大潮与小潮
dà cháo yǔ xiǎo cháo
大潮是最大的潮汐,出现在太阳和月球排成一线的新月和满月时;小潮是最小的潮汐,出现在上下弦月时。
Definition
大潮是异常巨大的潮汐,涨潮特别高、落潮特别低,出现在新月和满月时,此时太阳和月球排成一线、引力叠加在一起;小潮则是异常微弱的潮汐,出现在上弦月和下弦月时,此时太阳和月球的引力方向互相垂直。在朔望(新月或满月)时,太阳和月球各自引起的潮汐隆起方向一致、相互叠加,潮差达到最大;在方照(上弦或下弦)时,太阳引起的隆起会部分抵消月球引起的隆起,潮差达到最小;这两种情况各自大约每两周出现一次。太阳和月球的潮汐力是可以相互叠加的矢量场:在朔望时,二者的方向重合,平衡潮振幅按 $M_{\text{Moon}}/d_{\text{Moon}}^3 + M_{\text{Sun}}/d_{\text{Sun}}^3$ 变化;在方照时,则按二者之差变化;由于太阳与月球的潮汐力之比约为 $0.46$,大潮和小潮的潮差分别约为仅有月球时潮差的 $1.46$ 倍和 $0.54$ 倍。最大的大潮,被称为近地点大潮或极限潮,出现在朔望恰好与月球位于近地点重合之时;而在真实的海岸线上,大潮小潮的周期通常会比月相滞后一两天。
Example
满月时,海滩在落潮时露出的沙滩范围可能比平时宽得多;而一周之后的上弦月或下弦月时,潮水看起来几乎纹丝不动。如果单靠月球会产生 $1.0\ \text{m}$ 的潮差,单靠太阳会产生 $0.45\ \text{m}$ 的潮差,那么大潮的潮差大约为 $1.45\ \text{m}$,小潮的潮差大约为 $0.55\ \text{m}$,因为太阳的引力略小于月球的一半。直接计算这一比值:$(M_{\text{Sun}}/M_{\text{Moon}}) \times (d_{\text{Moon}}/d_{\text{Sun}})^3 = (2.7 \times 10^7) \times (384{,}400 / 1.496 \times 10^8)^3 \approx 2.7 \times 10^7 \times 1.7 \times 10^{-8} \approx 0.46$。
Key Insight
大潮的名称与春季这个季节毫无关系,这里指的是潮水涌起,这一循环全年每月都会出现两次,无论是满月还是新月都一样,因为月球究竟是位于地球上与太阳同侧还是相对的一侧其实并不重要,两组隆起无论哪种情况都会对齐叠加。沿海地区的洪水预报,正是依赖于这一周期:一场恰好赶上近地点大潮的风暴潮,造成的水淹范围会远大于同样强度、却发生在小潮期间的风暴潮,因此卡罗来纳海岸的应急规划人员,会像密切关注天气一样,密切关注月相和月球距离的变化。