Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

Тогда, подставляя значения (9.47) в (9.46) и интегрируя, по­ лучим

где с = у gH — скорость распространения волны.

Из анализа формулы (9.48) следует, что скорость приливного течения и, направленного по оси X, будет наибольшей при полной или малой воде, т. е. когда cos (nt— kx) = 1 , и, следовательно, 2 = = 2 0. При этом в полную или малую воду течения равны по ве­ личине, но направлены в противоположные стороны. Когда уровень моря занимает среднее положение (z = 0 ), скорость течения равна

меняясь по величине от нуля до максимального значения в полную и малую воду. Такое приливное течение называют р е в е р с и в- н ы м.

Если приливная волна имеет характер стоячей волны, верти­

где 2 (х) — функция зависимости высоты уровня от координаты х. В случае прямоугольного бассейна постоянной глубины функ­

Анализ уравнения (9.51) показывает, что скорость приливного течения и в случае стоячей волны равна нулю при х = 0 (у берега),

а также при / = 0 и ^ = - ^ т (в момент полной и малой воды) и до-

в моменты, когда уровень моря занимает среднее положение ( 2 = 0 ). Таким образом, если приливная волна поступательная, макси­ мум течения наблюдается в полную и малую воду, а если стоячая, то при среднем уровне моря. Характер течений в обоих случаях остается реверсивным, и период течения в точности совпадает

с периодом колебаний уровня моря.

На основании уравнений (9.48) и (9.51) можно рассчитать мак­ симальные скорости приливных течений и максимальные смещения

378

1

частиц по горизонтали за время полупериода волны — т при раз­

ных глубинах моря и амплитудах прилива. Пример такого рас­ чета для полусуточного прилива величиной 1 0 0 см приведен в табл. 36.

Т а б л и ц а 36

Максимальные скорости течения и смещения частиц в приливной волне

Приведенные данные показывают, что в открытом океане, где, как известно, колебания уровня малы, а глубины большие, при­ ливные течения не могут достигать заметных скоростей. Однако из наблюдений известно, что скорости приливных течений в от­ крытом море значительно больше приведенных в таблице. Это об­ условлено отчасти тем, что при расчетах не учитывалось влияние вращения Земли, а также физико-географических условий моря: его рельефа, размеров, конфигурации.

Расчеты приливных течений для случая, когда фронт приливной волны располагается параллельно прямолинейной береговой черте, показывают, что скорость течения зависит от отношения расстоя­ ния рассматриваемой точки до берега к глубине моря. Это отно­ шение оказывается наибольшим на границе материковой отмели, где и можно ожидать наибольших скоростей приливных течений.

На скорость приливных течений огромное влияние оказывает изменение ширины бассейна; наибольшие скорости наблюдаются в узких проливах, так как через них при распространении прилив­ ной волны проходят большие массы воды. Исходя из расчета ко­ личества воды, которое должно пройти через пролив за половину периода приливной волны, можно рассчитать скорость приливного течения.

Возьмем залив площадью А, сообщающийся с открытым морем через пролив, имеющий площадь поперечного сечения 5. Положим, что величина прилива в заливе равна 2zo. Тогда общее количество воды, которое пройдет через пролив за половину периода прилива

~, будет равно А ■2z0.

Сдругой стороны, то же количество воды можно рассчитать по средней скорости приливного течения v и площади сечения

379

пролива. Приток воды в этом случае будет равен Sv — . Прирав­

нивая найденные величины, получим

2Az0 = Sv .

Откуда

Az0 v = 4 -5т

Так как скорость приливного течения меняется примерно по

л

синусоидальному закону, максимальная скорость течения в — раз

больше средней. Наблюдения, кроме того, показывают, что ско­ рость течения на середине пролива примерно на одну треть больше средней для всего сечения. Поэтому

Если взять залив площадью 100 м2, сообщающийся с откры­ тым морем через пролив шириной 200 м и глубиной 50 м, то при величине полусуточного прилива 2 z o = 2 м средняя скорость при­ ливного течения будет равна 1,73 узла, а максимальная в середине пролива 3,6 узла. Такие скорости приливных течений не являются необычными.

Из формулы (9.52) следует, что скорость приливного течения зависит не только от величины прилива, но также от площади по­ перечного сечения пролива и зеркала залива. Если в приведенном примере принять ширину пролива 1 км и глубину 1 0 0 м, то мак­ симальная скорость снизится до 0,36 узла.

Как известно, в заливе Фанди наибольшая возможная вели­ чина прилива около 18 м. Тем не менее максимальная скорость течения в проливе, соединяющем залив с открытым океаном, не превышает 1,6 узла. Это объясняется тем, что площадь сечения пролива велика по сравнению с площадью сечения залива.

Вращательные (круговые) приливные течения. До сих пор рас­ пространение приливной волны рассматривалось без учета влия­ ния отклоняющей силы вращения Земли. Если его учесть, то при­

величине, но и по направлению.

Если от одной точки нанести вектора наблюденных приливных течений за время полного периода прилива, то, соединив концы векторов, получим замкнутую кривую, которая в случае правиль­ ных приливов будет близка к эллипсу и представляет годограф

380

приливного течения. На рис. 9.13 приведен годограф суточного при­ ливного течения. Цифры показывают часы после полной воды.

Форма годографа приливных течений может быть не только эллиптической, но и более сложной в зависимости от характера прилива и физико-географических условий района. На рис. 9.14 показан годограф приливных течений для Сан-Франциско. Цифры показывают час после полной воды в Сан-Франциско.

Теоретическое решение задачи с учетом вращения Земли, как показано в гл. VIII, оказывается весьма сложным и было выпол­ нено приближенно для двух частных случаев: для случая распро­ странения волны в узком канале бесконечной длины и для случая

стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном. Действительные наблюдения показывают, что в проливах и вблизи береговой черты приливные течения имеют обычно ревер­ сивный характер, а в удалении от берега — вращательный. Иногда вращение векторов приливного течения в северном полушарии про­ исходит не по часовой, а против часовой стрелки. Такого рода вра­ щательные течения представляют собой результат интерференции

двух или более приливных волн и наблюдаются редко.

Влияние трения на приливные течения. Трение о дно и между слоями воды оказывает существенное влияние на характер при­ ливных течений. Влияние трения сказывается, главным образом, в нижнем слое (слое трения), толщина которого зависит от пери­ ода прилива и величины коэффициента турбулентного трения. Выше слоя трения приливные течения имеют тот же характер, что и при отсутствии трения. Выше слоя трения годограф векторов те­ чений (рис. 9.15 б) направлен большой осью в направлении рас­ пространения волны (по оси V), и максимальные скорости наблю­ даются в моменты полной и малой воды (0 и 6 часов). В слое

381