、港口及航道管理、水運(yùn)資源開(kāi)發(fā)、救生打撈等方面具有重要的意義。

隨著海洋事業(yè)的發(fā)展，世界各國(guó)家越來(lái)越重視應(yīng)用潮汐信息。

我國(guó)海域遼闊，潮汐變化復(fù)雜，無(wú)論在軍事還是經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域，都需要具備詳細(xì)、準(zhǔn)確、方便靈活的潮汐保障體系，急需全新的預(yù)報(bào)方法及表現(xiàn)形式。湖汐現(xiàn)象對(duì)航海、海洋測(cè)繪和海上作戰(zhàn)(島嶼登陸與反登陸、水雷戰(zhàn)等)具有顯著的影響，因此實(shí)現(xiàn)海域潮汐預(yù)報(bào)，具有重要的實(shí)用價(jià)值和軍事意義。2100433B