潮汐:從地月日位置看海水的週期變化
在海邊待上一天,會看到水位慢慢升降;把時間拉長到一個月,潮差也會有規律地變大、變小。月球是主要原因,太陽也會參與。兩者的相對位置決定引潮力是互相加強,還是部分抵消;地球自轉和海盆地形再把這股作用變成各地不同的潮時與潮高。下面先用運行圖看地、月、日的位置,再說明大潮、小潮,以及為什麼圖上的時刻不能代替港口潮汐表。
潮汐是什麼?
潮汐是海水水位隨月球和太陽的引力作用而規律升降的現象。一天裡水位通常漲落兩次,一個月裡潮差還會隨月相變大、變小;月球是主要原因,太陽的引潮作用不到月球的一半。
潮汐是怎麼形成的?
潮汐的成因是引潮力:月球對地球各處的引力不一樣,近側受到的拉力稍強、遠側稍弱,整個地球系統於是沿地月方向被拉長。這個拉力差隨距離的三次方減弱,所以月球在近地點時引潮力明顯較強;地球自轉和海盆地形再把這股作用變成各港口不同的潮時與潮高。
為什麼一天有兩次漲潮?
因為引潮力在地球兩側各拉出一個潮隆:面向月球那側的海水被拉得多一點,背向月球那側則是地球本身被拉走得比海水多,兩側都相對隆起。地球自轉一圈會依序通過兩個潮隆和兩個潮谷;加上月球同時也在前進,一個「月日」約 24 小時 50 分,兩次高潮相隔約 12 小時 25 分。
大潮和小潮是怎麼形成的?
大潮出現在朔和望前後,太陽和月球的引潮方向排成一直線,兩者互相加強,高低潮差最大;小潮出現在上弦和下弦前後,兩個方向接近直角,部分抵消,潮差最小。大潮說的是潮差大小,不代表海水一定淹得最高,實際潮高仍要看港口的潮汐表。
月亮管得了潮汐的拍子,管不了每個港口幾點滿潮
月亮決定潮汐的大致節奏,港灣形狀、海底地形與天氣再把每個地方的潮水改成不同模樣。
同一個月球,地球兩側為什麼都會有潮隆
月球同時拉著地球、陸地和海水,只是近側受到的拉力稍強,遠側稍弱。潮汐來自這個拉力差:整個地球系統沿著地月方向被拉長,簡化圖上因此會畫出近、遠兩側各一個潮隆。
真實海洋不會維持一顆整齊的橢圓跟著月球轉。那張圖是平衡潮模型,用來說明引潮力的方向;大陸、海底地形和海盆共振一加入,實際潮波會複雜得多。
大潮說的是潮差,不是海水一定淹得最高
朔、望前後,太陽和月球的引潮方向大致排成一直線,高潮與低潮的差距通常會拉大,稱為大潮。到了上弦、下弦,兩個方向接近直角,潮差往往縮小,形成小潮。
大潮可能發生在白天或半夜,也不等於每個地方都會出現歷史最高水位。它只描述那幾天的潮差偏大;當下水位多高,還要加上港口位置、風、氣壓和浪況。
真的要去海邊,答案仍在測站預報裡
潮波進入台灣海峽、繞過岬角或穿進港灣後,速度和振幅都會改變。相隔不遠的兩個港口,滿潮時間可能不同;海盆形狀也可能把潮差放大,或讓它變得不明顯。
這堂課適合看朔望與大、小潮的節奏。安排潮間帶、釣魚、潛水或行船時,仍要查最近測站的潮時潮高,再看浪況與官方警告。天文示意圖無法直接告訴你幾點可以下水。
引潮力看的是地球各處所受重力的差
月球同時吸引海水、陸地和地心。近月側離月球較近,加速度略大於地心;遠月側離月球較遠,加速度略小於地心。把地心的共同加速度扣除後,近月側相對向月球伸展,遠月側則相對落後,於是地球兩側各有一個潮隆。這裡比較的是重力在一個地球直徑內改變了多少,物理上稱為重力梯度。
太陽對整個地球的引力遠大於月球,但太陽離我們約 1.5 億公里,地球近端和遠端所受引力相差較小。月球雖然質量小得多,距離卻近,因此主導地球潮汐。以平均距離計算,太陽引潮力約是月球的 46%;這個比例足以明顯改變潮差。
引潮力會隨天體質量增加,也會隨距離迅速減弱。這裡的距離要算到三次方,所以月球從遠地點移到近地點,即使距離只縮短一部分,引潮力也會明顯增強。
同樣的引力差也作用在月球身上,把它的自轉慢慢煞到和公轉同步。月球為什麼總是同一面朝向地球 ,潮汐鎖定那一課從這裡接下去。
兩個潮隆和約 24 小時 50 分的月日
先把地球想成被均勻海水覆蓋:沿地月連線的兩端是潮隆,和這條線相差 90 度處是潮谷。地球自轉時,一個地點會依序通過兩個潮隆和兩個潮谷,因此理想情況下一個月日有兩次高潮、兩次低潮。這張平衡潮示意圖用來說明週期;真實海水並不會維持整齊的橢圓外形繞著地球轉。
地球自轉一圈的同時,月球每天沿軌道向東前進約 13 度。地球平均還要多轉約 50 分鐘,原來的經線才會再次朝向月球,所以平均月日約為 24 小時 50 分。主要月球半日分潮 M2 的週期約 12 小時 25 分,這是許多港口潮時逐日延後的基本天文節奏。
海岸上的潮型不一定一天整齊出現兩高兩低。測站可能屬於半日潮、全日潮或混合潮,兩次高潮也可能高低懸殊。大陸位置、海底地形、科氏效應、摩擦和海盆共振會改變潮波的路徑,許多海域的潮波實際上繞著無潮點旋轉。
大潮和小潮說的是潮差大小
朔附近,月球位在地球與太陽之間;望附近,地球位在太陽與月球之間。兩種排列的共同點是三者接近一直線,太陽潮和月球潮的長軸因而對齊。兩者疊加後,平均高潮偏高、低潮偏低,高潮與低潮的差距增大,這段期間稱為大潮。大潮未必包含全年最高水位;英文 spring tide 裡的 spring 是湧起之意,和春季無關。
上弦和下弦附近,從地球看出去,太陽與月球相隔約 90 度。太陽潮的潮隆方向接近月球潮的潮谷方向,兩個成分部分抵消,於是高潮偏低、低潮偏高,潮差縮小,形成小潮。月球引潮力仍在作用,海水不會停止漲退。
朔望月平均長 29.5306 日。朔到望、望到下一次朔各約 14.765 日,因此大潮配置約每 14.765 日出現一次;小潮配置約落在兩次大潮的中間,相隔約 7.383 日。海盆需要時間回應,測站的最大或最小潮差常比月相晚一至數日,這段延遲稱為潮齡。
同樣是大潮,潮差仍會不同
月球軌道的偏心率約為 0.055,近地點和遠地點的地月距離差可達數萬公里。引潮力受距離的三次方影響,因此朔或望若落在近地點附近,月球引潮力會比平均值強,稱為近地點大潮。新聞常用「王潮」描述特別高的天文潮期,但這不是精確的天文分類,也不能單憑這個名稱判定會不會淹水。
地球繞日軌道也有些微偏心。一月初接近近日點,太陽引潮力稍強;七月初接近遠日點,太陽引潮力稍弱。這項變化小於地月距離造成的影響,仍會和朔望、月球近遠地點及測站本身的分潮一起改變每次大潮。
另外還有更長的軌道週期:月球近地點方向在固定黃道座標中約每 8.85 年進動一圈,軌道交點約每 18.6 年回歸。JPL 表中的 5.997 年是近心點幅角相對移動交點的循環;本頁引擎把幅角與交點分別推進,合成後才得到固定座標中的近地點方向。月球赤緯的變化會造成日潮不等,長週期也會緩慢調制測站潮差。本頁沒有計算完整月球攝動,也沒有加入任何測站的調和常數。
模型日期和港口潮時要分開讀
日月引潮力提供潮汐的基本週期,港口水位則要等潮波實際傳到當地。潮波繞過大陸、通過海峽,傳播速度隨水深改變;海盆接近特定週期時還會發生共振。月球過中天、朔望發生,或圖上的潮隆朝向某條經線,都不代表那一刻當地正值滿潮。
測站預報來自長期水位觀測。分析時會把紀錄拆成 M2、S2、K1、O1 等分潮,求出每個分潮在該站的振幅和相位,再把它們相加成預測水位。附屬站有時還要套用時間差和潮高修正,所以相鄰港口也可能在不同時間滿潮。
潮汐表主要預測天文潮,實際水位還會受天氣影響。向岸風會堆高岸邊水位,低氣壓、河川流量、長浪和風暴增水也會造成偏差。遇到颱風警報、海岸封閉或現場浪況惡化,應以官方警告和現場管制為準。
大潮只表示這一段時間的潮差傾向較大,小潮則表示潮差較小。它們沒有直接說明某一刻的水位、流速或浪高。前往潮間帶、潛水、釣魚或行船前,潮位、潮流、波浪、天氣和岸形都要分開查。
閱讀方式:用本課判斷某段日期的潮差趨勢;用潮汐頁查指定測站的滿潮、乾潮時間與預報高度。活動時間依測站預報安排,安全判斷以現場狀況及官方警報為準。
大潮和小潮說的是潮差大小
地月日幾何 月相附近 理想潮差 平均重複 接近一直線(0° 或 180°) 朔、望 日月潮互相疊加,合成引潮效應較強、理想潮差較大 約每 14.765 日一次
接近直角(無向分離角約 90°) 上弦、下弦 日月引潮力部分抵消,潮差小 大潮後約 7.383 日
常見問題 為什麼月球能在地球兩側都造成潮隆?
月球同時吸引海水、陸地和地心。近月側離月球較近,加速度略大於地心;遠月側離月球較遠,加速度略小於地心。把地心的共同加速度扣除後,近月側相對向月球伸展,遠月側則相對落後,於是地球兩側各有一個潮隆。這裡比較的是重力在一個地球直徑內改變了多少,物理上稱為重力梯度。 太陽對整個地球的引力遠大於月球,但太陽離我們約 1.5 億公里,地球近端和遠端所受引力相差較小。月球雖然質量小得多,距離卻近,因此主導地球潮汐。以平均距離計算,太陽引潮力約是月球的 46%;這個比例足以明顯改變潮差。
大潮與小潮分別在什麼月相出現?
朔附近,月球位在地球與太陽之間;望附近,地球位在太陽與月球之間。兩種排列的共同點是三者接近一直線,太陽潮和月球潮的長軸因而對齊。兩者疊加後,平均高潮偏高、低潮偏低,高潮與低潮的差距增大,這段期間稱為大潮。大潮未必包含全年最高水位;英文 spring tide 裡的 spring 是湧起之意,和春季無關。 上弦和下弦附近,從地球看出去,太陽與月球相隔約 90 度。太陽潮的潮隆方向接近月球潮的潮谷方向,兩個成分部分抵消,於是高潮偏低、低潮偏高,潮差縮小,形成小潮。月球引潮力仍在作用,海水不會停止漲退。
互動圖能不能告訴我今天幾點滿潮?
日月引潮力提供潮汐的基本週期,港口水位則要等潮波實際傳到當地。潮波繞過大陸、通過海峽,傳播速度隨水深改變;海盆接近特定週期時還會發生共振。月球過中天、朔望發生,或圖上的潮隆朝向某條經線,都不代表那一刻當地正值滿潮。 閱讀方式:用本課判斷某段日期的潮差趨勢;用潮汐頁查指定測站的滿潮、乾潮時間與預報高度。活動時間依測站預報安排,安全判斷以現場狀況及官方警報為準。
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軌道數值與潮汐資料取自 NASA/JPL、NOAA 的公開技術頁面,公式屬科學事實。本頁的程式、課文和 Canvas 圖均由本站自行製作,沒有重製來源網站的程式碼、圖片、材質、商標或文章。NASA 資料在美國通常不受著作權保護,仍受識別標誌與媒體使用規範約束;本站只使用所需數值並附上原始連結。
地球軌道表的適用範圍是 1800–2050 年。月球位置採平均開普勒軌道,另加入近地點與交點的長期進動;模型未計算完整週期攝動、光行時、地球不規則自轉、海盆動力及測站調和常數。請勿用於航海、測量、日月食判定、望遠鏡指向或沿岸潮時預報。
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