详解“潮汐”的变化规律：月球与太阳引力如何影响海洋的涨落节奏

我们来详细解析一下“潮汐”的变化规律，重点说明月球和太阳引力如何共同塑造海洋的涨落节奏。

潮汐的本质： 潮汐是地球上海洋、大气层甚至固体地壳在月球和太阳引力作用下产生的周期性升降现象。其中，海洋潮汐（海潮）最为显著和直观。

月球的引力作用：

• 月球对地球有引力，地球对月球也有引力，两者共同围绕一个公共质心旋转（这个质心在地球内部，但偏离地心）。
• 地球上的每个质点都受到月球引力。同时，由于地球整体围绕公共质心运动，地球上的每个质点也受到一个惯性离心力（大小相等、方向相同）。
• 关键点： 地心处的月球引力与惯性离心力恰好平衡。但在地球表面：
  • 朝向月球的一侧： 月球引力 > 惯性离心力，海水被“拉”向月球，形成涨潮（顺潮）。
  • 背向月球的一侧： 惯性离心力 > 月球引力，海水被“甩”出去，也形成涨潮（对潮）。
  • 与地月连线垂直的方向（两侧）： 合力指向地心，海水被“压”向地心，形成落潮。
• 结果： 地球在一天内自转一圈，理论上，地球表面同一点会经历两次涨潮（一次朝向月球，一次背向月球）和两次落潮。这就是半日潮的基本原理。

太阳的引力作用：

• 太阳对地球也有类似的引力作用，也会产生潮汐隆起（朝向太阳和背向太阳）。
• 关键差异： 太阳的质量虽然远大于月球（约2700万倍），但日地距离也远大于月地距离（约390倍）。根据万有引力定律（引力与质量成正比，与距离的平方成反比），太阳引起的潮汐力（引潮力）只有月球引潮力的约46%（即1/2.17）。

月球和太阳的引力共同作用，但它们的相对位置（相位）和距离变化，导致了复杂的潮汐周期和大小变化：

• 半日潮： 一天内出现两次高潮和两次低潮，且两次高潮的高度相差不大（两次低潮也相差不大）。这是最常见的类型（如中国大部分沿海、欧洲大西洋沿岸）。月球起主导作用，太阳的叠加效应相对稳定。
• 全日潮： 一天内只出现一次高潮和一次低潮。这通常发生在月球赤纬较大（在赤道南北较远）且太阳影响较弱时，或特殊地形区域（如北部湾、阿拉斯加库克湾）。当月球在赤道南北时，地球上不同纬度受到的引潮力垂直分量差异大，导致某些地方一天只有一次显著的涨落。
• 混合潮： 介于半日潮和全日潮之间。一天也有两次高潮和两次低潮，但两次高潮的高度相差显著（两次低潮也可能不同）。这是非常普遍的类型（如美国太平洋沿岸、中国南海部分区域）。其特点是月球赤纬变化和太阳的影响共同作用的结果。

这是月球和太阳引力的相位关系造成的。

• 朔（新月） & 望（满月）：

  • 月球、地球、太阳几乎在一条直线上（朔：月在地日之间；望：地在日月之间）。
  • 此时，月球引起的潮汐隆起和太阳引起的潮汐隆起方向一致，相互叠加。
  • 结果： 高潮最高，低潮最低，潮差最大（高潮与低潮的水位差）。这种现象称为大潮或朔望潮。
  • 发生时间： 农历初一（朔）和十五（望）左右。

• 上弦月 & 下弦月：

  • 月球、地球、太阳的位置大致成直角（90度）。
  • 此时，月球引起的潮汐隆起和太阳引起的潮汐隆起方向相互垂直，部分抵消。
  • 结果： 高潮较低，低潮较高，潮差最小。这种现象称为小潮或方照潮。
  • 发生时间： 农历初七、八（上弦）和二十二、三（下弦）左右。

这是由月球赤纬变化（月球轨道面与地球赤道面的夹角，范围约18.3° - 28.6°）造成的。

• 当月球赤纬为0°（在赤道上空）时：
  • 地球上同纬度各点经历的两次高潮高度基本相等。
• 当月球赤纬不为0°（在赤道南北）时：
  • 地球上不同纬度受到的月球引潮力垂直分量不同。
  • 对于某一固定地点（非赤道），一天中的两次高潮高度会不相等。离月球直射点纬度较近的那次高潮会更高，较远的那次则较低。两次低潮的高度也可能不同。
  • 结果： 即使是在半日潮为主的区域，也会出现日不等现象，即同一天内的两次高潮（或两次低潮）高度有明显差异。在混合潮区域，这种不等现象更显著。

月球绕地球和地球绕太阳的轨道都是椭圆形的，因此月地距离和日地距离会周期性变化。

• 月球近地点 & 远地点：
  • 月球在近地点时（约36万公里），引潮力比在远地点时（约40万公里）大约40%。
  • 当月球近地点与大潮（朔或望）同时发生时，会产生特别大的大潮（称为“近地点大潮”或“超级月亮大潮”），如著名的钱塘江大潮常发生在此时。
  • 当月球远地点与小潮同时发生时，会产生特别小的小潮。
• 地球近日点 & 远日点：
  • 地球在近日点（1月初）时，太阳引潮力比在远日点（7月初）时大约大7%。
  • 因此，发生在1月初朔望日的大潮，会比发生在7月初朔望日的大潮略大一些。

• 由于地球自转的同时，月球也在绕地球公转（方向相同），月球相对于地球上某一点的位置每天会向东移动约13°。
• 因此，地球上的某一点要再次正对（或背对）月球，需要比一个太阳日（24小时）更长的时间。
• 结果： 平均来说，同一地点的高潮（或低潮）时间每天会推迟约50分钟。这个周期称为潮汐日或太阴日，平均约为24小时50分钟。

• 实际潮汐复杂多变： 上述规律是理想化的平衡潮理论。实际观测到的潮汐受到海陆分布、海底地形、水深、海岸线形状、海水惯性、科里奥利力（地球自转偏向力）、摩擦、气象（风、气压）等多种因素的强烈影响和调制，使得各地潮汐类型、时间、高度千差万别。潮汐预报必须结合当地长期观测数据进行复杂的计算。
• 引潮力是根本： 虽然太阳质量巨大，但因其距离遥远，月球的引潮力是太阳的约2.17倍，是驱动潮汐最主要的动力源。太阳的作用主要是通过叠加或削弱月球潮来调制潮汐的大小。

总而言之，海洋的涨落节奏（潮汐）是地球在自转过程中，其表面的海水受到月球和太阳引力周期性变化（由它们与地球的相对位置和距离决定）共同作用的结果，表现为高潮和低潮的交替出现、潮差大小的规律性变化以及高潮时间的逐日推迟。理解月球的相位、赤纬和距离变化，以及太阳的相位和距离变化，是掌握潮汐基本规律的核心。