生活在海边的人或者平时注意观察海水运动的人都会发现，海面每天都在发生着周期性的升降运动，就好像地球宽敞的胸怀在“呼吸”，这种形似“呼吸”的海洋现象，我们称之为潮汐。潮汐是怎样产生的，潮汐的预报方法有哪些，风暴潮到底有多可怕，涌潮有多么壮观，潮汐有哪些用途？这是本章聚焦的问题。
海与洋
地球上被称为生物圈的空间约97％由海洋构成。不是巧合，作为地球上生命之源的水，97％也蕴藏在蔚蓝色的大海中。我们通常所说的海洋主要指太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋四大洋以及连接洋与陆的海。粗略地说，近陆为海，远陆为洋。它们的水体相互沟通，均称为海水。大洋海水深，面积广阔，形态不受大陆直接影响；海洋水浅，范围局限，形态受陆地轮廓直接影响。海水总体积达13．7亿立方千米，占地球总水量的97％，海水中溶解有近80种元素，陆地上的天然元素在海水中不仅都存在，而且有17种元素是陆地上所稀少的。地球上80％的生物生活栖息于海洋，海产品目前为人类提供2％的食用蛋白质。
来去匆匆的潮汐，大洋中激荡的海流，惊人的海浪都提醒着人们，地球上的海水是永远不会静止下来的。海水做大规模的定向流动称为洋流或海流，它既见于海水表面，也能形成于海水深部；既发生在近海地带，也分布于远海水域；定期到来的信风是引起洋流的主要原因。风对水面的拖曳力及施加于波浪迎风面的压力能使海水缓慢前进。赤道地区温度较高的海水流向高纬度地区，是为暖流；高纬度地区的寒冷海水流向赤道地区是为寒流。两者构成表层海水的循环。深部洋流的循环是受海水密度的控制。如高纬度地区表面海水结冰，所含盐分向下移动，从而提高了下层海水的密度，这种温度低，密度大的海水一面下沉，一面向赤道方向流动，相应地促使低纬度地区的海水上升并向高纬度方向流动，构成大规模海水的深部循环。
潮汐的起因
古希腊的哲学家和科学家们没有涉猎到一个课题就是潮汐（即每天海水的涨落）。在中国和冰岛这样相距万里之遥的不同地方，古代海的观察家们都对这个问题绞尽脑汁。希腊人的观察力很敏锐，但他们凑巧都住在一个几乎没有潮汐的内陆海边。在沿海地区发展起来的文明社会中，人们对每一天海水的涨落司空见惯并受其影响。虽然人们很早就弄清了月亮的位置和月象、潮汐的高度以及每天水位到达最高点的时间之间存在着一定的关系，但直到17世纪艾萨克·牛顿发现万有引力定律时，人们才弄清潮汐是由于月亮和太阳对海洋的引力所产生的结果。
地球和月亮通过万有引力强烈地互相吸引，引力在两个星球相对的一面要大一些。月亮对地球任何点的净引力，是两个球体之间巨大的恒定力的矢量和（大小加方向）。我们认为，这个巨大的恒定引力是由地球所有的质量集中在球心产生的。在地球表面各点所受的力，与该点到月球的距离有关，故各点所受的力有微小差异。这差异即是产生潮汐的力。这种力在固态的地球、海洋和大气中引起了微小的变化（月球亦然），固态地球的变形很弱，除很灵敏的仪器外不易觉察。但是，海水体积的膨胀要明显得多，所以很容易通过潮汐看出来。面对月球的海水所受的纯引力最大，而背离月球的那部分海水受到的纯引力最小。当地球自转时潮汐也环绕着地球移动，因而海潮有一次始终面对月亮，而另一次则恰恰相反。
太阳虽然离地球远得多，但它的质量非常大，因而也会引起潮汐。太阳潮汐的高度不到月亮潮汐高度的一半。两种潮汐是不同步的，太阳潮每24小时（即一个“太阳日”）发生一次。由于月亮绕地球转，地球相对月亮转动的时间比“太阳日”稍长，为24小时50分，在这24小时50分（即一个“月亮日”中），有两次潮汐和两次低潮。
当月亮、地球和太阳在一条直线上时，太阳和月亮的共同引力相互增强，从而引起了很高的潮汐——大潮。这样的高潮每隔两周（即满月和新月时）发生一次。最低的潮叫小潮，发生在上弦月和下弦月之间，这时太阳和月亮相对于地球互为直角。
上面描述的是平衡海潮，即假定地球是均匀的条件下理论计算出来的潮汐。实际潮汐的高度随海洋位置的不同而各异，因为海洋的形态和大小各异，所以潮水的变化方式也相应很复杂。在夏威夷，高潮和低潮之间的高差只有0．5米左右，然而在西雅图，则约为3米，少数地区有异乎寻常的情况，如芳迪湾的海潮，高度可达12米以上；内陆湖泊，如大湖区则根本没有潮汐现象。世界上许多地区的海岸，尤其是那些具有重要商业海运和修建海港价值的海岸，已借助计算精确推算出未来若干年潮汐活动的资料。
沿着浅海岸一带，潮汐运动通过水和海底的摩擦释放出能量。这些能量最终必定来自地球和月亮的转动。摩擦作用损失的能量在一定程度上可减缓地球转动的速率。据计算，白天的平均长度在过100年中已增长了0．001秒。这个数字看来似乎可以忽略不计，但是经过千百万年的地质时代之后，减慢程度就相当可观。虽然地球绕太阳的时间未受影响，但地球的自转速率曾经一度要快得多。月亮绕地球旋转的速度也曾经一度比较快，而且月亮一度更接近地球。这意味着当时的潮汐一般要高得多，一年中的天数也要多一些，而且一天也较短。化石提供的证据强有力地证实了这一设想。珊瑚虫是一种能分泌碳酸钙以及建造碛代珊瑚礁的海栖无脊椎动物。它每天都要分泌薄薄的一层碳酸钙，一般夏天比冬天要厚些，仔细数一数这些化石珊瑚中的碳酸钙层数就可使许多古生物学家相信，在4亿年前，一年大约有400天。有关较强潮汐的证据还不那么完善，但一些研究过去古代潮汐沉积物的地质学家认为他们能够弄清较强潮流（即海洋浅处海水的迅速流动）的影响。
潮汐是怎么回事
大海永远不会平静。除了大风、地震、海底火山爆发以及气压骤变等原因会引起海水临时涨落外，主要原因则是月亮与太阳等天体的引力作用，使海水每天都能产生周期性的运动。人们习惯上把海面垂直方向的涨落称为潮汐（Tide），而把水平方向的流动称为潮流（Tidal current）。本章主要介绍潮汐的有关问题。
潮汐现象比较难理解，表示某地的海面高度随时间变化的情况。纵坐标是潮位高度，横坐标是时间。在一个周期内，海面升到最高位置时称为高潮；而降到最低位置时则称为低潮。海面从低潮逐渐升到高潮的过程叫涨潮；而海面从高潮逐渐降落到低潮的过程叫落潮。海面上升到高潮或下降到低潮时，有一段时间海面不升也不降，称之为平潮或停潮。平潮的持续时间各地有所不同，从几分钟到几十分钟不等。高潮的平潮时刻叫高潮潮时，低潮的平潮时刻叫低潮潮时，一个地点的潮时是随日期而逐渐改变的。两次相邻的高潮或低潮之间的时间间隔叫做周期，不同海区的周期有时是不一样的，有的海区的周期是24小时50分（一个太阴日），有的海区的周期是12小时25分（半个太阴日）。在潮汐涨落的过程中，从海图深度基准面到海面的高度叫潮高，海面上涨到最高位置时的高度叫做高潮高，而下落到最低位置时的高度叫低潮高，相邻的高潮高与低潮高之差称为潮差。
我们再补充一个平均海面的概念。平均海面是测定大陆高度的基准面，它是根据潮汐观测记录算出来的。某个时期内海面的平均高度，是该时期内每小时海面高度的平均值。由于水位受气象条件的影响很大，随季节也有明显的变化，所以求某地的平均海面一般采用多年观测值的算术平均值。例如，我国一直采用的全国大地高度起算面“黄海平均海水面”，就是采用青岛1950～1956年共7年的平均海面值；而从1987年5月26日开始启用的“1985国家高程基准”则是根据青岛验潮站1952～1971年的潮汐资料组成10组19年平均海面的均值而得到。海图或地图上标注的某地点的海拔高度，就是指距离上述的某一平均海面的高度。
由于天体公转的原因，月球、太阳和地球的相对位置不断变化，月球与太阳等天体对地球的引力也在不断变化。其中月球由于离地球更近，它对地球的引潮力比太阳对地球的引潮力更大，其大小约为2．17倍。这样，海洋潮汐变化主要是随月球绕地球运行的变化而形成的，准确地说，海水受到月球的引力和地球绕“公有重心”（月球与地球公有重心在距离地球中心0．73个地球半径的地方）旋转所产生的惯性离心力的联合作用而形成了海洋的潮汐现象。潮汐的月变化与太阳、月球和地球三者的相对位置在一个月内周期性的变化有关，在朔（新月，农历初一）或望（满月，农历十五）日、太阳、月球和地球的位置差不多在一条直线上，这时太阳引潮力和月球引潮力几乎作用于同一方向，最大程度地相互加强，因而这两天出现一个月中最高的高潮和最低的低潮，形成最大潮差，叫做大潮。在上弦（农历初八）或下弦（农历二十三）日，太阳、月球和地球三者的位置几乎成直角，这时太阳引潮力的方向与月球引潮力的方向互相垂直，最大程度地相互削弱；因而这两天出现一个月中最低的高潮和最高的低潮，形成最小潮差，叫做小潮。但实际上大潮出现的时间要比上述理论分析滞后1～3天。同样，对于一天中某地高、低潮也不是出现在理论上的月球上下中天时间，而是之后数小时，落后的这段时间叫做高、低潮间隙。这是因为海水并非静止，受海洋形态及摩擦力因素等影响，复杂的海水运动滞后影响了规律性变化。
各地的潮汐，因其纬度不同以及受海区地形和水深等因素影响，可出现潮差差别很大的情况。在远离大陆的大洋中，通过分析计算可知最大潮差一般不超过1米，如太平洋中的夏威夷群岛的檀香山最大潮差为0．9，1．0米；大西洋古巴北岸最大潮差为0．9米，这说明理论计算与实际是相符的。但是在大洋边缘的浅海区和港湾，实际潮差却大大超过了这个理论值，例如，我国的杭州湾，大潮时的潮差达9米；朝鲜的仁川，潮差为8．8米；印度的坎贝湾，潮差为10．8米；英国的布里斯托尔湾，潮差为11．5米；法国的圣马洛湾，潮差达13．5米；太平洋东岸阿拉斯加的库克湾为8．7米，加利福尼亚湾为9米；而加拿大的芬地湾，潮差甚至可达18米以上，是世界上实际观测到的最大潮差，这里的潮汐现象，甚为壮观。产生这种大潮差的原因是浅海地形与水深的变化，尤其是狭窄的海湾更易形成较大潮差。
尽管各地的潮汐现象都是有规律的周期性海水运动，但是细分起来仍有几种不同类型。第一种是正规半日潮，这是指在一个太阴日（约24时50分）内，有两次高潮和两次低潮，两次潮差几乎相等，两次相邻高潮（或低潮）之间的时间间隔也几乎相等（约12小时25分）；第二种是不正规半日潮，即在一个月内的大多数天内，一般可有两次高潮和两次低潮，但在少数日子，第二次高潮很小，半日潮特征不明显；第三种是正规日潮，即在一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮；第四种是不正规日潮，这类潮汐在一个月内中的大多数天内具有日潮特征，但有少数日子则只有半日潮的特征。
我国海区的潮汐性质变化较大。渤海海区多为不正规半日潮，但秦皇岛及其附近为日潮，黄河口外为不正规日潮。黄海沿岸、东海沿岸，除山东半岛东部和杭州湾口南岸局部地区是不正规半日潮外，其余都是半日潮。台湾省西侧台北至台南附近为半日潮，冈山至枋寮为不正规日潮，其余为不正规半日潮。南海潮汐比较复杂，从福建与广东交界的浮头湾至雷州半岛东岸以及海南岛东北部为不正规半日潮，其中海门湾至碣石湾一小段海岸为不正规日潮，海南岛东部的海口至榆林也为不正规日潮，但海南岛西部和北部湾为日潮。
世界上，太平洋沿岸正规半日潮比日潮和混合潮要少，其西岸和北美沿岸大多属混合潮；大西洋沿岸主要是半日潮，欧洲海岸半日潮特征比较明显；印度洋沿岸主要是半日潮，阿拉伯海区以混合潮为主；澳大利亚西岸则是日潮和混合潮。
各地的潮汐性质是通过当地的验潮（水位观测）来确定的。
可怕的风暴潮
一般情况下，海洋的“呼吸”是均匀的、有规律的，但有时地球也会“感冒”，超常的“急促喘息”就造成了可怕的后果。
当受到强风、热带风暴或台风等气象因素的作用，使受影响的海区的潮位大大地超过平常潮位，就会形成风暴潮（Stormsurge）。风暴潮可分为三个阶段，即初振、主振和余振。第一阶段，即在台风或飓风还远在大洋或外海尚未到来之前，我们在潮位观测中已能观察到缓慢的波动，称为“先兆波”，但有时这种征兆并不明显；第二阶段，风暴已逼近或过境时，水位急剧升高，潮高能比正常值高出数米，称为“主振”，招致风暴潮灾主要在此阶段，时间一般为数小时或1天；第三阶段，当风暴过境以后，往往还存在一种假潮或“边缘波”，谓之余振，可达2～3天。如果它的高峰恰巧与正常潮汐的高潮相遇时，则实际水位有可能超出该地的“警戒水位”，造成再次泛滥成灾。
对风暴潮如不做好准备，其破坏是巨大的。例如，荷兰的齐德尔在1 000年前是一片富饶的土地，历经4次风暴潮，死亡数十万人，变成一片泽园。又如，1953年2月发生在荷兰沿岸的风暴潮，水面高出正常水位3米多，海水似洪水猛兽，冲毁了防护坝，淹没土地8万英亩，造成2 000人死亡，损失2．5亿美元。再如，1970年11月12日—13日发生在孟加拉湾的飓风暴潮，最大增水超过6米，导致20余万人死亡。风暴潮造成沿海地区家破人亡、巨大损失的例于还有许多。我国平均每年出现增水1米以上的风暴潮约为14次，最为严重的是1922年8月2日汕头地区的风暴潮，曾造成7万余人死亡。
