潮汐(tide)是在太陽與月球共同引力作用下,地球水體發生的一種周期性運動。我國古代把發生在早晨的高潮叫“潮”,把發生在晚上的高潮叫“汐”。高潮與低潮的海面高度差稱為潮差。
地球繞地軸自轉及地月系繞其公共質心運動。地球表面水質點受兩種力作用。引力包括月球對水質點引力和地心對水質點引力;離心力包括地球、地月公共質心的離心力和地球自轉所產生的離心力。地心質點引力與地球自轉離心力對地表水質點,其大小和作用方向是恒定不變的,都可包括在重力概念內。
引潮力是由月球對水質點的引力和地球繞地月公共質點運動,所產生的離心力組成。陰歷的初一、十五(新月、滿月)為大潮(高潮高,低潮低),初八、二十三(上弦月、下弦月時)為小潮,實際上大小潮均有所滯后。
潮汐的形狀是簡諧波,潮波隨月球在地面推進,同時高潮的潮頂稱潮峰,低潮的底部叫潮谷。在同時地面潮水峰谷的角距是90%,高潮與低潮的時間隔是6h 20min,潮汐的漲落平均是以一個太陰日(lunar day)(24h 50min)為一個周期。根據在一個周期內海平面漲落的方式,將潮汐分為三個類型:
在24h 50min有兩次高潮兩次低潮,每次漲落時間相等,為6h 13min者為半日潮;
在一個潮周期內,海平面只有一次漲潮與一次落潮的,稱為全日潮;
混合潮,介于兩者之間的為不規則半日潮或不規則全日潮。
潮汐現象既受天體引潮力決定,又受海底地形、海岸輪廓的制約。當潮汐由大洋或寬闊的海洋進入突然收縮的河口時,潮汐產生一系列變化。
大洋中潮差很小,約有50cm,但轉入大陸架,特別是傳入沿岸港灣時,潮波波高增加,由此而產生的潮流亦強。
根據大潮潮差可以把潮汐分為:
弱潮——潮差小于2m 普遍見于世界大洋的開敞海岸
中潮——潮差2~4m 普遍見于世界大洋的開敞海岸
強潮——潮差大于4m 主要分布于一些港灣河口區
加拿大芬地灣(Bay of Fundy)是世界上潮差最大的海域。芬地灣灣口寬大,沿程向灣內變窄,頂端有兩個小灣,灣口的潮差僅3m,愈向灣內潮差愈增大。在圣約翰(Saint John)潮差增至7.6m,在Chignecto Bay的灣頂為14.0m;至Minas Basin潮差已達15.6m。
潮波上涌到港灣或河口區,潮波可變陡而破碎,從而產生沿河上溯的涌潮(Tidal bore)。在亞馬遜河河口涌潮上溯時,像一道1.61km、寬5m高的大瀑布,其傳播速度為10m/s。
我國錢塘江的涌潮是世界著名的。杭州灣呈喇叭形,灣口寬90km,向內寬度為3km,灣底變淺,外海傳入的潮波受海岸輪廓及水下河床地形之影響,潮波能量集中,潮波波峰速度大于波谷速度,前坡陡立,波頂倒卷破碎,涌潮高度達3m,澉浦站實測潮差達8.93m。這一記錄一直是中國最大的潮差。但是,在南黃海江蘇岸外的黃沙洋潮流通道,曾測得潮差為9.28m(1981年,黃沙洋浮筒處)。漲潮時,在黃沙洋水道頂端亦可見到涌潮現象,這是外海潮波進入潮流通道受地形縮窄影響,潮差急增的結果。
潮汐的活動使海面發生周期性的活動,一方面展寬了海水與波浪活動的范圍,改變了激浪活動帶,減小了波浪直接的作用效應,由于潮水的淹沒與退干,使潮間帶具有特殊而復雜的動力條件;另一方面,海面產生水平方向的整體移動,形成潮流,它是海岸帶的重要動力因素。
海岸帶、河口或港灣內潮流是往復流,漲潮流方向與落潮流相反。往復流在改變方向時,流速為零是為憩流或平流。平流后速度增加,達到最大值后,又逐漸減小。
河口中的潮流,由于河水的下行作用,所以下行潮流水量大于逆河而上的潮流量。表層和底層流向不完全一致。表層水下行時,底層水仍在上溯,并且在鹽水影響范圍內,由于鹽水楔(salt water wedge)頂托,淡水可以向上游推進到距海岸很遠處,這種淡水潮稱為動力潮(dynamic tides)。
在外海,由于科氏力的影響,潮流一般作回轉式,潮流的方向與流速時時在轉變。在北半球,方向的改變呈順時針方向,在南半球是逆時針方向。在半日潮區,潮流在12h完成一回轉;在全日潮區,則是24h 50min完成一次。因此,12或24h左右,海水的凈運送量為零,表層和深層流流向和流速是一致的,但在水深20m以淺,受海底摩擦而有影響。
潮流對海岸地貌作用很大,侵蝕沖刷岸灘形成潮流通道、潮水溝,或堆積形成潮灘、潮流脊,其對海岸工程亦有重大影響。