Thủy triều và Động lực học thủy triều

Lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời tạo ra một nhịp điệu thủy triều lên xuống có thể dự đoán được, nhưng chính hình dạng của các bồn đại dương và sự tự quay của Trái Đất đã biến lực tác động đó thành sự đa dạng phong phú của thủy triều được quan sát ở bờ biển.

Definition

Thủy triều là sự lên xuống định kỳ của mực nước biển do lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời kết hợp với sự tự quay của Trái Đất; động lực học thủy triều là nghiên cứu cách các lực này thúc đẩy chuyển động của đại dương.

Scope

Chủ đề này bao gồm nguồn gốc hấp dẫn của các lực tạo thủy triều, các lý thuyết cân bằng và động lực học của thủy triều, các thành phần hài hòa được sử dụng để dự đoán thủy triều, sự hình thành các hệ thống thủy triều quay (amphidrome) trong các bồn đại dương, sự khuếch đại của thủy triều ở các vùng biển nông và các dòng chảy thủy triều phát sinh.

Core questions

• Những lực hấp dẫn nào tạo ra thủy triều?
• Tại sao lý thuyết cân bằng không dự đoán được thủy triều thực tế, và lý thuyết động lực học bổ sung điều gì?
• Thủy triều được dự đoán từ các thành phần hài hòa như thế nào?
• Tại sao biên độ và thời gian thủy triều lại thay đổi nhiều từ nơi này sang nơi khác?

Key theories

Lực tạo thủy triều và thủy triều cân bằng

Sự khác biệt giữa lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời trên khắp Trái Đất và gia tốc quỹ đạo tạo ra các lực tạo thủy triều, mà phản ứng lý tưởng hóa của chúng là thủy triều cân bằng.

Lý thuyết động lực học và hệ thống amphidromic

Vì đại dương không thể phản ứng tức thì, thủy triều truyền đi dưới dạng sóng mà, bị lệch hướng bởi lực Coriolis và bị giới hạn bởi các bồn địa, quay quanh các điểm amphidromic có biên độ gần bằng không.

Mechanisms

Mặt Trăng và Mặt Trời tạo ra các lực hấp dẫn thay đổi trên khắp Trái Đất, tạo ra các khối nước phình ra do thủy triều; khi Trái Đất tự quay và các thiên thể quay quanh, các lực này thúc đẩy các sóng thủy triều di chuyển qua các bồn đại dương. Bị giới hạn bởi đường bờ biển và bị lệch hướng bởi lực Coriolis, các sóng tạo thành các hệ thống amphidromic quay, và ở các vùng biển nông và vịnh, sự cộng hưởng có thể khuếch đại biên độ một cách đáng kể.

Clinical relevance

Dự đoán thủy triều là rất cần thiết cho hàng hải, hoạt động cảng và kỹ thuật ven biển; dòng chảy thủy triều phân tán các chất ô nhiễm và chất dinh dưỡng, thúc đẩy sự pha trộn, mang năng lượng có thể được khai thác để sản xuất điện, và kết hợp với nước dâng do bão để xác định nguy cơ lũ lụt ven biển.

History

Newton đã giải thích lực tạo thủy triều và thủy triều cân bằng; Laplace đã xây dựng các phương trình thủy triều động lực học, George Darwin đã phát triển phân tích hài hòa, và Kelvin (William Thomson) đã chế tạo những cỗ máy dự đoán thủy triều đầu tiên, thiết lập phương pháp dự đoán thủy triều chính xác vẫn được sử dụng ngày nay.

Key figures

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

Seminal works

• pughWoodworth2014
• pinet2019

Frequently asked questions

Tại sao thường có hai lần thủy triều lên mỗi ngày?

Các lực tạo thủy triều làm cho nước phình ra ở cả phía Trái Đất đối diện với Mặt Trăng và phía đối diện, vì vậy khi hành tinh tự quay, hầu hết các bờ biển đều trải qua hai lần thủy triều lên và hai lần thủy triều xuống mỗi ngày.

Điều gì gây ra thủy triều cường và thủy triều kém?

Khi Mặt Trời và Mặt Trăng thẳng hàng, các lực thủy triều của chúng cộng lại tạo ra thủy triều cường lớn; khi chúng vuông góc, các lực này triệt tiêu một phần để tạo ra thủy triều kém nhỏ hơn, chu kỳ khoảng hai tuần một lần.