Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Seiches )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сейши ( / с ʃ / SAYSH ) является стоячей волной в закрытом или частично закрытом водоеме. Сейши и связанные с ними явления наблюдались на озерах, водохранилищах , плавательных бассейнах, заливах, в гаванях и на морях. Ключевым требованием для формирования сейши является то, чтобы водоем был хотя бы частично ограничен, что позволяло бы образование стоячей волны.

Этот термин был предложен швейцарским гидрологом Франсуа-Альфонсом Форелем в 1890 году, который первым провел научные наблюдения за эффектом в Женевском озере . [1] Это слово, по-видимому, издавна использовалось в этом регионе для описания колебаний в высокогорных озерах. Согласно Уилсону (1972), [2] [3] это швейцарское французское диалектное слово происходит от латинского слова siccus, означающего «сухой», то есть по мере того, как вода отступает, пляж высыхает. Французское слово sec или sèche (сухой) происходит от латинского.

Сейши в гаванях могут быть вызваны длиннопериодными или инфрагравитационными волнами , которые возникают из-за взаимодействия субгармонических нелинейных волн с ветровыми волнами , периоды которых длиннее, чем у сопутствующих ветровых волн. [4]

Стоячая волна (черная) изображена как сумма двух распространяющихся волн, распространяющихся в противоположных направлениях (синяя и красная).

Причины и природа [ править ]

Сейши часто незаметны невооруженным глазом, и наблюдатели в лодках на поверхности могут не заметить сейши из-за чрезвычайно длинных волн.

Эффект вызван резонансами в водоеме, который был нарушен одним или несколькими факторами, чаще всего метеорологическими эффектами (ветер и колебания атмосферного давления), сейсмической активностью или цунами . [5] Гравитация всегда стремится восстановить горизонтальную поверхность жидкой воды, поскольку она представляет собой конфигурацию, в которой вода находится в гидростатическом равновесии .

В результате вертикальное гармоническое движение создает импульс, который проходит по длине бассейна со скоростью, зависящей от глубины воды. Импульс отражается от конца бассейна, создавая помехи. Повторяющиеся отражения создают стоячие волны с одним или несколькими узлами или точками, которые не испытывают вертикального движения. Частота колебаний определяется размером бассейна, его глубиной и контурами, а также температурой воды.

Самый длинный естественный период сейши - это период, связанный с фундаментальным резонансом для водоема, соответствующий самой длинной стоячей волне. Для поверхностной сейши в замкнутом прямоугольном водоеме это можно оценить с помощью формулы Мериана: [6] [7]

где T - самый длинный естественный период, L - длина, h - средняя глубина водоема, а g - ускорение свободного падения . [8]

Наблюдаются также гармоники высших порядков. Период второй гармоники будет составлять половину собственного периода, период третьей гармоники будет составлять треть естественного периода и так далее.

Происшествие [ править ]

Сейши наблюдались как на озерах, так и на морях. Ключевым требованием является то, что водоем должен быть частично ограничен для образования стоячих волн. Не требуется регулярности геометрии; даже гавани чрезвычайно неправильной формы обычно колеблются с очень стабильными частотами.

Озеро сейш [ править ]

На более крупных озерах почти всегда присутствуют сейши с низким ритмом. Обычно они незаметны среди обычных волновых паттернов, за исключением периодов необычного затишья. Гавани , заливы и эстуарии часто подвержены мелким сейшам с амплитудой в несколько сантиметров и периодами в несколько минут.

Оригинальные исследования на Женевском озере, проведенные Франсуа-Альфонсом Форелем, показали, что продольный период имеет цикл 73 минуты, а поперечная сейша - около 10 минут. [9] Еще одно озеро, известное своими регулярными сейшами, - это новозеландское озеро Вакатипу , высота поверхности которого в Квинстауне изменяется на 20 сантиметров за 27-минутный цикл. Сейши могут образовываться и в полузамкнутых морях; в Северном море часто наблюдаются продольные сейши с периодом около 36 часов.

Различия в уровне воды, вызванные сейшой на озере Эри , зарегистрированной между Буффало, штат Нью-Йорк ( красный ) и Толедо, штат Огайо ( синий ), 14 ноября 2003 г.

Национальная служба погоды выдает низкие рекомендательные воды для участков Великих озер , когда сейши 2 футов или больше , которые могут произойти. [10] Озеро Эри особенно склонно к ветровым вызванным сейшам из - за его поверхностность и его удлинения на северо - востоке-юго - западную ось, которая часто совпадает с направлением господствующих ветров и , следовательно , максимизирует выборку из этих ветров. Это может привести к сильным сейшам на глубине до 5 метров (16 футов) между краями озера.

Эффект похож на штормовой нагон, подобный тому, который вызван ураганами вдоль побережья океана, но эффект сейши может вызывать колебания взад и вперед через озеро в течение некоторого времени. В 1954 году остатки урагана Хейзел накапливали воду вдоль северо-западной береговой линии озера Онтарио недалеко от Торонто , вызывая обширное наводнение, и образовали сейшу, которая впоследствии вызвала наводнение на южном берегу.

Озерные сейши могут возникать очень быстро: 13 июля 1995 года из-за большой сейши на Верхнем озере уровень воды упал, а затем снова поднялся на три фута (один метр) в течение пятнадцати минут, в результате чего некоторые лодки свисали с доков на их швартовке. линии, когда вода отступила. [11] Та же самая штормовая система, которая вызвала сейшу 1995 года на озере Верхнее, произвела аналогичный эффект в озере Гурон , когда уровень воды в Порт-Гурон изменился на 6 футов (1,8 м) за два часа. [12] На озере Мичиган восемь рыбаков были сметены с пирсов на пляжах Монтроуз и Норт-авеню и утонули, когда 10-футовая (3,0 м) сейша ударила по береговой линии Чикаго 26 июня 1954 года.[13]

Озера в сейсмически активных районах, таких как озеро Тахо в Калифорнии / Неваде , значительно подвержены сейшам. Геологические данные показывают, что в доисторические времена берега озера Тахо могли пострадать от сейш и цунами высотой до 10 метров (33 фута), и местные исследователи призвали учитывать этот риск в планах действий в чрезвычайных ситуациях для этого региона. [14]

Сейши, вызванные землетрясениями, можно наблюдать за тысячи миль от эпицентра землетрясения. Бассейны особенно подвержены сейшам, вызванным землетрясениями, поскольку подземные толчки часто соответствуют резонансным частотам небольших водоемов. Землетрясение 1994 года в Нортридже в Калифорнии вызвало переполнение бассейнов на юге Калифорнии. Массивное землетрясение Хорошо пятница , что ударила Аляску в 1964 году , вызванные сейш в бассейнах , как далеко , как Пуэрто - Рико . [15] землетрясения в Лиссабоне, Португалияв 1755 году вызвал сейши на расстоянии 2 000 миль (3 200 км) от озера Лох-Ломонд, Лох-Лонг, Лох-Катрин и Лох-Несс в Шотландии [16] и на каналах в Швеции . Землетрясение в Индийском океане 2004 вызвало сейшу в стоячей воде тело во многих индийских штатах, а также в Бангладеше , Непале и на севере Таиланда . [17] Сейши снова наблюдались в Уттар-Прадеш , Тамил Наду и Западной Бенгалии в Индии, а также во многих местах Бангладеш во время землетрясения в Кашмире 2005 года .[18]

Известно, что землетрясение 1950 года в Ассаме и Тибете вызвало сейши даже в Норвегии и на юге Англии . Другие землетрясения на индийском субконтиненте, которые, как известно, вызвали сейши, включают землетрясения Кумаон-Барахат 1803 года, 1819 Аллах Бунд , Центральную Бенгалию 1842 года, Кангра 1905 года, Дубри 1930 года, Непал-Бихар 1934 года, Бхудж 2001 года, Ниас 2005 года, землетрясения на острове Тереза ​​2005 года. 27 февраля 2010 Землетрясение в Чили произвел Seiche на Пончартрейн , штат Луизиана с высоты около 0,5 футов. 2010 Сьерры - Эль - мэр землетрясение произвело большую сейшу , который быстро стал интернетом явлением. [19]

Сейши высотой не менее 1,8 м (6 футов) наблюдались в Согне-фьорде , Норвегия, во время землетрясения Тохоку в Японии в 2011 году . [20] [21]

Морские и заливные сейши [ править ]

Сейши наблюдались в таких морях, как Адриатическое море и Балтийское море . Это приводит к затоплению Венеции и Санкт-Петербурга , соответственно, поскольку оба города построены на бывших болотах. В Санкт-Петербурге осенью на Неве часто случаются наводнения, вызванные сейшами . Сейша вызвана движением к берегу области низкого давления в Северной Атлантике , что приводит к циклоническим минимумам в Балтийском море.. Низкое давление циклона втягивает большее, чем обычно, количество воды в Балтийский регион, практически не имеющий выхода к морю. По мере того как циклон продолжается вглубь суши, в Балтийском море устанавливаются длинные низкочастотные сейшевые волны с длинами волн до нескольких сотен километров. Когда волны достигают узкой и мелкой Невской губы, они становятся намного выше и в конечном итоге затопляют набережные Невы. [22] Подобные явления наблюдаются в Венеции, в результате чего появился проект MOSE - система из 79 мобильных заграждений, предназначенная для защиты трех входов в Венецианскую лагуну .

Залив Нагасаки - типичный район Японии, где время от времени наблюдаются сейши, чаще всего весной, особенно в марте. 31 марта 1979 года приливная станция Нагасаки зафиксировала максимальное смещение уровня воды на 2,78 метра (9,1 фута) в этом месте из-за сейши. Предполагается, что максимальное смещение уровня воды во всем заливе во время этого сейшевого события достигло 4,70 м (15,4 фута) на дне залива. Сейши в западной части Кюсю, включая залив Нагасаки, часто возникают из-за низкого атмосферного давления, проходящего к югу от острова Кюсю. [23] Сейши в заливе Нагасаки имеют период от 30 до 40 минут. Локально seiche (副 振動,фукусиндō ) называется абики (あ び き) .Считается, чтослово абики произошло от 網 引 き( амибики ) , что буквально означает: утаскивание (引 き( бики ) ) рыболовной сети (網( ами ) ). Сейши не только наносят ущерб местному рыболовству, но и могут привести к затоплению побережья вокруг залива, а также к разрушению портовых сооружений.

Иногда цунами могут вызывать сейши в результате местных географических особенностей. Например, цунами, обрушившееся на Гавайи в 1946 году, имело пятнадцатиминутный интервал между фронтами волн. Естественный резонансный период залива Хило составляет около тридцати минут. Это означало, что каждая вторая волна была в фазе с движением залива Хило, создавая сейшу в заливе. В результате Хило пострадал больше, чем любое другое место на Гавайях: цунами и сейша достигли высоты 26 футов вдоль набережной Хило, в результате чего погибли 96 человек в одном только городе. Волны сейш могут продолжаться несколько дней после цунами.

Внутренние одиночные волны ( солитоны ), генерируемые приливом, могут вызывать прибрежные сейши в следующих местах: остров Магуэйес в Пуэрто-Рико, [24] [25] [26] Пуэрто-Принцеса на острове Палаван, [27] залив Тринкомали в Шри-Ланке, [28 ] [29] и в заливе Фанди на востоке Канады, где сейши вызывают одни из самых высоких зарегистрированных приливных колебаний в мире. [30] Существует динамический механизм генерации прибрежных сейш глубоководными внутренними волнами. Эти волны могут генерировать достаточное течение на границе шельфа, чтобы возбуждать прибрежные сейши. [31]

Иллюстрация зарождения сейш с поверхностным и подземным термоклином.

Подводные (внутренние) волны [ править ]

Также наблюдаются сейши под поверхностью озера, действующие вдоль термоклина [32] в стесненных водоемах.

По аналогии с формулой Мериана ожидаемый период внутренней волны можно выразить как: [33]

с участием

где Т является естественным периодом , L представляет собой длину тела воды, средняя толщина двух слоев , разделенных стратификации (например , эпилимнионе и гиполимнион ), то плотность этих двух одинаковых слоев и г ускорение силы тяжести .

По мере того, как термоклин перемещается вверх и вниз по наклонному дну озера, он создает «зону перекоса» на дне озера, где температура может быстро меняться [34], потенциально влияя на использование среды обитания рыб. Когда термоклин поднимается вверх по наклонному дну озера, он также может вызывать усиление бентосной турбулентности за счет конвективного опрокидывания, тогда как падающий термоклин испытывает большую стратификацию и низкую турбулентность на дне озера. [35] [36] Внутренние волны также могут вырождаться в нелинейные внутренние волны на наклонных днах озер. [37] Когда такие нелинейные волны разбиваются о дно озера, они могут быть важным источником турбулентности и иметь потенциал для повторного взвешивания наносов [38]

Инжиниринг для защиты от сейш [ править ]

Инженеры учитывают сейшевые явления при проектировании сооружений по защите от наводнений (например, плотина Санкт-Петербург ), водохранилищ и плотин (например, плотина Гранд-Кули ), бассейнов для хранения питьевой воды, гаваней и даже бассейнов для хранения отработавшего ядерного топлива.

См. Также [ править ]

  • Clapotis  - Неразрывная модель стоячей волны
  • Землетрясение  - междисциплинарная отрасль инженерии
  •  Терминология суровой погоды (США) - Терминология, используемая Национальной метеорологической службой для описания суровой погоды в США.
  • Терминология суровой погоды (Канада)
  • Цунами в озерах
  • Плотина Ваджонт  - Плотина в Италии больше не используется
  • Вилла Эпекуэн

Заметки [ править ]

  1. ^ Дарвин, GH (1898). Приливы и родственные явления в Солнечной системе . Лондон: Джон Мюррей. С. 21–31.
  2. Рабинович, Александр Б. (2018). «Сейши и портовые колебания». Справочник по прибрежной и океанской инженерии . World Scientific. С. 243–286. DOI : 10.1142 / 9789813204027_0011 . ISBN 978-981-320-401-0.
  3. ^ Уилсон, Бэзил В. (1972). Сейш . Успехи гидрологии. 8 . Эльзевир. С. 1–94. DOI : 10.1016 / b978-0-12-021808-0.50006-1 . ISBN 978-0-12-021808-0.
  4. ^ Мунк, Уолтер Х. (1950). Происхождение и генерация волн . 1-я Международная конференция по прибрежной инженерии, Лонг-Бич, Калифорния. Совет по исследованию волн, Американское общество инженеров-строителей . DOI : 10.9753 / icce.v1.1 . ISSN 2156-1028 . 
  5. ^ Цунами обычно связаны с землетрясениями, но оползни, извержения вулканов и удары метеоритов могут вызвать цунами.
  6. ^ Праудмена, J. (1953). Динамическая океанография . Лондон: Метуэн. §117 (с. 225). OCLC 223124129 . 
  7. Перейти ↑ Merian, JR (1828). Ueber die Bewegung tropfbarer Flüssigkeiten in Gefässen [ О движении капающих жидкостей в контейнерах ] (диссертация) (на немецком языке). Базель: Schweighauser. OCLC 46229431 . 
  8. ^ Например, период сейшевой волны в водоеме глубиной 10 метров и длиной 5 километров будет составлять 1000 секунд или около 17 минут, в то время как тело длиной около 300 км (например, Финский залив ) и несколько глубже имеет период ближе к 12 часам.
  9. ^ Lemmin, Ulrich (2012), "Поверхностные Сейши", в Бенгтссоне, Ларс; Херши, Реджинальд У .; Fairbridge, Rhodes В. (ред . ), Энциклопедия озер и водохранилищ ., Энциклопедия Земли серии наук, Springer Нидерланды, С. 751-753, DOI : 10.1007 / 978-1-4020-4410-6_226 , ISBN 978-1-4020-4410-6
  10. Перейти ↑ Pierce, T. (5 июля 2006 г.). "СОКРАЩЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОРСКИХ И ПРИБРЕЖНЫХ УСЛУГ" (PDF) . Национальная метеорологическая служба , Управление климатического, водного и метеорологического обслуживания. Архивировано из оригинального (PDF) 17 мая 2008 года . Проверено 19 апреля 2017 года .
  11. ^ Бен Корген. Бонанза для озера Верхнее: сейши не только перемещают воду. Проверено 31 января 2008 г.
  12. «Штормовой нагон на озере Гурон 13 июля 1995 года» . NOAA . Проверено 13 марта 2009 .
  13. ^ Геологическая служба штата Иллинойс. Сейш: внезапные, большие волны - опасность для озера Мичиган. Архивировано 8 июля 2008 года на Wayback Machine. Проверено 31 января 2008 года.
  14. Браун, Кэтрин (6 декабря 2002 г.). «Цунами! На озере Тахо?» . Новости науки . Общество науки и общественности.
  15. ^ "Сейш" . www.soest.hawaii.edu .
  16. ^ "Сейсмические сейши" . Программа сейсмических опасностей USGS . Сокращено из Информационного бюллетеня о землетрясениях, январь – февраль 1976 г., том 8, номер 1 . Проверено 19 апреля 2017 года .
  17. Фактически, «один человек утонул в пруду в результате сейши в Надии, Западная Бенгалия». «26 декабря 2004 года, M9.1,« День подарков », землетрясение и цунами / Суматра-Андаманское землетрясение / цунами в Индийском океане» . Любительский сейсмический центр . Пуна. 22 февраля 2008 . Проверено 19 апреля 2017 года .
  18. ^ "Землетрясение Кашмир-Кохистан M7.6, 2005" . Любительский сейсмический центр . Пуна. 31 октября 2008 . Проверено 19 апреля 2017 года .
  19. ^ «Геология Аризоны: Видео сейши в пруду с рыбой-куколкой Дьявольской дыры. (Опубликовано: 27 апреля 2010 г.)» . 2010-04-27 . Проверено 17 октября 2014 года .
  20. ^ Fjorden svinga пр skjelvet Архивированные 2011-03-18 в Wayback Machine Проверено 2011-03-17.
  21. ^ Джонсон, Скотт К. (30 июня 2013 г.). «Японское землетрясение буквально всколыхнуло Норвегию» . Ars Technica .
  22. ^ Это ведет себя аналогично приливному каналу, когда набегающие приливы попадают в мелкую сужающуюся реку через широкий залив. Форма воронки увеличивает высоту прилива выше нормы, и наводнение выглядит как относительно быстрое повышение уровня воды.
  23. Хибия, Тошиюки; Киндзиро Кадзиура (1982). «Происхождение феномена Абики (разновидность сейши) в заливе Нагасаки» (PDF) . Журнал океанографического общества Японии . 38 (3): 172–182. DOI : 10.1007 / BF02110288 . S2CID 198197231 . Проверено 26 февраля 2009 .  
  24. ^ Giese, Graham S .; РБ Холландер; JE Fancher; BS Giese (1982). «Свидетельства возбуждения прибрежных сейш внутренними уединенными волнами, создаваемыми приливом». Письма о геофизических исследованиях . 9 (12): 1305–1308. Bibcode : 1982GeoRL ... 9.1305G . DOI : 10.1029 / GL009i012p01305 .
  25. ^ Giese, Graham S .; Дэвид С. Чепмен; Питер Г. Блэк; Джон А. Форншелл (1990). "Причина прибрежных сейш большой амплитуды на Карибском побережье Пуэрто-Рико" . J. Phys. Oceanogr . 20 (9): 1449–1458. Bibcode : 1990JPO .... 20.1449G . DOI : 10,1175 / 1520-0485 (1990) 020 <тысяча четыреста сорок девять: COLACS> 2.0.CO; 2 .
  26. ^ Альфонсо-Соса, Эдвин (2012). «Расчетная скорость пакетов солитонов хребта Авеса путем анализа последовательных изображений, полученных с помощью спектрорадиометра среднего разрешения (MODIS)» ( PDF ) : 1–11 . Проверено 16 апреля 2014 . Cite journal requires |journal= (help)
  27. ^ Giese, Graham S .; Дэвид С. Чепмен; Маргарет Гуд Коллинз; Ролу Энкарнасьон; Хиль Хасинто (1998). «Связь между сейшами гавани на острове Палаван и внутренними солитонами моря Сулу». J. Phys. Oceanogr . 28 (12): 2418–2426. Bibcode : 1998JPO .... 28.2418G . DOI : 10,1175 / 1520-0485 (1998) 028 <2418: TCBHSA> 2.0.CO; 2 .
  28. ^ Wijeratne, EMS; П.Л. Вудворт; Д. Т. Пью (2010). «Метеорологическое и внутреннее волновое воздействие сейш вдоль побережья Шри-Ланки». Журнал геофизических исследований: океаны . 115 (C3): C03014. Bibcode : 2010JGRC..115.3014W . DOI : 10.1029 / 2009JC005673 .
  29. ^ Альфонсо-Соса, Эдвин (2014). «Внутренние солитоны, генерируемые приливами в Бенгальском заливе, возбуждают прибрежные сейши в заливе Тринкомали» ( PDF ) : 1–16 . Проверено 16 апреля 2014 . Cite journal requires |journal= (help)
  30. ^ Канада, Агентство парков Канады, Правительство (2017-03-28). "индекс" . www.pc.gc.ca . Проверено 9 апреля 2018 .
  31. ^ Чепмен, Дэвид С .; Грэм С. Гиз (1990). «Модель генерации прибрежных сейш глубоководными внутренними волнами» . J. Phys. Oceanogr . 20 (9): 1459–1467. Bibcode : 1990JPO .... 20.1459C . DOI : 10,1175 / 1520-0485 (1990) 020 <1459: AMFTGO> 2.0.CO; 2 .
  32. ^ Термоклины границы между более холодным нижним слоем ( гиполимнион ) и теплым верхним слоем ( эпилимнион ).
  33. Перейти ↑ Mortimer, CH (1974). Гидродинамика озера. Mitt. Междунар. Verein. Лимнол. 20, 124–197.
  34. ^ Cossu, R .; Риджуэй, MS; Ли, Джей Зи; Чоудхури, MR; Уэллс, MG (2017). «Динамика зоны размыва термоклина в озере Симко, Онтарио» . Журнал исследований Великих озер . 43 (4): 689–699. DOI : 10.1016 / j.jglr.2017.05.002 . ISSN 0380-1330 . 
  35. ^ Коссу, Ремо; Уэллс, Мэтью Г. (05.03.2013). «Взаимодействие внутренних сейш большой амплитуды с пологим дном озера: наблюдения бентосной турбулентности в озере Симко, Онтарио, Канада» . PLOS ONE . 8 (3): e57444. Bibcode : 2013PLoSO ... 857444C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0057444 . ISSN 1932-6203 . PMC 3589419 . PMID 23472085 .   
  36. ^ Буффар, Дэмиен; Вюэст, Альфред (05.01.2019). «Конвекция в озерах» (PDF) . Ежегодный обзор гидромеханики . 51 (1): 189–215. Bibcode : 2019AnRFM..51..189B . DOI : 10.1146 / annurev-fluid-010518-040506 . ISSN 0066-4189 .  
  37. ^ Boegman, L .; Айви, штат Джорджия; Имбергер, Дж. (Сентябрь 2005 г.). «Вырождение внутренних волн в озерах с пологим рельефом» (PDF) . Лимнология и океанография . 50 (5): 1620–1637. Bibcode : 2005LimOc..50.1620B . DOI : 10,4319 / lo.2005.50.5.1620 . ISSN 0024-3590 .  
  38. ^ Бегман, Леон; Стастна, Марек (05.01.2019). «Возбуждение и перенос отложений внутренними уединенными волнами». Ежегодный обзор гидромеханики . 51 (1): 129–154. Bibcode : 2019AnRFM..51..129B . DOI : 10.1146 / annurev-fluid-122316-045049 . ISSN 0066-4189 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Джексон, младший (1833). «На сейшах озер». Журнал Лондонского королевского географического общества . 3 : 271–275. DOI : 10.2307 / 1797612 . JSTOR  1797612 .

Внешние ссылки [ править ]

  • "Сейше"  . Британская энциклопедия . 24 (11-е изд.). 1911 г.

Общий

  • Что такое сейша ?
  • Seiche. Британская энциклопедия. Получено 24 января 2004 г. из Encyclopædia Britannica Premium Service.
  • Калькулятор сейш
  • Бонанза для озера Верхнее: сейши не только перемещают воду
  • Фотогалерея штормов на Великих озерах Сейши, штормовые нагоны и краевые волны от NOAA
  • Полочный отклик для идентичной пары падающих солитонов КдВ

Отношение к водным «чудовищам»

  • Unmuseum
  • "Легенда об озерном чудовище Шамплейн" в The Skeptical Inquirer
  • Геологическая страница [ постоянная мертвая ссылка ]