Maré
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Marés estão a ascensão e queda de Terra 's oceano superfície causado pelo forças de maré da Lua e do Sol atuando sobre os oceanos. Fenômenos das marés podem ocorrer em qualquer objeto que é submetido a um campo gravitacional que varia no tempo e no espaço, como a da Terra massas de terra. (Ver Outros marés ).
Marés afetar significativamente a profundidade da marinha e corpos d'água estuarinas e produzir oscilante correntes conhecidas como correntes de maré, fazendo previsão de marés muito importantes para a navegação costeira (veja Marés e navegação ). A faixa de litoral que está submerso na maré alta e exposta na maré baixa, a zona intertidal ou foreshore, é um produto ecológico importante de marés do oceano (ver ecologia intertidal ).
A maré mudando produzido em um determinado local é o resultado das posições de mudança da Lua e do Sol em relação à Terra, juntamente com o efeitos da rotação da Terra e local forma do fundo do mar. O nível do mar medido pelo litoral marégrafos também podem ser fortemente afetado pelo vento.
Introdução e terminologia das marés
A maré está um ciclo repetido de mudanças do nível do mar nas seguintes fases:
- Ao longo de várias horas, a água sobe ou avança-se uma praia na enchente
- A água atinge o seu nível mais alto e pára no ponto alto. Porque as correntes de maré cessar essa também é chamado água parada ou maré folga. A maré inverte a direção e é dito estar se transformando.
- O nível do mar recua ou desce ao longo de várias horas durante a maré vazante.
- O nível pára de cair, na maré baixa. Este ponto também é descrito como folga ou viragem.
Marés pode ser semidiurnal (duas águas altas e duas águas baixas a cada dia), ou diurna (um ciclo de maré por dia). Na maioria dos locais, as marés são semi-diurna. Devido à contribuição diurna, existe uma diferença de altura (a desigualdade diariamente) entre as duas águas elevados num determinado dia; estes são diferenciados como a maior alta da água ea alta menor em água tabelas de marés. Do mesmo modo, as duas águas baixas cada dia são referidos como sendo o maior e o menor água baixo de água inferior. A desigualdade diária muda com o tempo e geralmente é pequena quando a Lua está sobre o equador.
As várias freqüências de orbital forçando que contribuem para variações de maré são chamados eleitores. Na maioria das localidades, a maior é o "principal lunar semidiurna" constituinte, também conhecido como o M2 (ou M 2) constituinte das marés. Seu período é cerca de 12 horas e 25,2 minutos, exatamente metade de um dia de maré lunar, o tempo médio que separa uma lunar Zénite no seguinte, e assim o tempo necessário para a terra para girar uma vez em relação à lua. Este é o componente controlado pelo simples relógios de maré.
Marés varia em escalas de tempo que variam de horas a anos, de modo a fazer registros precisos marégrafos medir o nível de água ao longo do tempo em estações fixas, que são selecionados a partir de variações causadas por ondas mais curtas do que minutos no período. Estes dados são comparados com a referência (ou referência) Nível geralmente chamada nível médio do mar.
Exceto M 2 constituintes surgem de fatores como a influência gravitacional do Sol, a inclinação do eixo de rotação da Terra, a inclinação da órbita lunar e da elipticidade das órbitas da Lua sobre a Terra ea Terra sobre a Sun. Variações com períodos de menos de metade de um dia são chamados de componentes harmônicas. Constituintes de longo período têm períodos de dias, meses ou anos.
Variação amplitude das marés: molas e Neaps
A amplitude das marés semidiurnal (a diferença de altura entre as águas altas e baixas durante cerca de meio dia) varia em uma de duas semanas ou ciclo quinzenal. Por volta de novo e lua cheia , quando o Sol, a Lua ea Terra formam uma linha (uma condição conhecida como syzygy), o forças de maré devido à Sun reforçar as da Lua. O alcance da maré é em seguida máximo: isso é chamado de maré de sizígia, ou apenas brota e é derivado não a partir da temporada de primavera, mas sim do verbo que significa "pular" ou "para saltar". Quando a Lua está no primeiro trimestre ou terceiro trimestre, o Sol ea Lua estão separados por 90 ° quando visto da Terra, e as forças devido ao sol parcialmente cancelar as da Lua. Nesses pontos no ciclo lunar, o alcance da maré é mínimo: isso é chamado de maré de quadratura, ou Neaps. Marés vivas resultar em águas altas que são superiores à média, águas baixas que são inferiores, o tempo médio de água parada que é mais curta do que as correntes de maré média e mais forte do que a média. Neaps resultar em condições de maré menos extremas. Há cerca de um intervalo de sete dias entre as nascentes e Neaps.
A distância de mudança da Lua à Terra também afeta alturas das marés. Quando a Lua está em perigeo o intervalo é aumentado e quando este se encontra apogeu o intervalo é reduzido. Cada 7½ lunations, perigeu coincide com qualquer uma lua nova ou cheia causando marés perigean com a maior amplitude das marés. Se uma tempestade acontece se mover em terra, neste momento, as conseqüências (sob a forma de danos à propriedade, etc.) pode ser especialmente grave.
Fase e amplitude das marés
Como o M 2 constituinte maré domina na maioria dos locais, a fase ou fase de uma onda, denotada pelo tempo em horas após a alta da água, é um conceito útil. Também é medida em graus, com 360 ° por ciclo das marés. Linhas de fase de maré constante são chamadas de linhas cotidal. Alta água é alcançada simultaneamente ao longo das linhas cotidal que se estende desde a costa para o oceano, e linhas cotidal (e, portanto, as fases de maré) antecedência ao longo da costa. Se alguém pensa sobre o oceano como uma bacia circular delimitada por uma linha costeira, as linhas cotidal apontam radialmente para dentro e deve, eventualmente, se encontram em um ponto comum, o ponto amphidromic. Um ponto amphidromic é ao mesmo tempo cotidal com águas altas e baixas, o que é satisfeito por zero movimento das marés. (A rara exceção ocorre quando a maré círculos em torno de uma ilha, como faz em torno de Nova Zelândia .) Na verdade o movimento das marés geralmente diminui afastando-se das costas continentais, de modo que cruzando as linhas cotidal são contornos de amplitude constante (metade da distância entre de água de alta e baixa) que diminuem a zero no ponto amphidromic. Para um 12 horas maré semidiurna o ponto amphidromic se comporta mais ou menos como um mostrador de relógio, com a mão apontando hora na direção da linha de relevo adjacente alta água, que fica em frente ao baixo linha de relevo adjacente água. Alta água gira em torno de uma vez a cada 12 horas na direção do aumento linhas cotidal, e longe de vazante linhas cotidal. A diferença de fase cotidal a partir da fase de uma onda de referência é o epoch.
A forma da costa e do fundo do oceano mudar a maneira que as marés propagar, por isso, não existe uma regra simples, em geral para prever o momento da alta da água a partir da posição da Lua no céu. Características costeiras, como topografia submarina e forma costa significa que as características do local individual precisa ser levado em consideração ao prever marés; momento alto de água pode ser diferente da sugerida por um modelo como o descrito acima, devido aos efeitos da morfologia costeira sobre o fluxo das marés.
Física Tidal
Isaac Newton lançou as bases para a explicação matemática de marés no Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ( 1687). Em 1740, o Académie Royale des Sciences em Paris ofereceu um prêmio para o melhor ensaio teórico sobre marés. Daniel Bernoulli, Antoine Cavalleri, Leonhard Euler , e Colin Maclaurin dividiu o prêmio. Maclaurin usado a teoria de Newton para mostrar que uma esfera lisa coberta por um oceano a uma profundidade suficiente sob a força das marés de um único corpo deformando é um esferóide prolato com eixo principal voltada para o corpo deformando. Maclaurin também foi o primeiro a escrever sobre a Terra efeitos de rotação em movimento. Euler percebeu que o componente horizontal da força de corrente (mais do que da vertical) conduz a maré. Em 1744 Jean le Rond d'Alembert estudou equações de maré para a atmosfera que não incluem rotação. A primeira grande formulação teórica para marés de água foi feita por Pierre-Simon Laplace , que formulou um sistema de equações diferenciais parciais relativos a fluxo horizontal à altura da superfície do oceano. As equações de Laplace de maré ainda estão em uso hoje. William Thomson reescreveu as equações de Laplace em termos de vorticidade que permitiu que descrevem soluções forçada pelas marés ondas coastally presas, que são conhecidos como Ondas de Kelvin.
Forças de maré
O força de maré produzido por um objeto maciço (lua, a seguir) numa pequena partícula localizada sobre ou no interior de um corpo extensivo (Terra, a seguir) é o vector de diferença entre a força gravitacional exercida pela Lua sobre a partícula, e a força gravitacional que faria ser exercida sobre a partícula se ele estivesse localizado no centro de massa da Terra. Assim, a força de maré não depende da intensidade do campo gravitacional da Lua, mas no seu gradiente. O força gravitacional exercida sobre a Terra pelo Sol é, em média, 179 vezes mais forte do que a exercida sobre a Terra pela Lua, mas porque o Sol é, em média, 389 vezes mais distante da Terra, o gradiente de seu campo é mais fraco. A força de maré produzido pela Sun é, portanto, apenas 46% tão grande como a produzida pela Lua.
As forças de maré pode também ser analisados do ponto de vista de uma estrutura de referência que se traduz com o centro de massa da Terra. Considere a maré devido à lua (o Sol é similar). Primeiro observar que a Terra ea Lua girar em torno de um orbital comum centro de massa , como determinado por suas massas relativos. O centro orbital de massa é 3/4 do caminho do centro da Terra à sua superfície. A segunda observação é que a da Terra movimento centrípeto é a resposta média de toda a Terra para a gravidade da Lua e é exactamente o movimento correto para equilibrar a gravidade da Lua apenas no centro da Terra; mas cada parte da Terra se move juntamente com o centro de massa e todas as peças têm o mesmo movimento centrípeto, uma vez que a terra é rígida. Por outro lado cada ponto da Terra experimenta gravidade radialmente diminuição da Lua de forma diferente; os próximos partes da Terra são mais fortemente atraída do que é compensado pela inércia e experimentar uma força de maré net para a Lua; as partes mais distantes têm inércia do que é necessário para a atracção reduzida, e, portanto, sentir uma força líquido para longe da Lua. Finalmente apenas as componentes horizontais das forças de maré contribuir efectivamente para a aceleração das marés as partículas de água uma vez que é pequena resistência. A força de maré real sobre uma partícula é apenas cerca de um décimo milionésimo da força causada pela gravidade da Terra.
A superfície do mar é estreitamente aproximada por uma superfície equipotencial, (ignorando correntes oceânicas) que é vulgarmente referido como o geóide. Uma vez que a força gravitacional é igual ao gradiente de potencial, não há forças tangenciais sobre uma tal superfície, e a superfície do mar é assim em equilíbrio gravitacional. Agora, considere o efeito de, corpos maciços externos, como a Lua e Sol Estes corpos têm fortes campos gravitacionais que diminuem com a distância em espaço e que actuam para alterar a forma de uma superfície equipotencial sobre a Terra. As forças gravitacionais seguir um força do inverso do quadrado lei (é inversamente proporcional à quadrado da distância), mas as forças de maré são inversamente proporcionais ao cubo da distância. A superfície do oceano se move para ajustar a mudança de potencial das marés, que tende a subir quando o potencial de maré é alta, a parte da Terra mais próximo da Lua, ea parte mais distante. Quando as mudanças das marés equipotenciais, a superfície do oceano já não é alinhado com ele, de modo que a direcção aparente dos deslocamentos verticais. A superfície então experimenta uma inclinação para baixo, na direção em que o equipotential aumentou.
Laplace equação das marés
A profundidade dos oceanos é muito menor do que a sua extensão horizontal; Assim, a resposta a forçando por marés pode ser modelado utilizando as equações de Laplace de maré, que incorporam as seguintes características: (1) a velocidade vertical (ou radial) é insignificante, e que não há verticais shear-este é um fluxo folha. (2) O forçando só é horizontal (tangencial). (3) A Efeito Coriolis aparece como um lateral, forçando fictício proporcional à velocidade. (4) a taxa de variação da altura da superfície é proporcional ao desvio negativo da velocidade multiplicada pela profundidade. A última significa que à medida que os alongamentos de velocidade horizontal ou comprime o oceano como uma folha, o volume dilui ou engrossa, respectivamente. As condições de contorno ditar nenhum fluxo em todo o litoral, e deslizamento livre na parte inferior. O efeito Coriolis dirige ondas para a direita no hemisfério norte e para a esquerda nos permitindo ondas coastally presas sul. Finalmente, um termo dissipação pode ser adicionado, que é um análogo de viscosidade.
Amplitude de corrente e o tempo de ciclo
A amplitude teórica de marés oceânicas devido à lu é cerca de 54 cm no ponto mais alto, o que corresponde à amplitude que seria alcançada se o oceano possuía uma profundidade uniforme, não houve massas de terra, a terra e não foram rotativo. O sol causa semelhante marés, da qual a amplitude teórica é de cerca de 25 cm (46% daquela da Lua) com um tempo de ciclo de 12 horas. Na maré mola os dois efeitos adicionar um ao outro para um nível teórico de 79 cm, enquanto que a maré vazante a nível teórico, é reduzida a 29 cm. Uma vez que as órbitas da Terra em torno do Sol, ea Lua sobre a Terra, são elípticas, as amplitudes das marés mudar um pouco como resultado das diferentes distâncias da Terra ao Sol e Terra-Lua. Isto provoca uma variação na força de maré e amplitude teórica de cerca de ± 18% para a Lua e ± 5% para o Sol Se tanto o Sol ea Lua estavam em suas posições mais próximos e alinhados na lua nova, a amplitude teórica chegaria a 93 centímetros.
Amplitudes diferem consideravelmente reais, não só por causa das variações na profundidade do oceano, e os obstáculos ao fluxo causado por os continentes, mas também porque o período natural de propagação da onda é da mesma ordem de grandeza que o período de rotação: cerca de 30 horas. Se não houvesse massas de terra, levaria cerca de 30 horas para uma onda de superfície do oceano comprimento de onda longo para se propagar ao longo do equador até meio em torno da Terra (em comparação, o período natural de litosfera da Terra é cerca de 57 minutos).
Dissipação Tidal
As oscilações das marés da Terra introduzir dissipação, em um taxa média de cerca de 3,75 terawatt. Cerca de 98% desta dissipação é pelo movimento das marés nos mares e oceanos. A dissipação surge como o fluxo das marés bacia escala impulsiona os fluxos de menor escala que experimentam dissipação turbulenta. Esta corrente de arrasto dá origem a um binário na Lua que resulta na transferência gradual de momento angular para a sua órbita, e um aumento gradual na separação Terra-lua. Como resultado do princípio de conservação do momento angular , a velocidade de rotação da Terra é correspondentemente mais lenta. Assim, ao longo do tempo geológico, a Lua se afasta da terra, a cerca de 3,8 cm / ano, e o comprimento dos dias aumenta terrestres, o que significa que há menos de cerca de 1 dia por 100 milhões de anos. Ver aceleração de maré para mais detalhes.
Tidal observação e previsão
Desde os tempos antigos, as marés foram observados e discutidos com o aumento da sofisticação, primeiro observando a repetição diária, em seguida, sua relação com o Sol ea Lua. Pytheas viajou para as Ilhas Britânicas e parece ser a primeira a ter as marés vivas relacionadas com a fase da lua. O Naturalis Historia de Plínio, o Velho reúne muitas observações de pormenor: as marés vivas sendo alguns dias depois (ou antes) lua nova e cheia, e que as marés vivas em torno da época dos equinócios eram os mais elevados, embora também havia muitos relacionamentos agora considerados como fantasiosa. Em sua Geografia, Estrabão descreveu marés no Golfo Pérsico que tenham a sua maior amplitude quando a lua estava mais afastada do plano do equador. Tudo isso apesar das marés relativamente fracas na bacia do Mediterrâneo, embora existam fortes correntes através do Estreito de Messina e entre a Grécia ea ilha de Eubéia através do Euripus que intrigaram Aristóteles . Na Europa em torno de 730 dC, o Venerável Bede descreveu como a ascensão da maré em uma costa das ilhas britânicas coincidiu com a queda do outro e descreveu a progressão em tempos de alta da mesma água ao longo da costa da Nortúmbria.
Eventualmente, a primeira tabela maré na China foi gravado em 1056 AD, principalmente para o benefício dos visitantes que desejam ver o famoso pororoca no Rio Qiantang. A tabela a maré primeiro conhecido é pensado para ser a de João, Abbott de Wallingford (d. 1213), com base na alta água que ocorre 48 minutos depois, a cada dia, e três horas depois, rio acima em Londres do que na foz do Tâmisa.
William Thomson liderou a primeira análise harmônica sistemática de registros de marés, a partir de 1867. O principal resultado foi a construção de uma maré prevendo-máquina (TPM), utilizando um sistema de roldanas para somar seis funções harmônicas de tempo. Ele foi "programado", redefinindo engrenagens e correntes para ajustar fases e amplitudes. Máquinas semelhantes foram utilizados até a década de 1960.
O registro do nível do mar em primeiro lugar conhecido de todo um ciclo de primavera-neap foi feito em 1831 na doca da marinha no estuário do Tamisa, e muitas grandes portos teve estações de maré calibre automáticas em 1850.
William Whewell primeiro mapeada linhas cotidais terminando com um gráfico quase global em 1836. A fim de tornar esses mapas consistente, ele a hipótese da existência de amphidromes onde as linhas cotidais se encontram no meio do oceano. Estes pontos de não maré foram confirmados pela medida em 1840 pelo Capitão Hewett, RN, a partir de sondagens cuidadosas no Mar do Norte.
Cronometragem
Na maioria dos lugares, há um atraso entre as fases da lua e os efeitos sobre a maré. Molas e Neaps no Mar do Norte , por exemplo, são dois dias por trás do novo / a Lua cheia e primeiro terceiro trimestre /. Isso é chamado a idade da maré.
O tempo exato e altura da maré em um determinado ponto do litoral também é muito influenciada pelo local, batimetria. Existem alguns casos extremos: o Baía de Fundy, na costa leste do Canadá , possui as maiores amplitudes de maré bem documentados no mundo, 16 metros (53 pés), por causa da forma da baía. Southampton no Reino Unido tem um alto água dupla causada por a interacção entre os diferentes harmónicas dentro da região de maré. Isto é contrário à crença popular de que o fluxo de água ao redor da Ilha de Wight cria duas águas altas. A Ilha de Wight é importante, no entanto, uma vez que é responsável pela 'Young Flood Stand', que descreve a pausa da maré cerca de três horas após o baixo de água. Ungava Bay no norte Quebec, Canadá norte oriental, é considerado por alguns especialistas para ter amplitudes de marés mais altas do que o Baía de Fundy (cerca de 17 metros ou 56 pés), mas é livre de bloco de gelo para apenas cerca de quatro meses a cada ano, enquanto a Baía de Fundy raramente congela.
Porque os modos de oscilação do Mar Mediterrâneo e do Mar Báltico não coincidem com qualquer período forçando astronômico significativo das maiores marés estão perto de suas ligações estreitas com o Oceano Atlântico. Extremamente pequenas marés ocorrem também pelo mesmo motivo no Golfo do México e Mar do Japão. Na costa sul da Austrália , porque a costa é extremamente direto (em parte devido às pequenas quantidades de escoamento que flui de rios), amplitude de maré são igualmente pequena.
Análise Tidal
Foi a teoria da gravitação universal devido a Isaac Newton que primeiro permitiu uma explicação de por que havia duas marés por dia, não um, e, através de cálculo das forças, esperança oferecida de entendimento detalhado. Embora possa parecer que as marés poderia ser previsto por meio de um conhecimento suficientemente detalhada dos termos forçando astronômicos, a maré de reais em um determinado local é determinado pela resposta dos oceanos às forças astronômicos acumulados ao longo de um período de muitos dias e calcular este requer um conhecimento detalhado da forma de todas as bacias oceânicas. Em vez disso, o procedimento é pragmático. Em cada local de interesse, medir a altura da maré, em pelo menos um ciclo lunar (para capturar a primavera - resposta de maré vazante) e, em seguida, analisar as diferenças de nível médio do mar no que diz respeito às frequências astronômicos conhecidos e fases das forças de maré levantando- na expectativa de que a altura da maré comportamento vai seguir o comportamento da força de maré. Então, porque os estados astronômicos podem ser calculados com certeza, a altura da maré em outras vezes pode ser previsto. Os principais padrões são a maré duas vezes por dia, a diferença entre a primeira ea segunda onda de um dia (devido à lua eo sol sendo ao norte ou ao sul do equador), o ciclo de primavera-neap em amplitude (devido às posições relativas da lua e do sol), eo ajuste de alturas das marés de primavera, devido às perigeus da lua e do sol. O mais alto Astronomical Tide é a maré de sizígia perigean quando tanto o sol ea lua estão mais próximos da Terra.
Quando confrontado por uma função de variação periódica, a abordagem padrão é empregar Série de Fourier, uma forma de análise ortogonal que utiliza funções trigonométricas como o seu conjunto de base, especificamente um conjunto de funções sinusoidais possuindo frequências (o número de ciclos por dia, ou outra unidade de conveniente) que são iguais a zero, um, dois, três, etc. vezes a freqüência de um ciclo especial fundamentais; estes são chamados de harmônicos da freqüência fundamental, eo processo é denominado Análise Harmônica. Se as funções senoidais são bem adequadas ao comportamento que está sendo modelado, relativamente poucos termos harmônicos precisam ser realizadas na análise, e felizmente, porque órbitas são circulares, as variações senoidais são muito adequados.
Para a análise da altura da maré, a abordagem da Série de Fourier é melhor feita mais elaborada. Enquanto o teorema permanece verdadeira e a altura da maré pode ser analisado em termos de uma única frequência e as suas harmónicas, seria necessário um grande número de termos significativos. A decomposição muito melhor (ou seja, mais compacto) para este caso envolve um conjunto de base ter mais de uma frequência fundamental: especificamente, os períodos de uma revolução da terra (equivalente, do sol em torno da terra), e uma órbita da lua sobre a terra são incomensuráveis (por simplicidade na formulação, esta discussão é inteiramente geocêntrica, mas é informado pelo modelo heliocêntrico), de modo a representar influências tanto através de uma freqüência exigiria muitos termos harmônicos. Ou seja, a soma de duas senóides, uma na frequência do Sol eo segundo em frequência da lua, exige aqueles apenas dois termos, mas sua representação como uma série de Fourier com uma freqüência fundamental e suas (inteiro) múltiplos exigiria muitos termos. Para marés, em seguida, embora o processo ainda é denominado Análise Harmônica, ela não se limita a gaita de uma única freqüência. Para demonstrar isto, http://www.arachnoid.com/tides/index.html oferece um padrão de altura das marés convertido em um arquivo de som .mp3, eo som rico é muito diferente de um tom puro. Em ainda outras palavras, as harmonias são múltiplos de muitas freqüências fundamentais, não apenas de um freqüência fundamental da abordagem série de Fourier comum.
O estudo da altura da maré por Análise Harmônica foi iniciada por Laplace , Lord Kelvin e George Darwin, então rigorosamente prorrogado por AT Doodson que introduziu a notação Número Doodson para organizar as centenas de termos que resultam. Esta abordagem tem sido o padrão internacional desde então, e as complicações surgem da seguinte forma: até agora, a força da maré levantando seja ficticiamente dada pelo A.cos (wt + p) onde A é a amplitude, a freqüência angular w (geralmente dada em graus por hora) e p o deslocamento de fase no que se refere ao estado astronomia no tempo t = 0; há um prazo para a lua e um segundo mandato para o sol. Se as órbitas eram circulares, que seria o fim da questão, mas é claro que eles não são. Por conseguinte, o valor de A é ela própria variando com o tempo, ligeiramente, cerca de alguns valor médio. Substitua-o depois por A (t), mas, o que forma funcional? Acontece que outra sinusoid dá uma excelente aproximação, um pouco como os ciclos e epiciclos de teoria ptolemaica . Assim, A (t) = A. (1 + Aa.cos (wa.t + aa)), o que quer dizer um valor médio de A com uma variação sinusoidal sobre ele de magnitude Aa, com wa frequência e fase pa. Assim, o simples termo é agora um termo composto, o produto de dois termos de cosseno:. A. [1 + Aa.cos (wa + PA)] cos (wt + p)
Agora, dado que cos (a) .cos (b) = [cos (a + b) + cos (a - b)] / 2, é claro que um termo composto que envolve o produto de dois termos de cosseno cada um com a sua própria frequência é o mesmo que três (não dois: é (1 + cos) .cos) termos de cosseno simples que são para ser adicionado, à frequência original e também no soma e diferença entre as duas frequências de o termo do produto. Considere ainda que a força de maré sobre um local depende também do facto de a lua (ou o sol) está acima ou abaixo do plano do equador, e que esses atributos têm os seus próprios períodos também incomensurável com um dia e um mês, e que é claro que muitas combinações resultarem. Com uma escolha cuidadosa das frequências astronômicos básicos, o número Doodson anota os acréscimos e as diferenças de los particulares para formar a frequência de cada termo co-seno simples.
Lembre-se sempre que as marés astronômicas não incluem o efeito do tempo, e, alterações às condições locais (movimento de restinga, bocas de dragagem do porto, etc.) de distância das vigentes no momento da medição pode afetar o tempo e magnitude da maré real . Organizações citando uma "maior maré astronômica" para algum local pode exagerar a figura como um fator de segurança contra as incertezas da análise, a extrapolação a partir do ponto de medição mais próximo, mudanças desde o tempo de observação, possível subsidência do solo, etc, para proteger a organização contra a culpa deve ser uma obra de engenharia overtopped. Se o tamanho de um "aumento do tempo" é avaliada subtraindo a maré astronomia da maré observada no momento, é necessário cuidado.
Cuidadoso Fourier análise de dados durante um período de dezenove anos (o National Tidal Datum Epoch em os EUA) utiliza frequências chamado os constituintes harmônicas de maré. Dezenove anos é preferido porque as posições relativas da Terra, lua e sol repetição quase exatamente no Metonic ciclo de 18,6 anos. Esta análise pode ser feita usando apenas o conhecimento do período de forçar, mas sem entendimento detalhado dos matemática físicos, o que significa que as tabelas de maré úteis foram construídas há séculos. As amplitudes e fases resultantes podem então ser usadas para prever as marés esperados. Estes são geralmente dominados pelos constituintes perto de 12 horas (os constituintes semi-diurnas), mas não são os principais constituintes perto de 24 horas (diurno) também. Componentes de mais longo prazo são de 14 dias ou quinzenal, mensal e semestral. A maior parte do litoral é dominado pelas marés semi-diurnas, mas algumas áreas, como o Mar da China Meridional e do Golfo do México são principalmente diurna. Nas áreas semidiurnas, os principais constituintes M 2 (Lunar) e S 2 períodos (solares) diferem ligeiramente de modo a que as fases relativas e, portanto, a amplitude da onda combinada, alterar quinzenal (período de 14 dias).
No M 2 enredo acima de cada linha de relevo adjacente difere por uma hora de seus vizinhos, e as linhas mais grossas mostram-mares de fase com equilíbrio em Greenwich. As linhas de girar em torno do pontos amphidromic sentido anti-horário no hemisfério norte, de modo que a partir de Baja Califórnia ao Alasca e da França para a Irlanda a maré M 2 propaga em direção ao norte. No hemisfério sul neste sentido é no sentido horário. Por outro lado M 2 maré se propaga sentido anti-horário em torno de Nova Zelândia, mas isso porque o ato ilhas como uma represa e permitir que as marés de ter alturas diferentes em lados opostos das ilhas. Mas as marés se propagam em direção ao norte, no lado leste e para o sul, na costa oeste, como previsto pela teoria. A exceção é o Estreito de Cook, onde as correntes de maré periodicamente ligar decrescente água. Isso ocorre porque as linhas cotidal 180 ° ao redor dos amphidromes estão em fase oposta, por exemplo alta água através de baixa água. Cada componente de corrente tem um padrão diferente de amplitudes, fases e amphidromic pontos, de modo que os M 2 padrões não pode ser usado para outros componentes da maré.
Tidal corrente
O padrão de fluxo devido à influência das marés é muito mais difícil de analisar, e também, os dados são muito mais difíceis de coletar. A altura das marés é um número simples, e se aplica a uma ampla região ao mesmo tempo (muitas vezes, tanto quanto os olhos podem ver), mas um fluxo tem tanto uma magnitude e uma direção, e pode variar substancialmente ao longo apenas a uma curta distância, devido à batimetria locais , e também variar com a profundidade. Embora o centro de um canal é o local de medição mais útil, os marinheiros não aceitará uma navegação obstruindo a instalação de medição de corrente! Uma atitude flexível é exigido. Um fluxo de proceder-se um canal curvo é o mesmo fluxo, ainda que a sua direcção varia continuamente ao longo do canal. Mesmo a expectativa óbvio que os fluxos de maré vazante inundação e será em direcções recíprocas não for satisfeita, conforme a direcção de um fluxo é determinado pela forma do canal é proveniente de, e não a forma em que ele será em breve. Do mesmo modo, pode formar turbilhões numa direcção mas não o outro.
No entanto, a análise prossegue com a mesma base. Numa dada localização no caso simples, a grande maioria do fluxo de inundação será num sentido, e o fluxo de refluxo em outro (não necessariamente recíproca) direcção. Tome as velocidades ao longo da direção de inundação como positivo, e ao longo da direção vazante como negativo, e proceder como se fossem figuras de altura da maré. Em situações mais complexas, o fluxo não será dominado pelos principais fluxos e refluxos direções, com o sentido de fluxo e magnitude traçar uma elipse ao longo de um ciclo de maré (em um terreno polar) em vez de ao longo das duas linhas de fluxo e refluxo direção . Neste caso, a análise pode prosseguir ao longo de dois pares de instruções, as instruções de fluxo primário e as indicações secundárias em ângulos rectos. Em alternativa, os fluxos de maré pode ser tratada como números complexos, uma vez que cada valor tem tanto uma magnitude e um sentido.
Tal como acontece com as previsões da maré, as previsões de fluxo de maré com base apenas em fatores astronômicos não ter em conta as condições meteorológicas, que podem mudar completamente a situação. O fluxo das marés através Estreito de Cook entre as duas ilhas principais da Nova Zelândia é particularmente interessante, pois em cada lado do estreito da maré é quase exatamente fora de fase para que a alta água de um lado encontra baixo água do outro. Fortes correntes resultar, com quase zero de maré mudança de altura no centro do estreito. No entanto, apesar do aumento das marés deve fluir numa direcção durante seis horas e depois na direcção inversa durante seis horas, etc uma onda específico pode durar oito ou 10 horas com a onda inversa enfraquecida. Em condições meteorológicas especialmente turbulentas, a onda reversa pode ser inteiramente superados para que o fluxo permanece na mesma direção através de três períodos de surto e mais longos.
Uma complicação adicional para o padrão do fluxo da corrente do Estreito de Cook é que as marés na extremidade norte têm os dois ciclos comuns de marés vivas-neap em um mês (como o encontrado ao longo do lado oeste do país), mas o padrão das marés do extremo sul tem um ciclo de marés vivas-neap um mês, como se encontra no lado leste do país. As correntes de maré são muito mais complexas do que as alturas de maré!
Tidal Power Generation
A energia pode ser extraída por duas vias: a inserção de uma turbina de água em uma corrente de maré, ou, a construção de tanques de represamento de modo a libertar ou admitir água através de uma turbina. No primeiro caso, a geração é inteiramente determinado pelo calendário ea magnitude das correntes de maré, e os melhores correntes pode estar indisponível porque as turbinas possa dificultar navegação. Na segunda, as barragens represamento são caros de construir, os ciclos naturais de água são completamente interrompido, como é a navegação, mas com múltiplos represamento lagoas energia pode ser gerada por vezes escolhidos. Até agora, há poucos sistemas para a geração de energia das marés (o mais famoso, La Rance por Saint Malo, França) e muitas dificuldades. Além das questões ambientais, simplesmente resistir a corrosão da água do mar e sujar por crescimentos biológicos é difícil!
Os proponentes de sistemas de energia das marés normalmente se gabar de que ao contrário dos sistemas de energia eólica, o padrão de geração pode ser previsto anos antes, e preferem não falar sobre os efeitos do tempo. Outra afirmação é que alguma geração é possível para a maior parte do ciclo das marés. Isso pode ser verdade, em princípio, desde a época de água ainda é curto, mas, na prática turbinas perder eficiência em potências de funcionamento parciais. Uma vez que a energia disponível a partir de um fluxo é proporcional ao cubo da velocidade do fluxo, o tempo durante o qual a geração de energia alta é possível revelar-se bastante breve. Um recuo, em seguida, é óbvio que ter um número de estações de geração de energia das marés, em locais onde a fase de maré é diferente o suficiente de modo que a baixa de potência a partir de uma estação é preenchido por uma elevada energia de outra. Mais uma vez, a Nova Zelândia tem oportunidades particularmente interessantes. Porque o padrão das marés é tal que um estado de alta água orbita o país uma vez por ciclo, há sempre algo em torno da costa, onde a maré está em seu pico, e em outro lugar onde ele está no seu mais baixo, etc., para que através do rede de transmissão de energia elétrica, não poderia ser sempre fornecimento de geração de maré em algum lugar. A situação mais conveniente é apresentado com cidade de Auckland , que está entre porto Manukau e Waitemata porto para que ambas as usinas seria próximo à carga.
Mas, porque a energia disponível varia com o cubo do fluxo, mesmo com a diferença de fase óptimo de três horas entre duas estações, existem ainda quantidades significativas de tempo, quando o fluxo de corrente não é suficientemente rápida para geração significativa, e pior ainda, durante o tempo de marés mortas, o fluxo é fraco todo o dia, e não há como se locomover esta via múltiplas estações, porque as marés mortas se aplicam a toda a terra de uma vez. As marés mortas mais débeis seria quando a influência do sol é máxima, enquanto é mais fraco da lua, e, tanto quanto o sol está em causa, é mais próximo à Terra durante o tempo de verão do hemisfério sul, que é quando a demanda de eletricidade é a menos lá, um pequeno bônus.
Como resultado, os juros devem cair noporto Kaipara que não só é grande, mas também é de dois lóbulos em forma, e, assim, quase pré-concebido para um regime de represamento das marés, onde um lobo poderia ser preenchido por água alta e os outros esvaziado por baixo de água, e, em seguida, através de um canal de um para o outro geração seria possível, no momento da escolha.
Há probabilidade escassa de qualquer procedimento regime, devido ao rompimento de condições naturais.
Marés são de profunda importância na navegação e erros muito significativos na posição irá ocorrer se não forem tidos em conta. Alturas de maré também são muito importantes; por exemplo, muitos rios e portos têm um raso "bar" na entrada que impedirá barcos com significativa projecto de entrar em determinados estados da maré.
Os horários e as velocidades de fluxo das marés pode ser encontrado por olhar para um gráfico de maré ou corrente de maré atlas para a área de interesse. Cartas náuticas vêm em conjuntos, com cada diagrama do conjunto cobrindo uma hora entre uma alta de água e outro (eles ignoram os extras 24 minutos) e dar o fluxo das marés médio para que uma hora. Uma seta no gráfico de maré indica a direção ea velocidade do fluxo médio (geralmente em nós) para a Primavera e marés mortas. Se um gráfico de maré não está disponível, a maioria das cartas náuticas têm " diamantes de maré "que se relacionam pontos específicos do gráfico para uma tabela de dados que dão direção e velocidade do fluxo das marés.
O procedimento padrão para neutralizar os efeitos de marés na navegação é a (1) calcular um " acerto de contas posição morta "(ou DR) de distância e direção de viagem, (2) marcar esta na carta (com um corte vertical como um sinal de mais ) e (3) estabelecer uma linha de DR na direcção da maré. A distância a maré vai ter movido o barco ao longo desta linha é calculado pela velocidade das marés, e isso dá uma "posição estimada" ou EP (tradicionalmente marcado com um ponto em um triângulo).
Cartas náuticas exibir a "profundidade indicada nas cartas" da água em locais específicos com " sondas "e a utilização de batimetria linhas de contorno para ilustrar a forma da superfície submersa. Estas profundidades são em relação a um " gráfico de referência ", que é tipicamente o nível de água na maré mais baixa possível astronomia (marés pode ser menor ou maior, por razões meteorológicas) e são, portanto, a profundidade mínima da água possível, durante o ciclo das marés. "Alturas de secagem" também pode ser mostrado no gráfico, que são as alturas do exposto fundo do mar na maré mais baixa astronômico.
Alturas e épocas de baixa e alta água em cada dia são publicados em tabelas de marés. A profundidade real da água nos pontos de Dado em água de alta ou baixa pode ser facilmente calculado, adicionando a profundidade indicada nas cartas à altura publicada da maré. A profundidade da água para além da água de alta ou baixa vezes pode ser derivada a partir de curvas de maré publicados para os principais portos. Se uma curva exata não estiver disponível, a regra dos duodécimos pode ser usado. Esta aproximação trabalha na base de que o aumento da profundidade nas seis horas entre baixa e alta água vai seguir esta regra simples: primeira hora - 12/01, segunda - 12/02, em terceiro lugar - 12/03, quarta - 3/12 , quinta - 12/02, sexta - 1/12.
Aspectos biológicos
Ecologia intertidal
Ecologia intertidal é o estudo das marés ecossistemas, onde os organismos vivem entre as linhas de baixa e alta água. Na maré baixa, o intertidal é exposto (ou 'emersas'), enquanto que no ponto alto, o intertidal está debaixo d'água (ou "imerso"). Intertidal ecologistas , portanto, estudar as interações entre organismos e seu ambiente intertidal, bem como entre diferentes espécies de organismos intertidais dentro de uma comunidade intertidal particular. Os mais importantes interações ambientais e espécies podem variar de acordo com o tipo de comunidade intertidal sendo estudado, a mais ampla das classificações baseando-se em substratos - costa rochosa e comunidades fundo macio.
Organismos que vivem nesta zona tem um ambiente altamente variável e muitas vezes hostil, e evoluíram várias adaptações para lidar com e até mesmo explorar estas condições. Uma característica facilmente visível das comunidades entre-marés é zoneamento vertical, onde a comunidade é dividida em faixas verticais distintos de espécies específicas, que vão subindo a costa. Espécies capacidade de lidar com a dessecação determina os seus limites superiores, enquanto a concorrência com outras espécies define os seus limites mais baixos.
Regiões entremarés são utilizados por seres humanos para alimentos e recreação, mas também ações antrópicas têm grandes impactos, com a sobreexploração, espécies invasoras e mudanças climáticas estar entre os problemas enfrentados pelas comunidades entre-marés. Em alguns lugares Áreas Marinhas Protegidas foram estabelecidas para proteger essas áreas e ajudar na investigação científica.
Ritmos biológicos e as marés
Organismos intertidais são muito afetados pelo ciclo aproximadamente quinzenal das marés e, portanto, os seus ritmos biológicos tendem a ocorrer em múltiplos ásperas deste período. Isto é visto não só nos organismos intermareais No entanto, mas também em muitos outros animais terrestres, tais como a vertebrados . Exemplos incluem gestação e a eclosão dos ovos. Nos seres humanos, por exemplo, o ciclo menstrual dura aproximadamente um mês, um múltiplo do período do ciclo das marés. Esta pode ser uma evidência da origem comum de todos os animais de um ancestral marinho.
Outros marés
Em adição às marés oceânicas, existem marés atmosféricas bem como marés terra . Todos estes são fenómenos mecânicos contínuos, sendo os dois primeiros fluidos e o terceiro sólido (com várias modificações).
Marés atmosféricas são insignificantes ao nível do solo e de aviação altitudes, afogados pelos efeitos muito mais importantes do tempo . Marés atmosféricas são ambos gravitacional e térmica na origem, e são as dinâmicas dominantes de cerca de 80 km até 120 km, onde a densidade molecular torna-se demasiado pequena para comportar-se como um fluido.
Marés da Terra ou marés terrestres afetar toda a massa rochosa da Terra. Deslocamentos da crosta terrestre (up / down, leste / oeste, norte / sul), em resposta à Lua e da gravitação do Sol, marés do oceano, e carga atmosférica. Embora insignificante para a maioria das atividades humanas, a amplitude das marés terrestres semidiurnal pode chegar a cerca de 55 centímetros no equador (15 cm, é devido ao Sol), que é importante na calibração GPS e medições VLBI. Também para fazer medições angulares astronômicos precisos exige conhecimento de taxa da terra de rotação e nutation, ambas as quais são influenciadas pelas marés terrestres. Os semi-diurnas M 2 marés da Terra estão quase em fase com a Lua com defasagem corrente de cerca de duas horas. Marés terrestres também precisam ser levados em conta no caso de algumas de física de partículas experimentos. Por exemplo, no CERN ou SLAC, os grandes aceleradores de partículas foram projetadas, tendo em conta marés terrestres para a operação adequada. Entre os efeitos que precisam ser levados em conta são deformação circunferência para aceleradores circulares e energia do feixe de partículas. Desde forças de maré gerar correntes de condução de fluidos dentro do interior da Terra, que por sua vez afeta o próprio campo magnético da Terra.
Quando oscilante correntes de maré no fluxo oceano estratificada sobre topografia do fundo irregular, elas geram ondas internas com freqüências de maré. Tais ondas são chamados marés internos .
O maré galáctica é a força de maré exercida pelas galáxias em estrelas dentro deles e galáxias satélites que orbitam-los. Os efeitos da maré galáctica no Sistema Solar 's nuvem de Oort são acreditados para ser a causa de 90 por cento de todos os cometas de longo período observados.
Erros de aplicação
Tsunamis , as grandes ondas que ocorrem depois de terremotos, às vezes são chamados ondas de maré , mas este nome é devido à sua semelhança com a maré, ao invés de qualquer ligação efectiva à própria maré. Outros fenômenos não relacionados às marés, mas usando a palavra maré são rasgão maré, maré de tempestade, furacão maré e preto ou marés vermelhas. O termo onda parece estar desaparecendo do uso popular.
