Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

Сейши представляют собой свободные колебания, поэтому их изучение необходимо для понимания резонансных явлений, возни­ кающих в тех случаях, когда период вынужденных колебаний бли­ зок к периоду свободных колебаний в данном море или озере, за­ ливе, бухте. Резонансные явления могут создавать колебания вод

согромными амплитудами.

ГЛ А В А 15. ПРИЛИВЫ

§ 63. Основные понятия

Приливы — это волновые движения воды, возникающие под дей­ ствием приливообразующих сил Луны и Солнца. Лунная состав­ ляющая больше чем в два раза превосходит солнечную и опреде­ ляет основные черты приливных движений на Земле. Эти волны возникают не только в Мировом океане, но и в твердой оболочке Земли и в атмосфере. Природа этих волн определяется условиями гравитационного взаимодействия между Землей, Луной и Солн­ цем, поэтому в ходе приливных явлений находят отражение глав­ ным образом эти условия, но немалую роль играют и местные физико-географические факторы. Приливные процессы, имеющие периодический характер, проявляются в периодических приливных колебаниях уровня моря и в горизонтальных поступательных дви­ жениях вод в форме приливных течений. Закономерное периоди­ ческое повышение уровня от наинизшего положения, называемого малой водой, до наивысшего, называемого полной водой, именуют приливом, а закономерное уменьшение уровня от полной до малой воды называют отливом. Разность уровней полной и малой воды называют в е л и ч и н о й п р и л и в а .

Подразделяют приливы по периоду и характеру. Под периодом прилива подразумевают время, в течение которого прошла одна полная волна, т. е. это промежуток времени между двумя сосед­ ними полными или малыми водами. По периоду различают полусу­ точные, суточные, четвертьсуточные, а также Ѵб-, Ѵв-суточные при­ ливы (рис. 31).

12 ч 25 мин. Суточные приливы характеризуются одной полной и одной малой водой за время лунных суток.

В суточном движении Луна отстает от Земли на 50,47 мин, так как период ее обращения 27,3 суток. Лунные сутки, т. е. промежу­ ток времени между двумя последующими верхними или нижними кульминациями Луны, соответствуют 1,035 средних солнечных су­ ток, т. е. равен 24 ч 50,47 мин.

По характеру приливы подразделяют на правильные (суточные и полусуточные) и неправильные (суточные и полусуточные) назы­ ваемые также смешанными. Правильные полусуточные приливы имеют примерно одинаковые продолжительность роста и падения,

а также высоты последовательных полных и малых вод. Непра­ вильные полусуточные приливы характеризуются различием высот полных и малых вод, разницей времени роста и падения уровня в те­ чение лунных суток. Наиболее сложный характер изменений уровня имеют неправильные суточные приливы в связи с изменениями склонения Луны. При малом склонении Луны, т. е. когда она при­ ближается и переходит через экватор, приливы становятся непра­ вильными полусуточными и имеют две полные и две малые воды. С увеличением склонения Луны, когда она уходит в тропики, исче­ зают вторые волны, увеличиваются амплитуды колебаний и при-

Рис. 31. Типы приливов.

ливы становятся суточными с одной полной и одной малой водой. Приливы при большом склонении Луны называют тропическими, а при малом — равноденственными.

При переходе с больших глубин на малые происходит дефор­ мация приливных волн под влиянием трения о дно. Профиль ста­ новится несимметричным, появляются вторичные волны с перио­ дом, кратным основному,— это мелководные волны с периодом б, 4 и 3 ч, встречающиеся на мелководьях и в устьях рек.

ВМировом океане преобладают полусуточные приливы, в част­ ности вдоль берегов Атлантического, Индийского и Северного Ледовитого океанов. В Тихом океане, а также у берегов Антарк­ тиды приливы имеют смешанный характер.

Вприбрежных районах приливные колебания достигают вели­

чины 4—6 м, причем особенно значительными они бывают в сильно сужающихся заливах, как, например, зал. Фанди у п-ова Новая Шотландия (Северная Америка), где они достигают 16 м (по рас­ четам могут доходить до 18 м). Это наибольшая величина прилива в Мировом океане. С удалением от берегов величина прилива убы­ вает и в открытом океане не превышает 1 м. Так как приливооб­ разующая сила влияет на всю толщу вод океана, приливные коле­ бания наблюдаются от поверхности до дна.

При изучении приливов существенное значение имеют следую­ щие важнейшие их элементы: прикладной час, возраст, рост и паде­

ного промежутка, представляющего собой промежуток времени между моментом прохождения Луны через меридиан места наблю­ дений (кульминация) и моментом наступления ближайшей полной воды.

Среднее из лунных промежутков в дни новолуний и полнолуний

приливов прикладной час порта может быть использован морепла­ вателями для предсказания времени наступления полной воды. Для смешанного прилива этой величиной пользоваться нельзя, так как лунные промежутки заметно изменяются, отклоняясь от сред­ него значения, т. е. прикладного часа.

В о з р а с т п р и л и в а : а) промежуток времени от момента но­ волуния или полнолуния (сизигии) до момента наступления наи­ большего по величине прилива называется возрастом полусуточ­ ного прилива: б) промежуток времени от момента максимального склонения Луны до наибольшей по высоте полной воды называют возрастом тропического прилива. Возраст прилива выражается в сутках.

Рост уровня представляет собой промежуток времени от малой воды до полной, а падение — от полной воды до малой. Эти эле­ менты позволяют судить о профиле волны и его изменениях, т. е. о деформации приливных волн под влиянием трения о дно или при воздействии ледяного покрова.

К о т и д а л ь н ы й ч а с — час одновременного положения гребня приливной волны (полной воды) в пространстве. Линия, вдоль ко­

полной или малой воды от среднего уровня. Амплитуда представ­ ляет половину величины прилива. Величина прилива и амплитуда бывают наибольшими в дни новолуний или полнолуний и называ­ ются сизигийными, а в первую и последнюю четверти Луны — наи­

меньшими и называются квадратурными. Между этими фазами Луны величины прилива имеют средние значения.

Для неправильных суточных приливов вычисляют величину тропического и равноденственного приливов.

Большое практическое значение имеют с р е д н и е у р о в н и : а) средний из средних высот полных и средних высот малых вод, называемый средним уровнем полуприлива; б) средний суточный уровень; в) средний многолетний, исчисляемый для морей с четко выраженными приливами за период 18,6 лет.

§ 64. Неравенства приливов

Отклонения элементов прилива от их средних значений в связи с фазами, которые проходит Луна, изменениями склонений Луны и Солнца и периодически меняющимися расстояниями от светил до Земли называют неравенствами прилива. Основные неравенства—•

Рис. 32. Фазовое неравенство.

это ф а з о в о е (полумесячное), т р о п и ч е с к о е и п а р а л л а к ­

т и ч е с к о е .

Фазовое неравенство состоит в том, что в дни новолуний и пол­ нолуний, т. е. в сизигии, Луна и Солнце кульминируют одновре­ менно, их приливообразующие силы, складываясь, возбуждают лунно-солнечные приливы большой величины (сизигийные). Когда Луна бывает в первой и третьей четвертях, т. е. в квадратурах, то ее воздействие ослабляется воздействием Солнца и полная вода лунного прилива совпадает с малой водой солнечного, поэтому гре­ бень лунно-солнечной волны стоит ниже, а подошва выше, приливы

имеют малую величину (квадратурные) (рис. 32). Не остается постоянным и лунный промежуток при различных фазах Луны. Период проявления этого неравенства равен 14,77 суток, так как от новолуния до следующего новолуния протекает 29,54 суток (сино­ дический месяц). Это неравенство между сизигийными и квадра­ турными приливами называется полумесячным. Оно свойственно всем типам приливов, но особенно ярко выражено у полусуточных.

Тропическое неравенство связано с изменениями склонения Луны. В течение 27,32 суток (тропический месяц) Луна дважды проходит через экватор, достигая максимальных северного и юж­ ного склонений 28°. При малом склонении Луны у полусуточных приливов не наблюдается неравенств высот и времен наступления полных и малых вод, а неправильные суточные приливы имеют характер неправильных полусуточных. При больших склонениях Луны у полусуточных приливов наблюдаются суточные неравен­ ства по величине, времени роста и падения уровня. У неправильных суточных приливов, как указано на стр. 134, период колебаний ста­ новится суточным с большей, чем при малом склонении, величиной, (рис. 33).

Рис. 33. Тропическое неравен­ ство в явлении приливов.

Параллактическое неравенство выражается в том, что Луна,

то максимально удаляется — в апогее. Приливные колебания умень­ шаются в апогее и увеличиваются в перигее.

Аналогичные неравенства проявляются в ходе солнечного при­ лива в связи с изменением склонения Солнца за время аномали­ стического года (365,26 средних солнечных суток). За это время Земля по отношению к Солнцу бывает в афелии — наибольшем удалении от Солнца, тогда и приливы бывают малой величины, и в перигелии, когда они бывают наибольшими.

§ 65. Приливообразующие силы

На каждую частицу воды Мирового океана воздействуют силы притяжения Луны и Солнца, а также центробежные силы, возни­ кающие от обращения систем Земля—Луна и Земля—Солнце во­ круг общих центров тяжести. Равнодействующая этих сил и пред­ ставляет собой приливообразующую силу.

Так как воздействие Луны вдвое больше воздействия Солнца, рассмотрим приливообразующие силы Луны.

Земля и Луна, взаимно тяготея друг к другу и обладая собст­ венным движением в мировом пространстве, образуют систему, центр тяжести которой находится на расстоянии, обратно пропор­ циональном их массам. Так как масса Земли в 81,5 раза превосхо­ дит массу Луны, а среднее расстояние между их центрами равно 60,Зр (где р = 6372 км — средний радиус Земли), то центр тяжести системы Земля—Луна находится ближе к центру Земли, на рас­

При обращении системы Земля—Луна около общего центра тя­ жести в каждой точке на поверхности Земли возникает центро­ бежная сила, одинаковая по величине и направлению и равная той, которой обладает центр Земли. Эта сила по направлению всегда

А

Рис. 34. Приливообразующие силы Луны.

/ — сила тяготен и я, 2 — ц ен тр о б еж н ая, 3 — равн одей ствую щ ая .

совпадает с линией, соединяющей центры Земли и Луны, но на­ правлена в противоположную от Луны сторону (рис. 34). При этом каждая точка на Земле проходит тот же путь, что и центр Земли, так как рассматривается не вращение, а обращение вокруг общего с Луной центра тяжести. В центре Земли центробежная сила равна силе притяжения, но противоположна ей по направлению, что обес­ печивает равновесие системы Земля—Луна. Сила же притяжения Луной каждой частицы уровенной поверхности зависит от расстоя­ ния ее от центра Луны. Кроме того, эта сила будет иметь для каж­ дой точки свое направление — к центру Луны. Равнодействующая переменных сил притяжения Луны и центробежных, возникающих от обращения системы Земля—Луна в каждой точке, представляет п р и л и в о о б р а з у ю щ у ю с ил у . В разных точках Земли она различна по величине и направлению и имеет наибольшее значение