[科普中国]-潮汐效应

潮汐效应是在月球和地球之间引力作用下， 海水周期性涨落的现象。1

定义海水在日、月引潮力作用下引起的海面周期性的升降、涨落与进退，称海洋潮汐效应，简称海潮。在白天的称潮，夜间的称汐，总称“潮汐”。一般每日涨落两次，也有涨落一次的。

形成原因在不考虑其他星球的微弱作用的情况下，月球和太阳对海洋的引潮力的作用是引起海水涨落的原因。引潮力是在非惯性系下，月球的万有引力和与之对应的惯性力、太阳的万有引力和与之对应的惯性力等四种力的合力。

潮汐的形成原因如下：

把地球和月球看做质点，表面上看是月球绕地球做圆周运动，实际上是月球和地球都绕二者的共同质心做圆周运动，只是地球的圆周轨道小得多。以地心为非惯性参照物，地球质点受到月球质点的万有引力正是地球质点绕共同质心做圆周运动的向心力，而此向心力对应的惯性力与此向心力大小相等方向相反。所以地球质点受月球质点的万有引力与这个惯性力相互抵消。

既然地球被看做质点，就可以把地球上物体的运动轨迹和动力学规律看做与地球质点完全一样。这样物体受的月球的万有引力和与之对应的惯性力相互抵消。

实际上地球的体积很大，在离月球最近的地面上的物体，绕地、月共同质心做圆周运动的轨道半径明显小于地球质点的轨道半径，物体所受月球的万有引力就会大于所受对应的惯性力，这两个力不能再抵消，其合力与物体受地球的万有引力方向相反，使物体的重力明显变小。如果所说的“物体”是这里的海水，那么这里就会有涨潮发生。用同样的方法研究离月球最远的地面上的物体，月球对此处物体的万有引力小于与之对应的惯性力，它们的合力又是与地球对此处物体的万有引力方向相反，也是使物体的重力明显变小。所以在离月球最远的那部分海水同时也会有涨潮发生。这就使本应是球形的海平面微微呈现出纺锤体形状。

朔点时刻处太阳和月球在地球的一侧，所以就有了最大的引潮力，所以会引起“大潮”，在农历每月的十五或十六附近，太阳和月亮在地球的两侧，太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起“大潮”；在月相为上弦和下弦时，即农历的初八和二十三时，太阳引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分所以就发生了“小潮”，故农谚中有“初一十五涨大潮，初八二十三到处见海滩”之说。另外在第天也有涨潮发生，由于月球每天在地球上东移13度多，合计为50分钟左右，即每天月亮上中天时刻（为1太阴日=24时50分）约推迟50分钟左右，（下中天也会发生潮水每天一般都有两次潮水）故每天涨潮的时刻也推迟50分钟左右。2

开发利用潮汐能潮汐能是以位能的形态出现的海洋能，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。

潮差对比除月球、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。根据平衡潮理论，如果地球完全由等深海水覆盖，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0.246m，夏威夷等大洋处观测的潮差约1m，与平衡潮理论比较接近，近海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。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。

开发潜力潮汐因地而异的，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摩擦，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。

潮能储量全世界潮汐能的理论蕴藏量约为3×10^9kw。我国海岸线曲折，全长约1.8×10^4km，沿海还有6000多个大小岛屿，组成1.4×10^4km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1.1×10^8kw，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。

发电原理潮汐发电与普通水力发电原理类似，通过出水库，在涨潮时将海水储存的水库内，以势能的形势保存，然后，在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。差别在于海水与河水不同，蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。2

影响1、潮汐与地球自转变慢由于各层海水作相对运动时会发生粘滞力以及海水与陆地和海床的摩擦作用,潮汐对地球自转有一种制动作用,使地球自转逐渐变慢.研究表明,地球自转周期每个世纪变长1-2毫秒,如果把这一减慢效应应用到长的时间跨度上,则距今37000万年以前(泥盆纪)的一年天数约有400天左右,这与泥盆纪珊瑚化石的生长环数目相符(珊瑚环一天长一环)。

2、月球总是以同一面对着我们人们发现月球总是以同一面对着我们,它的另一面我们在地球上是看不到的.这是由于月球自转周期恰好和月球绕地球转动的周期相等造成的,而这两个周期相同则是潮汐长期作用的结果。由计算可得地球对月球的起潮力为月球对地球起潮力的22.17倍。如此强大的起潮力,加上月球的转动惯量又比地球小得多,因此,潮汐所造成的自转速度减慢对于月球尤为显著.可以设想,早期的月球有较大的自转速度,在潮汐的作用下,使月球自转逐渐减慢,最后,月球自转周期和月球绕地球转动的周期相等,此时,月球潮汐消失,月球的自转周期不再发生变化,所以今天的月球总是以相同的一面对着地球。

3、潮汐与月地距离的增大潮汐使得地球自转变慢,导致地球自转角动量减少.由于地一月系统的总角动量应保持不变,且月球绕地球旋转的方向与地球自转方向基本相同,故地球自转角动量减少,势必使得月球对地一月系统质心的角动量增大,以保持地一月系统的总角动量守恒.这一效应的实际效果是使得月球与地球的距离缓慢增加.据近年观测,月球正以每年3.81厘米的速度远离地球.月球缓慢地远离地球,也可以用地球潮汐凸起部分形成的月球加速度来解释。

由于潮汐的凸起部分被地球的自转带向东面，凸起部分A比B离月球更近，因而这两部分对月球的引力不同，使得地球引力中心发生漂移，偏在地球和月球质量中心连线的东面.于是月球在它的轨道运动方向产生了一个很小的加速度，使月球的速度加快缓慢地向外盘旋。1

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学