ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 229
Скачиваний: 0
ний R и фазы g для каждой из этих составляющих волн; в) коррек тирование амплитуды R редукционным множителем /, который при водит ее значение на средние астрономические условия. Тогда
R --j- = H будет представлять собой среднюю амплитуду элемен
тарной волны (косинусоиды). Фазу следует также привести к на чальному астрономическому аргументу | + ( у о + u)=k°. Величины Я и k° носят название гармонических постоянных, используя кото рые, можно предвычислять ежечасные высоты уровня на любой срок вперед и рассчитывать все элементы прилива. Для каждого данного пункта они будут постоянными, но от места к месту могут различаться. Практическая сторона применения теории гармониче ского анализа Томсона была разработана в виде расчетного метода Г. Дарвином и усовершенствована А. Дудсоном. В зависимости от точности, с которой необходимо вести предвычисление и расчет всех характеристик прилива, необходимо иметь в распоряжении тридцатиили пятнадцатисуточные ряды ежечасных непосредст венных наблюдений за колебаниями уровня. В первом случае полу чают гармонические постоянные Ясм и k° для 11 —12 составляю щих, во втором — для восьми волн.
Расчет ежечасных высот уровня ведется по уравнению |
|
A /= -A o + S /,^ c o s [qit-\-(vQ-\-u)i — ki\, |
(84) |
где ht— высота уровня на каждый час суток; Я,- и kt — гармониче ские постоянные отдельных составляющих волн прилива; qt — их угловые скорости; f, и (ѵо+ и) — редукционные множители и на чальные астрономические части фаз каждой волны; t — текущее время; Ао — средний суточный уровень.
Для выявления долгопериодных (полумесячных, полугодовых, годовых, девяти- и девятнадцатилетних) приливных колебаний тре буются годовые и многолетние ряды наблюдений. Эти колебания проявляются в периодических изменениях характеристик водных масс, изменениях среднего уровня Мирового океана, колебаниях ледовитости и других крупномасштабных процессах.
Гармонический анализ до настоящего времени представляет собой основной метод расчета и предсказания приливов, поэтому для его совершенствования разработаны различные варианты и схемы расчета Я и k. В 1936 г. английские ученые Дудсон и Вар бург разработали метод расчета гармонических постоянных из короткого ряда наблюдений (суточного и двухсуточного циклов). Советским исследователем А. И. Дуваниным усовершенствован и дополнен вариант расчета гармонических постоянных из двухсуточ ного цикла наблюдений; предложены формулы и расчетные схемы для вычисления важнейших характеристик приливов и приливных течений.
Гармонические постоянные представляют собой основные пара метры, учитывающие местные особенности приливных колебаний, поэтому сведения о них публикуются различными странами
в специальных таблицах приливов. В настоящее время имеются данные о гармонических постоянных для многих портов побережий Атлантического, Индийского, Тихого и Северного Ледовитого океа нов. Слабо освещены океанические острова и побережье Антарк тиды, для которых еще нет систематических рядов непосредствен ных наблюдений.
§ 69. Таблицы приливов. Карты приливов
Для обеспечения запросов мореплавания, портостроения и дру гих прикладных задач в большинстве стран ежегодно на год вперед издаются специальные таблицы сведений о приливах в различных пунктах побережья. В СССР таблицы приливов издаются Главным управлением гидрометеорологической службы СССР. Отечествен ные таблицы приливов приводят сведения о высотах и времени наступления полных и малых вод в основных портах вдоль бере гов северной части Атлантического океана, морей Европейской территории СССР, северной части Тихого океана и морей Азиат ской территории СССР. Кроме того, в таблицах приливов приводятся специальные поправки для расчета элементов прилива, т. е. высот и времени наступления полных и малых вод, в дополнительных пунктах. Отдельными томами на русском языке выпускаются таб лицы приливов для зарубежных портов Атлантического, Индий ского и Тихого океанов. В таблицах, кроме сведений о полных и малых водах, публикуются гармонические постоянные, значения средних суточных уровней, типовая характеристика их и другие вспомогательные материалы.
Подготовка ежегодных таблиц приливов требует большой вы числительной работы, поэтому А. И. Дуваниным разработан и усо вершенствован метод расчета исходных данных о приливах в ос новных портах и предложен новый вариант таблиц приливов по стоянного действия. Высоты уровней в отечественных таблицах приливов приводятся в превышениях над нулем глубин. За нуль глубин на морях СССР, где величина прилива равна или превы шает 50 см, принимается теоретический нуль глубин (ТНГ), т. е. наинизший возможный уровень по астрономическим причинам. Он вычисляется различными способами с использованием гармо нических постоянных Г
Таблицы приливов издаются в Англии, Японии, США и дру гих странах. Это одно из важнейших пособий для мореплава телей.
Кроме таблиц, издаются атласы приливов, содержащие карты высот уровня на каждый час относительно кульминации Луны или момента полной воды в ближайшем основном порту. В атласах помещаются иногда котидальные карты, представляющие собой систему изолиний одновременного наступления полной воды в про-1
1 |
В |
морях, где |
величина прилива меньше 50 см или |
приливные колебания |
почти |
не |
возникают, |
за нуль глубин принимается средний |
многолетний уровень. |
странстве. Эти карты позволяют судить о направлении движения приливных волн, влиянии рельефа дна и интерференции волн, иду щих с разных направлений. Котидальные карты, а также карты изогипс (линий равной высоты прилива), изоамплитуд и изофаз составляются и самостоятельно для отдельных морей, океанов и Мирового океана в целом. Для расчета этих карт используются сведения о гармонических постоянных береговых и островных пунктов.
§70. Роль конфигурации берегов и рельефа дна. Приливы в устьях рек. Приливные течения
Явление приливов сильно усложняется под влиянием конфигура ции берегов и рельефа дна. При входе в узкие заливы энергия прилива на входном, большем сечении передается меньшим сече ниям, что приводит к росту величины прилива. Теоретические исследования показали, что в этом случае величина прилива воз растает обратно пропорционально некоторой степени глубины и ширины канала.
Так, например, если ширина канала при неизменной глубине уменьшается в 10 раз, то величина прилива возрастает почти в 3 раза, а при постоянной ширине канала, но при уменьшении глу бины также в 10 раз величина прилива возрастает почти в 2 раза. При дальнейшем распространении приливной волны в заливе она достигает берегов, отражается от них и из поступательной волны преобразовывается в стоячую с величиной, в 2 раза большей вели чины падающей волны. Если при этом период возможных свобод ных колебаний совпадает или становится кратным периоду при ливной волны, пришедшей в залив, то происходит гидравлический резонанс и сложение волн приводит к значительному росту величины прилива.
Примерами таких больших приливов могут служить приливы, наблюдающиеся, как упоминалось, в зал. Фанди у восточных берегов Северной Америки, а также в Пенжинском заливе Охот ского моря, в Мезенском заливе Белого моря и др. Так, в зал. Фанди величина сизигийного прилива достигает 16 м, в Пен жинском 12,9 м, в Мезенском заливе 10 м.
Приливные волны, входя в устья рек, распространяются вверх по течению. Расстояние, на которое может распространиться при ливная волна, зависит от уклона дна реки, ее ширины, глубины и скорости течения. На Амазонке приливы заметны на расстоянии 1400 км от устья, на р. Св. Лаврентия — в 700 км, причем в 560 км от устья, в Квебеке, величина прилива достигает 4,6 м. В Европе приливы наблюдаются на реках Эльбе, Гаронне, Луаре, Сене, Темзе, Северне и др. На наших северных реках приливы распро страняются: по Северной Двине на 120 км, по Индиге на 46 км, по Печоре на 85 км, по Хатанге на 300 км от устья.
Приливы в реках значительно отличаются от приливов на морях. Под влиянием мелководья, уклона дна и течения прилив
ная волна распространяется вверх по реке, постепенно уменьшая скорость. Вместе с тем создается большая разность между скоро стями движения гребня и подошвы волны, так как гребень идет против течения реки, а подошва — по течению. В результате этой разности расстояние между гребнем и предшествующей подошвой постепенно уменьшается, время падения становится больше, чем время роста. Так, например, в устье Гаронны время роста прилива равно 6 ч 10 мин, падения — 6 ч 8 мин; в Кастете же, на расстоя нии 149 км от устья, эти же промежутки времени равны 2 ч 10 мин и 10 ч 3 мин.
Сближение гребня и подошвы приливной волны при продвиже нии вверх по течению приводит к явлению, известному под назва нием бор, или маскарэ. Передний склон приливной волны стано вится очень крутым, почти вертикальным. Такая волна идет вверх по реке в виде вала высотой больше 1 м. На отдельных мелких местах вал рассыпается пенистым гребнем, иногда с сильным шу мом. Сильный бор наблюдается на р. Цань-Тань-цзянь (зал. Ханч- жоу-вань). Здесь высота бора достигает в сизигию 3,4 м, скорость его передвижения 4,6 м/с. В Южной Америке на Амазонке бор (здесь он называется поророка) распространяется на 300 км от устья 1 и достигает высоты 3,5—4,5 м. Во Франции маскарэ наблю
дается |
на многих реках — Шаранте, Орне, Сене и др. Очень инте |
ресное |
явление имеет место на р. Сент-Джон, впадающей |
в зал. |
Фанди. В устье реки высота полной воды достигает почти |
6 м. На небольшом расстоянии вверх от устья река проносит свои воды в узком русле, проложенном в скалистом ущелье. Выше ущелья русло вновь расширяется. Между полной и малой водой приливное течение распространяется вверх по течению реки. Перед
сужением |
уровень поднимается |
настолько сильно и быстро, что |
на реке |
образуется водопад, |
направленный против течения |
реки. Во время отлива массы воды, скопившиеся выше сужения, не успевают достаточно быстро спуститься вниз по течению, уровень воды значительно повышается и вода падает вниз по те чению.
Во время прилива морская вода, обладающая большей плот ностью, а следовательно, и более тяжелая, чем речная, идет по дну, пока речное течение не преодолеет прилив. На Эльбе следы морской воды отмечены на расстоянии 47 км от устья.
Для определения скорости распространения приливной волны в реке применяется формула
(85)
где Н — глубина; А — величина прилива; ѵ — скорость речного те чения. Знак плюс относится к гребню, минус — к подошве.
1 Обычно бор распространяется на несколько километров и бывает только во время сизигийных приливов.
Приливные течения — это горизонтально-орбитальное движение вод, периодически изменяющих направление и скорость под влия нием приливообразующих сил Луны и Солнца. Основные элементы их — скорость, фаза и направление максимального приливного и отливного течений, аналогичные полной и малой водам приливных колебаний уровня. По типу их разделяют на возвратно-поступа тельные (реверсивные) и круговые (вращательные), по периоду изменчивости — на полусуточные, суточные и четвертьсуточные. По характеру выделяют правильные и неправильные, т. е. смешан ные приливные течения. У полусуточных реверсивных приливных течений 2 раза за 24 ч 50 мин наблюдаются два максимальных по скорости приливных и отливных течения. У суточных имеют место одно максимальное приливное и одно отливное течения за тот же период. Вдали от берегов приливные течения имеют незначитель ные скорости, в прибрежных районах, особенно в проливах, зали вах, в устьевых участках, они достигают огромных скоростей, от 3 до 12 узлов, и распространяются почти до дна.
Возвратно-поступательные течения характерны для узкостей, проливов, заливов, устьев рек. Они отличаются отсутствием посте пенной смены направления и периодическим изменением скорости, которая, возрастая, достигает максимума, затем начинает посте пенно падать, становится почти равной нулю в момент смены на правления приливного или отливного течения на обратное. Затем весь цикл изменений скорости повторяется. Течения вращательного типа наблюдаются главным образом вдали от берегов, где движе ние не стеснено близлежащими берегами, однако они могут встре чаться и в прибрежной полосе. Такие течения непрерывно изме няются по направлению (по часовой стрелке или против), но мало меняются по скорости, которая не уменьшается до нулевого зна чения.
В приливных течениях, так же как и в колебаниях уровня, про являются фазовое (полумесячное), тропическое и параллактиче ское неравенства.
Вприродных условиях приливные течения, обладающие боль шими скоростями, возбуждают приливное перемешивание, которое
вмелководных проливах, таких, как Горло Белого моря, Карские Ворота и др., распространяется до дна, и выравнивают по верти кали температуру, соленость, содержание кислорода и другие ха рактеристики вод.
Вглубоководных проливах приливное перемешивание распро страняется на значительные глубины и способствует турбулентному
обмену вод. Турбулентные движения, возникающие в приливном потоке, оказывают большое влияние на формирование стратифика ции вод, на распределение микроэлементов, органических и неор ганических примесей, радиоактивных элементов и различных взве сей. Приливные течения периодически создают сжатия и разреже ния льдов.
