Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Долгопериодические приливы - это гравитационные приливы с периодами более одного дня, обычно с амплитудами в несколько сантиметров или меньше. Долгосрочные приливные составляющие с относительно сильным воздействием включают двухнедельные лунные (Mf) и лунные месячные (Ms), а также солнечные полугодовые (Ssa) и солнечные годовые (Sa) составляющие.

Анализ изменения расстояния Земли относительно Солнца, Луны и Юпитера, сделанный Пьером-Симоном де Лапласом в 18 веке, показал, что периоды изменения силы тяжести группируются по трем видам: полусуточные и суточные составляющие приливов и отливов. которые имеют периоды в день или меньше, а также долгопериодические приливные составляющие.

Помимо того, что периоды длиннее суток, долгопериодические приливные воздействия отличаются от воздействий первого и второго видов зональной симметрией. [ требуется уточнение ] Долгопериодные приливы также различаются по тому, как реагируют океаны: воздействия происходят достаточно медленно, чтобы не вызывать поверхностные гравитационные волны . Возбуждение поверхностных гравитационных волн является причиной полусуточных приливов большой амплитуды, например, в заливе Фанди. Напротив, океан реагирует на длительные приливные воздействия комбинацией равновесного прилива и возможного возбуждения нормальных мод баротропных волн Россби [1]

Три графика. На первом изображены приливы и отливы, повторяющиеся дважды в день с почти регулярными высокими и низкими отметками. Второй показывает гораздо более изменчивые приливы и отливы, которые образуют «смешанный прилив». Третий показывает дневной период суточного прилива.
Типы приливов

Механизм формирования [ править ]

Гравитационные приливы вызваны изменениями относительного местоположения Земли, Солнца и Луны, орбиты которых слегка нарушены Юпитером. Закон Ньютона всемирного тяготения гласит , что сила тяготения между массой в контрольной точке на поверхности Земли , а другой объект , такой как Луна обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. склонениеЛуны относительно Земли означает, что, поскольку Луна вращается вокруг Земли в течение половины лунного цикла, Луна находится ближе к Северному полушарию, а во время другой половины Луна находится ближе к Южному полушарию. Это периодическое смещение расстояния порождает двухнедельный лунный приливный компонент. Эллиптичность лунной орбиты дает начало лунной ежемесячной приливной составляющей. Из-за нелинейной зависимости силы от расстояния существуют дополнительные приливные составляющие с частотами, которые являются суммой и разностью этих основных частот. Дополнительные основные частоты вводятся движением Солнца и Юпитера, таким образом, приливные составляющие существуют на всех этих частотах, а также во всех суммах и разностях этих частот и т. Д.Математическое описание приливных сил значительно упрощается за счет выражения сил в терминах гравитационных потенциалов. Поскольку Земля является приблизительно сферой, а орбиты приблизительно круговые, также оказывается очень удобным описывать эти гравитационные потенциалы в сферических координатах, используя разложения по сферическим гармоникам.

Океанический ответ [ править ]

При определении реакции океана на приливное воздействие необходимо учитывать несколько факторов. К ним относятся эффекты нагрузки и взаимодействия с твердой Землей, когда масса океана перераспределяется приливами, а также эффекты самогравитации океана на самом себе. Однако наиболее важным является динамический отклик океана на приливное воздействие, удобно выраженный в терминах приливных уравнений Лапласа. Из-за их длинных периодов поверхностные гравитационные волны не могут быть легко возбуждены, и поэтому долгое время считалось, что приливы с долгим периодом почти находятся в равновесии с воздействием, и в этом случае высота прилива должна быть пропорциональна возмущающему потенциалу, а индуцированные течения должны быть очень слабыми. .Таким образом, стало неожиданностью, когда в 1967 году Карл Вунш опубликовал высоту приливов для двух составляющих в тропической части Тихого океана с явно неравновесными приливами.[2] Совсем недавно спутниковые измерения уровня моря подтвердили неравновесный характер лунного двухнедельного прилива (ГЭРИ Д. ЭГБЕРТ и РИЧАРД Д. РЭЙ, 2003: Отклонение долгопериодических приливов от равновесия: кинематика и геострофия, Дж. . Phys. Oceanogr., 33, 822-839), например, в тропической Атлантике. Подобные расчеты для лунного месячного прилива показывают, что этот компонент с более низкой частотой ближе к равновесию, чем двухнедельный.

Был выдвинут ряд идей относительно того, как океан должен реагировать на длительные приливные воздействия. Несколько авторов в 1960-х и 1970-х годах предположили, что приливное воздействие может генерировать резонансные баротропные волны Россби, однако эти моды чрезвычайно чувствительны к диссипации океана и в любом случае лишь слабо возбуждаются долгопериодным приливным воздействием (Картон, Дж. А., 1983 : Изменение частоты длиннопериодических приливов (J. Geophys. Res., 88,7563–7571). Другая идея заключалась в том, что волны Кельвина могут быть возбуждены в течение длительного периода. [3] Совсем недавно Эгберт и Рэй представили результаты численного моделирования, предполагающие, что неравновесное приливное повышение лунных двухнедельных периодов более тесно связано с обменом массой между океанскими бассейнами.

Влияние на лунную орбиту [ править ]

Влияние долгопериодических приливов на лунную орбиту - спорная тема, в некоторых литературных источниках делается вывод, что долгопериодические приливы ускоряют Луну и замедляют Землю. [4] [5] Однако Ченг [6]обнаружили, что рассеяние долгопериодических приливов тормозит Луну и фактически ускоряет вращение Земли. Чтобы объяснить это, они предположили, что вращение Земли не зависит напрямую от вывода вынуждающего потенциала для долгопериодических приливов, поэтому форма и период долгопериодических составляющих не зависят от скорости вращения. Что касается этих составляющих, то Луну (или Солнце) можно представить как вращающуюся вокруг невращающейся Земли в плоскости с соответствующим наклоном к экватору. Затем приливная «выпуклость» отстает от движущейся по орбите Луны, тем самым замедляя ее по орбите (приближая ее к Земле), и за счет сохранения момента количества движения вращение Земли должно ускоряться. Но это качественный аргумент, и количественное разрешение противоречивых выводов все же необходимо. [1]

Полюсный прилив [ править ]

Еще одна приливная составляющая является результатом центробежных сил, обусловленных, в свою очередь, так называемым полярным движением Земли. Последний не имеет ничего общего с гравитационными моментами, действующими на Землю со стороны Солнца и Луны, но «возбуждается» геофизическим переносом массы на самой Земле или в самой Земле, учитывая (небольшую) сплющенность формы Земли, что на самом деле приводит к возникновению к вращательному движению типа Эйлера с периодом около 433 дней для Земли, известному как колебание Чандлера (по имени его первого первооткрывателя Сета Чендлера в конце 1900-х годов). Между прочим, эйлерово колебание аналогично колебательному движению вращающейся летающей тарелки, брошенной не так идеально. С точки зрения наблюдений (возбужденное) чандлеровское колебание является основным компонентом полярного движения Земли.Одним из эффектов полярного движения является возмущение устойчивой центробежной силы, которую ощущает Земля, в результате чего Земля (и океаны) слегка деформируются в соответствующие периоды, известные как полюсный прилив. Как и в случае с долгопериодными приливами, полюсный прилив предположительно находится в равновесии, и исследование полюсного прилива в масштабе океанического бассейна, кажется, согласуется с этим предположением.[7] Равновесная амплитуда полюсного прилива составляет около 0,5 см в максимуме на 45 градусах северной и южной широты. Однако в региональном масштабе результаты наблюдений менее ясны. Например, записи мареографов в Северном море показывают сигнал, который, казалось, был неравновесным полюсным приливом, который, как предположил Вунш, связан с резонансом, связанным с возбуждением баротропных волн Россби, но О'Коннор и его коллеги предполагают, что это действительно так. вместо этого выдуваемый ветром. [8]

Использование [ править ]

Долгопериодические приливы очень полезны для геофизиков, которые используют их для вычисления упругого числа Лява и понимания низкочастотных и крупномасштабных движений океана.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Вунш, Карл, Хайдфогель ДБ, Искандарани М. (1997). «Динамика долгопериодических приливов» (PDF) . Прогресс в океанографии . 40 (1): 81–108. Bibcode : 1997PrOce..40 ... 81W . DOI : 10.1016 / S0079-6611 (97) 00024-4 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  2. ^ Wunsch С (1967). «Долгопериодные приливы». Rev. Geophys . 5 (4): 447–475. Bibcode : 1967RvGSP ... 5..447W . DOI : 10,1029 / RG005i004p00447 .
  3. ^ Миллер AJ; Лютер Д.С.; Хендершотт MC (1993). «Двухнедельные и ежемесячные приливы: резонансные волны Россби или почти равновесные гравитационные волны?» (PDF) . Журнал физической океанографии . 23 (23): 879–897. Bibcode : 1993JPO .... 23..879M . DOI : 10,1175 / 1520-0485 (1993) 023 <0879: TFAMTR> 2.0.CO; 2 .
  4. ^ Христодулидис, округ Колумбия; Smith, DE; Уильямсон, Р.Г.; Клоско С.М. (1988). «Наблюдаемое приливное торможение в системе Земля / Луна / Солнце». Журнал геофизических исследований . 93 (B6): 6216–6236. Bibcode : 1988JGR .... 93.6216C . DOI : 10.1029 / JB093iB06p06216 . ЛВП : 2060/19890002733 .
  5. ^ Марш, JG; Lerch, FJ; Putney, BH; Felsentreger, TL; Sanchez, BV; Клоско, С.М.; Патель, Великобритания; Роббинс, JW; Уильямсон, Р.Г.; Энгелис Т.Э. (1990). «Гравитационная модель GEM ‐ T2». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 95 (B13): 22043–22071. Bibcode : 1989gem..rept ..... M . DOI : 10.1029 / JB095iB13p22043 . ЛВП : 2060/19900003668 .
  6. ^ Ченг, МК; Дорожки, RJ; Тэпли, Б. Д. (1992). «Приливное замедление среднего движения Луны». Международный геофизический журнал . 108 (2): 401–409. Bibcode : 1992GeoJI.108..401C . DOI : 10.1111 / j.1365-246X.1992.tb04622.x .
  7. Перейти ↑ Desai SD (2002). «Наблюдение за полярным приливом с помощью спутниковой альтиметрии» (PDF) . J. Geophys. Res . 107 (C11): 3186. Bibcode : 2002JGRC..107.3186D . DOI : 10.1029 / 2001JC001224 .
  8. ^ О'Коннор, Уильям П .; Чао, Бенджамин Фонг; Чжэн, Давэй; Ау, Эндрю Ю. (2000-08-01). «Воздействие ветрового напряжения на« полюсный прилив » в Северном море » . Международный геофизический журнал . 142 (2): 620–630. Bibcode : 2000GeoJI.142..620O . CiteSeerX 10.1.1.619.5066 . DOI : 10.1046 / j.1365-246x.2000.00184.x . ISSN 0956-540X .