Wezbranie sztormowe i pływ syzygijny nie powinny się ze sobą
advertisement
Wykłady- pływy i prądy pływowe teoria mgr inż. kpt.ż.w. Barbara Kwiecińska, Zakład Nawigacji Morskiej Akademia Morska w Szczecinie Opracowując wykłady wykorzystano materiały źródłowe zawarte w poniższych publikacjach oraz dostępne przez wskazane instytucje: NOAA- National Oceanic and Atmospheric Administration (United State's Department of Commers) Our restless tides - by the NOAA (a brief explanation of the basic astronomical factors which produce tides and tidal currents) NOAA Tides online- NOAA, National Ocean Service, Center of Operational Oceanographic Products and Services The American Practical Navigator- by the NIMA (an epitome of navigation - originally by Nathaniel Bowditch- prepared and published by the National Imagery and Mapping Agency) Introduction to ocean tides - UCAR- University Corporation for Atmospheric Research; COMET ProgramMetEd NASA - National Aeronautics and Space Administration British Admiralty Manual of Navigation Total tides- British Admiralty Australian Tides Manual – Special Publication No 9. Australian Hydrographic Office Canadian Tidal Manual – Proudman oceanographic Laboratory (Natural Environment Research Council) Introduction to Physical Oceanography – Bob Stewart revised 2009 Brooks/Cole – a division of Thomson learning Inc. wykłady cz. 3 Low tide The Pororoca is probably the largest, longest and most dangerous tidal bore in the world - 800 km. U wybrzeży bezpieczeństwo nawigacji wymaga znajomości nie tylko głębokości, ale również poziomu wznoszenia i opadania wody. Woda w żeglownych kanałach (torach podejściowych) musi być dla statków odpowiednio głęboka, by prowadząc statek, na wejście lub wyjście z portu, operacja ta nie zakończyła się wejściem na mieliznę. W niektórych portach, największe statki wprowadza się z zapasem wody pod stępką mniejszym od 1 metra, i to na pewno odbywa się w przedziale wokół HW. Kto nie potrafi wyobrazić sobie tej sytuacji, zrozumie ją na pierwszej stoczni remontowej, gdy statek będzie dokowany, postawiony na kilblokach i będzie można zobaczyć dno statku i przestrzeń pod nim. Ale problem pływowy to nie tylko zapas wody pod stępką,. Dla dużych statków nadbudówka i maszty, anteny muszą mieć możliwość przejścia pod mostem. Dla statku transportującego konstrukcje wielkiego dźwigu, suwnicy, na San Francisco Bay przejście pod mostem było możliwe wyłącznie w czasie Low water. Nie byłoby możliwe przejście statku z taką konstrukcją na pokładzie przy wyższym pływie. Poziom HW i LW może w niektórych miejscach wybrzeży znacząco oddalić lub przybliżyć linię brzegu. Takie efekty wykorzystano w trakcie działań wojennych: US forces wykorzystując pływ wysokiej wody (HW) dokonały zaskakującego lądowania, abordażu w Inchon w Korei 1950 r. Ze względu na olbrzymi obszar osuchów, z grząskim mułem nie było możliwe przerzucenie ciężkiego sprzętu wojskowego z transportowców w głąb lądu. HW – line była już linią stałego lądu i pozwoliła skutecznie przeprowadzić operację . Odwrotną sytuację wykorzystano w czasie II wojny światowej, Zdjęcie pokazuje słynne przerzucenie transportu i wojsk w Normandii. Wykorzystano opadanie wody pływowej i w czasie LW, gdy statki osiadły na plaży, dokonano rozładunku transportowców, Total tide- Rzeczywisty pływ, z jakim mamy do czynienia to zmiana poziomu wody w wyniku oddziaływań astronomicznych i meteorologicznych oraz „ziemski dodatek specjalny”. Astronomical tide- Pływ astronomiczny odnosi się do wznoszenia i opadania poziomu wody w wyniku grawitacyjnego oddziaływania na siebie Ziemi, Słońca i Księżyca. Powtarzalność tych zmian, jej okres jest znany i dokładnie przewidywalny. Dla odróżnienia Meteorological tide- pływ meteorologiczny jest wnoszeniem i opadaniem wody spowodowanej wiatrem i zmianą ciśnienia atmosferycznego. Jaka jest możliwość podania przepowiedni- taka sama jak dokładność przepowiedni meteo- pogodynki. Gdy rozpatrujemy pływy, jako naukę przede wszystkim mówimy o pływach astronomicznych. Siły astronomiczne charakteryzują się swoja okresowością zmian i tą przekazują na wygenerowany pływ. Stąd możemy odpowiednio wyodrębnić, w zależności od częstotliwości występowania: diurnal tides, semidiurnal lub mixed tides. Pracując z pływami powinniśmy rozumieć czym jest pojęcie MHW (mean high water). Jest ono zdefiniowane, jako średnie wzniesienie poziomu wód wysokich, badane w okresie 19 lat. Podobnie definiujemy MLW( mean low water). Tidal epoch – epoka pływowa jest 19 letnim okresem, który obejmuje pełny cykl zmian dla podstawowych sił pływotwórczych. Pływy półdobowe 2 wysokie i 2 niskie wody każdego dnia, o podobnej odpowiednio wielkości czyli 2 podobne HW lub 2 LW. Zmieniają swoja amplitudę w zależności od faz księżyca. Pływy syzygijne, kwadraturowe. Pływy dobowe generują jedną wysoką i jedną niską wodę w ciągu doby księżycowej (24,84 godz.). Pływy mieszane najczęściej o częstotliwości półdobowej, ale z bardzo znacznymi różnicami w poziomie następujących po sobie 2 kolejnych wód wysokich lub2 kolejnych niskich Wysokość pływów i głębokości na mapie podawane są od tego samego poziomu, będzie to zazwyczaj ustalony dla danego miejsca, jeden z najniższych poziomów pływowych. Trzeba pamiętać, że przyjęty Chart datum, ma charakter lokalny i nie może by „ogólnie zastosowany” ponieważ wahania pływowe w znacznym stopniu zależą od samego akwenu, jego fizycznych warunków i mogą się znacznie różnić w jego obszarze- dla przykładu inne będą w ujściu zatoki , a inne przy jej wewnętrznej linii brzegowej. Dla większość ludzi żyjących na brzegach Atlantyku, pływy są zjawiskami, które następują dwa razy dziennie. Ale na niektórych akwenach występuje tylko jeden pływ dziennie (Zatoka Meksykańska, Morze Chińskie, Północny Pacyfik, cześć wybrzeży Australii, morza otaczające Antarktydę, itd.) Wyjątkowo w innych z kolei miejscach, dochodzi czasami do trzech albo czterech pływów tego samego dnia. Rozłożenie pływów do sinusoidalnych fal (tzw. analiza harmoniczna) ujawnia, że są również inne okresy dla fali pływowej niż doba i pół doby, na przykład 6 godzin ma fala M4. W zależności od akwenu, fale te muszą być brane pod uwagę. Porównanie półdobowych i dobowych pływów na świecie. (Credits CLS /Legos). Fioletowy/niebieski kolor wskazuje akweny, na których dominującym jest pływ dobowy. Żółty/czerwony kolor oznacza przewagę pływów półdobowych. Autorzy tego opracowania pytają: na których obszarach odnajdują się najmniejsze skoki pływów: a/ duże szerokości geograficzne b/ małe szerokości geograficzne c/ wschodnie wybrzeża kontynentów, a może zachodnie d/ wybrzeża otwarte na oceany, bezpośrednio nad oceanem e/ zamknięte baseny lub morza Skoki pływowe znacznie różnią się od siebie i od prawie nieznacznych dochodzą do wartości ponad 10 m. Zależy to od wielu czynników, astronomicznych, sezonowych zmian oraz samej batymetrii akwenu. Zbliżając sie do brzegu skoki pływów są znacznie bardziej zróżnicowane, a ich generalny zakres zmian leży w granicy 1,8 – 3,0 metrów. Prawidłowa odpowiedź jest w ostatnim punkcie najmniejszy skok pływu , poniżej 0,5 m tworzy się w morzach zamkniętych takich jak Morze Śródziemne, Morze Japońskie, Morze Karaibskie, a nawet na Arktyce . Nie można wskazać czynnika warunkującego skok pływu -w powiązaniu z szerokością geograficzną na kuli lub wschodnią, czy zachodnią stroną kontynentu, aczkolwiek wyraźnie znaczne skoki pływów występują na wyższych szerokościach geograficznych. Hantsport, Canada Port predictions (Standard Local Time) are -4 hours from UTC Start Date: Today - Saturday 6th March 2010 (Standard Local Time) Duration: 7 days Hantsport, Canada Największe wahanie pływowe występuje w Zatoce Fundy ( Bay of Fundy) we wschodniej Kanadzie, gdzie poziom morza zmienia się do 16,3 metrów w ciągu dnia. Naukowcy przypuszczają, że jest jedno miejsce na Ziemi, gdzie występują jeszcze większe wahania, niż w Fundy Bay – Ungava Bay w Północnym Quebek, w północnowschodniej Kanadzie. Pływy w Leaf Basin w Ungava Bay prawdopodobnie są największe w świecie. Zatoka ta pozostaje tylko 4 miesiące w roku bez pokrywy lodowej i pełne badania są trudne do przeprowadzenia. Analiza oddziaływujących na akwen sił pływotwórczych tj. ich częstotliwości i generowanej przez akwen odpowiedzi sugeruje, że Ungava Bay/Hudson Strait oscyluje w naturalnym okresie drgań równym 12, 7 godz. stąd jego największe wśród akwenów świata zbliżenie do rezonansu z półdobową siła pływotwórczą. Oscylacja Zatoki Fundy to 13,3 godz. Następny na liście olbrzymów jest Kanał Bristolski z 15 metrowymi zmianami, czy Anchorage na Alasce ze skokiem dochodzącym do 12,2 m. Beachley, England Teoria pływu zrównoważonego zakładała : potencjał sił pływotwórczych może być określony z mechaniki nieba jednakowej głębokości oceany pokrywają Ziemię Ziemia nie wiruje, nie oddziaływuje więc siła Coriolisa nie uwzględnione sa siły tarcia Przyjmując takie założenia teoria pływu zrównoważonego pozwala na obliczenie maksymalnego skoku pływu w granicach 0.5 - 1 m. Teoria dynamiczna pływów bierze pod uwagę naturę Ziemi: Ziemia wiruje kontynenty istnieją batymetria dna akwenów jest potężnie zróżnicowana oddziaływują siły tarcia Pierre Laplace, w 1775 r. sformułował dynamiczną teorię pływów. Według niej, Księżyc i Słońce generują w oceanie ruchy wahadłowe mające charakter falowy. W prowadzonych badaniach zastosował zasady hydrodynamiki. Stwierdził, że okres wahania powierzchni morza równa się okresowi oddziaływania siły zewnętrznej, a gdy równocześnie oddziałuje kilka sił, wówczas każdą spowodowaną przez nie zmianę poziomu wody można analizować z osobna. Wypadkowe wahania stanowią sumę wahań elementarnych. Uwzględnił fale pływowe wymuszone oraz fale swobodne (gdzie prędkość przemieszczania grzbietów zależy od głębokości). Obok astronomicznie wygenerowanej siły należy rozważyć dodatkowy element B środowisko ziemskie, w którym rozchodzi się fala pływowa. Olbrzymią różnorodność obserwowanych w rzeczywistości pływów powoduje batymetria akwenów i efekt siły Coriolisa oddziaływującej na obracającą się wokół osi Ziemię. Falowa natura pływów By zrozumieć lepiej powyższe należy przyjąć pewne założenie: wygenerowane wzniesienie pływowe rozchodzi się na kuli ziemskiej w postaci fali, będziemy mówić więc o falowej naturze pływu. Dla teoretycznego pływu zrównoważonego (equilibrium tide – teorii zaproponowanej przez Bernoulliego w 1740), który powstałby na Ziemi pozbawionej kontynentów z odpowiednio głębokim oceanem, wezbranie wody tworzy się na powierzchni kuli bezpośrednio pod Księżycem lub Słońcem i na ich antypodach. I dalej, co najważniejsze wezbranie to nadąża za działającą siłą. Występuje dokładnie na ścieżce pozornego ruchu słońca na Ziemi. To tak jakby codziennie o 1200 w południe, na każdym południku, pojawiała się wysoka woda słoneczna. Był to ogromny krok naprzód w zrozumieniu teorii pływów i dalszego jej rozwinięcia. Przed Bernoullim, przyjmowano mnóstwo dziwacznych teorii włącznie z taką, że pływy są rozumiane jako oddech oceanów (wdech i wydech). By nadążyć za Słońcem czy Księżycem wezbranie musiałoby się poruszać z prędkością ponad 1600 km/godz. (na równiku prędkość wywołana obrotem Ziemi wynosi około 1674,4 km/h, bieguny natomiast pozostają w miejscu). Fala pływowa nie jest w stanie nadążyć za generującą ją siłą, bo niewyobrażalna masa wody musiałaby się przesuwać wokół Ziemi w ciągu jednego dnia - z prędkością współczesnego samolotu – co oczywiście jest niemożliwe ( najszybszy samolot pasażerski świata Tu 144 vmax = 2800km/godz.). Wykazał to w 1755r. P. S. de Laplace, gdy przedstawił swoją dynamiczną teorię pływów. Mamy na obwodzie kuli ziemskiej wezbranie wody z 2 grzbietami i 2 dolinami. Długość jakiejkolwiek fali rozumiana jest jako odległość między jej grzbietami. Fala pływowa przybiera więc teoretycznie długość połowy obwodu Ziemi, czyli około 20000 km. Taką falę nazywamy falą długą, a dokładniej -płytkowodną. Fala płytkowodna to taka, dla której jej długość jest niewspółmiernie większa od głębokości na której się tworzy. Aby więc zachować tę równikową prędkość 1600 km/h (nadążania za siłą pływotwórczą) głębokość teoretycznego oceanu winna wynosić 22 km (22000 m). Ocean średnia głębokość Spokojny 4028 m Atlantycki 3602 m Indyjski 3963 m najgłębszy punkt Rów Mariański 11034 m Puerto Rico 9219 m Sunda (Jawajski) 7455 m Arktyczny 1131 m Ponieważ głębokości oceanów są znacznie mniejsze od 22 km, wezbrania pływowe przemieszczają się jak fale wymuszone (tak jak wiatrowe), których długość i prędkość rozchodzenia będą zamieniały się wraz z głębokością. C= √g x h λ= c x T Akwen Prędkość fali 4000 m T – okres fali (fala półdobowa, dobowa) 715 km/h Długość fali dobowej 17720 km Długość fali półdobowej 8860 km 200 m 160 3960 km 1980 km 50 m 80 1980 km 990 km 20 m 50 1250 km 625 km Tak więc zmienna głębokość akwenu będzie odpowiadała za zmianę długości fali pływowej i jej prędkość propagacji. W tabelce widać spowolnienie fali na płytkowodziu. P. S. de Laplace przyjął teorię D. Bernoulliego, o falowym charakterze pływu, ale wskazał, że każdy akwen (każda określona objętość płynu) ma swoją preferowaną częstotliwość falowania. Jeżeli jakaś siła chce wymusić na akwenie dodatkowy ruch, odpowiedź będzie tym silniejsza, im zbliżone będą częstotliwości własne i działającej siły. Do zjawiska rezonansu dochodzi wtedy, gdy częstotliwości drgań są do siebie dopasowane. Gdy częstotliwości nie są do siebie dopasowane, to przekazywanie energii zachodzi znacznie słabiej (najczęściej tak słabo, że jest niezauważalne). Kto potrafi grać na gitarze, rozumie zjawisko rezonansu akustycznego. Przy prawidłowo nastrojonej gitarze struna 6-ta przyciśnięta na 5-tym progu ma taką samą częstotliwość drgań tonu podstawowego (najważniejszego w tym przypadku), jak nie przyciśnięta struna 5-ta. Dlatego zachodzi przekazanie energii drgań od jednej struny do drugiej. Częstotliwości rezonansowe zależą od rozmiarów zbiornika; im większy (szerszy lub głębszy) tym większy jest okres rezonansu. Można określić częstotliwości rezonansowe dla akwenu mając jego wymiary. Odwrotnie też, możliwe jest określenie rozmiaru, który musiałby posiadać akwen, by wpadać w rezonans z częstotliwościami sił pływotwórczych. P. S. de Laplace zakładając nadal teoretyczny ocean, czyli Ziemię bez kontynentów- obliczył głębokości jakie musiałby mieć ocean by być w rezonansie z częstotliwością sił pływotwórczych. W jego obliczeniach ocean jest w rezonansie z półdobowym pływem księżycowym jeśli głębokość równa się = 1965 m i ponownie gdy wynosi 7937 m; rezonans z siłą półdobową słoneczną pojawia się dla 2248 i 8894 m. Rezonans Lunar semidiurnal Direct response mniejsze niż 1965 1965 m Inverse response pomiędzy Solar semidiurnal mniejsze niż 2248 2248 m pomiędzy Rezonans 7937 m 8894 m Direct response Głębokości większe niż 7937 Głębokości większe niż 8894 Dla pozostałych głębokości ocean nie byłby w rezonansie, ale pokazałby odwrotną odpowiedź (Inverse response) dla wszystkich głębokości w zakresie pomiędzy głębokościami rezonansowymi., Płytszy lub głębszy ocean pokaże bezpośrednią, stałą odpowiedź (Direct response). Tak więc dla przykładu, proszę spojrzeć na tabelkę- ocean z głębokością 2000 m miałby bezpośredni, stały słoneczny pływ półdobowy i Inverse półdobowy księżycowy pływ. Późniejsze uzupełnienia dynamicznej teorii powtórzyły obliczenia Laplace‟a dla oceanów ograniczonych zróżnicowaną linią wybrzeży. Zmodyfikowały nieco, częstotliwości rezonansowe dla oceanicznych basenów, ale główna zasada pozostała: bliskość częstotliwości działania siły pływotwórczej do jednej z częstotliwości rezonansowych akwenu określa amplitudę fali pływowej, jaka generowana jest na akwenie. Również determinuje fazę tj. pojawienie się niskiej i wysokiej wody w odniesieniu do kulminacji Księżyca i Słońca. Prędkość, przy której fala pływu może się rozprzestrzeniać zależy od głębokości akwenu Kształt basenów oceanicznych (np. otwarty, zamknięty, szeroki, wąski) decyduje o zachowaniu fali pływu, fala progresywna, stojąca Tarcie działa, spowalniając falę pływu, a jednocześnie siła tarcia oddziaływując na litą Ziemię, spowalnia jej rotację. W przeszłości doba trwała 22 godz., a rok miał około 400 dni. Na otwartych rozległych akwenach ruch fali pływowej tworzy system amfidrom Możemy powiedzieć, że umiemy podsumować wiedzę o pływach na otwartych oceanach. Naukowcy udowodnili, że tylko wielkie oceany mają potencjał, by udzielić odpowiedzi na działające siły pływotwórcze. Generalnie wyjaśniono przyczynę działania tych sił, częstotliwość zmian, okresowość i ciągłość zjawiska. Ale co dalej z falą pływu dzieje się na szelfie kontynentalnym i płytkowodziu, do jakich zjawisk na takich wypłyconych wodach dochodzi? Mniejsze akweny, takie jak małe morza, czy estuaria nie mogą samoistnie wyprodukować odpowiedzi na działające siły. Jeżeli jest wahanie pływowe na akwenie wynika ono z siły działania prądu pływowego głębokiego oceanu, którego wody wlewają się okresowo przez jakieś połączenie np. cieśninę. Tak generowane zmiany pływowe nazywamy pływami ko-oscylacyjnymi. Pływy ko-oscylacyjne są to zmiany poziomu wód wygenerowane falą pływową dużego zbiornika i jej wpływem na mniejszy akwen, którego rozmiar nie pozwala na indywidualną odpowiedź sile pływotwórczej. Na zdjęciu wykonanym przez astronautów Międzynarodowej Stacji Kosmicznej widać olbrzymiej wielkości falę pływową (tidal bore), będącą wynikiem wygenerowanego na Atlantyku pływu, którego wody przenikają kanałem uformowanym przez Cieśninę Gibraltarską. -veimages.gsfc.nasa.gov Gwałtowne zmiany warunków meteorologicznych jak np. przejście intensywnego niżu lub szkwałów mogą spowodować zmiany poziomu morza znane, jako sejsze. Sejsza to swobodna fala stojąca, powstająca w zamkniętych morzach, zatokach i jeziorach pod wpływem wyraźnego zaburzenia równowagi wody (w jednej części zbiornika poziom wody podnosi się, a w drugiej jednocześnie opada). Nazwa pochodzi od "poruszać się w tę i z powrotem" (w szwajcarskim dialekcie języka francuskiego), a zaproponował ją szwajcarski hydrolog Francois A. Forel w roku 1890, po obserwacjach nad Jeziorem Genewskim. Wszystkie większe jeziora mają małe ruchy sejszowe. Sejsze są obserwowane również np. na jeziorze LochNess w Szkocji. W Stanach Zjednoczonych na Wielkich Jeziorach ruch sejszowy nazywany jest "sloshing" ("poruszać się w tę i z powrotem"). Typowe ruchy sejszowe powierzchni wody mają amplitudę kilku centymetrów. Morze Północne ma często ruchy sejszowe o okresie 36 godzin. Sejsze jeziorne mogą powstawać bardzo szybko. Dla przykładu 13 czerwca 1995 na Jeziorze Górnym w kompleksie Wielkich Jezior sejsze miały amplitudę około 1,2 metra i powstały przez 15 minut. Na Jeziorze Michigan w USA zaobserwowano 3-metrowe sejsze 26 czerwca 1954 roku. Okres czasu pomiędzy kolejno następującymi falami może wynosić od kilku minut do około dwóch godzin, a wysokość fali od 1 cm do 1 m. Naturalny okres drgań fali dla prostopadłościennego zbiornika wynosi: gdzie: T - okres w sekundach, L - długość zbiornika w metrach, d - średnia głębokość w metrach, g - przyspieszenie ziemskie. Oscillation of a closed basin on (a) a non-rotating and (b) a rotating earth (northern hemisphere). © 1999 M.Tomczak a) Rysunek z lewej strony pokazuje zamknięty zbiornik, w którym dochodzi do oscylacji typu fala stojąca. Na końcach zbiornika cząsteczki wykonują ruch pionowy osiągając znaczne amplitudy zmian, a w środku zbiornika biała linia wskazuje linię węzła, gdzie nie zmienia się poziom wody. Gdyby uruchomić animacje w pasie białej linii nie ukazywałby się w ogóle ruch pionowy, woda przesuwa się tylko horyzontalnie tam i z powrotem. Gdyby ziemia się nie obracała, to we wszystkich małych czy zamkniętych akwenach byłaby tylko tego typu oscylacja. Pływy co-oscylacyjne* w małych zatoczkach, które słabo doświadczają siły Coriolisa wynikającej z obrotu ziemi, mogą mięć taki charakter fali stojącej. Zazwyczaj jest to przypadek wąskiego długiego basenu, tak jak kanał czy wąskie jezioro, gdzie ruch cząsteczek wody przebiega raczej wzdłuż dużej osi basenu , a nie w poprzek. Małe morza , długie wąskie zatoki mają swoją własną częstotliwość oscylacji i określoną częstotliwość rezonansową zależną od wymiarów zbiornika. Jeżeli dojdzie do rezonansu - oddziaływań wymuszonych i własnych zbiornika wówczas mamy do czynienia z maksymalnymi pływami, tak jak w Zatoce Fundy. Wytwarza się tam fala stojąca z maksymalnym skokiem pływu na wewnętrznym końcu zatoki. Zatoka ma 151 km długości, 31 km szerokości i przy syzygijnych pływach max poziom wznosi się do 21 m. Jak to możliwe? Dwa razy dziennie ponad 100 bilionów ton morskiej wody porusza się do i z Zatoki Fundy (move in/ out). Wody tej zatoki odpowiadają lub nawet sa większe niż wszystkie zasoby słodkich rzek Świata. Każdy cykl pływu w Zatoce Fundy zajmie 6 godzin, 13 minut ze średnim pływowym skokiem 13,8 m. największy skok wyniósł 16,8m. Okres swobodnej oscylacji zatoki wynosi 13,3 godz. i jest on bliski do okresu oddziaływania półdobowej, księżycowej siły pływotwórczej M 2. Credit: Jeff Schmaltz; MODIS team; NASA , Posted on: Friday, 5 February 2010, 07:12 CST Amphidroma – system oscylacji wykształcony w wyniku siły Coriolisa. Amphidromic point - punkt amfidromiczny, wokół którego następuje oscylacja na akwenie, nie ma w nim zmian poziomu wody. Co- tidal line - linie kotydalne – jednakowa faza pływu. Co- range, co- amplitude line (linie jednakowych skoków, jednakowych amplitud pływów. Niewiele oceanów posiada linię, czy nawet węzeł. Oczywiście powodem jest siła Coriolisa, która na wirującej Ziemi na półkuli północnej odchyla prostoliniowy ruch cząsteczek w prawo. Tak więc na obracającej się Ziemi, linia węzła zredukowana jest do punktu nazywanego punktem amfidromicznym. Fala pływowa obraca się wokół punktu amfodromicznego, zwykle zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej i odwrotnie na północnej anticlockwise. Jest w takim układzie tylko jeden punkt bez pionowego ruchu wody, właśnie punkt amfidromiczny. Gdy akwen ma wystarczające wymiary we wszystkich kierunkach fala pływowa przemieszcza się wzdłuż granic akwenu, ale w kołowym ruchu wokół punktu amfodromicznego. The M2 tidal constituent, the amplitude indicated by color. The white lines are co- tidal lines spaced at phase intervals of 30° (a bit over 1 hr). Uwagi do diagramu na poprzednim slajdzie, ukazującym system propagacji fali pływowej na oceanach Układ amfidrom przedstawiono dla największej składowej harmonicznej M2półdobowej księżycowej. Linie kotydalne to punkty, które osiągają ten sam stan pływu w tym samym czasie (np. w tym samym czasie jest wysoka woda na tej linii dla wszystkich punktów). Przebieg i układ takiej propagacji jest bardzo zróżnicowany na oceanach. Np. fala pływowa wzdłuż wybrzeża Chile i od południowego Meksyku przemieszcza się na południe, a z Zatoki Kalifornijskiej do Alaski propagacja fali ma kierunek północny. Na północnym Atlantyku z kolei fala pływowa zakreśla pełna amfiodromę wokół swojego p. amfodromicznego. Zdegenerowana amfidroma Wyspy Madagaskar i Nowa Zelandia są punktami amfidromicznymi w takim sensie, że fala pływowa przemieszcza się wokół (przeciwnie do ruchu wskazówek zegara w obu przypadkach) w okresie około 12,5 godz. Warto zauważyć, że w obu również przypadkach amplituda pływów w niektórych miejscach tych wybrzeży jest znaczna. Atlantyk wykazuje tendencję silniejszej odpowiedzi na półdobową siłę pływotwórczą; dlatego pływy u wybrzeży Atlantyku i wokół Wysp Brytyjskich mają charakter półdobowy (2 wody wysokie i 2wody niskie w ciągu doby księżycowej) znacznie bardziej reagując na zmianę faz Księżyca, aniżeli zmianę deklinacji. Duże pływy pojawiają się w syzygii, blisko nowiu lub pełni Księżyca. Małe pływy pojawiają się w kwadraturze , blisko I i III kwadry. Największe pływy w ciągu roku powstają w syzygii przypadającej blisko zrównania dnia z nocą ( 21.03, 23. 09 ), gdy Słońce i Księżyc mają zerową deklinację. Pacyfik w całym swym akwenie silniej odpowiada na siłę o charakterze dobowym i dlatego w pływach tej części świata dominuje duża składowa dobowa. W tych obszarach, największe pływy związane są z maksymalną deklinacją Słońca i Księżyca , czyli w okolicach letniego i zimowego przesilenia ( 22. 06, 22.12 ). Obszary wód: południowo-zachodniego Pacyfiku wokół Nowej Gwinei, Wietnamu i Zatoki Tonkińskiej oraz Morza Jawajskiego są w przeważającym stopniu dobowe. Pływy mieszane, dla których siły pływotwórcze o charakterze dobowym i półdobowym są jednakowo ważne, cechuje przede wszystkim tendencja dużych nierówności dobowych. Uwidaczniają się one w wysokościach dwóch sąsiednich wód wysokich, wód niskich lub dotyczy obu skrajnych stanów pływowych. Okazjonalnie pływ może nawet przyjąć charakter dobowy. Pływy mieszane odnajdujemy wzdłuż zachodnich wybrzeży Stanów Zjednoczonych (Pacyfik), wschodnich wybrzeży Zachodniej Malezji, przy Borneo, Australii i na wodach południowozachodniej Azji. Gdy fala pływowa dociera na płytkowodzie , zmniejsza się jej prędkość rozchodzenia. Grzbiet fali pływu na płyciźnie porusza się szybciej niż dolina ; powoduje to w rezultacie wystromienie czoła fali i co za tym idzie, wzrost wysokości fali pływowej. Dalsze konsekwencje to zmiana czasu trwania pływu; wznoszenie staje się krótsze aniżeli czas opadania pływu. Te wszystkie efekty płytkowodzia pojawiają się w większym lub mniejszym stopniu w pływach, we wszystkich wodach przybrzeżnych. Amplituda ( wysokość ) fali pływowej wzrasta znacznie, gdy fala przemieszcza się w estuarium zwężającym się od swojego szerokiego wejścia. Dodatkowo przy odpowiednich głębokościach takich akwenów może dojść do powstania zjawiska pływów rezonansowych , o anormalnie dużych skokach ; Zatoka Penżyńska na Morzu Ochockim- skok pływu osiąga wartość 12 m, w Kanale Bristolskim u zachodnich wybrzeży południowej Anglii - 15 metrów, w zatoce Fundy 17 metrów. W niektórych miejscach, płytkowodzie jest przyczyną powstawania większej liczby wód wysokich bądź niskich, aniżeli dwie w ciągu doby pływowej. Dla przykładu w Southampton powstają dwie wody wysokie z przedziałem około 2 godzin pomiędzy nimi. Dalej na zachód wybrzeża, w Portland, dominującym czynnikiem jest podwójna woda niska. Podwójne pływy charakteryzują również wody holenderskie, i wiele innych miejsc. W praktycznym znaczeniu tego podwójnego efektu pływu otrzymujemy dłuższy czas bezruchu wody wysokiej lub niskiej pływu ( stand of tide). . Z powodu dużego zniekształcenia fali pływu na płytkowodziu, u południowych wybrzeży Anglii między Swanage a Selsey, opracowano dla tych miejscowości specjalne krzywe pływu w oparciu o wodę niską. Krzywe i instrukcje do nich zawarte są w Admiralty Tide Tables - Volume I. Krzywa pływu opracowana dla portu standard Southampton jest również nietypowo oparta o wodę niską ze względu na złożony przebieg pływu wokół wody wysokiej. Największa (wypiętrzająca się do 8 m.) fala pływowa typu „bore” powstaje na rzece Qiantang w Chinach. Saturday, August 04, 2007 Chien Tang River tidal bore W wydłużonych i zwężających się estuariach, szczególnie tam, gdzie skok pływu osiąga duże wartości, wchodząca w ujście fala pływu bardzo często przemieszcza się w górę rzeki na znaczne odległości (fala pływu na Amazonce dociera na odległość 1400 km od ujścia, na rzece Świętego Wawrzyńca 700 km). Amazonka, niektóre rzeki Anglii (Severn !), rzeki Francji wpadające do Atlantyku i wiele jeszcze innych to przykładowe dla tego zjawiska rzeki. Może powstać wtedy następne, szczególne, zjawisko nazwane falą pływową „ bore”, „eagre”, „mascaret” „bor”. Co jest przyczyną powstania fali „bore”. Otóż małe głębokości, nachylenie dna oraz istnienie własnego prądu stanowią przeszkodę na drodze normalnego przemieszczania się fali pływu w górę rzeki. Szczególnego hamowania w swym ruchu doznaje dolina fali pływu, a co za tym idzie w miarę przesuwania się w górę rzeki maleje odległość między grzbietem fali a poprzedzającą go doliną. Czoło fali staje się bardzo strome i przemieszcza się w górę rzeki w postaci wyraźnego wału wody. Fala taka osiąga wysokość 1-3 metrów, a prędkość jej ruchu w górę rzeki 9-11 węzłów. W niektórych przypadkach falę tę obserwuje się na odcinku 80 km. W rzeczywistości mamy do czynienia z kilkoma falami bardzo bliskimi od siebie, widać to na zdjęciach. Jest całkiem oczywiste , że nawigator wchodząc na rzekę, na której występuje opisane zjawisko, powinien wiedzieć gdzie i w jakich rozmiarach może je napotkać. Brak tej wiedzy może doprowadzić do groźnych awarii. Pororoca jest falą pływową typu „bore” wchodzącą z Oceanu Atlantyckiego na 13 km w głąb lądu, w górę rzeki, Amazonki. Czoło fali wypiętrza się na 4 metry. Najpełniej zjawisko to odnotowuje się w okresie syzygii, szczególnie w okresie luty-marzec. Nazwa „pororoca” pochodzi z autochtonicznego języka Tupi, w którym oznacza „potężny niszczący hałas“. W 2003 Brazylijczyk Picuruta Salazar wygrał zawody surfingowe, z przepłynięciem 12.5 kilometrów podczas 37 minut. The tidal bore on Britain's longest river Warunki meteorologiczne odstępujące od wartości średnich spowodują odpowiednie różnice między przepowiednią a rzeczywistym pływem. Wiatr i ciśnienie Różnice w wysokości pływu są , przede wszystkim , wynikiem oddziaływania silnych lub długotrwałych wiatrów oraz utworzenia się nadzwyczaj wysokiego lub niskiego ciśnienia barometrycznego. Różnice między czasem przepowiedni a rzeczywistym momentem wody wysokiej, czy niskiej powstają głównie z powodu oddziaływania wiatru. Oddziaływanie wiatru na poziom morza , a co za tym idzie na wysokość i czas pływu jest niezmiernie różnorodne; zależy przede wszystkim od topografii akwenu. Ogólnie można powiedzieć, że wiatr podniesie poziom wody w tym kierunku, w którym wieje. Silne wiatry wiejące prosto w kierunku brzegu „spiętrzą” wodę i spowodują, że wysokie wody będą wyższe od przepowiedzianych, a wiatry wiejące od brzegu będą powodować zjawisko odwrotne. Wiatry wiejące wzdłuż brzegu umożliwią powstawanie długich fal wzdłuż wybrzeża, z podniesionym poziomem morza na grzbiecie fali i obniżonym w dolinie. Fale te są znane jako wezbrania sztormowe i będą omawiane w następnych slajdach. Analiza statystyczna wskazuje na standardowe odchylenie dla różnicy między przepowiednią a rzeczywistą wartością pływu , podając wielkości : 0.2 metra w stosunku do wysokości i 10 minut dla czasu. Przepowiednie pływów są obliczane dla średniej wartości ciśnienia atmosferycznego. Różnica o 34 milibary od średniej wartości może spowodować różnicę w wysokości pływu o około 0.3 m. Niskie ciśnienie będzie miało tendencję do podnoszenia poziomu morza, a wysokie odwrotnie spowoduje obniżenie poziomu. Należy pamiętać, że poziom wody nie ulega gwałtownym zmianom, w odpowiedzi na zmianę ciśnienia , a raczej reaguje na średnie zmiany ciśnienia nad znacznym obszarem. Wezbrania sztormowe są wyjątkowo wysokim poziomem wody spowodowanym przez warunki meteorologiczne. Wyjątkowo wysoki poziom wody oznacza poziom wody większy niż najwyższy pływ syzygijny, Wezbranie sztormowe i pływ syzygijny nie powinny się ze sobą spotykać ! From a storm surge at Bryggen in Bergen during the storm Inga 12 of January 2005 (Photo: Eirik Hagesæther) Tidal surges- powstają w zatokach i ujściach rzek wtedy, gdy prędkość rozchodzenia się fali pływowej, zmniejszona na płytkowodziu, jest porównywalna z prędkością fali sztormowej. Fala pływu jest wtedy „zasilana” przez sztorm i stopniowo wzrasta jej wysokość (amplituda). W pewnych okolicznościach wezbranie sztormowe może osiągnąć znaczną wysokość, 3 metry to spotykana już wartość, a jeśli szczyt fali zdarzy się w czasie wysokiej wody syzygijnej, powoduje znaczne powodzie i szkody wzdłuż linii brzegu. Można się spodziewać, że powstanie wezbranie sztormowe - kiedy intensywnej depresji barycznej, przesuwającej się z krytyczną szybkością nad obszarem stanowiącym wejście do zatoki , towarzyszą sztormowe wiatry wiejące w kierunku zatoki. Takie wezbrania są spotykane na południowym krańcu Morza Północnego i w Zatoce Bengalskiej. Mogą być poprzedzone nienormalnym bezruchem pływu w czasie niskiej wody (abnormal stand at low water). Wiatr i ciśnienie to czynniki często wpływające na zmianę poziomu morza. Zmiany te nakładają się na normalny cykl pływu. Wzniesienie poziomu morza jest rozumiane jako dodatnie wezbranie (positive surge), a obniżenie, jako ujemne wezbranie (negative surge). Zarówno dodatnie jak i ujemne wezbranie może zmienić czas przepowiedni pływów, HW i LW, często aż do 1 godz. Wezbrania sztormowe (storm surges) są niezwykle niebezpiecznymi wezbraniami dodatnimi. Są znaczne, kiedy tworzą się na wodach szerszej i większej zatoki , jaką np. tak naprawdę jest Morze Północne., Północne wiatry podnoszą na tym akwenie średni poziom morza - na jego południowym krańcu, powodując wezbranie dodatnie. Zdjęcie wielkich fal w Seaham, County Durham, Morze Północne. Silne wezbranie pływowe -tidal surgespowodowało znacznie większą wodę wysoką, aniżeli normalną wodę wysoką pływu. Połączenie silnego wiatru, ekstremalnie niskiego ciśnienia i wezbrania sztormowego potrafi podnieś poziom morza wokół wschodniego wybrzeża Anglii o dodatkowe 2 metry. Niszczące fale, załamujące się na stacji ratownictwa morskiego w Southwold w Suffolk, we wschodniej Anglii, November 9, 2007 - podczas silnych wiatrów, wysokich pływów i wezbrania pływowego (strong winds, high tides, and tidal surges). Policja nakłoniła tysiące rodzin na opuszczenie domów, gdy wybrzeża Norfolk i Kent przygotowały się na poważne wezbranie pływowe spowodowane gwałtownym wzrostem poziomu Morza Północnego. Z kolei, wezbrania ujemne mają ogromne znaczenie dla dużych statków, płynących z małym zapasem wody pod stępką. Takie wezbrania (ujemne) są najbardziej widoczne w ujściach rzek i na płytkowodziach. Zdarzają się, kiedy silne wiatry mają tendencję „wywiewania” wody z zatoki lub podobnego akwenu. Np. na Morzu Północnym silne południowe wiatry będą powodować wezbranie ujemne poziomu morza na jego południowym krańcu. Obniżenie poziomu morza o 1 m. nie jest niezwykłą zmianą, a obniżenia do 2 m również były odnotowane. W praktyce, pływy różnią się znacznie od księżycowo-słonecznego pływu zrównoważonego (luni-solar equilibrium tide), zdefiniowanego w statycznej teorii pływów. Odpowiedzialne za to są : rozmiar, głębokość i konfiguracja basenów oceanicznych, masywy lądowe, tarcie i bezwładność mas wody, które muszą być pokonane w poszczególnych basenach wodnych , itd. By w basenie wodnym utworzył się zauważalny pływ, potrzebne jest wygenerowanie odpowiednio dużej siły pływotwórczej. Spełnienie tego warunku jest możliwe w przypadku dużego basenu wodnego. Wielkie oceany świata- Pacyfik, Atlantyk i Ocean Indyjski są wystarczająco duże, aby mogły wygenerować się pływy. Warto również pamiętać, że nasze oceany musimy traktować, nie jako jednolite ciała wodne a raczej, jako zespoły wielu basenów wodnych, o specyficznych cechach np. charakterystycznym tylko dla siebie naturalnym okresie oscylacji. Właśnie ta cecha jest decydującym czynnikiem, określającym odpowiedź wód poszczególnych basenów, na oddziaływanie różnych w swym charakterze sił pływotwórczych: półdobowych, dobowych czy mieszanych. Stąd właśnie w praktyce określamy dany akwen, jako taki, w którym dominują pływy półdobowe, dobowe, mieszane. The Ocean Tides sub-group of the Topex/Poseidon Scientific Working Team (SWT) has selected a new set of tide-gauge stations to help evaluate new ocean tide models. It comprises 103 stations in the global ocean: AVISO -Tide gauges location. Tide gauges data sets come from WOCE (World Ocean Circulation Experiment), IAPSO (Inter-Agency Procurement Services Office) and BHI (Bureau Hydrographique International).
