海洋潮汐与水位控制：引潮力及潮汐效果

人类很早就了解到海潮和农历、月亮、太阳有关，但第一个给出科学解释的是英国科学家牛顿，他发现了万有引力定律，并用这个定律解释地球的潮汐现象，获得了巨大的成功，奠定了潮汐学科的科学基础。

地球上任一点都受到各天体的引力。同时，地球与每一个天体分别构成平衡系统，地球及天体都相对于平衡系统的公共质心作公转运动，且公转运动呈平动性质，因此地球上任一点的公转运动一致，受到完全相同的公转离心力。对于某单个天体X，若地球上任一点P处受到该天体的引力记为Fg、公转离心力记为Fc，则引力与离心力的合力定义为该天体在P点处产生的引潮力，记为Ft(P点处取单位质量，即力指加速度)。图2.8为引潮力示意，O为地球的中心，OX为天体X的中心，L为P点至OX的矢量，r为O点至OX的矢量。

据万有引力定律，P点处受到天体X的引力Fg(指向天体X)为

式中，G为万有引力常数；MX为天体X的质量；L为L的量值，即P点至OX的距离。引力Fg与P点在地球上的位置有关。

图2.8　引潮力示意

公转离心力Fc(背向天体X)由下式计算(www.xing528.com)

式中，ω0为地球绕地球与天体X公共质心作公转运动的角速率，r为r的量值。因公转为平动，故地球上任意地点所受的公转离心力都相同。

P点处由天体X引起的引潮力Ft是引力Fg与公转离心力Fc的合力，即

引潮力Ft与P点在地球上的位置相关，而为了维持地球与天体X之间的距离(或者说维持该系统的平衡)，引力Fg与公转离心力Fc必在地心处相平衡，即两者大小相等、方向相反(如图2.8中地心O处所示)，因此地心处的引潮力Ft为零。于是，P点处由天体X引起的引潮力又可定义为:该点和地心所受天体X引力的矢量差，即

上述是对某个单一天体X引潮力的研究，为了论述方便，各参数符号中省略了天体X的标注。理论上，所有天体都能对地球产生引潮力，但考虑到各天体质量及与地球间的距离，只有月球(在潮汐学中通常也称为太阴)和太阳能够在海洋上产生可观测到的海面变化，并且月球引潮力大于太阳引潮力，约是太阳引潮力的2.17倍。月球引潮力和太阳引潮力产生的潮汐分别称为太阴潮与太阳潮，而总的潮汐效果则是月球引潮力与太阳引潮力的合力作用。但需注意的是，引潮力的量值只相当于地球重力的约十万分之一，因此，潮汐实质是海水在引潮力的水平分量作用下引起的堆积与扩散运动，对应于涨潮与落潮过程。