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潮汐與波浪(上)

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發表於 2014-7-19 22:15:13 |顯示全部樓層
本帖最後由 iBELIV 於 2014-7-21 17:11 編輯

潮汐篇

錄音:漢聲
拍照:寶隆
整理:iBELIV


問一個問題, 冬至跟夏至跟農曆有沒有關係?
沒有, 農曆是月球的相對位置.
夏至跟冬至是太陽的相對位置
夏至是太陽直射北回歸線, 冬至是太陽直射南迴歸線. 都沒有提到月球.


月球跟地球的相對關係, 我們用兩種角度來理解
1.從外太空看: 月球繞地球
月球是繞著地球在轉的, 那月球軌道跟赤道面有沒有夾角? 這個夾角最大28.5度, 她在18.6年之間, 會從最大28.5度變到最小18.5度, 再變回28.5度. 這個角度稱為傾斜角. 月球繞地球的周期為27.3天. 請問, 相對於地球自轉24小時是不是很長? 這個先記起來, 會跟等一下潮汐現象有關係的.

2.從地球看: 朔望月
那是還有太陽的相對關係的, 跟月球繞地球轉不太一樣, 朔望月定義農曆一個月為29.5天. 我們看一個滿月到下一個滿月就是29.5天.

  月球繞著地球轉, 有時候會經過赤道面有時候會在南北緯28.5度, 就是傾斜角最大的時候, 這在27.3天會有兩次. 當然也有兩次是經過地球赤道面. 至此, 地球跟月球的關係大致交代清楚.

月球日
月球日的長度就是24小時50分鐘.(形成原因錄音沒有錄到..)

潮汐理論
問題, 為什麼月球每天只經過我們上面一次, 但是會有兩次滿潮兩次乾潮? 潮汐的理論在古希臘時代就已經觀察到. 潮汐變化跟月球的變化很有關係, 只是沒有辦法解釋為什麼?

直到牛頓在17世紀的時候發現萬有引力定律.用萬有引力定律來解釋之後, 潮汐理論就有非常大的進步. 我們先只考慮地球跟月球, 地球上的水, 會被往一邊拉. 這是月球引力. 另外, 因為月球跟地球互轉, 造成地球上的每一個點都會有一個相對於月球的離心力. 最後當然就是地球的引力. 這三種力量加起來的合力. 就是我們講的引潮力.

水被拉成橢圓形, 當地球自轉時, 你就會感受到兩次的水位高低. 這就是最簡化的潮汐理論. 從這個簡單的模型中可以得到很多結論

1.     當月球在赤道面上, 我們可以看到很規律的潮汐變化. 這種潮水我們叫做半日潮. 在高緯度的地方, 我們可以觀察到她的振幅小一點, 但是也維持著規律的變化
2.     我們看上圖, 水面突出方向跟前者不同, 會造成看到的潮汐就有差別了. 在赤道面上, 還是規則半日潮, 但是離開赤道面, 就會有不同波型, 比方說在北緯20度雖然有兩次滿潮但是滿潮高度不一樣高. 到了北緯60度, 一天只有一次滿潮. 稱為全日潮了.

這理論非常簡單, 但非常好解釋我們觀察到的潮汐現象. 為什麼一天該有兩次滿潮可是有時候只有一次.

平衡潮理論
我們觀察到的潮汐, 是由一個全日潮加上一個半日潮化約為數學式來表達,
可以有無限多種組合. 隨著觀察者所在的位置, 再隨著月球傾斜角隨著時間的變化. 每天都會有不同的潮水波型.

太陽的影響呢?  
太陽跟月球比較, 太陽遠, 大, 引力加加減減影響大概是月球的一半,

大潮 : 水球變形因為太陽加入而有加乘作用, 發生在農曆1日或是15日.
小潮 : 月球跟太陽影響互相抵消, 則在農曆8號跟22號附近.

至於太陽系其他行星, 有的太遠有的質量太小, 就忽略了.

大潮小潮的影響, 在半日潮上才會看出來, 全日潮的原因因為是傾斜角的關係, 而不是太陽月亮成一直線的引力加總, 所以大小潮的說法就不適用在全日潮發生的地方了.
這張圖是台灣的全日潮半日潮整理, 看一下自己的所在地, 跟自己的潮汐經驗對一下.

高雄跟基隆潮差小, 很適合建港.

這張圖是在講潮流跟潮汐, 水平潮就是潮流. 垂直潮就是潮汐.

水平潮, 也就是潮流, 我們看台灣



漲潮的時候在台中附近會流
箭頭是方向跟速度, 我們算的結果潮流比較大的地方在澎湖, 富貴角, 以及基隆嶼附近.

基隆水位變化


基隆嶼到白燈之間流速很快, 最快有到4-5節, 正在測試潮流發電機.
潮汐資料可以上氣象局網站

世界各地的潮汐作圖




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發表於 2014-7-20 01:42:00 |顯示全部樓層
愛爺 聽錄音看照片把資料彙整出來.花了很長時間吧辛苦你了

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iBELIV  還好啦! 這很有趣, 整理這個我最獲益.  發表於 2014-7-21 17:12
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發表於 2014-7-20 05:49:49 |顯示全部樓層
問一個問題, 冬至跟夏至跟農曆有沒有關係?
沒有, 農曆是月球的相對位置.
夏至跟冬至是太陽的相對位置

有,冬至是農曆用語....
太陽是恆星,"不會動",所以是地球的相對位置....別打偶......酸.......

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iBELIV  應該說冬至是舊曆,舊曆分陰曆陽曆,務農看陽曆24節氣,海邊補魚看陰曆判斷潮水。  發表於 2014-7-20 08:56
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發表於 2014-7-20 10:58:15 |顯示全部樓層
感謝分享^^
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發表於 2014-7-20 17:02:56 |顯示全部樓層
不錯的資訊
值得好好研究一番
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發表於 2014-7-21 20:23:40 |顯示全部樓層
天文+地理+物理..太深奧了..感謝愛爺分享!!

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iBELIV  是地球科學啦! 潮汐篇最有價值的是傾斜角造成的影響, 以及全日潮半日潮的理論, 解惑了很多..  發表於 2014-7-21 22:45
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發表於 2014-12-8 08:30:47 |顯示全部樓層
好知識. 學習
賴勝男
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GMT+8, 2018-2-24 02:11

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