Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

трения эллипс приливного течения более узкий (рис. 9.15 в), большая ось эллипса повернута вправо (в северном полушарии) относи­ тельно направления распространения волны и максимальные ско­ рости наблюдаются раньше моментов полной ( 0 часов) и малой ( 6 часов) воды.

Угол, образуемый большой осью эллипса течения с направле­ нием распространения волны, не возрастает непрерывно с прибли­ жением ко дну, а достигает максимального значения на некотором расстоянии от дна. В мелководных районах влияние трения о дно может сказываться во всей толще воды.

На рис. 9.15 а показаны кривые изменения скорости прилив­ ного течения с глубиной на разные часы приливной фазы относи-

менту малой воды. Скорости на оси Z равны нулю, вправо — поло­ жительные, влево — отрицательные. Кривые наглядно показывают, что в верхних слоях течение с глубиной изменяется мало, а при приближении ко дну резко уменьшается.

С влиянием трения связано изменение с глубиной зоны нулевых значений приливных течений. На рис. 9.15 г представлен верти­ кальный разрез приливной волны. Стрелками показано направле­ ние приливных течений. Наклонные линии между стрелками пред­ ставляют собой линии, вдоль которых скорости течений равны нулю, т. е. зоны нулевых значений приливных течений. Если бы трение отсутствовало, эти линии были бы строго вертикальными и годо­ граф векторов течений имел бы вид, представленный на рис. 9.15 б. При наличии же трения годограф скорости принимает вид, представленный на рис. 9.15 в. Эти изменения можно объяс­ нить наклоном орбиты частицы на мелководье. На рис. 9.16 пока­ зана вертикальная орбита частицы приливной волны на мелково­ дье. Как видно на рисунке, большая ось а—а' принимает положе­ ние, параллельное уклону дна, вследствие чего величина возрастает.

382

а максимальные скорости течения не совпадают с моментами пол­ ных и малых вод.

Приведенные общие выводы о влиянии трения о дно имеют лишь качественный характер и не могут быть применены при ре­ шении конкретных задач. В теории этого вопроса еще многое под­ лежит разработке.

Предвычисления приливных течений. Как видно из изложен­ ного, теория приливных течений разработана слабо и не дает воз­ можности предвычислять их теоретически. Поэтому для практиче­ ских расчетов, так же как и в случае приливных колебаний уровня, используются результаты непосредственных наблюдений над тече­ ниями. Подвергая эти наблюдения обработке методом гармониче­ ского анализа или другими методами, можно получить данные для расчета приливных течений на любой срок Вперед.

При обработке результатов наблюдений над течениями разли­ чают:

1.Наблюденные течения, т. е. течения, полученные непосред­ ственно в результате наблюдений;

2.Полусуточные приливные течения, имеющие период, равный половине лунных суток (12 ч 25 мин);

3.Суточные приливные течения, имеющие период, равный лун­ ным суткам (24 ч 50 мин);

4. Смешанные приливные течения, период которых меняется в течение половины лунного месяца. Они могут быть неправиль­ ными полусуточными и неправильными суточными;

5. Остаточные течения, представляющие собой разность между наблюденными и приливными течениями.

Практические методы обработки наблюдений над приливными течениями можно разделить на две группы:

1. Упрощенные методы, применяемые для расчета течений при правильных приливах (полусуточных или суточных). В основу этих методов положены следующие предположения:

а) промежутки времени между моментами кульминации Луны или моментами полных вод и моментами максимальных скоростей течений остаются неизменными;

б) остаточное течение за период наблюдений не изменяется. 2. Точные методы, основанные на теории гармонического ана­ лиза приливов. Они могут быть использованы для расчета прилив­ ных течений любого характера. Эти методы исходят из следующих

положений:

а) приливные течения состоят из периодических лунных и сол­ нечных течений. Периоды элементарных течений не кратны между собой и определяются астрономическими аргументами приливообразующих светил;

б) остаточные течения за период наблюдений принимаются пе­ ременными.

Упрощенные методы предвычисления приливных течений вклю­ чают методы: проекционный, Северной гидрографической экспеди­ ции, метод И. В. Максимова и другие, отличающиеся некоторыми

383

техническими деталями. Сущность этих методов заключается в вы­ делении из наблюденных течений периодической приливной состав­ ляющей. Для решения этой задачи предполагается, что за время своего периода приливные течения изменяются по синусоидаль­ ному закону. Если суммировать аналитически или геометрически (разложив векторы течений на составляющие по двум осям коор­ динат) все ежечасные наблюдения над суммарными течениями за полный период приливного течения, сумма периодических течений должна равняться нулю. Оставшаяся часть наблюденных течений представит непериодическую составляющую течения, увеличенную во столько раз, сколько взято слагаемых. Разделив оставшуюся часть суммарных течений на число слагаемых, получим остаточ­ ное течение, обусловленное воздействием непериодических сил. Если после этого вычесть графически или аналитически остаточ­ ное течение из суммарного за каждый час, получим ежечасные зна­ чения приливного течения.

Однако, как известно, период приливного течения равен не то­ чно половине суток или суткам, а больше и равен 12 ч 25 мин для полусуточного прилива и приближенно 24 ч 50 мин для суточ­ ного. Поэтому вместо обычного времени вводят условный счет вре­ мени, который позволяет использовать данные о вычисленных при­ ливных течениях для их предсказания. В условной шкале времени за нулевой час принимается момент полной воды для какого-либо ближайшего пункта или момент кульминации Луны (верхней или нижней) на меридиане Гринвича, приходящийся на период наблю­ дений наблюденных течений.

Если за нулевой момент принимается момент кульминации

воды в каком-либо пункте, то часы называют водными , шкалу —

ш к а л о й в о д н о г о в р е м е н и .

Обычно берется момент полной воды в ближайшем основном порту, для которого в таблицах приливов даются моменты полных и малых вод на каждый день года. Предпочтительнее брать шкалу водного времени, так как приливные течения более тесно связаны с колебаниями уровня моря в данном районе, чем с моментом кульминации Луны. Но в этом случае течения, рассчитанные от­ носительно момента полной воды в одном пункте, трудно сравни­ вать с течениями, рассчитанными относительно момента полной воды в другом пункте.

По шкале лунного времени значения приливных течений рас­ считываются для одного и того же физического момента времени. Ошибки при использовании этой шкалы могут возникать ввиду того, что моменты полных вод наступают не через равные про­ межутки времени после кульминации Луны, так как лунные про­ межутки не постоянны.

Для уяснения принципов расчета приливных течений упрощен-

384

ными методами рассмотрим проекционный метод, который наи­ более часто применяется на практике.

При обработке данных этим методом необходимо иметь еже­ часные наблюдения над течениями за 13 часов при полусуточных приливных течениях и за 25 часов при суточных. Результаты на­

Т а б л и ц а 37

Пример обработки результатов наблюдений над приливными течениями

Остаточное течение:

направление 225° скорость 38 см/с

По составляющим векторов скорости наблюденного течения строятся графики их изменения во времени. По оси абсцисс откла­ дывается время наблюдений, а по оси ординат составляющие ско­ рости в выбранном масштабе (рис. 9.17). На тот же график сверху нанесена шкала водного времени. (Вместо водного времени можно пользоваться лунным временем.) За нулевой час принимается мо­ мент полной воды в основном порту. От него влево и вправо от­ кладываются (через 1 ч 2 мин среднего солнечного времени) вод­ ные часы. Часы, стоящие влево от нулевого часа, нумеруются от

—I д о —V, а вправо — от +1 до +VI часа, если приливные течения полусуточные. Если приливные течения суточные, то часы нумеруются от —I до —-XI и от +1 до +XII соответственно. На каждый целый час водного времени с графика снимают значе­ ния составляющих векторов наблюденного течения по меридиану и параллели и заносят их в графы 7, 8 .

Суммируя составляющие наблюденного течения за период при­ ливных течений и деля эти суммы на число слагаемых, получают составляющие остаточного течения. Вычитая составляющие оста­ точного течения из соответствующих составляющих наблюденного

ные направления на север и восток), а вместо истинного направ­ ления течения а при углах больше 90° входить в номограмму с уг­ лом р = 180 — а или р = 360 — а.

386