海水的潮汐是怎么形成的（海洋潮汐的成因是什么）

潮汐包括海洋潮汐、大气潮汐、固体潮汐三类的。海洋潮汐是指海水在天体（主要是太阳和月亮）引潮力作用下产生的周期性运动，习惯性把铅直向涨落为潮汐，水平的运动称之为潮流。

首先提一下稍微复杂一点的概念：天体引潮力。1687年，伟大的物理学家牛顿，因为看见苹果掉在地上，提出了著名的万有引力定律。随后，潮汐静力学理论（也称为平衡潮理论）也建立起来。理论的主要假设是地球表面被等深的海水覆盖，海水没有惯性。下面开始说引潮力，一般人提到引潮力，往往会把它和万有引力混为一谈，实际上，引潮力是万有引力和地球绕天体的惯性离心力的合力，为了方面解释引潮力，上张图。

以月球为例，图中蓝色部分是月球产生的万有引力，红色的是惯性离心力，而紫色的实际上就是引潮力了。如果我们把此引潮力分解，分为铅直分量和水平分量，无论是水平还是铅直，实际上量级还是很小的，大约为重力加速度的10E-7的量级。在铅直方向上，基本上无法与重力抗衡，可以忽略掉。而在水平方向上的分量，可以使海水发生辐聚和辐散，从而形成海水的起伏，因此，形成海洋潮汐潮流运动的真正原动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，见下图。

现在引潮力解释明白了，但是引潮力是如何引起海面变化的呢？以地球上的一点海水为例，在平衡潮理论下，在各个时刻，海水是在引潮力水平分量，重力和压强梯度力的平衡之下的。因为受到引潮力的水平分量，海水为了保持平衡，海面就要相对于原静止的海面发生倾斜，如下图。其中P是压强梯度力，是 月球引潮力水平分量，g是重力。此时，再看一下上一张图。Z点处是引潮力水平分量的辐聚点，在南北两端是辐散点，在辐聚和辐散点的地方，海水堆积和流失最多。再回顾一下平衡潮的假设，地球被等深海水覆盖，海水没有惯性，这时就形成了一个椭球，称为潮汐椭球。

下面说明一下月球在不同位置时的引潮力。众所周知，月球是地球的一颗卫星，围绕着地球转动。但是月球绕地球的转动与地球绕自身的转动是不在一个平面的，见下图。月亮赤纬角（白赤交角）最大为28.5°，最小为18.5度，18.61年为一个变化周期。

因此，如果月球直接指向地球赤道，在上图中2，4位置，我们的潮汐椭球是下面这样的，地球绕地轴旋转，因此地球上的任何一点都会出现两次高潮和两次低潮，我们称为赤道潮。

如果月球在1，3位置之时，我们的潮汐椭球是下面这样的，潮汐日不等现象最为明显，我们称为热带潮。

月亮讲得差不多了，我们再来讲讲太阳。古人云，人有悲欢离合，月有阴晴圆缺，此事古难全。我们知道，月亮本身是不发光的，是反射的太阳光。地、月、日三者在不同位置的时候，月亮便有了阴晴圆缺，同时由于地球的自转，月亮和太阳都是东升西落，往多了讲讲还有日食、月食等。我们谈谈跟潮汐相关的，与月球相同，太阳在引潮力作用下也会引起潮汐椭球。为了简单起见，我们暂不考虑月球绕地球的白道平面和地球绕太阳转动的黄道平面相对于地球赤潮平面的倾斜。在每月的新月和满月之时，见下图(a)(c)，太阳、月亮、地球接近于同一条直线上，海水受到的太阳和月亮的引潮力相同，月球和太阳引起的潮汐椭球的长轴方向一致，此时潮汐达到每月的最大。在上弦月和下弦月的时候，见下图(b)(d)，月球和太阳是垂直的，引潮力作用的潮汐椭球的长轴也垂直，此时潮汐为每月的最小。

我们看一下一整年的情况，见下图，太阳在中间，地球围绕太阳转动，一圈为一年。黑点是地球，蓝色圆圈代表月球，月球围绕地球转动一周，回到大致相同的相对位置时，大约为一个月时间。地球的赤道平面与月球绕地球的白道平面有交角（白赤交角），与地球绕太阳转动的黄道平面也有交角（黄赤交角），因此，除赤道上外，地球其他位置的潮汐也会发生日不等现象。

这就是平衡潮理论，主要是由牛顿提出来的。下面引用牛顿的一张图，他站在前面巨人的肩膀上，后人加以完善，成就了牛顿这样一位伟人。

Sir Isaac Newton (1642-1727)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------我是华丽的分割线----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------刚才讲述的是平衡潮理论，当然这个理论不是很完善，它把本是动力学的问题当作静力学问题来处理，与真实的海洋还是有很大差距的。真实的海洋是天体引潮力作用的强迫运动，由于陆地的存在，海底地形的起伏变化，地球的自转等的影响，潮波呈现十分复杂的图像。拉普拉斯在1775-1776年概括了著名的拉普拉斯潮汐方程（LTE），建立了潮汐动力学理论，它把潮汐看作是引潮力作用下的强迫振动，引入了地转偏向力，对理想的海洋进行求解。从LTE可以看出地转对潮汐的影响，同时水深分布对海洋潮汐的影响很大等。

Marquis Pierre Simon Laplace（1749-1827）此后，许多科学家都把真实的海洋加以理想化进行求解。比如Airy的绕地球的有限沟渠的强迫潮波，Thomson研究无限长海峡提出的Kelvin波，Sverdrup在研究西伯利亚大陆架潮汐时提出的Sverdrup波，Poincaré提出的Poincaré波，Taylor获得半无限长矩形海湾中的潮波运动解。具体可以看叶安乐和李凤岐编著的《物理海洋学》，涉及到太多的公式和推导就不细说了。总之，海底地形的起伏、地球自转、海湾形状的不同、入射波与反射波的叠加、潮波由深水到浅水的变化、传播到河口时截面的变化，海底的摩擦等等均会引起潮波的不同。下面给一张全球分潮（太阴主要半日分潮）的分布图，可以大致体会一下全球的潮汐分布。

来源：知乎

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