Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Глава XVIII. Приливы и отливы.
Элементы приливо-отливных явлений. Периодические колебания уровня океанов и морей, обусловленные притяжением частиц воды Луной и Солнцем, называются приливами и отливами. Главную роль играет притяжение Луны, поскольку она находится на сравнительно небольшом расстоянии от Земли. Если подъем уровня воды на отмелом берегу сопровождается наступлением воды на берег, то это будет прилив, а понижение уровня после прохождения приливной волны называется отливом. В обрывистых берегах приливы вырабатывают клифы с глубокими промоинами и нишами на уровне уреза воды.
Приливо-отливные явления представляют собой волновые движения, в которых длина волны намного больше глубины океана и они относятся к длинным волнам. Колебания уровня при приливах и отливах сопровождаются периодическими горизонтальными движениями частиц воды или приливо-отливными течениями, составляющими вторую неотъемлемую сторону единого сложного волнового движения.
Частицы в приливной волне перемещаются по эллиптическим орбитам, с сильно вытянутой горизонтальной осью. На контакте с океанским или морским дном приливные волны перемещаются практически параллельно донной поверхности, в одних местах способствуют накоплению, в других разрушают ранее отложившиеся осадки.
На мелководьях и в зонах развития аккумулятивных берегов приливо-отливные течения, взаимодействуя с вдольбереговыми течениями и различными видами волнений, обусловливают высокую турбулентность водного потока и взмучивание донных осадков. Приливное течение переносит образовавшуюся массу обломочного осадочного материала в сторону берега. Скорость прилива больше скорости отлива, поэтому за время отлива часть осадочного материала остается в седиментационных ловушках на дне или входит в состав осадков береговых линий. Таким образом, за каждый приливо-отливный цикл происходит приращение в верхней части подводного берегового склона, вблизи береговой линии массы донных отложений. Приливные волны по крайней мере не реже двух раз в сутки достигают океанского дна и сильно влияют на ход седиментационного процесса. Масштабы этого влияния определяются скоростью и продолжительностью приливо-отливных течений и нередко играют главную роль в формировании состава и текстуры донных отложений.
Приливо-отливное волновое явление вызывает пространственно-временные разновидности колебаний уровня и состояния водной толщи, для характеристики которых используются различные термины. Так, момент наступления полной воды (ПВ) отмечает максимальный уровень в продолжение одного периода приливных колебаний, а момент малой воды (МВ) указывает на минимальный уровень во время отлива в продолжение такого же периода (рис.143). Разность уровня смежных полной и малой воды называется величиной прилива (в). Высота уровня воды над нулем глубиных) называется высотой прилива (h). Временной интервал между двумя последовательными полными и малыми водами называется периодом прилива. Значение периода прилива меняется в зависимости от типа прилива от одних лунных сутокхх) среднего солнечного времени до четверти суток. Выделяются полусуточные, суточные и смешанные приливы. Полусуточные приливы (П) имеют период приблизительно в половину суток, т.е. в продолжение полных суток наблюдаются два минимума и два максимума. Суточным приливом (С) свойственен период около одних суток, в продолжение суток может быть только один минимум и один максимум. В смешанных приливах в течение половины лунного месяца период меняется с суточного на полусуточный.
Рис. 143. Приливные кривые полусуточного и суточного периодов. Показаны характеристики, относящиеся к полусуточной кривой /по 68/ (объяснение символов дано в тексте).
Полусуточные и суточные приливы подразделяются на неправильные полусуточные и неправильные суточные приливы. Эти виды приливов развиваются в зависимости от преобладания полусуточного или суточного периодов и выражаются отношением амплитуды главных суточных составляющих волн прилива (К1 и О1) к амплитуде полусуточной составляющей (М2) (таблица 44; рис.144). Неправильные полусуточные приливы в течение лунного месяца имеют в основном полусуточный характер, если склонениеххх) Луны близко к нулю, т.е. если Луна находится на экваторе. Неправильные суточные приливы в течение всего лунного месяца проявляют себя как суточные приливы, но когда Луна имет нулевое склонение наблюдаются две полные и две малые воды в лунные сутки,
Рис. 144. Некоторые типы колебаний приливов /по 28/. Условные обозначения: 1-новолуние; 2-первая четверть; 3-полнолуние; 4-последняя четверть. Е-Луна на экваторе; N-Луна имеет наибольшее северное склонение; S-Луна имеет наибольшее южное склонение; А-Луна в апогее; Р-Луна в перигее. Малые буквенные обозначения: а-полусуточные приливы (Балибоа, Панама); б-неправильные полусуточные приливы (Ванкувер, Канада); в-неправильные суточные приливы (Бангкок, бар реки); г-суточные приливы (о.Хондо, Вьетнам).
а величина приливов в это время наименьшая. Суточные приливы имеют наибольшую величину при максимальном склонении Луны.
Из рассмотрения рисунка 144 следует, что каждому типу прилива свойственна определенная кривая колебания уровня, отражающая, с одной стороны, характер прилива, а с другой – различные отклонения от нормы. На этих кривых отчетливо видны, например, отличия в количестве полных и малых вод, неравенства в нарастании и спаде уровня воды, зависящих от фазы и угла склонения Луны и др. На каждой кривой характер прилива отличается от других приливов весьма заметно.
-
---------------------------------
х) Нуль глубин – условно принятый за нуль некоторый уровень; например, это может быть средний уровень, нуль глубин, нуль футштока, нуль рейки и т.п.
хх) Лунными сутками называется промежуток времени между двумя соседними кульминациями Луны, т.е. между двумя моментами прохождения Луны через меридиан данного места..
ххх) Склонение – одна из координат в экваториальной системе небесных координат (σ). Оно определяется углом между направлением на светило и плоскостью экватора, измеряемому дугой круга склонения от экватора к полюсам мира от 0 до 90о.
В процессе постоянных движений Луны, Солнца и Земли происходит изменение их взаимного расположения, что сильно влияет на приливы и отливы. Оно сказывается на различиях в высотах и во времени наступления полных и малых вод и на природе самих приливов. Отклонения этих величин от их средних значений имеют периодический характер и называются неравенствами прилива. Различия в периодичности проявления неравенств позволяют выделить суточные, полусуточные, месячные и долгопериодные неравенства приливов.
Суточное неравенство выражается различиями по высоте двух смежных полных и малых вод в течение суток и неравенством времени их падения и роста.
Полумесячное неравенство объединяет фазовый и тропический типы. Первый свойственен полусуточным приливам, когда имеют место периодические изменения взаимного расположения светил, т.е. в течение лунных фаз. Это обусловливает изменение величины прилива. Средний период фазового неравенства определяется в 14,8 суток. Между двумя полнолуниями и новолуниями, составляющими 30 суток, будут наблюдаться два раза сизигийные и два раза квадратурные приливы.
Тропическое неравенство проявляется при максимальном склонении Луны, когда амплитуда приливов и отливов непрерывно понижается в направлении к полюсам, а сами они называются тропическими приливами.
Месячное неравенство, иначе называемое параллактическим, возникает в связи с изменением расстояния между Землей и Луной. Луна вращается вокруг Земли не по круговой, а по эллиптической орбите. Поэтому в перигее, при наикратчайшем расстоянии между этими светилами, приливообразующая сила и, следовательно, прилив увеличиваются примерно на 40% по сравнению с этими показателями при положении Луны в апогее. Период месячного неравенства составляет 27 суток.
Долгопериодное неравенство связано с изменениями склонения Солнца и его расстояния от Земли. Это порождает тропическое и параллактическое неравенства в солнечном постоянном приливе соответственно с полугодовой и годовой периодичностью.
Помимо перечисленных имеются также аномальные приливы, к которым относятся полусуточные солнечные, полусуточные параллактические, полусуточные мелководные, четвертьсуточные приливы, упоминавшиеся ранее приливы в устьях рек (боры, маскаре, маниха и др.)
Амплитуда прилива (Н) определяется высотой полной и малой воды над средним приливным уровнем. Приливы характеризуются также временем полной воды (tпв) и временем малой воды (tмв), в течение которых соответственно наступают моменты полной или малой воды. Промежуток времени, в течение которого происходит повышение уровня от малой до полной воды, называется временем роста уровня. Время падения уровня (Тп) определяется промежутком времени, в течение которого происходит падение уровня от полной до малой воды. Время роста уровня меньше времени падения уровня, т.е.прилив менее продолжителен по времени, чем отлив. Приливное течение имеет большую скорость, чем отливное. Продолжительность стояния уровня определяется временем, в течение которого уровень не меняется. Промежуток времени между верхним и нижним прохождением Луны через меридиан и моментами полной воды называется лунным промежутком.
Так как продолжительность лунных суток не является постоянной величиной, а меняется от 24ч 38мин до 25ч 08 мин и в среднем составляет 24ч 50мин, то в течение каждых земных суток явление приливов и отливов в общем итоге запаздывает на 50 минут, как запаздывает и прохождение Луны через меридиан данного места. Следовательно, изо дня в день изменяется и время наступления полной и малой воды.
Время, когда Луна, Земля и Солнце находятся в одной плоскости, перпендикулярной земной орбите, получило название астрономической сизигии, а наблюдаемые тогда же приливы называются сизигийными приливами. Величина такого прилива примерно на 20% больше обычной. Среднее значение из многих лунных промежутков в период сизигии, но не менее чем за половину лунного месяца, называется средним прикладным часом данного места. Средний из лунных промежутков в период сизигии, т.е. в то время, когда Луна и Солнце находятся в плоскости экватора и, когда склонение этих светил равно нулю, а Земля находится на среднем расстоянии от Луны и Солнца, называется прикладным часом порта. Сизигиные приливы бывают больше всего около периодов равноденствия в новолуние и полнолуние.
Если Луна и Солнце располагаются относительно Земли в плоскостях, взаимно перпендикулярных, то это время называется астрономической квадратурой, а соответствующие ему приливы – квадратурными приливами. В течение этого времени наблюдаются наименьшие подъем и падение уровня и наименьшее значение величины прилива, которая составляет примерно 20% от обычной.
Разность между амплитудами в сизигии и квадратуре свойственна полумесячным неравенствам, они соотносятся между собой как 2,5:1.
В зависимости от склонения Луны, величина прилива может быть максимальной или минимальной. Как уже отмечалось ранее, при максимальном склонении равном 28о (южном или северном) величина прилива будет наибольшей и она характеризует тропический прилив. При этом Луна находится вблизи тропиков. Когда Луна находится на экваторе, где ее склонение равно нулю, развиваются экваториальные или равноденственные приливы, отличающиеся наименьшей величиной.
Важным показателем является также возраст прилива, который определяется временем между полнолунием и новолунием и последующим ближайшим приливом. Иначе – это промежуток времени между сизигиями и сизигийными приливами.
Запаздывание наступления максимального прилива относительно момента времени астрономической сизигии называется возрастом полусуточного прилива, а если это запаздывание связано с моментом наступления максимального склонения Луны, то оно будет называться возрастом суточного прилива.
Приливообразующие силы. Наблюдаемая с давних времен связь между приливами и фазами Луны нашла объяснение после открытия Ньютоном законов всемирного тяготения. Положения этих законов свидетельствуют, что наши ближайшие светила Луна и Солнце притягивают к себе каждую частицу Земли. Сила этого притяжения тем больше, чем ближе эта частица находится к Луне или Солнцу. Сложение обеих сил в разных точках Земли порождает новые силы определенной величины и направления и в сумме они составляют приливообразующие силы (рис.145). Луна и Солнце имеют в этой силе разные величины. Это объясняется разной величиной массы каждого из светил и неодинаковым расстоянием каждого из них от Земли. Если принять массу Земли за единицу (1), то масса Солнца будет в 388500 раз больше земной и в 27.106 раз больше массы Луны. Масса Луны составляет только 0,01235 от массы Земли, т.е. масса Земли в 81,5 раза больше массы Луны. Однако Земля отстоит от Солнца на 23312 земных радиусов, а от Луны – всего на 60,3 радиуса. Поэтому приливообразующее влияние Солнца будет примерно в 2,17 раза меньше влияния Луны. Несмотря на это, две волны приливов под влиянием Солнца за 24 часа солнечных суток комбинируются с двумя лунными волнами в соответствии с ориентацией
Рис. 145. Приливообразующие силы /по 62/. Буквенные обозначения: а-силы притяжения Луной частиц Земли; б-центробежные силы; в-равнодействующие силы притяжения и центробежных сил (приливообразующие силы); г-распределение приливообразующих сил; Fo-сила тяжести Луны; Fс-центробежная сила, действующая на частицу, расположенную в центре Земли; О-центр Земли; С-центр системы Земля-Луна; n-надир-точка на Земле, расположенная на одном земном радиусе дальше от Луны; Z-зенит места наблюдения (точка на Земле, ближе всего расположенная к Луне); М-масса Луны.
их орбит относительно друг друга и Земли. При новолунии и полнолунии Солнце и Луна одновременно проходят через меридиан места, обе волны слагаются и это обусловливает более высокие полные воды и более низкие малые воды. В течение первой и четвертой четвертей время прохождения Луны и Солнца через меридиан различается не менее чем на 6ч 12мин, а это ведет к тому, что полная вода одного светила совпадает с малой водой другого светила и величины приливов становятся равными разности лунных и солнечных.
Как и другие небесные светила, Земля и Луна обладают собственным движением и взаимным притяжением. Они образуют систему, в которой происходит их вращение около общего для них центра тяжести или центра масс. Он лежит на прямой, соединяющей центры Земли и Луны и расположен от них на расстоянии, обратно пропорциональном их массам. Центр системы Земля-Луна находится на расстоянии 0,73 земного радиуса от центра Земли (рис.145). Система Земля-Луна совершает полный оборот (без вращения) вокруг общего центра тяжести (центра системы) за лунный месяц, равный 27 1/3 суток. При этом Земля в течение каждых суток вращается вокруг своей оси. Следовательно, на каждую частицу воды действуют следующие силы: сила притяжения частицы к центру Земли (рис.145,а), центробежная сила, возникающая при вращении Земли вокруг своей оси, центробежная сила, возникающая при обращении системы Земля-Луна вокруг общей оси и центробежная сила, возникающая при обращении системы Земля-Солнце вокруг общей оси, а также сила притяжения частиц воды к центру Луны (рис.145,б). Центр вращения системы Земля-Луна находится в пределах Земли, а центр вращения системы Земля-Солнце – внутри Солнца. Методика вычисления для определения приливообразующих сил Луны и Солнца одна и та же, поэтому обычно она рассматривается на примере вычисления этих сил для Луны. Также надо подчеркнуть, что, так как сила тяжести в данной точке является постоянной, то при определении приливообразующей силы она не должна учитываться. Не учитываются также центробежные силы, возникающие при суточном вращении Земли и сила притяжения частицы к центру Земли, так как они постоянны во времени и поэтому не участвуют в создании прилива. Их равнодействующая является силой тяжести. Исходя из положений законов всемирного тяготения, центробежная сила, действующая на частицу, расположенную в центре Земли, уравновешивается силой притяжения к центру Луны, т.е. эти силы равны, но противоположны по знаку (рис.145,а,б). Но во всех остальных точках за пределами центра Земли силы притяжения не уравновешены центробежной силой. В таких точках Земли силы притяжения и центробежные силы складываются, в результате образуется их равнодействующая, которая и является приливообразующей силой (рис.145,в). На этом рисунке видно, что приливообразующие силы на стороне, обращенной к Луне, направлены к этому светилу, а на неосвещенной стороне – от Луны. На границе между ними (т.е. на месте полюсов мира и на соединяющем их меридиане), приливообразующие силы вертикальны по направлению и минимальны по величине. В надире и зените приливообразующие силы являются максимальными и почти равными между собой (сила в зените на 1/43 больше, чем в надире). Приливообразующие силы Луны и Солнца по абсолютной величине очень малы.
Приливообразующая сила Луны в зените равна 1/9.106 силы тяжести, а такая же сила Солнца в 2,17 раз меньше, чем приливообразующая сила Луны. Все это определяется упоминавшимися ранее данными о массах этих светил и их расстоянием доЗемли.
Краткое изложение теории приливов. Наиболее ранним теоретическим объяснением явления приливов и отливов является статическая теория или теория равновесия, сформулированная И.Ньютоном в 1687 г в своем знаменитом сочинении о всемирных законах тяготения. В последующие годы она дополнялась и совершенствовалась многими учеными, но наибольшее значение имели работы К.Маклорена (1720 г) и Д.Бернулли (1741 г).
В основу статической теории положены важные допущения: океан покрывает Землю сплошным слоем одинаковой толщины; элементы прилива не зависят от физико-географических условий, например, от наличия материков, от рельефа дна, изменения глубин и пр. Допускалось также, что силы инерции, сцепления и трения отсутствуют и что в каждый физический момент времени воды океана находятся в равновесии под действием силы тяжести и приливообразующих сил. Если вектор приливообразующей силы разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие, то вертикальная составляющая будет направлена вдоль радиуса Земли и поэтому в образовании приливов участия практически не принимает. Перпендикулярная к ней горизонтальная составляющая направлена от круга освещенности к точкам зенита и надира (рис.145,г). Принимая во внимание приведенные выше допущения, можно считать, что произойдут такие перемещения воды, при которых обе составляющие приливообразующей силы уравновесятся возникающим встречным уклоном океанской поверхности и силой тяжести. В этом случае ровный по толщине слой океанской воды примет форму приливного эллипсоида с максимальным поднятием уровня в точках зенита и надира и с минимальным уровнем вдоль круга освещенности. Такой эллипсоид постоянно сохраняет положение статического равновесия, его большая ось следует за Луной.
Статистическая теория приливов объясняет самое явление приливов, виды и роль приливообразующих сил и их распределение на Земле, позволяет рассчитать теоретическую высоту прилива, определить различия в высотах и во времени наступления полных и малых вод и характер прилива. Эта теория дает возможность выявить описанные ранее неравенства прилива, возникающие из-за периодического отклонения перечисленных выше параметров от их средних значений. Однако принятые допущения не соответствуют реальным условиям, отмечаются существенные расхождения между теоретическими посылками и выводами и реально наблюдаемыми приливами. Например, наибольшая теоретическая величина статического прилива не может быть больше 0,9 м, а в действительности такие величины наблюдаются лишь на значительном удалении от берегов континентов и крупных островов. У берегов, в проливах, в широких заливах трапециевидной формы величина приливов достигает нескольких метров. Эта теория не может объяснить всей сложной картины приливных неровностей океанской поверхности, она не пригодна для практических целей, например, для предвычисления приливных колебаний уровня и течений.
Спустя почти 100 лет П.С.Лаплас предложил динамическую теорию приливов (1775 г), которая явилась дальнейшим развитием статической теории и устраняла выявленные в ней существенные отклонения от реальной действительности. Динамическая теория учитывала новые данные, например, данные о вынужденных волнах, перемещающихся по поверхности океана вслед за светилом, о величинах, амплитудах и периодах приливов на французских берегах и, особенно, в гавани порта Брест и др. Так же как и в статической теории, здесь неизменными принимались постулаты о однородном составе и несжимаемости воды, о отсутствии силы трения о дно, о том, что давление жидкости в любой точке равно гидростатическому, а водная толща имеет постоянную толщину, что при расчетах можно не принимать во внимание наличие материков и крупных островов, ускорения силы тяжести, изменения силы тяжести в пространстве и что Земля имеет форму эллипса. Принципиально новым в динамической теории следует считать предложение системы уравнений движения жидкости, обладавшей инерцией, на вращающейся Земле, под действием периодически меняющейся приливообразующей силы. Но решения этих уравнений были получены только для некоторых идеализированных случаев, в частности для равномерной по толщине океанской водной толщи. Лаплас выявил при этом некоторые закономерности, характеризующие зависимость между приливообразующей силой Луны и Солнца и колебанием уровня моря, получил расчетную формулу для предвычисления приливов в виде суммы шести составляющих – полусуточной, суточной и долгопериодной составляющих для Луны и Солнца. Однако исключение из расчетов влияния физико-географических условий не позволило дать чисто теоретическое решение задачи предвычисления приливов. Лапласу пришлось использовать натурные наблюдения за приливами, он ввел в предложенную формулу поправочные эмпирические коэффициенты для амплитуд и для фаз волн, участвующих в явлениях приливов. Расчеты по этой формуле дали достаточно благоприятные результаты по вычислению приливов в гавани Бреста, но применение этой формулы для предвычисления приливов в других местах оказалось мало эффективным. Вместе с тем динамическая теория позволяет качественно объяснить происхождение лунных промежутков, возрастов фазового и тропического неравенств и, особенно, учитывать решающее влияние на приливы физико-географических условий. Предложенный Лапласом принцип решения задачи в настоящее время используется в методе гармонического анализа.
В 1846 году английский астроном Дж.Б.Эри предложил для предвычисления приливов в мелководных морях и заливах каналовую теорию, как некоторый вариант динамической теории. Эри рассматривал приливную волну в условных каналах переменной ширины и глубины, неодинаково ориентированных относительно географической системы координат. В тех каналах, которые ориентированы широтно, образуются поступательные волны, а в меридиональных каналах – стоячие волны. Каналовая теория учитывает форму впадины водоема. Если, например, профиль впадины водоема имеет плавные наклоны склонов, то это исключает появление отраженной волны и значительно упрощает предвычисление приливов. Для этого надо знать лишь величину прилива, ширину и глубину канала в начальном и произвольном сечении. При асимметричном профиле впадины происходит частичное отражение волны, причем степень этого отражения тем больше, чем резче изменяется величина приливов, ширина и глубина канала. Предвычисление приливов для этих условий сильно осложняется, требуются дополнительные сведения.
Если в канале образуются стоячие волны и их период совпадает с периодом собственных колебаний водоема, то возникает резонанс, в результате которого происходит значительное увеличение колебаний уровня. Подобные явления в природе встречаются довольно часто.
Учет характера влияния профиля впадины на искажение формы приливной волны на мелководье и в заливах безусловно расширил границы применения некоторых положений динамической теории для предвычислений приливов. Положительным является допущение, что искажение формы приливной волны на мелководьях выражается гармоническими составляющими с более короткими периодами.
Гармонический анализ приливов (общие положения). Двадцатью годами позже каналовой теории появился т.н. гармонический анализ приливов, авторами которого были английские ученые В.Томсон (лорд Кельвин) и Дж.Дарвин.
Они допускали, что прилив состоит из некоторого числа отдельных волн и выработали соответствующую методику интерпретации. По этой методике кривая соединенного лунно-солнечного прилива представляется в виде ряда простых гармонических колебаний или синусоидальных волн. Для производства расчетов по предвычислению прилива предложена формула, в которую введены данные о амплитуде волны, наблюденной в реальных условиях, угловая скорость в часах среднего времени (град/ср.ч), постоянная для каждой составляющей волны и не зависящая от местных физико-географических условий, а также начальная фаза волны и среднее солнечное время. Перечисленные составляющие приливной волны рассматриваются как результат действия фиктивных светил, обращающихся вокруг Земли по плоским круговым орбитам различного радиуса и с различной угловой скоростью. Авторы показали, что путем подбора соответствующим образом массы этих фиктивных светил, радиусов орбит и угловых скоростей можно получить совокупный результат, очень близкий для реальной приливной волны. Естественно, в природе нет никаких составляющих волн прилива. Существует одна приливная волна, которая наблюдается и свойства которой определяются и расчитываются, исходя из реальных условий. При этом важнейшими показателями приливной волны являются средняя амплитуда волны, полностью контролируемая местными физико-географическими условиями, так называемый редукционный множитель, рассчитываемый по законам движения светил, угол фиктивного светила на 0 часов первого дня наблюдения или предвычисления прилива. Показателем служит также угол положения волны, характеризующий сдвиг фазы волны в реальных условиях относительно фазы статического прилива, зависящий от местных условий /62/. Средняя амплитуда волны и угол положения волны определяются по данным наблюдений и являются для конкретного места величинами постоянными; обе эти величины называются гармоническими постоянными. Процесс их определения называется гармоническим анализом.
Основной целью гармонического анализа является определение гармонических постоянных и предвычисление общей высоты прилива в данном месте на определенный момент времени, а также расчет основных элементов прилива для выбранного места. Процесс определения высот уровня на будущие моменты времени называется предвычислением приливов. Для этого предложены достаточно простые формулы, в которых задействованы упоминавшиеся выше важнейшие показатели приливной волны. Для практических целей для глубокого моря в такой формуле может содержаться 93 составляющих, но опыт показывает, что вполне достаточно вычислить 8 главных составляющих волн, а для мелководных бассейнов – 11 главных составляющих волн. В нижеследующей таблице 44 приводятся названия и характеристики этих составляющих.
Индексы в графе «Обозначение волны» при n1 соответствуют названиям волн суточных составляющих прилива, при n2 – полусуточным составляющим прилива, остальные – мелководным составляющим прилива; индекс S указывает на составляющие прилива долгого периода; индексы М, S, N, K, J, P, Q – указывают, что эти волны являются главными составляющими прилива.
Таблица 44
Названия и астрономические характеристики основных
гармонических составляющих волн прилива /68/.
|
Обозначение волны |
Название волны |
Угловая скорость волны (град/ср.ч) |
Период волны, ч. |
|
Суточные составляющие |
|||
|
К1 |
Лунно-солнечная деклинационнаях) |
15,041 |
23,934 |
|
О1 |
Лунная главная |
13,943 |
25,819 |
|
Р1 |
Солнечная главная |
14,959 |
24,066 |
|
Q1 |
Лунная большая эллиптическая |
13,399 |
26,868 |
|
Полусуточные составляющие |
|||
|
М2 |
Лунная главная |
28,984 |
12,421 |
|
S2 |
Солнечная главная |
30,000 |
12,000 |
|
N2 |
Лунная большая эллиптическая |
28,440 |
12,658 |
|
K2 |
Лунно-солнечная деклинационная |
30,082 |
11,967 |
|
Мелководные составляющие коротких периодов |
|||
|
M4 |
¼ суточная |
57,868 |
6,210 |
|
MS4 |
¼ суточная |
58,984 |
6,103 |
|
M6 |
1/6 суточная |
86,952 |
4,140 |
х) Деклинация или склонение – это горизонтальный угол в данном месте между истинным направлением на север и направлением на магнитный северный полюс.
Методы анализа и предвычисления приливов. В настоящее время используются адмиралтейский (парный) и штурманский методы вычисления гармонических постоянных. Адмиралтейский метод широко используется в штурманской практике. Этот метод позволяет вычислить гармонические постоянные только четырех главных волн – М2, S2, K1 и О1 по наблюдениям за 1-2 суток. Штурманским методом предвычисляются времена и высоты полных и малых вод, высоты прилива на отдельные часы суток. Достоверные результаты расчетов приливов получаются при обработке наблюдений за 2 суток с их разрывами между первой и второй суточными сериями. Штурманский метод весьма удобен для исследования приливных течений.
Навигационные пособия по приливам. Разработаны различные постоянные и повременные таблицы приливов. Сведения о приливах помещаются на морских навигационных картах, в Атласах океанов, на котидиальных картах. Имеются пособия по приливам во всех портах мира. Они подразделяются на три группы. В первой – приводятся данные об основных портах, для которых даются предвычисленные данные о времени наступления и высотах полных и малых вод. В пособиях по дополнительным портам даются, кроме данных о близрасположенных основных портах, поправки к моментам и высотам полных и малых вод. Третья группа пособий содержит различные данные, кроме расчетов моментов и высот полных и малых вод.
Таблицы приливов содержат данные для решения задач по определению высот и моментов наступления полных и малых вод в конкретном месте на заданную дату и для определения высот прилива на любой момент.
В нашей стране таблицы приливов издаются ежегодно для каждого океана, включая и зарубежные воды. Таблицы содержат подробные практические указания по их использованию. В штурманской практике применяются методы сравнения, графический и аналитический методы.
Важное значение для восприятия приливных колебаний на обширных океанских просторах имеют котидиальные карты. Нагруженные ими котидиальные линии представляют собой кривые, проходящие через точки, в которых полная вода наступает в один и тот же момент времени. Этот момент получил название котидиального часа. На котидиальных картах показываются также районы (в виде точек), в которых колебания уровня отсутствуют. Такие точки называются амфидромическими. Кроме котидиальных линий, на картах показываются линии изоамплитуд. Они проходят через точки с равными амплитудами прилива.
Система котидиальных и изоамплитудных кривых дает полную приливную карту. Такая карта показывает характер распространения приливной волны и является пособием при приближенном определении прикладного часа для пунктов или районов океанов и морей, по которым не имеется соответствующих полных данных.
Классификация приливов. Для классификации приливов используются следующие показатели: количество полных и малых вод в лунные сутки, характер неравенств, симметрия в нарастании и спаде уровня. Эти показатели определяются в результате анализа соотношений амплитуд главных полусуточных и суточных составляющих прилива, выявленных с помощью гармонического анализа.
В зависимости от величины отношения суммы амплитуд двух суточных составляющих волн К1 и О1 к амплитуде главной полусуточной волны М2 выделяются полусуточные (отношение не превосходит 0,5), суточные (отношение превосходит 4,0) и смешанные (отношение с промежуточными показателями) приливы. Эти данные приводятся в таблице 45.
Таблица 45
Классификация приливов.
|
Т и п ы п р и л и в о в |
Граничные значения |
|
Полусуточные приливы |
0,0 < < 0,5 |
|
Неправильные полусуточные Смешанные приливы приливы Неправильные суточные Приливы |
0,5 < < 2,0
2,0 < < 4,0 |
|
Суточные приливы |
> 4,0 |
Величина прилива и его характер в Мировом океане. На рис.146 показано распределение типов прилива по берегам Мирового океана и его наибольшие величины.
Величина приливов на островах в центральных областях океанов обычно не превышает 0,9 м, что полностью подтверждает выводы статической теории. По мере приближения к берегам континентов и крупных островов в связи с усложнением донного рельефа и уменьшением глубины океанов и морей происходит сильное изменение всех главных показателей приливов. Вблизи мысов и у аккумулятивных берегов величина прилива колеблется около 3 метров, хотя есть редкие районы, где она превышает 4 м. Высокие приливы до 6 м и более встречаются в проливах, в вершинах заливов и в устьях рек. Особенно высокие приливы развиваются в заливах трапециевидной формы и в виде воронок, где их величины превосходят 10 м (таблица 46).
В Мировом океане преобладают полусуточные и неправильные полусуточные приливы (рис. 146). Наиболее показательны в этом отношении берега Атлантического океана и североамериканские берега Тихого океана. На восточном побережье Азии, на западных и восточных берегах Австралии распространены все типы приливов, причем преобладают смешанные – неправильные суточные и неправильные полусуточные приливы. На берегах
Рис. 146. Характер и наибольшие величины приливов у берегов Мирового океана /по 68/. Условные обозначения: 1-полусуточные приливы; 2-неправильные полусуточные приливы; 3-неправильные суточные приливы; 4-суточные приливы; 5-наибольшая возможная величина прилива у берегов.
Индийского океана наблюдаются главным образом полусуточные и неправильные полусуточные приливы.
На морских берегах отмечается наибольшее разнообразие в величинах и характере приливов.
Таблица 46
Местоположение приливов с максимальной величиной.
|
Р а й о н |
Величина прилива, м |
|
|
Средних сизигийных |
равноденственных |
|
|
Залив Фанди (Канада-США) |
14,0 |
18,5 |
|
Залив Фробишер (Канада) |
13,6 |
16,3 |
|
Пуэрто Гальегос (Аргентина) |
13,6 |
16,8 |
|
Река Северн (Великобритания) |
13,1 |
16,5 |
|
Залив Мон-Сен-Мишель, о.Шосе (Франция) |
12,6 |
15,0 |
|
Портишид (Ирландское море) |
12,3 |
16,3 |
|
Река Коксоак (Канада) |
11,7 |
15,0 |
|
Река Фитцрой (Австралия) |
11,0 |
14,0 |
|
Река Сеул (Южная Корея) |
10,3 |
13,2 |
|
Река Колорадо (Мексика) |
9,5 |
12,3 |
|
Пролив Тирсти (Австралия) |
9,1 |
11,7 |
|
Река Семжа (Мезенский залив, Россия) |
8,6 |
11,4 |
|
Мыс Нерпинский (Мезенский залив, Россия) |
8,3 |
11,0 |
|
Абрамовский маяк (Мезенский залив, Россия) |
7,3 |
9,7 |
|
Пенжинская губа (Охотское море) |
13,0 |
На берегах СЛО также преобладают полусуточные и неправильные полусуточные приливы. На небольших участках побережья Аляски наблюдаются неправильные суточные приливы. Величина приливов на побережьях островов Канадского арктического архипелага обычно не превышает 2,0 метров, а чаще всего она не достигает и 1 метра /3/.