對錢江潮三個有趣難題的科普解釋

胡寧生

每逢農歷八月十八，到海寧觀賞那壯觀的錢江大潮自古以來就是國人的一件盛事。不少科普輔導員都曾遇到過下列三個關于錢江潮而尚未解答的難題，即：一.在長達六小時的漲潮過程中，因為月亮及太陽的引潮力是連續變化的，錢江口也是連續變窄的以及江底淺灘也是連續變化的，但是錢江潮為什么卻能是不連續變化而像一堵突然奔來的水墻呢？二.農歷十六日的月齡為15滿月，那時月亮、地球和太陽排成一直線，以致此時月、日的引潮力最大，所以錢江最大潮的日期應該是十六日，但實際的錢江最大潮的日期為什么會推遲到八月十八日呢？三.在農歷五月十八的夏至前后，錢江口的月亮和太陽能升達天空中的最高位置，這時的錢江潮應達一年中的最大值。但是實際的錢江潮最大的日期為什么會推遲到八月十八日呢？

對海潮成因的解釋

目前對海潮的成因常被說成是，海潮是海水受到月亮及太陽的萬有引力所致。這種說法往往使人產生如下誤解，即我國的海潮就是近海的海水受日、月引力而產生的。但是實際上，月亮對海水的引力只有地球對海水引力的三十萬分之一。顯然，這么微小的月亮引力是不可能對近海不太深的海水產生可察覺的影響的。

事實上，我國的海潮是月亮在幾小時內對寬達約一萬千米的整個太平洋的海水產生水平加速作用而產生的。在圖1中，在太平洋遠處的C處，月亮對那里海水的引力方向是水平的。而在太平洋的各處，如B處，月亮對那里海水的引力也有水平分量。這樣，整個太平洋的海水在長達數小時月亮引力的水平分量加速作用下，到達錢江口外海的海潮其流速只達每秒半米都不到。但這潮流在進入較淺的大陸架后，由于水流截面積的縮小，其流速就會顯著增加，如達每秒2米左右。

日、月潮還有一個較難說明的特點，就是：圖1中，月亮在錢江口A處過中天（過南北子午線）時，此時的月亮引力方向當如箭頭所示，而出乎意料的是，此時的月亮引力竟還能使地球對面的E處同時產生起潮力。同理，圖1中的太陽也能對地球的E點和A點同時產生起潮力（見《趣味力學現象》之第40頁），只是太陽的起潮力只有月亮的5/11，即一半左右。

陡潮產生的原因

作者認為：如果有兩股具有相當速度的對撞水流，當兩者的流速一旦相等而勢均力敵時，相撞的水無路可走才會向上形成水墻。于是前人也想到，錢江水的流速如果和反向的海潮流速相等時，兩股相撞的水流不是可以產生陡潮了嗎？但我們高興得太早了，經過查找水文資料，才知錢江水的流量平均才每秒1400立方米，而錢江起潮處澉浦的江面寬達近20千米，這樣，測得的澉浦處的錢江流速每秒連0.1米都不到。顯然這么慢的兩股對撞水流是不可能產生平均高達1.4米的陡潮的。因力學計算指出，要能產生那么高陡潮的水流，其速度應達每秒4米。

作者將海岸有時會產生“離岸流”的機制用到錢江口，就發現了錢江口會產生離岸流的可能性。

圖2中表示了從遠海涌來的海潮和，它們到達錢江的喇叭口后，潮流先是倒灌進錢江而使狹窄的河道的水位升高，當水位升高到米級左右時，江水在重力的作用下已能抗住涌來的海潮。于是不能再前進而變成掉頭的離岸流。正是這股高速的離岸流，它與涌來的海潮正好達到流速相等而發生對撞后，就產生了陡壁水墻。實際上，陡潮發生后它還會以每秒約10米的速度向錢江上游奔去，它往往能繼續增強到陡潮的高度達到三至四米。

錢江潮還有一個不該被忽略的重要特點就是，陡潮經過后的幾十分鐘內，江面會緩慢升高好幾米以致達到最高潮位。這種不引人注意的漲潮當地稱為暗潮。

對“最大的錢江潮為什么會推遲（二天）而發生在每月十八日”的解釋

海洋學告訴我們，錢江潮是由月亮潮、太陽潮和近岸海底地形影響的幾股分支潮流疊加而形成的。這幾種潮流的漲潮過程都長達約6小時。

每月十六滿月時，太陽潮和月亮潮是同時到達錢江口的。由于兩潮的同時性，那天的（暗）潮差能達到極大值。二天后的十八日時，太陽潮會比月亮潮早到錢江的起潮處（澉浦）約96分鐘。這個早到的太陽潮峰值及時地加在月亮潮上后，能使當時的陡潮增強約4%。然而那天隨后的（暗）潮差卻會比十六滿月時的低3%左右。

十八那天，由于觀潮者只注意到陡潮比往日壯觀而完全沒有注意到陡潮之后的（暗）潮差是反而略有降低的。

對“最大的錢江潮為什么會推遲三個月才發生”的解釋

人們分析和實測都得知：錢江潮主要來自兩個方面。當農歷五月夏至時，錢江口天空中的月亮和太陽是從正東升起的。此時正東方向由太平洋遠方來的潮流會被日本東南一道海底山脈阻擋而衰減（見圖3）。

這樣只剩不太寬的日本海和中國東海產生的主要潮流能到達錢江口。然而到農歷八月時，因地球自轉軸傾斜的原因，錢江口天空中的月亮和太陽移到從東南的印度尼西亞、菲律賓方向升起。那時從太平洋遠方來的潮流仍然被日本南部的那條很長的海底山脈阻擋，但甚寬甚深的菲律賓海所產生的較大潮流能在流到中國海岸后繼續北上而到達錢江口。由于菲律賓海的潮流比日本海的潮流大得多，所以中秋時由菲律賓海對錢江口引起的潮流也就比三個月前夏至時的大了。

作者只學過天文和力學，沒有學過海洋學，所以上面提出的三個解釋很可能有欠妥之處，敬希專家指正。

（作者單位：中國科學院南京天文光學技術研究所）