对令人费解的地球大气潮汐异常现象的新解释

摘要  在假设大气圈不受日、月引潮力影响并处于静平衡状态下，计算出断面积为1m²，高度为50km的空气柱中气体密度的分布状态，并算出其质量约占总质量的98.26%。然后根据潮汐形成的机理，计算出处在大气太阳潮峰中心部位的空气柱在太阳引潮力作用下质量增量的最大值为0.334kg，所引起的地面气压增量则不可能大于4Pa；同时算出地球两侧地面气压增量的差值要远远小于4Pa，比观测到的半日周期气压振幅(120Pa)至少小3个数量级；故可完全排除这种气压振幅直接由太阳引潮力引起的可能性。计算表明，在17km以下对流层中的空气柱质量达9462kg，约占其总质量的92.6%；那么，可算出，正、反两个潮峰轴部的空气柱中，温度只需分别平均升高与降低0.2℃，就足以产生所观测到的半日气压振幅；但对流层中空气对流与扰动频繁，尽管温度变化幅度很大，也不可能呈现出稳定周期的气压振幅，因此也无法观测到。但据报导，在17km以上的平流层中，空气是接近辐射平衡的 ，温度变化很少超过每日±2℃，其中大气潮汐又具有很强的规律性；那么，可以算出其中约占总质量7.4%（756kg）的气体只要接近上述温度变化范围，所产生的半日气压振幅就与观测值非常接近。另据分析与计算发现，大气太阴潮所引起的地面气压半日周期振幅与气温变化无关，该振幅只是由月球对地球两侧的引潮力大小差别造成的；较严密的定量计算证明，所引起的振幅约在13.3～9Pa范围内变化；这与观测值（8Pa）也非常接近。从而使经历近200年探索仍未解释清楚的反常现象得到了较合理的解释。

     大气潮汐的概念可以说是牛顿在300多年前首先提出来的；由于月球离地球近，太阳离地球远，故月球引潮力约为太阳引潮力的2.2倍，因此对海洋而言，太阴潮比太阳潮更显著。但令人费解的是，大气的太阳潮强度反而比太阴潮大得多。据报导^[1]，太阳潮引起气压变化的半日周期最大振幅约为1.2百帕，太阴潮在赤道约为0.08百帕，在纬度30°处约为0.02百帕。太阳潮约为后者的15倍以上。更令人惊奇的事实是：

二者相对太阳的相对位置也是始终不变的，所以上述地球上的固定点必然会在同一地方时到达太阳潮峰轴线的下部。

很明显，当β=0，即图4所示阳光直射赤道时，上述机理也同样存在，故不必多加解释。

4.      结语

笔者作为机械设计工作者，跨越本行来探讨如此复杂的世界性难题，似乎有点自不量力；只是在强烈好奇心与兴趣驱使下，情不自禁顾不上成败得失而冒然为之。但在本文探索过程中发现，自己所掌握的数理知识能派上很好的用场；特别是自己总结长年机械设经验所撰写的参考文献[6] 在其中发挥了很好的指导作用。本文就是遵循其中所总结出的拟订机械设计方案的经验，在提出大量初步设想与构思的基础上，千方百计应用数理定量计算结果并参照观测或实验数据来一一检验与判别其正误，逐步筛选出能经得起观测与实践检验的观点与思路。尽管这一过程极其艰难与漫长，走过的弯路及经受的挫折难以计数，但依据笔者的经验来看，似乎舍此别无它法；也许这就是本文能小获研究成功的原因之一。

应该指出，在太阳系与地球演化奥秘探索领域里，像本文涉及的这种不解之谜可说随处可见，甚至可说几乎所有被探讨的有关重大理论问题仍然都是不解之谜。从近年来外国人就上述问题不断提出各种新的假说并争论不休的情况来看，就可作出上述判断，很多外国人也坦然承认这一现实；这一情况是与其它领域科研发展水平极不相称的。面对如此尴尬的局面，必须反思全世界有关的研究方法是否出了问题。笔者在题为《谈当前太阳系物理学研究的困境及其根源与出路》等博文中，对此进行过一些初步探讨，希望它能起到抛砖引玉的作用，能促使大家来共同作进一步研究，使我国能尽快在该领域里找到正确的研究方法与方向。

李吉士先生在题为【美国“大师”辈出原因初探——兼谈“钱学森之问”】的博文中，引用了V.布什等所著《科学———没有止境的前沿》一书中如下的一段话：【科学在广阔前沿的进步来自于自由学者的不受约束的活动，他们用探求未知的好奇心所支配的方式，不断地研究他们自己选择的课题。……，探索的自由必须受到保护。】；显然，其中所描述的“自由学者”与我国定义的“民科”很相似；在美国对“自由学者”给以大力支持与保护，而笔者在40 多年的业余自由科学探索的亲身体验中发现，我国“民科”的处境则与之有天壤之别；这也许就是美国科学诺贝尔奖得主人数（241人）与中国（0人）也有天壤之别的根本原因之一。杨振宁先生最近接受《环球科学》独家专访在谈及科学发现问题时指出：【…两者都显示出美国的一种精神。就是“你不需要有很多知识，也不需要有多高的修养，你只要有天不怕地不怕的精神，然后去猛冲，你就能成功”…】；笔者认为，只有对某一难题的研究具有强烈兴趣和好奇心的人，才能天不怕地不怕，才能不计任何成败得失地去猛冲，才有可能获得成功；无数事实及经验己证明，对那些不感兴趣只是奉命去攻克某一科学难题的人，即使给以再大的物质鼓励及提供优越的培训与研究条件，往往也无济于事。当然，获得的成果还有一个是否被社会承认与采纳的问题，而在我国因长期受“因循守旧”及“崇洋迷外”思想的影响和束缚，对某些不能直接看到与摸着又难以判断其真伪的理论创新研究成果，几乎不存在这种被采纳与认可的可能性，这就是差距所在。这说明我国迫切需要实现李克强总理在今年国家科学技术奖励大会上的讲话中提倡的那种【……使人人皆可创新……还要鼓励草根创新……破除论资排辈、门户之见、头衔崇拜，以真才实学论英雄……】的改革勇气，才有可能改变钱学森先生所指出的那种“……别人说过的才说，没有说过的就不敢说……”的现状，中国赶超美国才有指望。

说了以上这么多题外话，其目的就是希望笔者作为“民科”在文中所提出的有一定参考价值的观点，不要再像过去所撰写的大量同类稿件那样一律遭到“不评即退”的待遇。但由于本文所涉及问题非常复杂，其中观点及有关理论分析计算难免存在缺点和谬误；故最后殷希望能借助国家大力提倡全民创新的东风，使本文观点能得到有关方面的关注、宽容、支持和批评指正。

参考文献

[1]  好搜百科，大气潮汐，2013-06-25

[2]  刘仁强，大气潮汐的经典理论及有关现代模式的发展，空间科学学报，2010，30（3）

[3]   赵菊初，对现有地球潮汐理论涨潮高度计算公式的质疑，中科院科学智慧火花栏目，2012-04-07

[4]  好搜百科,对流层_

[5]  互动百科，平流层和中层大气物理学，2015-09-02

[6]  赵菊初，从两项小革新看机械设计的创新规律，机械设计，2002年第5 期