Приливы и приливная динамика

Гравитационное притяжение Луны и Солнца вызывает предсказуемый ритм подъемов и спадов уровня моря, но именно форма океанических бассейнов и вращение Земли превращают это воздействие в богатое разнообразие приливов, наблюдаемых на побережье.

Definition

Приливы — это периодические подъемы и спады уровня моря, вызванные гравитационным притяжением Луны и Солнца в сочетании с вращением Земли; приливная динамика — это изучение того, как эти силы управляют движением океана.

Scope

Эта тема охватывает гравитационное происхождение приливообразующих сил, равновесную и динамическую теории приливов, гармонические составляющие, используемые для прогнозирования приливов, формирование вращающихся приливных систем (амфидромий) в океанических бассейнах, усиление приливов на мелководье и возникающие приливные течения.

Core questions

• Какие гравитационные силы порождают приливы?
• Почему равновесная теория не может предсказать реальные приливы, и что добавляет динамическая теория?
• Как прогнозируются приливы по гармоническим составляющим?
• Почему диапазон и время приливов так сильно варьируются от места к месту?

Key theories

Приливообразующая сила и равновесный прилив

Разница между гравитационным притяжением Луны и Солнца по всей Земле и орбитальным ускорением создает приливообразующие силы, идеализированным откликом на которые является равновесный прилив.

Динамическая теория и амфидромические системы

Поскольку океан не может реагировать мгновенно, приливы распространяются как волны, которые, отклоняемые силой Кориолиса и ограниченные бассейнами, вращаются вокруг амфидромических точек с почти нулевым диапазоном.

Mechanisms

Луна и Солнце оказывают гравитационные силы, которые варьируются по всей Земле, создавая приливные выпуклости; по мере вращения Земли и движения небесных тел по орбитам эти силы вызывают приливные волны, которые распространяются по океаническим бассейнам. Ограниченные береговыми линиями и отклоняемые силой Кориолиса, волны образуют вращающиеся амфидромические системы, а на мелководье и в заливах резонанс может значительно усиливать диапазон приливов.

Clinical relevance

Прогнозирование приливов имеет важное значение для навигации, портовых операций и берегового строительства; приливные течения рассеивают загрязняющие вещества и питательные вещества, вызывают перемешивание, несут энергию, которую можно использовать для производства электроэнергии, и в сочетании со штормовыми нагонами определяют риск прибрежных наводнений.

History

Ньютон объяснил приливообразующую силу и равновесный прилив; Лаплас сформулировал динамические уравнения приливов, Джордж Дарвин разработал гармонический анализ, а Кельвин (Уильям Томсон) построил первые машины для прогнозирования приливов, заложив основу точного прогнозирования приливов, используемого до сих пор.

Key figures

• Isaac Newton
• Pierre-Simon Laplace
• George Darwin
• William Thomson

Seminal works

• pughWoodworth2014
• pinet2019

Frequently asked questions

Почему обычно бывает два прилива в день?

Приливообразующие силы создают водные выпуклости как на стороне Земли, обращенной к Луне, так и на противоположной стороне, поэтому по мере вращения планеты большинство побережий проходят через два прилива и два отлива каждый день.

Что вызывает сизигийные и квадратурные приливы?

Когда Солнце и Луна выстраиваются в одну линию, их приливные силы складываются, давая большие сизигийные приливы; когда они находятся под прямым углом, силы частично компенсируются, давая меньшие квадратурные приливы, циклически повторяющиеся примерно каждые две недели.