课题探究：潮汐现象

课题探究：潮汐现象

一. 潮汐现象

凡是到过海边的人们，都会看到海水有一种周期性的涨落现象：到了一定时间，海水推波逐澜，迅猛上涨，达到高潮；过后一些时间，上涨的海水又自行退去，留下一片沙滩，出现低潮。如此循环重复，永不停息。海水的这种运动现象就是潮汐。法国文学称之为“大海的呼吸”。潮汐现象的特点是每昼夜有两次高潮，而不是一次,“昼涨称潮，夜涨称汐”。简而言之“潮”指白天海水上涨，“汐”指晚上海水上涨，不过通常我们往往将潮和汐都叫做“潮”。

潮汐现象是指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面铅直向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。

涨潮时潮位不断增高，达到一定的高度以后，潮位短时间内不涨也不退，称之为平潮，平潮的中间时刻称为高潮时。平潮的持续时间各地有所不同，可从几分钟到几十分钟不等。平潮过后，潮位开始下降。当潮位退到最低的时候，与平潮情况类似，也发生潮位不退不涨的现象，叫做停潮，其中间时刻为低潮时。停潮过后潮位又开始上涨，如此周而复始地运动着。从低潮时到高潮时的时间间隔叫做涨潮时，从高潮时到低潮时的时间间隔则称为落潮时。一般来说，在许多地方涨潮时和落潮时并不一样长。海面上涨到最高位置时的高度叫做高潮高，下降到最低位置时的高度叫低潮高，相邻的高潮高与低潮高之差叫潮差。

从各地的潮汐观测曲线可以看出，无论是涨、落潮时，还是潮高、潮差都呈现出周期性的变化，根据潮汐涨落的周期和潮差的情况，可以把潮汐大体分为如下的4种类型：

1.正规半日潮在一个太阴日(约24时50分)内，有两次高潮和两次低潮，从高潮到低潮和从低潮到高潮的潮差几乎相等，这类潮汐就叫做正规半日潮。

2.不正规半日潮在一个朔望月中的大多数日子里，每个太阴日内一般可有两次高潮和两次低潮；但有少数日子(当月赤纬较大的时候)，第二次高潮很小，半日潮特征就不显著，这类潮汐就叫做不正规半日潮。

3.正规全日潮在一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮，像这样的一种潮汐就叫正规日潮，或称正规全日潮。

4.不正规全日潮是不正规日潮潮汐过程曲线。显然，这类潮汐在一个朔望月中的大多数日子里具有日潮型的特征，但有少数日子(当月赤纬接近零的时候)则具有半日潮的特征。

凡是一天之中两个潮的潮差不等，涨潮时和落潮时也不等，这种不规则现象称为潮汐的日不等现象。高潮中比较高的一个叫高高潮，比较低的叫低高潮；低潮中比较低的叫低低潮，比较高的叫高低潮。从潮汐过程曲线还可看出潮差也是每天不同。在一个朔望月中，“朔”、“望”之后二、三天潮差最大，这时的潮差叫大潮潮差；反之在上、下弦之后，潮差最小，这时的潮差叫小潮潮差。

二. 潮汐现象产生的原因

原来，海水随着地球自转也在旋转，而旋转的物体都受到一种力的作用，使它们有离开旋转中心的倾向，这就好像旋转张开的雨伞，雨伞上水珠将要被甩出去一样。一方面地球受月球引力作用，一方面地球作圆周运动使得地表的水有被向外甩出的趋势。地球表面各地离月亮的远近不一样，所以，各处海水所受的引潮力也出现差异。在正对着月球的地方，向心加速度较小，引力较大，海水被月球吸起；在背对着月球一端，向心加速度较大而引力较小，海水被向外甩出。一昼夜之间地球上的海水有一次面向月亮，一次背对月亮，所以海水每天有两次涨落。同时海水还要受到月球、太阳及其他天体的吸引力，因为月球离地球最近，所以月球的吸引力较大。这样海水在这两个力的共同作用下形成了引潮力。由于地球、月球在不断运动，地球、月球与太阳的相对位置在发生周期性变化，因此引潮力也在周期性变化，

这就使潮汐现象周期性地发生。一日之内，地球上除南北两极及个别地区外，各处的潮汐均有两次涨落，每次周期12小时25分，一日两次，共24小时50分，所以潮汐涨落的时间每天都要推后50分钟。生活在海边有经验的人，大都能推算出潮汐发生的时间。根据万有引力定律，两个物体之间的引力和它们之间距离的平方成反比。地面上各点与月球的距离不同，所受月球引力的大小就不同，朝向月球的半个地球上，所受到的引力大于地心和背向月球一面所受到的引力。离月球最近的点所受到的引力最大，在此点的海水相对于地心而言被月球“拉”了起来，朝向月球的半个地球上的海水都会趋向最近点，该点海水就会上涨，这就是我们常说的涨潮。离月球最远的点受到月球的引力最小，相对于地心，该点的海水有后退的倾向，我们称之为退潮。由于地球自转，在月球连续两次经过某地天子午线的时间间隔——24小时50分内，地面上每一地点都会经历了从最近到最远那样的置，因此会产生两次涨潮两次落潮的现象。

三. 潮汐现象的应用

潮汐是所有海洋现象中较先引起人们注意的海水运动现象，它与人类的关系非常密切。海港工程，航运交通，军事活动，渔、盐、水产业，近海环境研究与污染治理，都与潮汐现象密切相关。尤其是，永不休止的海面铅直涨落运动蕴藏着极为巨大的能量，这一能量的开发利用也引起人们的兴趣。潮汐对于沿海沿江地区人民的生产和生活影响很大。人们在长期生产斗争实践，积累了利用潮汐于航运、农田灌溉渔业、盐业等方面的丰富经验。潮汐储藏着很大的能量，已被利用来建造潮汐电站发电，造福人类。

潮汐是一种世界性的海平面周期性变化的现象，由于受月亮和太阳这两个万有引力源的作用，海平面每昼夜有两次涨落。潮汐作为一种自然现象，为人类的航海、捕捞和晒盐提供了方便，更值得指出的是，由于引潮力的作用，使海水不断地涨潮、落潮．涨潮时，大量海水汹涌而来，具有很大的动能；同时，不位逐渐升高，动能转化为势能．落潮时，海水奔腾而去，水位陆续下降，势能又转化为动能．海水在运动中所具有的动能和势能统称为潮汐能．潮汐能的应用之一是发电．潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建筑一座拦水堤坝，形成水库，并在坝中或坝旁放置水轮发电机组，利用潮汐涨落时海水水位的升降，使海水通过水轮机时推动水轮发电机组发电．从能量的角度说，就是利用海水的势能和动能，通过水轮发电机转化为电能．潮汐发电的优点是成本低，每度电的成本只相当火电站的八分之一．20世纪初，欧、美一些国家开始研究潮汐发电。1913年德国在北海海岸建立了世界上第一座潮汐发电站．第一座具有商业实用价值的潮汐电站是1967年建成的法国郎斯电站。该电站位于法国圣马洛湾郎斯河口。郎斯河口最大潮差13．4米，平均潮差8米。一道750米长的大坝横跨郎斯河。坝上是通行车辆的公路桥，坝下设置船闸、泄水闸和发电机房。郎斯潮汐电站机房中安装有24台双向涡轮发电机，涨潮、落潮都能发电。总装机容量24万千瓦，年发电量5亿多度，输入国家电网。

我国大陆海岸线长，潮汐能资源很丰富．1957年我国在山东建成了第一座潮汐发电站．据不完全统计，我国潮汐能蕴藏量为1.1亿千瓦，年发电量可达2750千瓦时，其中可供开发的约3850万千瓦，年发电量870亿千瓦时，大约相当于40多个新安江水电站．你知道海洋中的新能源吗

同学们，当你面对大海，感慨她的广阔无垠的时候；当你在海滨冲浪，尽享她的欢乐的时候；当你乘船出海，体验她的波涛汹涌的时候，你是否知道：这奔腾不息的大海蕴藏着无限巨大的能源：有日夜涨落、终年不息的潮汐产生的潮汐能；有汹涌澎湃、倒海翻江的海浪产生的波浪能；有若隐若现、行踪难觅的海流产生的海浪能；有上暖下凉，“冷热不均”的海水产生的温差能；还有江河淡水与海洋咸水“会师”时产生的盐差能。这些能源构成了取之不尽、用之不竭的海洋能。所以，战略家指出：海洋，人类21世纪开发新能源的主战场。

月亮的礼物——潮汐能

月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量，称为潮汐能。世界上潮汐能最大的地方是加拿大的芬地湾，那里的海潮最高时达到18米，相于6层楼房的高度。“声驱千骑疾，气卷万山来”的我国钱塘江潮，最大潮差达8.9米，可称为天下一绝。

目前世界上最大的潮汐发电站，是法国朗斯的24万千瓦潮汐电站。中国的江厦潮汐试验电站，建于浙江省乐清湾北侧的江厦港，装机容量3200千瓦，于1985年正式投入运行海上“烈马”——波浪能

波浪能是由于风和水的重力作用形成的起伏运动所带来的能量。俗话说：“无风海面三尺浪”。据统计，波浪能是海洋能源中蕴藏最丰富的一种，占整个海洋能的90%以上，是潮汐能蕴藏量的几十倍。1964年，日本造出世界上第一盏用海浪发电的航标灯。1985年，挪威建成了一座装机容量500千瓦的波浪能发电站，是迄今为止世界上最大的岸式波浪能电站。

海中之河——海流能

海流即洋流，大规模常年稳定地沿着一定方向流动的海水便是洋流。世界上最大的海流是墨西哥暖流。该暖流挟带的水量是世界江河总流量的50多倍。流经我国的黑潮是世界上第二大暖流，它水色深蓝，从远处看像是蔚蓝色的大海里飘着一条黑色的绸带，故有“黑潮”之称。其宽度为185千米，平均厚度有400米，平均每天的流速是55千米-150千米，它的总流量相当于全世界陆地上的所有河流流量的20倍。但如何利用海浪发电，目前仍处于小规模试验阶段。

海洋热电站——温差能

据科学家长期观测计算，到达海面的太阳辐射能60%被深为1米的表层海水所吸收，而海面下10米深的海水只吸收了太阳能的18%。因此，不同深度水温迥（jiǒng）异，且随深度增加海水吸收太阳辐射减弱。因此，在热带和亚热带海区表层海水与深层海水之间的温度差可达20℃-25℃。由此引起科学家的深思：利用海水这一特性为人类造福。1930年，古巴建成了世界上第一座海水温差电站。之后，美国、日本等国也相继建成了海水温差电站。

咸、淡两水的较量——盐差能

盐差能是两种含盐度不同的水体相混时放出的一种能量。其广泛分布于陆地江河入海处。海水中含有大量的矿物盐，海水含盐浓度大于江河水，形成了盐度差。当两种不同浓度的溶液混合在一起时，淡的溶液就会向浓的方向渗透，直至浓度平稳为止，这种渗透就带有压差。研究人员提出了用化学渗透膜隔开浓、淡水，构成盐度差能电站的设想，预计本世纪将取得实质性的突破

水产资源是世界的第二大食品

海洋中的鱼，有上万种之多。其中哪些适于食用，人类尚未完全知晓。最近，日本的渔业人员新开发的新渔业资源主要有：墨鱼、章鱼、鲭（qīng）、鲱（fēi）、鲷（diāo）、鳕（xu ě）、鲽（dié）、牙鲆（píng）等。切莫因近年来黄鱼难以在酒席上见到而误以为海鱼资源已经枯竭。

海藻资源也是一个尚未充分利用的大“菜篮子”。除习惯食用的海带、紫菜外，如海苔、裙带菜、石花菜等，都可成为席中佳肴。

渔业的兴盛，使人们又发明了“栽培渔业”。日本进行鲑(guī，大马哈鱼)和鳟(zūn)的“孵化放流”，每年可新增2000多万尾鱼。还有人梦想把太平洋作为“海洋牧场”，对一些鱼的幼苗放流培育。这并非科学幻想，也是能实现的。

海水本身也是宝。海洋中资源无穷无尽，人们将用最新的科学技术去开发利用，谱写新的海洋篇章。