潮汐的成因是什麼?為什麼每個地方的潮汐各不相同?

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猜測樓主想問的是海洋潮汐(大氣和固體地球等也有潮汐,先挖個坑)。一句話以蔽之,海洋潮汐是指海水在天體(主要是太陽和月亮)引潮力作用下產生的周期性運動,習慣性把鉛直向漲落為潮汐,水平的運動稱之為潮流。
首先提一下稍微複雜一點的概念:天體引潮力。
1687年,偉大的物理學家牛頓,因為看見蘋果掉在地上,提出了著名的萬有引力定律。隨後,潮汐靜力學理論(也稱為平衡潮理論)也建立起來。理論的主要假設是地球表面被等深的海水覆蓋,海水沒有慣性。
下面開始說引潮力,一般人提到引潮力,往往會把它和萬有引力混為一談,實際上,引潮力是萬有引力和地球繞天體的慣性離心力的合力,為了方面解釋引潮力,上張圖。

以月球為例,圖中藍色部分是月球產生的萬有引力,紅色的是慣性離心力,而紫色的實際上就是引潮力了。如果我們把此引潮力分解,分為鉛直分量和水平分量,無論是水平還是鉛直,實際上量級還是很小的,大約為重力加速度的10E-7的量級。在鉛直方向上,基本上無法與重力抗衡,可以忽略掉。而在水平方向上的分量,可以使海水發生輻聚和輻散,從而形成海水的起伏,因此,形成海洋潮汐潮流運動的真正原動力是引潮力的水平分量。地球上不同位置的引潮力的水平分量是不同的,見下圖。

現在引潮力解釋明白了,但是引潮力是如何引起海面變化的呢?以地球上的一點海水為例,在平衡潮理論下,在各個時刻,海水是在引潮力水平分量,重力和壓強梯度力的平衡之下的。因為受到引潮力的水平分量,海水為了保持平衡,海面就要相對於原靜止的海面發生傾斜,如下圖。其中P是壓強梯度力,F_{MH} 是 月球引潮力水平分量,g是重力。此時,再看一下上一張圖。Z點處是引潮力水平分量的輻聚點,在南北兩端是輻散點,在輻聚和輻散點的地方,海水堆積和流失最多。再回顧一下平衡潮的假設,地球被等深海水覆蓋,海水沒有慣性,這時就形成了一個橢球,稱為潮汐橢球。

下面說明一下月球在不同位置時的引潮力。眾所周知,月球是地球的一顆衛星,圍繞著地球轉動。但是月球繞地球的轉動與地球繞自身的轉動是不在一個平面的,見下圖。月亮赤緯角(白赤交角)最大為28.5°,最小為18.5度,18.61年為一個變化周期。

因此,如果月球直接指向地球赤道,在上圖中2,4位置,我們的潮汐橢球是下面這樣的,地球繞地軸旋轉,因此地球上的任何一點都會出現兩次高潮和兩次低潮,我們稱為赤道潮。

如果月球在1,3位置之時,我們的潮汐橢球是下面這樣的,潮汐日不等現象最為明顯,我們稱為熱帶潮。

月亮講的差不多了,我們再來講講太陽。古人云,人有悲歡離合,月有陰晴圓缺,此事古難全。我們知道,月亮本身是不發光的,是反射的太陽光。地、月、日三者在不同位置的時候,月亮變有了陰晴圓缺,同時由於地球的自轉,月亮和太陽都是東升西落,往多了講講還有日食、月食等。
我們談談跟潮汐相關的,與月球相同,太陽在引潮力作用下也會引起潮汐橢球。為了簡單起見,我們暫不考慮月球繞地球的白道平面和地球繞太陽轉動的黃道平面相對於地球赤潮平面的傾斜。在每月的新月和滿月之時,見下圖(a)(c),太陽、月亮、地球接近於同一條直線上,海水受到的太陽和月亮的萬有引力方向相同,月球和太陽引起的潮汐橢球的長軸方向一致,此時潮汐達到每月的最大。在上弦月和下弦月時候,見下圖(b)(d),月球和太陽是垂直的,引潮力作用的潮汐橢球的長軸也垂直,此時潮汐為每月的最小。

我們看一下一整年的情況,見下圖,太陽在中間,地球圍繞太陽轉動,一圈為一年。黑點是地球,藍色圓圈代表月球,月球圍繞地球轉動一周,回到大致相同的相對位置時,大約為一個月時間。地球的赤道平面與月球繞地球的白道平面有交角(白赤交角),與地球繞太陽轉動的黃道平面也有交角(黃赤交角),因此,除赤道上外,地球其他位置的潮汐也會發生日不等現象。

這就是平衡潮理論,主要是由牛頓提出來的。下面引用牛頓的一張圖,他站在前面巨人的肩膀上,後人加以完善,成就了牛頓這樣一位偉人。

Sir Isaac Newton (1642-1727)----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
我是華麗的分割線
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剛才講述的是平衡潮理論,當然這個理論不是很完善,它把本是動力學的問題當作靜力學問題來處理,與真實的海洋還是有很大差距的。真實的海洋是天體引潮力作用的強迫運動,由於陸地的存在,海底地形的起伏變化,地球的自轉等的影響,潮波呈現十分複雜的圖像。
拉普拉斯在1775-1776年概括了著名的拉普拉斯潮汐方程(LTE),建立了潮汐動力學理論,它把潮汐看作是引潮力作用下的強迫振動,引入了地轉偏向力,對理想的海洋進行求解。從LTE可以看出地轉對潮汐的影響,同時水深分布對海洋潮汐的影響很大等。

Marquis Pierre Simon Laplace(1749-1827)
此後,許多科學家都把真實的海洋加以理想化進行求解。比如Airy的繞地球的有限溝渠的強迫潮波,Thomson研究無限長海峽提出的Kelvin波,Sverdrup在研究西伯利亞大陸架潮汐時提出的Sverdrup波,Poincaré提出的Poincaré波,Taylor獲得半無限長矩形海灣中的潮波運動解。具體可以看葉安樂和李鳳岐編著的《物理海洋學》,涉及到太多的公式和推導就不細說了。總之,海底地形的起伏、地球自轉、海灣形狀的不同、入射波與反射波的疊加、潮波由深水到淺水的變化、傳播到河口時截面的變化,海底的摩擦等等均會引起潮波的不同。
下面給一張全球M_{2} 分潮(太陰主要半日分潮)的分布圖,可以大致體會一下全球的潮汐分布。


海洋潮汐:海水在天體(主要是太陽和月亮)引潮力作用下產生的周期性運動(垂直方向漲落較潮汐,水平周期流動較潮流)。

引潮力:在地球-天體系統中,公轉產生的慣性離心力天體引力的合力


以月球為例:


公轉產生的慣性離心力:地球除了自轉運動外,還繞地月公共質心公轉。
月球引力:地球上任一地點單位質量的物體所受的月球引力為

方向指向月球中心。

月球引潮力:地球繞地月公共質心公轉所產生的公轉慣性離心力與月球引力的合力

圖中非常小的小箭頭為引潮力: A、B點背離地心;C、D點指向地心


海洋潮汐現象主要是月球產生的,其次是太陽,其他天體可以忽略。

下面解釋各地潮汐不同的原因:

根據潮汐靜力理論


這一理論假定:
(1)地球為一個圓球,其表面完全被等深的海水所覆蓋,不考慮陸地的存在;
(2)海水沒有粘滯性,也沒有慣性,海面能隨時與等勢面重疊;
(3)海水不受地轉偏向力和摩擦力的作用。在這些假定下,海面在月球引潮力的作用下離開原來的平衡位置作相應的上升或下降,直到在重力和引潮力的共同作用下,達到新的平衡位置為止。因此海面便產生形變,也就是說,考慮引潮力後的海面變成橢球形,為潮汐橢球。

由於地球的自轉,地球的表面相對於橢球形的海面運動,這就造成了地球表面上的固定點發生周期性的漲落而形成潮汐,這就是平衡潮理論的基本思想

由於月赤緯(天文學方面知識)不為零
看下面兩圖時請想像地球正在自轉

即解釋了同一地點不同時間不同地點潮汐不同的原因。

結果:

在赤道上永遠出現正規半日潮

當月赤緯等於0,地球上各處均為正規半日潮

當月赤緯不等於0時,兩極高緯度地區出現正規日潮

當月赤緯不等於0時,其它緯度上出現日不等現象,越靠近赤道,半日潮的成越 大,越靠近兩極,日潮的成分越大

推算潮時的簡易方法——八分算潮法

高潮時=0.8h×〔農曆日期-1(或16)〕+高潮間隙

所謂高潮間隙是月中天時至下一個高潮發生時刻的時間間隔(青島約為4小時46分)。

低潮時=高潮時+6時12分

正規半日潮 在一個太陰日(約24時50分)內,有兩次高潮和兩次低潮,從高潮到低潮和從低潮到高潮的潮差幾乎相等,這類潮汐就叫做正規半日潮。

不正規半日潮 在一個朔望月中的大多數日子裡,每個太陰日內一般可有兩次高潮和兩次低潮;但有少數日子,第二次高潮很小,半日潮特徵就不顯著,這類潮汐就叫做不正規半日潮。

正規日潮 在一個太陰日內只有一次高潮和一次低潮,象這樣的一種潮汐就叫正規日潮,或稱正規全日潮。

不正規日潮 這類潮汐在一個朔望月中的大多數日子裡具有日潮型的特徵,但有少數日子則具有半日潮的特徵。

以上內容整理於OUC海洋學課件


謝邀。看看方國洪老師那個方程的各個參數,你就明白都有什麼影響潮汐了。那個預報方程噢


What Physics Teachers Get Wrong About Tides! | Space Time | PBS Digital Studios


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謝邀,然而我並不懂


天梯引潮力。緯度、地形等不同。OUC首席男神留。


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