汹涌大气潮

周华

　　对海洋潮汐，人们不但很容易接受和理解，而且相关的研究和应用也很多。而在同属地球流体，且流动性更强的大气中，由于月球和太阳（主要是月球）的吸引力引起的大气潮汐却很少有人注意。

　　在国家自然科学基金的支持下，已退休的中国科学院大气物理研究所研究员李国庆在这一领域作了大量研究，用赤纬角的对应关系、日、月、地距离等因素推导出了一个引潮力公式，从而推算出天体引潮力造成的27.3天及13.6天周期的大气潮。

　　视角影响感知

　　潮汐是一种自然现象，古代称白天海水涨落为“潮”，晚上为“汐”，合称为“潮汐”，它的发生和太阳、月球都有关系。在农历每月的初一，太阳和月球在地球的同一侧，就有了最大的引潮力，所以会引起大潮；在农历每月的十五或十六附近，太阳和月亮分别在地球的两侧，太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起大潮。

　　“受天体引潮力（重力）作用而形成的月周期和半月周期的海洋潮汐，是人们熟知的自然现象。人们一直认为，在地球大气中也应该有类似的现象。但是，因为观察方法有问题，人们苦苦寻找多年，却一直没有发现它。”李国庆说，“大气潮之所以被忽视，是因为人们观察的视角造成的。”

　　李国庆介绍说，在现代的教科书、百科全书、大词典等权威著作中，对大气潮是这样描述的：1）大气潮与海洋潮汐不同。大气潮是大气受太阳加热激发而形成的，而海洋潮汐是海水受月球的重力吸引而形成的。2）因此，大气潮的振荡周期是24小时太阳日的整倍数。而海洋潮汐的振荡周期与月球日（约21小时51分）相关。3）只在平流层及其以上的高层大气中有强烈的大气潮。在靠近地面的大气中，人们只发现了规则的、周期为24小时及12小时的气压微弱变化。它们非常微弱，对天气和大气环流的影响可以忽略不计。

　　“但是，为什么月球的重力吸引仅在海洋中造成强烈的月周期和半月周期的潮汐运动，而在同属地球流体而且流动性更强的大气中却没有？这是一个谜一样的问题。”李国庆说。

　　李国庆认为，人们站在钱塘江边，当然能感受到大潮出现时潮涨潮落的汹涌澎湃。如果我们穿上潜水衣，潜入海底去观察，那么人们可能根本感知不到海洋潮汐的变化。同样的道理，人们对大气潮感觉不很明显，是因为我们身处大气层的底部。“大气和海水同属地球流体，且大气流动性更强。如果我们从外太空的视角观察，大气潮比海潮剧烈得多”。

　　大气潮到底有何作用？

　　“现在国内和国际上主流的观点认为，由月球吸引力造成的气潮很小，甚至根本不起作用。”李国庆说。几十年前，人们观测到大气24小时和12小时周期的气压变化。这个变化幅度很小，只有零点几个毫帕，这种变化对天气起不了什么作用，甚至根本就观测不到这个变化，也就谈不上应用。

　　“那是因为他们观测到的不是月球造成的，地球自转一周正好24小时，24小时的变化周期和地球的旋转有关，是和太阳有关的吸引力，是热力性质的气压变化，是太阳加热造成的一种很小的大气震荡。”李国庆说。

　　“同样，引潮力也会对地壳产生一些影响，有数据表明，引潜力大时地球的形变可以达到半米。海洋变化更大，钱塘江大潮就非常壮观。而引起大气变化的幅度更大。”李国庆说，“一些低纬度地区这种影响更明显些，在高空（8千米～9千米的高度），空气可以上下振动50米左右。由于大气是一种连续流体，地球又在旋转，这种上下的移动还会引起大气的水平运动，因而会引起天气的变化。”

　　李国庆认为，作用在大气上的不光有引力，还有热力、平流影响等，潮汐是其中一个重要因素。气压场的变化会引起空气流动，就会影响降水，因此对天气预报也会有些影响。“现在我们的天气预报模式并没有考虑这些因素，我呼吁将这一因素考虑进去”。

　　吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授杨学祥对月球引潮力与地震的关系非常关注。杨学祥说，过去，人们仅仅把日月大潮时发生的地震火山活动看成是潮汐激发的结果，因而，强潮汐与地震火山活动的对应关系并不明显。如果我们考虑日月大潮、月亮近地潮和月亮赤纬角三个天文要素，强潮汐与地震火山活动的对应关系就非常明显了。

　　“我对这方面并没有研究，但据杨学祥的研究，对引潮力的研究可能会对地震预报有一定的作用。”李国庆说。

　　中国科学院大气物理研究所研究员朱江说，气潮相对海洋潮来说对人们生活的影响要小一些，感觉不很明显，但也是存在的，是大气科学的一部分，这方面的研究也很多。大气科学都是在一定时间和空间尺度上来研究的。在某一尺度内，可能气潮的影响不是最主要的。从长期变化来说，太阳、火山、人类活动应该是主要的影响因素。如果人们还没弄明白最主要的问题，那大家可能就会投入更多的精力去研究，因为我们要首先解决主要问题。

　　“从理论上说，很多东西都是有关系的，谈到气潮对地震的影响，我就不太清楚了。海洋潮汐或固体潮汐对地震有关系，关系有多大，还要拿出证据来证明才行。”朱江说，“地学研究受很多因素影响，我们在实验室中作实验可以每次都把各种条件设定好，一个实验只让一种因素起作用。但地球科学做不到这一点，它的难度在于不可能将所有影响因素分开来检验。”

　　科学基金将研究推向深入

　　李国庆现被中科院大气物理研究所返聘。退休前，他在大气物理所作旋转流体动力学实验研究，主要是解释一些大气环流的问题。“在作这些实验时，我就发现地球的旋转和大气运动关系很大，后来发现地球的旋转速度和月球有关，再后来又发现月球旋转能引起强烈的潮汐。”李国庆说。

　　退休之后，李国庆依然对大气潮兴趣不减。经多年研究，李国庆发现地球的自转速度（或反比于它的日长，Length of day，简称LOD）及大气的气压场，有27.3天及13.6天周期的强烈振荡。振荡周期与月球绕地球运转的轨道周期完全相同。振荡强度变化与月球运转轨道相位变化完全对应。这种大气气压场的振荡是一种大气潮。是人们长期寻找的、由月球引潮力造成的大气潮。生成它的物理机制与海洋潮汐的机制完全相同。它是一种对天气和大气环流过程有重要影响的强烈的大气振荡现象。

　　2005年，李国庆的相关研究在《大气科学进展》英文版上发表。这篇论文引起一些不错的评价。“因为当时刚退休，我一直在自己家里进行研究，所有的研究都是自费进行的。后来做出点成果后我就想，国家现在支持这方面的研究，我能不能也申请一个课题来，这样研究会更深入细致些。”李国庆说。

　　于是李国庆就给基金委写了封信，介绍了自己所做的工作，并希望国家自然科学基金能够支持自己的研究。几个月后，李国庆收到基金委的回信。他说：“大意是说我已经退休了，年龄也比较大，按照规定不能作为项目负责人来申请项目，但是还可以参加别人申请的项目。于是我就找到一个年轻些的合作者，他作为课题负责人递交了项目申请书。2007年，我们的申请获得了批准，我们目前正在一个国家自然科学基金面上项目的支持下进行大气潮研究。”

　　2007年，李国庆又在《中国科学》D辑上发表论文，阐述了赤纬角和大气潮的对应关系。

　　作为李国庆两篇论文的评审专家，中国气象科学研究院研究员任振球表示：“论文很好，李国庆做了非常不错的工作。”

　　目前，李国庆另一篇关于大气潮研究的论文正在审稿过程中，他又考虑到影响气潮的多种因素，用一个引潮力公式来推算大潮的周期。“我诚恳地希望能让更多的人知道它（大气潮）、关注它、研究它，以提高天气预报准确率。”李国庆说。

（作者:张双虎　　　发表时间:2009-06-15　　　摘自:科学时报 ）