对钱江潮三个有趣难题的科普解释

胡宁生

每逢农历八月十八，到海宁观赏那壮观的钱江大潮自古以来就是国人的一件盛事。不少科普辅导员都曾遇到过下列三个关于钱江潮而尚未解答的难题，即：一.在长达六小时的涨潮过程中，因为月亮及太阳的引潮力是连续变化的，钱江口也是连续变窄的以及江底浅滩也是连续变化的，但是钱江潮为什么却能是不连续变化而像一堵突然奔来的水墙呢？二.农历十六日的月龄为15满月，那时月亮、地球和太阳排成一直线，以致此时月、日的引潮力最大，所以钱江最大潮的日期应该是十六日，但实际的钱江最大潮的日期为什么会推迟到八月十八日呢？三.在农历五月十八的夏至前后，钱江口的月亮和太阳能升达天空中的最高位置，这时的钱江潮应达一年中的最大值。但是实际的钱江潮最大的日期為什么会推迟到八月十八日呢？

对海潮成因的解释

目前对海潮的成因常被说成是，海潮是海水受到月亮及太阳的万有引力所致。这种说法往往使人产生如下误解，即我国的海潮就是近海的海水受日、月引力而产生的。但是实际上，月亮对海水的引力只有地球对海水引力的三十万分之一。显然，这么微小的月亮引力是不可能对近海不太深的海水产生可察觉的影响的。

事实上，我国的海潮是月亮在几小时内对宽达约一万千米的整个太平洋的海水产生水平加速作用而产生的。在图1中，在太平洋远处的C处，月亮对那里海水的引力方向是水平的。而在太平洋的各处，如B处，月亮对那里海水的引力也有水平分量。这样，整个太平洋的海水在长达数小时月亮引力的水平分量加速作用下，到达钱江口外海的海潮其流速只达每秒半米都不到。但这潮流在进入较浅的大陆架后，由于水流截面积的缩小，其流速就会显著增加，如达每秒2米左右。

日、月潮还有一个较难说明的特点，就是：图1中，月亮在钱江口A处过中天（过南北子午线）时，此时的月亮引力方向当如箭头所示，而出乎意料的是，此时的月亮引力竟还能使地球对面的E处同时产生起潮力。同理，图1中的太阳也能对地球的E点和A点同时产生起潮力（见《趣味力学现象》之第40頁），只是太阳的起潮力只有月亮的5/11，即一半左右。

陡潮产生的原因

作者认为：如果有两股具有相当速度的对撞水流，当两者的流速一旦相等而势均力敌时，相撞的水无路可走才会向上形成水墙。于是前人也想到，钱江水的流速如果和反向的海潮流速相等时，两股相撞的水流不是可以产生陡潮了吗？但我们高兴得太早了，经过查找水文资料，才知钱江水的流量平均才每秒1400立方米，而钱江起潮处澉浦的江面宽达近20千米，这样，测得的澉浦处的钱江流速每秒连0.1米都不到。显然这么慢的两股对撞水流是不可能产生平均高达1.4米的陡潮的。因力学计算指出，要能产生那么高陡潮的水流，其速度应达每秒4米。

作者将海岸有时会产生“离岸流”的机制用到钱江口，就发现了钱江口会产生离岸流的可能性。

图2中表示了从远海涌来的海潮和，它们到达钱江的喇叭口后，潮流先是倒灌进钱江而使狭窄的河道的水位升高，当水位升高到米级左右时，江水在重力的作用下已能抗住涌来的海潮。于是不能再前进而变成掉头的离岸流。正是这股高速的离岸流，它与涌来的海潮正好达到流速相等而发生对撞后，就产生了陡壁水墙。实际上，陡潮发生后它还会以每秒约10米的速度向钱江上游奔去，它往往能继续增强到陡潮的高度达到三至四米。

钱江潮还有一个不该被忽略的重要特点就是，陡潮经过后的几十分钟内，江面会缓慢升高好几米以致达到最高潮位。这种不引人注意的涨潮当地称为暗潮。

对“最大的钱江潮为什么会推迟（二天）而发生在每月十八日”的解释

海洋学告诉我们，钱江潮是由月亮潮、太阳潮和近岸海底地形影响的几股分支潮流叠加而形成的。这几种潮流的涨潮过程都长达约6小时。

每月十六满月时，太阳潮和月亮潮是同时到达钱江口的。由于两潮的同时性，那天的（暗）潮差能达到极大值。二天后的十八日时，太阳潮会比月亮潮早到钱江的起潮处（澉浦）约96分钟。这个早到的太阳潮峰值及时地加在月亮潮上后，能使当时的陡潮增强约4%。然而那天随后的（暗）潮差却会比十六满月时的低3%左右。

十八那天，由于观潮者只注意到陡潮比往日壮观而完全没有注意到陡潮之后的（暗）潮差是反而略有降低的。

对“最大的钱江潮为什么会推迟三个月才发生”的解释

人们分析和实测都得知：钱江潮主要来自两个方面。当农历五月夏至时，钱江口天空中的月亮和太阳是从正东升起的。此时正东方向由太平洋远方来的潮流会被日本东南一道海底山脉阻挡而衰减（见图3）。

这样只剩不太宽的日本海和中国东海产生的主要潮流能到达钱江口。然而到农历八月时，因地球自转轴倾斜的原因，钱江口天空中的月亮和太阳移到从东南的印度尼西亚、菲律宾方向升起。那时从太平洋远方来的潮流仍然被日本南部的那条很长的海底山脉阻挡，但甚宽甚深的菲律宾海所产生的较大潮流能在流到中国海岸后继续北上而到达钱江口。由于菲律宾海的潮流比日本海的潮流大得多，所以中秋时由菲律宾海对钱江口引起的潮流也就比三个月前夏至时的大了。

作者只学过天文和力学，没有学过海洋学，所以上面提出的三个解释很可能有欠妥之处，敬希专家指正。

（作者单位：中国科学院南京天文光学技术研究所）