大气压的周期性涨落

1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中首先解释了海洋潮汐现象，同时指出：引潮力同样会影响大气，就像它影响海洋一样。因此，大气潮汐的概念可以说是牛顿第一个提出来的。由太阳引起的大气潮汐叫太阳潮，由月球引起的大气潮汐叫太阴潮。由于月球离地球近，太阳离地球远，月球引潮力和太阳引潮力的比为11∶5，因此对海洋而言，太阴潮比太阳潮显著。当时令人费解的是，为什么在大气里觉察不到太阴潮。1799—1830年，P.S.拉普拉斯对潮汐现象进行了大量研究。他首先建立了海洋和大气潮汐的动力理论，并且认为大气的气压半日振荡不是由于潮汐力，而是由于太阳的热力作用所引起的。但他未能说明为什么会出现这种半日振荡比全日振荡强许多倍的现象。开尔文1882年从气压变化的谐谱分析出发，提出了共振理论。他认为在大气的自由振荡中，可能有一个比较接近于12小时的振荡周期。由于共振，温度的半日振荡被放大，使它的气压反应比周期为24小时的更为强烈。因此，虽然周期为半日的引潮力很小，但由于热力作用所激发的半日周期气压分波，震荡却远较全日分波为大。随后，J.W.S.瑞利研究了大气的自由振荡周期，发现大气有周期为23.8小时和13.7小时的两种振荡，因而无法证明开尔文的共振理论。后来，H.兰姆、S.查普曼和G.I.泰勒对大气振荡问题作了详细的讨论，求得相应的自由振荡周期是10.5小时。C.L.皮克利斯1937年采用五层大气模式，证明了大气中有周期为10.5小时和12小时的自由振荡。现代的潮汐理论，不是从开尔文的单纯温度共振出发，而是建立在同时考虑大气动力和热力因子的较复杂的流体力学方程组基础上的理论，它包括了太阳热力的重要影响，故被称为现代动力理论。它可以解释太阳和太阴半日周期的气压振荡，以及太阳半日周期分量大于其全日周期分量的事实。

地球上最接近太阳或月球的一边，比远离这些星球的另一边所受到的引力要大，因此，每当地球绕地轴转动一周时，地球上任一指定地点，都交替地处于较强和较弱的引力作用之下。与此同时，地球上的物体，还因地球相对太阳或月球运动而受到一个均匀的惯性离心力的作用，它和引力的合力，叫作引潮力，也叫起潮力。地球上面向或背向太阳或月球的位置，引潮力最强，因而出现涨潮或高潮;在这两个位置最中间的地带，引潮力最弱，出现落潮或低潮。因此地球每自转一周，任一指定地点无论大气或海洋，都因为受到这种引潮力的作用而出现两次涨潮和两次落潮，它们的周期都为地球自转周期的一半。

分析地面上大气潮汐的气压观测资料可以看出，气压变化能够分解成周期为8、12和24小时等调和分量，其中半日周期的调和分量最为显著。太阳潮的气压变化的半日周期分量最有规律性，而且得到很仔细的研究。太阳潮的振幅在赤道附近最大(约1.2百帕)，逐渐向两极减小;极区的振幅最小，且比较均匀(约0.1百帕);在中纬度地带，其经向梯度最大。令人惊异的事实是：在高纬地区，不同经度的气压极值出现在同一“世界时”;而在中纬度和低纬度地区，这些极值出现在同一“地方时”。太阴潮的气压变化的半日周期分量的振幅比太阳潮同一分量的振幅至少小一个数量级。太阴潮在赤道约为0.08百帕，在纬度30处约为0.02百帕。要分析这样小的振幅，必须应用更精细的统计方法。

许多研究结果指出，大气潮汐不仅在气压场上有反映，而且在大气风场、地球磁场等方面也有反映。在平流层、对流层、中层和电离层中都有大气潮汐现象，而且在高层和高纬度地区分别比低层和低纬度地区更加明显。