Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Уровень океанов и морей

Под уровнем моря понимается положение поверхности воды в дан­ном месте в данный момент, т. е. действительная глубина моря (Гл) в этом месте в определенный момент.

Причины колебания уровня моря. Основными причинами, вызываю­щими колебания уровня, в особенности у побережий океанов и морей, являются: приливы и отливы, ветровой нагон и сгон воды, изменения ат­мосферного давления над океанами и морями, течения, сейши, измене­ние плотности воды. Под действием этих причин происходит перераспре­деление масс воды в границах бассейна, повышается уровень в одних районах и понижается в других. Другими причинами изменения уровня моря являются приток речных вод, выпадение осадков над морем, испа­рение с поверхности моря. Большие колебания уровня могут происходить вследствие землетрясения и моретрясения, извержения вулканов.

Колебания уровня в океанах и морях подразделяются на два типа: периодические (например, приливы и отливы) и непериодические, или случайные (например, под действием ветра, изменения атмосферного давления и др.).

Средний уровень моря. Часто при изучении режима уровня морей и океанов требуется знать не истинные величины высот уровня, а среднее его значение. Средним уровнем называется среднее арифметическое зна­чение уровня, вычисленное из наблюдений за тот или иной промежуток времени. В зависимости от промежутка времени, за который производит­ся вычисление, определяют следующие средние уровни: среднесуточный, среднемесячный, среднегодовой и средний многолетний.

Приборы для наблюдения за уровнем моря. Наблюдения за уровнем моря производятся с помощью специальных приборов и состоят в том, что в определенных точках, называемых водомерными постами, ежеднев­но в установленные сроки измеряют высоту поверхности моря над услов­но выбранным уровнем, принимаемым за начало отсчетов — нуль отсче­тов, называемым нулем поста.

Для наблюдения за колебанием уровня моря применяются разнооб­разные приборы. Наиболее простой и распространенный из них — водо­мерная рейка, или футшток, представляющая собой металлическую или деревянную рейку с поперечными делениями. Чаще всего употребляются металлические футштоки (рис. 89) с фарфоровыми белыми вкладышами. Деления на рейке располагаются в шахматном порядке и наносятся снизу через каждый дециметр. Ширина каждого деления (белого или черного) обычно равна 2 см. Рейка прочно прикрепляется в вертикальном положе­нии к стенке причала или другим каким-либо гидротехническим соору­жениям, а также к отвесным приглубым берегам или к забитой в дно свае.

Футшток

Футшток должен быть установлен так, чтобы нуль его шкалы не об­нажался при самых низких уровнях. Нуль футштока с помощью нивели­рования связывается с какой-либо прочной маркой (репером) на берегу, чтобы можно было контролировать постоянство высотного положения нуля футштока. Отсчет с точностью до 1 см производят по тому делению рейки, на уровне которого в момент наблюдения стоит вода. При отсчете необходимо учитывать и исключать искажения уровня за счет колебаний поверхности воды при волнении моря. В таком случае берут два отсчета: в момент прохождения гребня и в момент прохождения подошвы волны. Среднее из этих отсчетов и принимается за уровень моря.

 

Наблюдения за колебанием уровня моря непосредственно с судна сводятся к наблюдениям за изменением глубины под килем с помощью эхолота или ручного лота, когда судно стоит на якоре.

Второй способ состоит в непрерывном измерении глубины эхолотом под днищем судна, стоящего на якоре.

Приведение уровня моря к нулю поста. В каждом пункте наблюдений за уровнем, как уже было сказано, выбирается исходный горизонт. Ус­ловный исходный горизонт, от которого ведутся отсчеты уровня на дан­ном водомерном пункте, называется нулем поста. Обычно за нуль поста выбирается горизонт, расположенный ниже самого низкого уровня моря, возможного в пункте наблюдений. Это делается для того, чтобы отсчеты уровня всегда имели положительный знак.

Для приведения отсчета уровня к нулю поста нужно к произведен­ному отсчету уровня алгебраически прибавить превышение (положитель­ное или отрицательное) нуля футштока над нулем данного поста.

Примеры: 1. Отсчет по футштоку равен 63 см; нуль футштока расположен выше принятого нуля поста на 200 см. Уровень, приведенный к нулю по­ста, равен 63+200=263 см.

2. Отсчет по футштоку равен 175 см; нуль футштока расположен ниже принятого нуля поста на 50 см. Уровень, приведенный к нулю поста, ра­вен 175+(—50) = 125 см.

Для сравнимости наблюдений, произведенных в разных пунктах моря и в разных марях, необходимо, чтобы отсчеты уровней можно было привести к одному и тому же горизонту. В СССР за такой горизонт принят нуль Кронштадтского футштока^[1].

Для того чтобы привести отсчеты уровня к единому горизонту (нулю Кронштадтского футштока), нужно знать положение нуля поста каждого водомерного пункта относительно репера, входящего в государственную нивелирную сеть.

Значение наблюдения за уровнем моря для мореплавания. Данные о высоте уровня необходимы судоводителям, так как высота уровня в мел­ководных прибрежных районах определяет возможность прохода судов с той или иной осадкой. Очень важны сведения о колебаниях уровня и для производственной деятельности портов, так как положением уровня оп­ределяется высота портовых сооружений, объем землечерпательных ра­бот на подходных каналах, глубины у причалов.

Наблюдения за колебаниями уровня позволяют установить: средний уровень, значения наивысшего и наинизшего уровня за тот или иной пе­риод наблюдений; характер и закономерность изменения уровня, что очень важно знать для его предвычисления.

 

 

Приливы

Понятие о явлении прилива. Приливами, или приливо-отливными явлениями, в океанах и морях называются периодические колебания (подъем и падение) уровня моря, происходящие под влиянием сил при­тяжения Луны и Солнца. Такие приливо-отливные колебания для крат­кости принято называть приливами.

Явления прилива протекают следующим образом: уровень моря дос­тигает наивысшего положения вскоре после прохождения Луны через ме­ридиан данного места, затем постепенно понижается и доходит до самого низкого положения в то время, когда Луна находится близко у горизонта. Дальнейшее движение Луны под горизонтом сопровождается подъемом уровня, и новый наивысший уровень наступает около момента нижней кульминации Луны. Далее уровень снова понижается, и около времени восхода Луны наступает наинизшее стояние его. После этого он опять растет вместе с высотой Луны и около момента прохождения ее через ме­ридиан опять наступает наивысшее стояние, затем уровень снова пони­жается и т. д. Таким образом, прилив — явление периодического характе­ра, так как наивысшие стояния уровня, также как наинизшие, повторя­ются через почти одинаковые промежутки времени, приблизительно че­рез 12,5 ч. Такие приливы называются полусуточными, они чаще других наблюдаются в Мировом океане.

По своей природе приливные колебания уровня относятся к волно­вым движениям. Но эти волны «невидимы» вследствие своей огромной длины. Длина приливной волны достигает почти 2000 км, Скорость при­ливной волны тоже очень велика — 160 км/ч (около 86 узлов).

Частицы воды в приливной волне движутся по замкнутым орбитам, имеющим форму эллипса, с осью, очень вытянутой в горизонтальном на­правлении. Вертикальные составляющие движения частиц по орбитам проявляются в приливных колебаниях уровня, а горизонтальные — в при­ливных течениях. Таким образом, движение частиц по их орбитам на­блюдатель воспринимает как периодические колебания уровня и течений.

Основные термины, определения, характер приливов.

Приливо-отливные колебания характеризуются различными элемен­тами. Подъем уровня называется приливом, а падение — отливом.

Полной водой (ПВ) называется наивысшее положение уровня при приливе, а малой (МВ) — наинизшем при отливе.

Периодом прилива называется промежуток времени между двумя последовательными полными или малыми водами. В зависимости от пе­риода различают приливы полусуточные, суточные и смешанные.

Полусуточные приливы имеют средний период, равный половине лунных суток (12 ч 25 мин), вследствие чего в течение лунных суток (24 ч

 

50 мин) наблюдаются две полные и две малые воды.

Суточные приливы имеют средний период, равный лунным суткам (24 ч 50 мин), вследствие чего в течение лунных суток наблюдается одна полная и одна малая вода.

Смешанные приливы - наиболее сложные по характеру приливы, у которых в течение половины лунного месяца период меняется с полусу­точного на суточный и наоборот. Если преобладает полусуточный период, то такой смешанный прилив называют неправильным полусуточным, а если суточный — неправильным суточным приливом.

Высотой прилива называется фактическое положение уровня в дан­ный момент, отсчитываемое от принятого нуля глубин. В СССР отсчет высот уровня на морях с приливами ведется от наинизшей малой воды. Этот уровень называется теоретическим нулем глубин. На тех морях СССР, где приливо-отливные колебания уровня незначительны (не более 0,5 м), как, например, в Черном, Азовском, Каспийском морях, за нуль глубин принят средний многолетний уровень моря.

В связи с вышесказанным глубина в любой точке может быть опре­делена путем алгебраического суммирования глубины, указанной на кар­те, и высоты прилива, вычисленного для данного приливного пункта на заданное время. Для решения обратной задачи, которая может встретить­ся в морях с приливами, при сравнении глубин, измеренных лотом, с глубинами, указанными на карте, нужно из глубины, измеренной лотом, вычесть высоту прилива, рассчитанную для данного момента.

Амплитуда прилива — разность между высотой уровня в полную или малую воду и средним уровнем. Так как приливы бывают не всегда сим­метричными относительно среднего уровня, то и амплитуды, определяе­мые по полной и малой воде, не всегда будут равны между собой.

Величина прилива—разность между высотами уровней полной и ма­лой воды.

Для характеристики приливов по времени применяются следующие определения.

Время полной воды t пв — момент наступления полной воды. Время малой воды Т_МВ — момент наступления малой воды.

Время роста или подъема уровня Т_п — промежуток времени, в тече­ние которого происходит повышение уровня от малой до полной воды.

Время падения уровня Т_п — промежуток времени, в течение которого происходит падение уровня от полной до малой воды.

Продолжительность стояния уровня Тс — промежуток времени, в те­чение которого уровень, дойдя до определенной высоты, остается неиз­менным.

Лунный промежуток Т_л — промежуток времени между моментом кульминации Луны на меридиане данного места и моментом наступле­ния ближайшей полной воды.

Средний прикладной час (ПЧ_СР) —величина среднего из лунных про­межутков за половину лунного месяца.

Прикладной час порта (ПЧ) — среднее значение из лунных проме­жутков в сизигию при среднем расстоянии Земли от Луны и Солнца, равном нулю.

Котидальная линия — это линия, соединяющая точки, в которых полная вода наступает в один и тот же момент. Каждая котидальная ли­ния обозначается часом лунного гринвичского времени (т. е. числом лун­ных часов, прошедших от момента кульминации Луны в Гринвиче до на­ступления полной воды), называемого котидальным часом. Лунный час равен 1 ч 02 мин среднего солнечного времени.

Для смешанных приливов, у которых высоты смежных полных и малых вод, а также время роста и время падения резко отличаются друг от друга (рис. 90), вводятся дополнительные термины:

высота высокой полной воды h _ВПВ —высота большой полной воды над при­нятым нулем глубин;

высота низкой полной воды h _НПВ—высота меньшей полной воды;

высота высокой малой воды й_ВмВ — большая высота малой воды; высота низкой малой воды h _НмВ — меньшая высота малой воды; суточное неравенство высот полных вод СН h _ПВ — разность между высотами высокой и низкой полных вод;

суточное неравенство высот малых вод СН h _мв — разность между высотами высокой и низкой малых вод;

большая величина приливов за сутки В — разность между высокой полной и низкой малой водой; в = H _впп — h _нш ;

малая величина приливов за сутки b — разность между низкой Полной и высокой малой водой.

Влияние различных факторов на величину и характер приливов. На ве­личину и характер приливов, кроме астрономических факторов, сущест­венное влияние оказывают физико-географические условия: очертания берегов, размеры водоемов, глубины, наличие островов и т. д. В откры­тых глубоких частях океана величина прилива близка к теоретической и равна 1 м. В то же время совсем другие величины приливов наблюдаются у берегов материков и особенно в узких и длинных заливах, где они мо­гут достигать более 10—12 м. Максимальная величина прилива (18 м) на­блюдается в заливе Фанди, у берегов Северной Америки (полуостров Но­вая Шотландия, Канада). Такая необычайно большая величина прилива

 

объясняется тем, что залив Фанди представляет собой длинный узкий за­лив с постепенно уменьшающимися шириной и глубиной.

Влияние мелководья сказывается чаще всего на полусуточных при­ливах, приводя к нарушению симметрии в подъеме и спаде уровня, т. е. к неодинаковому времени его роста и падения.

Установлено, что ветер, атмосферное давление и льды также оказывают большое влияние на приливы.

Ветер, имеющий направление, противоположное направлению дви­жения приливной волны, вызывает уменьшение скорости ее рас­пространения и одновременно уменьшает величину прилива. Наоборот, ветер, имеющий направление, попутное направлению движения прилив­ной волны, вызывает увеличение скорости ее распространения и одно­временно увеличивает величину приливов. Резкие и сильные шквалы мо­гут изменить время наступления полных и малых вод и вызвать даже су­точное неравенство и по высоте и по времени. На явления приливов осо­бенно большое влияние оказывают устойчивые ветры одного направле­ния.

Большие колебания атмосферного давления также заметно влияют на высоту уровня моря в районах с приливами и учитываются с помощью вспомогательной таблицы, помещенной в Таблицах приливов. С умень­шением атмосферного давления уровень моря повышается, с увеличени­ем — понижается. При этом изменению атмосферного давления на 1 мб в среднем соответствует изменение уровня моря на 1 см.

Лед способен тормозить и одновременно гасить приливную волну, а также в некоторой степени изменять направление ее распространения. Подмечено, что зимой в тех районах, где наблюдается лед, величина при­лива уменьшается, а летом возрастает.

Приливообразующие силы. Явления прилива, как уже указывалось, возникают вследствие действия сил притяжения Луны и Солнца. Эти си­лы называются приливообразующими. Для простоты рассуждения рас­смотрим сначала влияние приливообразующей силы Луны на частицу

Рис. 91. Схема движения системы тел Земля-Луна.

 

Согласно закону всемирного тяготения Луна, как и другие планеты, притягивает к себе каждую частицу Земли. Так как частицы Земли нахо­дятся на неодинаковом расстоянии от Луны, то и сила, с которой они тя­готеют к ней, неодинакова. Частицы, расположенные ближе к Луне, при­тягиваются сильнее, чем те, которые находятся на большем расстоянии.

Кроме силы притяжения Луны, на каждую частицу Земли действует центробежная сила, возникающая вследствие вращения системы Земля— Луна вокруг общего центра тяжести. Так как масса Земли больше массы Луны в 81,5 раза, то этот центр находится внутри Земли на расстоянии от ее центра, равном 0,73 радиуса Земли. На рис. 91 показана схема движе­ния систем тел Земля—Луна, их общий центр тяжести Ц и общая ось вращения системы х—х. Луна и Земля совершают полный оборот вокруг центра тяжести системы за промежуток времени, равный одному лунному месяцу.

Доказано, что центробежные силы, возникающие в каждой точке Земли при вращении вокруг центра тяжести системы Земля— Луна, равны между собой, параллельны друг другу и направлены в сторону от Луны.

Каждая частица воды находится под воздействием двух сил: центро­бежной и силы притяжения Луны. Центробежные силы для всех точек водной оболочки, как сказано выше, одинаковы по величине и направле­нию, а сила притяжения Луны будет во всех точках различной, так как ее направление зависит от положения Луны и ее величина будет изменяться обратно пропорционально квадрату расстояния до Луны.

Равнодействующая этих двух сил в каждой точке Земли, т. е. силы притяжения Луной и центробежной силы, возникающей в этой точке от вращения Земли вокруг центра тяжести системы Земля-Луна, и на­зывается приливообразующей силой Луны.

Рис. 92. Приливообразующие силы Луны

 

На рис. 92 приливообразующая сила Луны показана вектором П (с чертой), центробежная — Ц(с чертой) и сила притяжения Луны — Л. До­пустим, что Мировой океан покрывает земной шар непрерывным слоем одинаковой толщины. Рассмотрим случай, когда склонение Луны равно нулю, т. е. когда Луна находится на плоскости экватора.

На рисунке видно, что приливообразующая сила имеет в каждой точке различную величину и направление. Приливообразующие силы слева от линии С,С₂ имеют общее направление к Луне, справа — от Луны.

Несмотря на малые значения, горизонтальная составляющая прили­вообразующих сил, действуя перпендикулярно силе тяжести, вызывает значительные горизонтальные перемещения водных масс и соответст­вующие изменения уровня моря. Вертикальная составляющая, хотя она и несколько больше, горизонтальной, совершает работу против силы тяже­сти. В точках М, М₂ и С, С₂ приливообразующие силы вертикальны; в точках А, А₂ и В₁, В, симметричных относительно меридиана, на котором Луна в данный момент кульминирует, направлены по

 

 касательной к вод­ной поверхности. Поэтому они вызывают смещение вод с обеих сторон к меридиану, на котором произойдет, следовательно, наибольшее повышение уровня, т. е. наступит полная вода, в точках С, , С, — понижение, т. е. наступит малая вода.

 

Под влиянием приливообразующих сил вся поверхность Мирового океана примет форму приливного эллипсоида (рис. 93). Каждая половина приливного эллипсоида представляет собой как бы приливную волну с гребнем в точках полной воды и подошвами в точках малой воды. Вслед­ствие вращения Земли вокруг собственной оси приливная волна непрерывно обегает земной шар с запада на восток, периодически повышая и понижая уровень на каждом меридиане.

Кроме Луны, Солнце также создает на Земле приливообразующие силы. Их схема может быть построена по аналогии со схемой приливооб­разующих сил Луны. Но вследствие того, что Солнце находится от Земли в 390 раз дальше, чем Луна, приливообразующая сила Солнца, несмотря на его большую массу (в 30 миллионов раз больше массы Луны), в 2,17 раза меньше приливообразующей силы Луны.

Обе системы прилива совершенно независимы друг от друга, но в природе они складываются, и в действительности наблюдается лунно- солнечный прилив. Вследствие непрерывного изменения взаимного по­ложения Земли, Луны и Солнца изменяются и их приливообразующие силы. Они могут действовать в одном и том же или в противоположных направлениях, т. е. складываться друг с другом или вычитаться. Это влия­ет на характер и величину наблюдаемых приливов и вызывает их измене­ния. Период полусуточных лунных приливов равен 12 ч 25 мин, солнеч­ных — 12ч,

Неравенства приливов. Наблюдения показывают, что величина при­лива и время наступления полных и малых вод не остаются неизменными ото дня ко дню, а при смешанных приливах — и в течение суток. Нера­венствами прилива называются отклонения времени наступления полных и малых вод и величин прилива от их средних значений для данного мес­та. Причиной этого служит изменение во взаимном расположении Луны, Солнца и Земли и изменение расстояний между ними. Учитывая, что приливообразующая сила Луны больше приливообразующей силы Солн­ца, главные неравенства связаны с изменениями взаимного положения Луны и Земли.

Выделяются следующие основные виды неравенств в явлении при­ливов: суточные, полумесячные и параллактические.

Суточные неравенства характеризуются неравенством по высоте двух смежных полных и малых вод в течение суток и неравенством во времени их падения и роста. Эти неравенства зависят от склонения Луны и Солнца и физико-географических условий места (широты, долготы, конфигурации берегов, глубины и пр.). В зависимости от этого суточные неравенства выражаются различно — от мало заметной разницы в высоте двух смежных полных или малых вод до полного исчезновения одной полной или одной малой воды. Наиболее сильно эти неравенства выра­жены в смешанных приливах (см. рис. 91). Например, при неправильных суточных приливах суточное неравенство в высотах уровня при больших склонениях Луны приводит к исчезновению низкой полной и высокой малой вод и соответственно к переходу от полусуточных к суточным при­ливам.

Полумесячные неравенства приливов характеризуются тем, что ам­плитуды приливов в течение лунного месяца постепенно, изо дня в день, изменяются: два раза в месяц наблюдаются приливы с большими ампли­тудами и два раза — с малыми амплитудами; период этих изменений со­ставляет 14,6 суток (около половины лунного месяца). Эти изменения и называются полумесячным неравенством в высотах или амплитудах при­ливов.

Полумесячные неравенства подразделяются на два вида: нера­венства, связанные с изменением фаз Луны (фазовое неравенство), и не­равенства, связанные с изменением склонения Луны в течение месяца.

Неравенства в зависимости от изменений фаз Луны заключаются в том, что наибольшие величины приливов наблюдаются в дни, когда Луна и Солнце кульминируют одновременно (приливообразующие силы скла­дываются), а наименьшие — когда Луна и Солнце кульминируют одно после другого через 6 ч. В связи с этим приливы с максимальными вели­чинами приливов, наблюдаемые в периоды новолуний и полнолуний, на­зываются сизигийными, а приливы с минимальными величинами прили­вов, наблюдаемые в период первой и последней четверти — квадратурны­ми.

Неравенства в зависимости от изменений фаз Луны характерны для полусуточных приливов. Величины приливов при сизигийных и квадра­турных приливах могут отличаться друг от друга до 40 — 50%. Фазовое неравенство — самое большое.

На рис. 94 показана схема изменения взаимного положения Луны, Солнца и Земли в течение лунного месяца. Полная лунная вода на ри­сунке показана белой серповидной полоской с редкой штриховкой, а полная солнечная — черной.

 Вследствие влияния физико-географических условий наибольшие величины приливов наблюдаются не точно в момент сизигии, а спустя некоторое время. Промежуток времени от сизигии до момента наступле­ния наибольших величин прилива (сизигии) называется возрастом фазо­вого неравенства, или возрастом полусуточного прилива.

Неравенства в зависимости от склонения Луны характерны для су­точных приливов и приливов, которые хотя бы на квадратурный непро­должительное время в течение месяца становятся суточными. Они заклю­чаются в том, что приливы достигают наибольшей величины при наи­большем склонении Луны.

Дата: 2019-12-10, просмотров: 455. ⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒ Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. © 2018 - 2024