潮和汐：海水为什么一天涨两次？
上一篇《白天为什么也能看到月亮？》里说，月亮「每天比前一天晚升起大约 50 分钟」。海边的人对这个数字很熟悉：涨潮的时间，也是每天晚 50 分钟左右。再早一篇《地球转一圈，真的是 24 小时吗？》里有一句：「月亮的引力把海水拉得向两头鼓起。」这一篇就把这句话讲清楚：为什么是两头？
先猜一猜
常听到的说法有两种：「月亮把海水吸到它那一边，所以朝着月亮的地方涨潮」；「潮水一天来一次」。
都不全对。朝着月亮的一边会涨潮，背着月亮的另一边也会涨潮，所以大多数海边一天涨两次、落两次。
什么是潮汐
海水有规律地一涨一落，就是潮汐。古人把白天涨的水叫「潮」，晚上涨的叫「汐」：「潮」字里有「朝」，是早晨；「汐」字里有「夕」，是傍晚。合在一起，「潮汐」说的就是一天里早晚两次涨水。英文的 tide，最早的意思是「时间」，后来才专指潮水，大概因为潮水来去总有固定的时候。
水涨到最高叫高潮（满潮），落到最低叫低潮（干潮），两者之差叫潮差。
为什么是两头鼓
月亮拉地球上的一切，可拉的力气不一样：离月亮近的地方拉得重一点，远的地方拉得轻一点。朝着月亮的那片海水，比地心多受了约 3.4% 的拉力；背着月亮的那片海水，比地心少了约 3.2%。
想象三个人站成一排，前面的人被拉得最快，中间的次之，最后面的最慢：三个人都往前走，可彼此之间的距离越拉越开。地球也是这样：朝着月亮的海水跑在地球前面，地球又跑在背面的海水前面，海水就被拉成了两头鼓的「橄榄」形。
这份拉力差很小，只有地球重力的九百万分之一左右。可它作用在整片大洋上，日夜不停，算出来能让海面两头鼓起、中间凹下，高低相差半米多。
为什么一天两次，每天晚 50 分钟
两个「水包」对着月亮，地球却在它们下面转。
要注意，海水并没有停在月亮下面不动，它和地球一起转。鼓包不是「一团水」，而是海面的一个形状，有点像体育场里的人浪：每个人都坐在自己的座位上，只是轮到自己时站起来一下，「浪」却绕着看台一圈圈走。海水也是这样，转到月亮下面（或者正背面）时被抬高一点，转过去又落下来；鼓起的地方，就一直待在对着月亮的方向。为了把水补到鼓包那里，海水只需要来回挪动一小段，这就是海边涨潮落潮时的潮流。
地球转一圈，海边的一个地方要经过两个鼓包、两个凹处，所以一天两次高潮、两次低潮。可是这一天里月亮也往前走了一段，地球要多转约 50 分钟才能重新对上它，所以两次高潮之间大约是 12 小时 25 分，涨潮的时间每天晚 50 分钟左右，和月出一样。纽约 2026 年 9 月到 12 月的潮汐预报里，两次高潮之间平均约 12 小时 26 分。
大潮和小潮
太阳也有潮汐力。太阳拉地球的力气，其实是月亮的 180 倍左右；可太阳太远了，地球的近处和远处离它几乎一样远，拉力差反而小，只有月亮潮汐力的一半不到（约 46%）。潮汐看的不是拉得多重，而是近处和远处拉得差多少。
新月和满月的时候，太阳、月亮、地球排成一线，两份潮汐力往同一个方向拉，涨得最高、落得最低，叫大潮；上弦、下弦的时候，两者成直角，互相抵消一部分，叫小潮。
纽约港大潮的时候，一天里高低水位差 2 米左右，小潮只有 1 米左右。仔细看还有两个细节：
- 大潮比满月、新月晚一天左右。海水被拉动需要时间，大洋里的潮水跟上来，要慢一两拍。
- 今年 10 月到 12 月，满月的大潮比新月的大。这几次满月，月亮都离地球比较近。潮汐力和距离的三次方成反比，距离近一成，潮汐力就大三成多。12 月 24 日是今年离地球最近的满月（约 35.7 万公里），月亮的潮汐力比两个星期前的新月（约 40.4 万公里）大了四成多。所以，纽约 2026 年潮差最大的日子，就在 12 月 24、25 日，一天的高低差 2.07 米。
真实的潮水：天气也来凑热闹
潮汐预报只算月亮和太阳，可以提前很多年算好；风和气压却没法提前算。
2026 年 9 月 26 日正是满月，赶上大潮；同一天，一场东北风暴（nor’easter）正经过美国东北部，强风把海水一直往岸上推。上午 9 点 36 分，纽约炮台公园的水位到了 2.53 米，比潮汐预报高出整整 1 米，达到了美国国家气象局的「中度海岸洪水」标准；皇后区霍华德海滩一带，海水漫上了街道。大潮遇上风暴，是海边最怕的组合。
（细心的话，你会发现平时的实测也比预报高一二十厘米：这几十年海平面在上升，而秋天的海面本来就偏高。）
钱塘江大潮：潮水为什么会变成一堵墙
纽约风暴两天以后，9 月 28 日是农历八月十八，钱塘江的观潮节。它们赶上的是同一次大潮：满月在农历十五前后，最大的潮水要晚两三天才到。秋分前后，满月和太阳都在赤道附近，一天两次的潮汐最强，所以钱塘江一年里最大的潮，常常在中秋前后。
涨潮时，海水从杭州湾往钱塘江里灌，逆着江水往上游、往内陆推；几个小时以后落潮，水再退回海里。钱塘江的潮水还有两个特别的地方。一是杭州湾像一个大喇叭：湾口宽约 100 公里，到澉浦只剩 20 公里左右，潮水被越挤越高，澉浦的潮差最大接近 9 米。二是江口往上，河床很浅。
浅水里的波，跑多快由水深决定：水越深跑得越快。3 米深的水里，波每秒跑 5 米多；1 米深，只有每秒 3 米。潮水涌进浅浅的江里，后面涨起来的水更深，跑得快；前面的水还浅，跑得慢。后面的追上前面的，越挤越陡，最后竖成一堵水墙，这就是涌潮。
在这个简化的模拟里，入海口的水位是慢慢涨的，用了好几个小时；可到了 70 公里外，前面几个小时水位一动不动，然后几分钟里一下子涨了将近 2 米。真实的钱塘江涌潮，潮头一般一两米高，大的超过 3 米，每秒往上游推进 5 到 7 米，比一般人跑步还快。所以观潮一定要在指定的地方，不要下到江滩和丁坝上。
不只是海水
潮汐力拉的不只是海水，也拉地球本身。岩石比水硬得多，可也会被拉得微微变形：你脚下的地面，一天两次升起又落下，最多几十厘米。你感觉不到，是因为周围的房子、树、整片大地都跟着一起升降。
1991 年，欧洲核子研究中心（CERN）的物理学家发现了一件怪事。他们的正负电子对撞机 LEP 是一条周长 27 公里的地下圆环，用来精确测量 Z 粒子的质量；可环里粒子的能量，会随着月亮的位置，在一天里有规律地起伏。原来，地面的潮汐把整条圆环拉长、缩短了约 1 毫米，粒子绕行的路线跟着变了一点，能量就跟着变，测出来的 Z 粒子质量可以差约 10 MeV。从那以后，他们测量时都要把月亮算进去。
那人和飞机会不会被月亮拉动？会，但小得可以忽略。月亮在头顶（或者脚下）时，潮汐力让一个 60 公斤的人轻了大约 7 毫克，还不到一粒米重；一架 300 吨的大飞机，轻了约 30 克，不到一个鸡蛋重。比起一阵风、一点颠簸，这完全不算什么。火箭发射也不用为它操心。可在太空里，日子一长就不一样了：地球静止轨道上的通信卫星，受月亮和太阳的牵引，轨道每年会歪将近 1 度，要定期点火把它扶正；飞向月球的探测器，更是要算准月亮的引力，挑好发射的时间。
一句话：月亮拉近处的海水重、拉远处的轻，把海面拉成两头鼓；海水跟着地球转，轮流经过两个鼓包，一天就有两次潮。太阳、月亮排成一线是大潮；浅水里后浪追上前浪，就成了钱塘江的潮头。
我们怎么知道
- 潮汐表。牛顿在 1687 年用万有引力解释了潮汐。今天的潮汐表，是把一个港口多年的实测水位，拆成几十个跟着月亮和太阳节奏的分量，再往后推算出来的。纽约 12 月 24、25 日的大潮，你可以在 NOAA 的网站上查到，到时候看看准不准。
- 自己数一数。去海边住两天，记下每次涨到最高的时间：两次之间大约 12 小时 25 分，第二天同一次高潮会晚约 50 分钟。
- 不是所有地方都一天两次。海洋有大有小、有深有浅，海盆自己也会「晃」。有些地方，比如北部湾，一天只涨一次潮；加拿大的芬迪湾，大潮时高低能差 16 米左右。
还不知道什么
潮汐力也在拉地球的岩石，会不会「推」地震一把？有研究发现，大地震稍微更常发生在潮汐力大的日子（Ide、Yabe 和 Tanaka，2016），可这种关联很弱，能不能用来帮助预测地震，还在争论。
进阶：公式、模拟和数据
潮汐力有多大。月亮对地球的引力加速度是 GM/d²，约为地球重力的 30 万分之一。地球表面朝着月亮的一点，和地心相比多出的部分约为 2GMr/d³（r 是地球半径，d 是地月距离），约为重力的 1.1×10⁻⁷，也就是九百万分之一左右。太阳的引力是月亮的约 179 倍，可潮汐力和 M/d³ 成正比，太阳的只有月亮的约 0.46 倍。
两头鼓多高。假如地球全是海、海水能随时跟上（「平衡潮」），月亮把海面拉出的最高和最低相差约 0.53 米，太阳约 0.25 米。真实的海洋没那么简单：大陆挡着，海盆有自己的晃动节奏，潮水像一个绕着某些「无潮点」转圈的大波，所以高潮并不在月亮正头顶的时候到，各地的潮差也大不一样。
大潮和小潮的虚线。把月亮和太阳的潮汐力当成两个箭头，长度分别和 M/d³ 成正比，夹角是两者经度差的两倍，加起来的长度就是虚线（位置用上一篇的月亮、太阳位置公式算），再往后推 1 天、按比例换成米。它和 NOAA 预报的每天潮差相关系数约 0.9。往后推 1 天的这个延迟，叫「潮龄」。
纽约的数据。来自美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的潮位站 8518750（纽约炮台公园）：2026 年 9 月到 12 月的潮汐预报，以及 9 月的 6 分钟实测水位（已核验）。水位以「平均低低潮面」（MLLW）为 0。
涌潮的模拟。一维浅水方程，平底、无摩擦，有限体积法（HLL 通量），网格 50 米。河道平均水深 3 米；入海口的水位从低潮开始，按 12.42 小时的周期涨落，潮差 4 米。浅水波速是 √(gh)：4000 米深的大洋里约每秒 200 米，和喷气式飞机差不多；3 米深约每秒 5.4 米。模拟里的潮头在 50 公里以后形成，到 70 公里处高约 1.8 米，每秒前进约 8.7 米（比单纯的波速快，因为后面的水自己也在往上游流）。真实的钱塘江有摩擦、有喇叭口、河床有深有浅，还有江水往下流，这个模拟只抓住了「后浪追上前浪」这一点。
钱塘江的数字。杭州湾湾口宽约 100 公里，到澉浦约 20 公里；澉浦最大潮差 8.93 米；涌潮潮头一般 1 到 2 米，最高 3 米以上，速度一般每秒 5 到 7 米，最快约 10 米。不同资料的数字略有出入。
地面的潮汐和 LEP。固体地球的潮汐变形大约是「平衡潮」的六成（勒夫数 h≈0.6），赤道附近一天里的升降最多约半米。LEP 的发现见 CERN 1992 年的公告，以及 Wenninger 等的能量标定报告：潮汐让周长变化约 1 毫米；因为对撞机的磁铁聚焦很强，周长微小的变化会被放大约一万倍，变成可以测出的能量变化（最多约万分之一点二）。
人和飞机。潮汐力约为重力的 1.1×10⁻⁷，60 公斤 × 1.1×10⁻⁷ ≈ 7 毫克，300 吨 × 1.1×10⁻⁷ ≈ 33 克。静止轨道卫星的轨道倾角，受月亮和太阳的影响每年增加约 0.75 到 0.95 度。
风暴。2026 年 9 月的东北风暴从 9 月 23 日持续到 29 日；美国国家气象局记录，9 月 26 日上午 9 点 30 分左右，炮台公园的潮位达到中度海岸洪水标准。