極地的潮汐現(xiàn)象和它們與冰蓋/冰架的相互作用確實與中低緯度地區(qū)有顯著不同，并且涉及一些非常有趣但相對冷門的物理過程。下面我們來詳細分解：
一、極地潮汐本身的獨特之處
潮汐力的方向性：
- 在赤道和中緯度地區(qū)，月球和太陽的引力主要引起垂直方向的潮汐隆起（海水上下升降）。
- 在極地（特別是極點附近），引潮力的水平分量變得非常顯著，甚至主導了潮汐運動。這是因為引潮力矢量在極點方向幾乎與地球表面平行。這導致：
- 微弱的垂直潮差： 在極點正下方，理論上的垂直潮差接近于零。
- 顯著的水平運動： 海水主要是在水平方向上做旋轉(zhuǎn)運動或振蕩流，圍繞一個無潮點（Amphidromic Point）旋轉(zhuǎn)。想象一下海水像在一個巨大的平底鍋邊緣旋轉(zhuǎn)，而不是像浴缸那樣上下起伏。
- 觀測困難： 這種水平運動在冰封的海域或開闊大洋中很難像垂直潮位那樣被直觀觀測（需要流速測量）。
潮汐頻率與慣性頻率：
- 地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了一個關(guān)鍵參數(shù)——慣性頻率（f = 2Ω sinφ，其中Ω是地球自轉(zhuǎn)角速度，φ是緯度）。在極地（φ接近90°），慣性頻率達到最大值（接近地球自轉(zhuǎn)角速度的兩倍）。
- 主要的半日潮（M2周期約12.42小時）和全日潮（K1周期約23.93小時）的頻率是固定的。
- 關(guān)鍵點： 在緯度高于約74.5°的地方，半日潮的頻率（約1.93 cpd - 周/天）小于當?shù)氐膽T性頻率（> 2 cpd）。這使得極地成為亞慣性頻率區(qū)。
- 影響： 這個頻率關(guān)系影響了潮汐波傳播的方式。在亞慣性區(qū)，潮汐波更像是一種陷波或旋轉(zhuǎn)波，其能量傳播特性與中低緯度不同。這可能導致更復雜的潮汐結(jié)構(gòu)和能量耗散。
地形約束與共振：
- 極地海洋（尤其是北冰洋）被大陸包圍，相對封閉，海盆形狀復雜，有眾多島嶼和海脊（如羅蒙諾索夫海脊）。
- 這種封閉和復雜的地形會影響潮汐波的傳播，可能產(chǎn)生共振效應或形成局部的無潮點系統(tǒng)。例如，北冰洋的潮汐系統(tǒng)就包含多個無潮點和圍繞它們的同潮時線。
二、冰蓋/冰架與潮汐的相互作用（冷門知識）
冰蓋載荷與地殼均衡調(diào)整：
- 基本原理 (冷門)： 厚重的冰蓋（尤其是南極和格陵蘭冰蓋）將其下方的地殼壓沉（地殼均衡）。當冰蓋融化退縮時，地殼會緩慢回彈（冰川后地殼均衡反彈 - GIA）。
- 對潮汐的影響 (非常冷門)：
- 改變海盆形狀與深度： GIA 過程會緩慢地改變海岸線的位置、大陸架的傾斜度以及深海盆的形狀和深度。這些變化會直接影響潮汐波的傳播速度、反射和共振特性。歷史上或未來的海平面變化模型中，GIA 是影響局部潮汐振幅變化（增加或減少）的一個重要因素，尤其在曾經(jīng)被冰蓋覆蓋的邊緣地區(qū)。
- 改變無潮點位置： 緩慢變化的海底地形和岸線會使得潮汐系統(tǒng)中的無潮點位置發(fā)生移動。
冰架作為物理屏障與波導：
- 物理阻擋： 巨大的冰架（如南極的羅斯冰架、龍尼冰架）像一道延伸到海洋中的巨大“堤壩”，阻擋并反射了來自開闊大洋的潮汐波。這極大地改變了冰架前緣和下方腔體中的潮汐動力學。
- 冰下腔體內(nèi)的潮汐 (關(guān)鍵冷門點)：
- 放大效應： 冰架下的海水腔體就像一個半封閉的港灣。特定頻率（周期）的潮汐波進入這個腔體后，如果其波長與腔體的幾何尺寸（長度、深度）匹配，可能發(fā)生共振，導致冰架下某些位置的潮汐振幅被顯著放大，遠大于開闊海洋的潮差。例如，在羅斯冰架下的某些區(qū)域，觀測到的潮差比冰架前緣開闊海域大數(shù)倍。
- 驅(qū)動冰下環(huán)流： 冰架下的潮汐運動（主要是水平往復流）是驅(qū)動冰下海洋環(huán)流和冰-海洋相互作用的關(guān)鍵力量之一。它促進冰架底部的融水與外部較暖海水的混合，影響冰架融化速率。
- 形成“冰潮溝”： 在冰架邊緣，持續(xù)的潮汐運動（尤其是漲落時的沖刷）可以在冰架上切割出明顯的溝槽（Tidal Notches），這是冰架前緣地形的一個特征。
潮汐對冰架和冰蓋的力學作用：
- 彎曲應力與冰裂： 潮汐的升降會使漂浮的冰架發(fā)生彎曲。這種周期性彎曲會在冰架內(nèi)部產(chǎn)生應力。雖然單次潮汐的應力不大，但長期的疲勞效應可能促進冰裂隙的產(chǎn)生和擴展，尤其是在冰架本身比較薄弱或有預存裂縫的區(qū)域。這是冰架崩解機制中的一個潛在但重要的因素。
- 觸發(fā)冰震： 與上一點相關(guān)，潮汐引起的應力變化有時能觸發(fā)小型的冰震活動。
- 影響接地線位置： 對于部分擱淺在海底的冰架，潮汐升降會改變其“接地線”（冰架從漂浮到接觸海底的過渡帶）所受的浮力，導致接地線位置發(fā)生小范圍的周期性遷移。這會影響冰架底部的融化模式和穩(wěn)定性。
海冰與潮汐的摩擦：
- 密集或固定的海冰覆蓋會增加海面的摩擦力，阻礙潮汐引起的海水水平運動。
- 這種摩擦會耗散潮汐能量，導致極區(qū)某些被海冰長期覆蓋海域的潮汐振幅比無冰時減小。
潮汐影響冰山運動：
- 潮汐流會影響漂浮冰山的移動軌跡和速度。
- 在淺水區(qū)，冰山可能因潮汐漲落而擱淺或脫困。
- 潮汐流也會影響冰山在開闊水域的解體過程。
地殼回彈對港口基準面的長期影響 (應用冷門)：
- 在斯堪的納維亞、加拿大北部等經(jīng)歷顯著冰川后回彈的地區(qū)，陸地持續(xù)抬升意味著相對海平面持續(xù)下降。
- 這會導致基于歷史測量建立的潮汐基準面（用于航海圖水深和港口建設(shè)）逐漸失效。幾十年或上百年后，按舊基準面標注的“安全水深”可能實際水深已不足，需要持續(xù)監(jiān)測和更新基準面。這是GIA對實際工程應用的長期影響。
總結(jié)關(guān)鍵不同點與冷知識
- 主導運動： 極地潮汐以水平運動為主，垂直升降微弱（極點理論為零）。
- 物理機制： 受亞慣性頻率控制，表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)波/陷波。
- 冰蓋影響 (長期)： 冰川后地殼均衡反彈 (GIA) 緩慢改變海盆地形，從而改變潮汐傳播和振幅，移動無潮點。
- 冰架影響 (關(guān)鍵冷門)：
- 作為巨大屏障阻擋和反射潮汐波。
- 在冰下腔體內(nèi)引發(fā)潮汐共振，導致局部潮差顯著放大。
- 驅(qū)動冰下環(huán)流和融化。
- 潮汐彎曲產(chǎn)生應力，長期可能促進冰裂。
- 影響接地線遷移。
- 海冰影響： 增加摩擦，耗散能量，減小潮差。
- 冰山影響： 潮汐流影響冰山運動、擱淺和解體。
- 實際應用： GIA導致陸地抬升地區(qū)潮汐基準面失效，需定期更新。
理解這些獨特的相互作用對于精確模擬極地海洋環(huán)流、預測冰蓋/冰架穩(wěn)定性、評估海平面變化以及保障極區(qū)航行安全都至關(guān)重要。
