潮汐分析景觀設(shè)計（潮汐分析景觀設(shè)計圖）

誤解二：月球和地球?qū)嶋H是在圍繞共同的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的離心作用對地球背面海水和正面海水都會產(chǎn)生向外拉拽的效果，導(dǎo)致地球呈現(xiàn)橢球形，從而形成潮汐。

這是網(wǎng)上流傳最多的觀點，我解釋一下：

地球向月點B、北極點F、背月點D距離軸線距離不同，因此它們的運動軌跡為圖中半徑不同的虛線圓圈。因為“角速度相同的情況下，離心力與旋轉(zhuǎn)半徑成正比”，所以這三個點的離心作用由弱到強，黃色箭頭長度顯示了各點離心力的大小，箭頭方向顯示了離心力的方向。由于轉(zhuǎn)軸在地表以下，所以B點離心力是指向月亮的，F(xiàn)和B點則遠離月亮。

站在F點的觀察者，由于自身處在一個旋轉(zhuǎn)的參考系中，所以他觀察到的D點離心力等于D點箭頭長度減去F點箭頭長度，B點離心力則等于其箭頭長度加上F點箭頭長度（見下面俯視圖中橙色箭頭），計算可知兩者長度相等，因此觀察者看到B、D兩點受到大小相等方向相反的離心力作用，兩處的海水向外拉伸，因此發(fā)生了漲潮。

可能不太好理解，舉個例子：假設(shè)你和兩個小球共處于一個電梯中，初始時都是靜止?fàn)顟B(tài)。這時電梯纜繩突然斷了，你和小球隨著電梯轎廂開始自由落體，正常情況下你會看到兩個小球漂在空中，與你的距離既不變遠也不變近，你會認為它們和你都沒有受到力的作用，雖然實際上你們都受到了重力的作用。假如由于某種奇異的機制（比如外星人作祟），其中一個小球落得比你快，另一個落得比你慢，雖然兩者實際都還在加速下落，但在你看來，你會認為其中一個球受到了向上的拉力，另一個受到了向下的拉力。

位于F點的觀察者觀察B、D點，與轎廂中的人觀察兩個小球是類似的，他觀察到的B、D點離心力的大小是等于兩點實際值減去F點的實際值的。這個分析是不是很有道理？它的確能說明向月點和背月點都受到了向外的拉力。但是， 它只分析了向月點、北極點和背月點的受力，沒有分析其它區(qū)域的受力 ，我們還不能據(jù)此就認為它對潮汐成因的解釋是對的。

我們在地球表面上放置一個可移動的點A，按照上面的分析計算A點受到的離心力（用箭頭AA1表示其大小和方向），再將其減去F點受到的離心力FF1，得到圖中A3點的位置，AA3表示的就是F點觀察者所看到的A點受力。移動A點位置，觀察A3點軌跡，就能得出地球不同位置的受力圖，然后直觀看出前面的解釋是否正確。

先讓A點在地球經(jīng)線上移動，見下面的側(cè)視圖：

A3點軌跡連成了一個橢圓，說明B、D兩點的離心力的確大于經(jīng)線上其它部位，符合前面的分析結(jié)果。

我們再讓A點在地球赤道上移動，見下面的俯視圖：

怎么回事，A3的軌跡竟然是個圓形！？為了確認沒有看錯，我在圖中畫上一個以地球球心為圓心的綠色圓形輔助線，然后再揉揉眼睛仔細看，沒有看錯，A3軌跡確實是圓形的！

這說明了什么？這說明在離心力作用下，地球赤道上各個位置受到的向外拉拽的力量是相同的，這種力會使地球向“兩極更扁、赤道更鼓”的鐵餅形變化，而不是“向月點和背月點更鼓”的橢球形，因此不會出現(xiàn)同期性的潮汐。 對地球上的觀察者來說，地月互繞只不過是給地球自轉(zhuǎn)疊加了一個分量而已。 可以斷定： 前面的第2個解釋是錯誤的！

網(wǎng)上基于第2種解釋的觀點很多，部分解釋會加上一句“離心力和月球引力的共同作用導(dǎo)致了地球的橢球形”，語焉不詳，其實并沒有解釋清楚潮汐的成因。

那么正確的解釋是什么呢？

這次我們對地球各點受到的與月球有關(guān)的力做一下客觀分析。每個點受到的與月球相關(guān)的力只有兩個：地月互繞產(chǎn)生的離心力和月球引力。我們對圖4做一些修改，將箭頭A1A3改為A1A2，A1A2是A受到的實際月球引力，它與A1A3的不同之處在于：因為月球距離影響引力，所以A1A2的大小會隨A的位置變化而變化，而不是像A1A3那樣保持不變。據(jù)此做出的動圖如下：

仔細觀察可以看出與圖4的不同：A2軌跡是個橢圓，雖然在地月直線方向上與輔助圓是重合的（圖5右上角），但在垂直方向A2卻在輔助圓以內(nèi)（圖5左側(cè)和右側(cè)），盡管差別很微小。這說明在赤道上向月點和背月點海水受到的向外拉拽力比側(cè)面的要大。

上面這個圖有些復(fù)雜，下面的描述加簡單，更能說清楚它的本質(zhì)。

圖4、圖5表明，地月互繞帶來的離心作用只能給赤道上各點帶來相同大小的離心力，月球引力的不同才會帶來真正的變化，那我們干脆拋開離心力，只考慮月球引力。再畫圖分析一下。

上面兩個圖表示的是赤道上各點和F點受力情況，箭頭方向表示受力方向，長度表示受力大小。圖6表示的是實際月球引力，圖7表示的是站在F點的觀察者觀察到的受力。為突出效果，圖中將引力變化幅度做了放大，圖7呈現(xiàn)了明顯的橢球形。

我們知道，做勻速圓周運動的物體實際是向著圓心做加速運動，地球也是如此：地球由于月球引力而向月球做加速運動，由于背月點海水受到的引力較小，引力帶來的加速比地球小，因此被地球拉著飛向月球；而向月點海水受到的引力比較大，相比地球有更快飛向月球的趨勢，因此它拽拉地球往前跑。所以，對于地球來說，背月點和向月點的海水都有飛離的趨勢，這就是潮汐的動力來源。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)計算（考慮地月互繞，但不考慮地球自轉(zhuǎn)）：

雖然引潮力很小，但地球表面70%以上區(qū)域被海洋覆蓋，月球引力作用于所有區(qū)域，累積起來對水體的運動產(chǎn)生很大影響。同時，地球的自轉(zhuǎn)使得海岸擠壓隆起的水體，進一步加大了潮汐效果。

大家也許聽說過：海底地震在深海區(qū)域引起的海嘯一般不并太高，可能也就幾十厘米，海嘯經(jīng)過時船只甚至沒有感覺，但當(dāng)海嘯傳播到近海時，會被海床陡然抬高，甚至高達十幾米，產(chǎn)生巨大的破壞力。潮汐也類似，在某些近岸環(huán)境會展現(xiàn)巨大的威力。

太陽同樣會對潮汐產(chǎn)生很大影響，但由于距離太遠，雖然質(zhì)量遠大于月亮，太陽產(chǎn)生的引潮力大小只是月球的46%左右。

朔點時刻太陽和月球在地球的一側(cè)，有最大的引力，所以會引起大潮，在農(nóng)歷每月的十五或十六附近，太陽和月亮在地球的兩側(cè)，太陽和月球的引力你推我拉也會引起大潮；在月相為上弦和下弦時，即農(nóng)歷的初八和二十三時，太陽抵消了月球的一部分潮汐效應(yīng)，所以就發(fā)生了小潮。

由于月球每天在地球上東移13度多（360/27.32），地球自轉(zhuǎn)這個距離需50分鐘左右，所以每天月亮上（下）中天時刻比前一天推遲約50分鐘（即：1太陰日 ≈ 24時50分），故每天漲潮時刻也推遲50分鐘左右。

地潮、海潮和氣潮的發(fā)生都是由上述原因引起的，三者之間又互有影響。大洋底部地殼的彈性和塑性也會導(dǎo)致海潮形變，即地潮對海潮有一定影響；而海潮引起的海水遷移，改變地殼承受的負載，又會使地殼發(fā)生變曲；氣潮作用于海面上引起附加的振動，使海潮的變化更趨復(fù)雜。

三、潮汐的應(yīng)用

（一）能源開發(fā)

1. 潮汐能

潮汐能是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。由于地球的自轉(zhuǎn)，這種水位變化以周期12小時25分的深海波浪形式由東向西傳播（太陽潮周期為12小時）。根據(jù)平衡潮理論，如果地球完全由等深海水覆蓋，月球所產(chǎn)生的最大引潮力可使海水面升高0.563m，太陽引潮力的作用為0.246m。和水力發(fā)電相比，潮汐能的能量密度很低，但一般平均潮差達到3m以上就有實際應(yīng)用價值。世界大的潮差能達13～15m。

2. 開發(fā)潛力

盡管潮汐很復(fù)雜，但對任何地方的潮汐都可以進行準(zhǔn)確預(yù)報。海洋潮汐從地球的旋轉(zhuǎn)中獲得能量，并通過淺海區(qū)和海岸區(qū)的摩擦以1.7TW的速率消散。吸收能量過程會使地球旋轉(zhuǎn)減慢，但減慢非常微小，也不會由于潮汐能的開發(fā)利用而加快。只有在地理條件適宜的地方，才有可能從潮汐中提取能量。據(jù)估算，有開發(fā)潛力的潮汐能量每年約200TW·h。

3. 潮能儲量

全世界潮汐能的理論蘊藏量約為3×10^9 kW。我國海岸線曲折，全長約1.8×10^4 km，沿海還有6000多個大小島嶼，組成1.4×10^4 km的海岸線，漫長的海岸蘊藏著十分豐富的潮汐能資源。我國潮汐能的理論蘊藏量達1.1×10^8 kW，其中浙江、福建兩省蘊藏量最大，約占全國的80.9%，但這都是理論估算值，實際可利用的遠遠比這少。

4. 發(fā)電站

1912年，世界上最早的潮汐發(fā)電站在德國的布斯姆建成。1966年，世界上最大容量的潮汐發(fā)電站在法國的朗斯建成。我國在1958年以來陸續(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。加拿大安納波利斯潮汐電站、法國朗斯潮汐電站、基斯拉雅潮汐電站是世界三大著名潮汐電站。

（二）軍事應(yīng)用

1661年4月21日，鄭成功率領(lǐng)兩萬五千將士從金門島出發(fā)，到達澎湖列島，進入臺灣攻打赤嵌城。鄭成功的大軍舍棄港闊水深、進出方便但有重兵把守的大港水道，選擇了鹿耳門水道。鹿耳門水道水淺礁多，航道不僅狹窄而且有荷軍鑿沉的破船堵塞，所以荷軍此處設(shè)防薄弱。鄭成功乘著漲潮航道變寬且深時，攻其不備，順流迅速通過鹿耳門，在禾寮港登陸，直奔赤嵌城，一舉成功。

1939年，德國布置水雷，攔襲夜間進出英吉利海峽的英國艦船。德軍精確計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)爭初期，朝鮮人民軍長驅(qū)直入打到釜山一帶。美國糾集聯(lián)合國多國部隊殺到朝鮮，但在選定登陸地點時犯了難——適合登陸的港口都有朝鮮人民軍重兵把守，強行登陸代價巨大。最終美軍司令麥克阿瑟指揮美軍于仁川成功登陸。原來，仁川港位于朝鮮的西海岸，平時易守難攻，朝鮮人民軍認為美軍不可能從仁川登陸，加之戰(zhàn)線拉得太長，所以對仁川港疏于防守，兵力薄弱?？墒侨蚀磕暧?次最高的大潮，潮差可達9.2米，為亞洲之最。美軍利用9月15日的大潮，穿過了平時原本狹窄、淤泥堆積的飛魚峽水道和礁灘，出人意料地在仁川港登陸。朝鮮人民軍因此被攔腰截斷，前線后勤完全失去保障，腹背受敵，損失慘重，幾乎陷入絕境。美軍和聯(lián)合國軍僅用1個月，幾乎席卷朝鮮半島，兵臨鴨綠江邊，取得空前勝利。

四、潮汐對天體的影響

（一）潮汐與地球自轉(zhuǎn)變慢

由于各層海水做相對運動時的粘滯力以及海水與陸地和海床的摩擦作用，潮汐對地球自轉(zhuǎn)有制動作用，使地球自轉(zhuǎn)逐漸變慢。研究表明，地球自轉(zhuǎn)周期每個世紀(jì)變長1-2毫秒。按這個減慢效應(yīng)推算，距今3.7億年前的泥盆紀(jì)一年約有400天，這與泥盆紀(jì)珊瑚化石的生長環(huán)數(shù)目相符（珊瑚環(huán)一天長一環(huán)）。

（二）月球總是以同一面對著地球

人們發(fā)現(xiàn)月球總是以同一面對著我們，它的另一面在地球上是看不到的。這是因為月球自轉(zhuǎn)周期恰好和月球繞地球轉(zhuǎn)動的周期相等，而這兩個周期相同則是潮汐長期作用的結(jié)果。地球?qū)υ虑虻囊绷樵虑驅(qū)Φ厍蛞绷Φ?2.17倍，加上月球的轉(zhuǎn)動慣量比地球小得多，因此潮汐造成的自轉(zhuǎn)速度減慢對于月球尤為顯著。早期的月球有較大的自轉(zhuǎn)速度，在潮汐的作用下，月球自轉(zhuǎn)逐漸減慢，最后和月球繞地球轉(zhuǎn)動的周期相等，此時，月球潮汐消失，月球的自轉(zhuǎn)周期不再發(fā)生變化，所以今天的月球總是以相同的一面對著地球。

（三）潮汐與月地距離的增大

潮汐使得地球自轉(zhuǎn)變慢，導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)角動量減少。由于地月系統(tǒng)的總角動量保持不變，且月球繞地球旋轉(zhuǎn)的方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，故地球自轉(zhuǎn)角動量減少，勢必使得月球?qū)Φ卦孪到y(tǒng)質(zhì)心的角動量增大，以保持地月系統(tǒng)的總角動量守恒。這一效應(yīng)使得月球與地球的距離緩慢增加。據(jù)觀測，月球正以每年3.81厘米的速度遠離地球。

月球緩慢地遠離地球，也可以用地球潮汐凸起部分導(dǎo)致的月球加速來解釋。潮汐的凸起部分被地球的自轉(zhuǎn)帶向東面，因為凸起部分離月球更近，凸起部分對月球的引力更大，使得地球引力中心偏向地球和月球質(zhì)量中心連線的東面，于是對月球在它的軌道運動方向產(chǎn)生了一個很小的加速，使月球的速度加快，緩慢地向外盤旋。

1. 文章中 GeoGebra 動圖源文件鏈接：

https://www.geogebra.org/3d/ueue8nx7

2. 為降低理解難度，文中把加速度描述為“力”，實際上，加速度乘以質(zhì)量才等于力。

四、分析海洋潮汐的周期性

人們通過長期的實踐、觀察，發(fā)現(xiàn)海水有規(guī)律的漲落，而漲落的時間和高度又有著周期性的變化，由此人們把這種海水漲落的現(xiàn)象 叫潮汐。而隨著海水的漲落、水位的升降，出現(xiàn)了海水的水平流動，這種海水流動的現(xiàn)象叫潮流。 海水有周期性漲落規(guī)律，如在每日里出現(xiàn)兩次大潮和兩次小潮。通過長期實踐、觀察、發(fā)現(xiàn)每日的高湖大多出現(xiàn)在月亮的上、下中 天（即過當(dāng)?shù)刈游缇€時）前后。低潮時間則在月出月落前后，并且每日的高（低）潮時間逐日后移約48分鐘，即每天晚48分鐘（ 0.8小時）。每月的兩次大潮是農(nóng)歷初一、十五附近幾天，兩次小潮是在農(nóng)歷的初七、八和量二、廿三附近幾天。人們還發(fā)現(xiàn)，潮 汐現(xiàn)象同月亮、太陽、地球的相對運動有密切的關(guān)系。地球在一定軌道上繞太陽運轉(zhuǎn)，月亮又在一定軌道上繞地球運轉(zhuǎn)，它們之間 有一定的吸引力和離心力，這種力就是產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象的基本因素。但實際潮汐漲落的主要成因卻是月球?qū)Φ厍颍ū韺樱┑奈Γ?其次是太陽對地球的吸引力，太陽的作用較小，約為月球的2/5，因月球離地球較近，故此月球的作用較大。 據(jù)科學(xué)推測是：月球繞地球轉(zhuǎn)，每一個月（29.5天多一點）轉(zhuǎn)一圈，當(dāng)月、日、地三者成一直線時，潮漲落的最大，這時是新月和 望月（初一、十五）的時候，當(dāng)日、月、地三者成直角三角形時潮漲落的最小，這是月上弦（初七、八）和下弦（廿二、廿三）的 時候。 但在實際上形成大潮和小潮的時間，并不正好是上述時間，因為地球形狀很復(fù)雜，所以各地發(fā)生最大潮和最小潮的時間要比理論上 拖后幾天。如：山東半島沿海每月的初三和十八潮的漲落最大，而初十和量五前后潮的漲落又最小。 由于地球本身的自轉(zhuǎn)，使地球上某點與月球的相對位置隨時發(fā)生變化，這種變化每天（太陽約24時48分）為一周期。每24時48分， 發(fā)生兩次高潮和兩次低潮。由高潮到低潮約 經(jīng)過6時12分，由第一個高潮到第二個高潮約經(jīng)過12時24分。潮汐的時間，在理論上應(yīng)該與月球的上中天或下中天的時刻相符合， 但實際上常常推遲。發(fā)生高潮和月球上中天相差的時間叫高潮間隙。但各地的高潮間隙又大不相同。如：威海是10時50分，煙臺是 10時25分，龍口是10時20分，足見地理位置的不同，而導(dǎo)致高潮間隙的差異。 高潮時和低潮時的大概計算法： 高潮時＝（日差）0.8×（陰歷日子）7-16（上半月-下半月-1.16）十高潮間隙， 低潮時＝高潮時-6時12分， 如計算威海陰歷初五的潮時如下： 高潮時＝0.8×（5-1）十10∶50′=3∶12′+10∶50′∶14∶02′（即為第二個高潮） 14∶02′-12∶24′＝1∶38′（即為第一個高潮） 低潮時＝14∶02′-6∶12′＝7∶50′（即為第一個低潮） 以上這樣的算法固然準(zhǔn)確，但很繁瑣，很難開口就說出來，我們經(jīng)過多年的海上實踐，驗證，摸索出一種很有規(guī)律的簡易計算法。 其方法是陰歷日子（上半月-3，下半月-18）×0.8，即為當(dāng)日的高潮潮時。 如計算威海陰歷初五的潮時如下： 高潮時=（5-33）×0.8＝1∶36′（即第一個高潮）。 低潮時＝1∶36′+6∶12′=7∶48′（則是第一個低潮）。 如計算威海陰歷廿五的潮時： 高潮時＝（25-18）×0.8＝5∶36′（則是第一個高潮）。 低潮時＝5∶36′+6∶12′＝11∶48′（則是第一個低潮）。 潮流也叫潮汐流，這是水位升降起伏的潮信現(xiàn)象，是由于海水受到引潮力的作用發(fā)生了水平流動后所導(dǎo)致的結(jié)果。因此潮流和潮汐 一樣具有周期性的變化規(guī)律，但海水流動受到地形條件的影響，故常呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，一種是往復(fù)性，一種是回轉(zhuǎn)性。這里就不說回 轉(zhuǎn)流的成因，只介紹一下近海的往復(fù)流。 往復(fù)流（即東流和西流）就是漲潮流和落潮流；它是在兩個相反方向上作周期性變化的潮流叫往復(fù)流。經(jīng)多年實踐證明，山東半島 沿海它的變化大約在起流之前兩個鐘頭左右是平流（無流），一般是在高潮前約兩個鐘頭西流起，即漲潮流，高潮時流速最大，高 潮后約兩個鐘頭西流完，底潮前約兩個鐘頭東流起，即落潮流，低潮時流速最大，低潮后約兩個鐘頭東流完。從流完到流起，這其 中大約有兩個鐘頭的平流（無流）即轉(zhuǎn)流時間。 以上所述，在開闊的大海上不一定能適用，特別是航海人員一定不能按此法擬定航行計劃，這種方法只適用于沿海，尤其是山東半 島更為準(zhǔn)確，對近海釣魚愛好者很有實用價值

以上就是小編對于潮汐分析景觀設(shè)計問題和相關(guān)問題的解答了，如有疑問，可撥打網(wǎng)站上的電話，或添加微信：1454722008

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