Параллактическое неравенство

Луна обращается вокруг Земли по эллипсу, в фокусе которого находится Земля.

Когда Луна находится в перигее, т.е. в наименьшем расстоянии от Земли (около 57 радиусов Земли), то ее приливообразующая сила на 40% больше чем, во время нахождения в апогее - в наибольшем расстоянии от Земли (63,7 радиусов Земли). Вследствие этого возникают параллактические неравенства с периодом в 27,3 средних суток.

Подобное параллактическое неравенство имеет место и в солнечных приливах. Когда Солнце находится ближе всего к Земле, то его приливообразующая сила на 10% больше, чем при нахождении его в максимальном удалении. Период этого неравенства – 365,25 средних суток.

Таким образом, в явлении лунно-солнечных приливов имеют место следующие закономерности.

1. В большинстве мест на земном шаре Солнце в течение 24 час., а Луны в течение 24 ч. 50 м. производят 2 прилива и 2 отлива.

2. Луна в течение полумесяца меняет свое склонение от крайнего северного до крайнего южного, вызывая суточное неравенство по высоте и по времени. Для каждой параллели суточное неравенство особое и постоянно меняющееся.

То же имеет место и для Солнца, но с периодом в полгода.

3. Луна в течение месяца, а Солнце в течение года изменяют свое расстояние от Земли, вызывая параллактические неравенства.

Отсюда ясно, что количество возможных сочетаний влияния обоих светил на явление приливов на Земле настолько огромно, что приливы каждого дня могут носить особый характер.

Теория приливов Ньютона, хотя и правильно рассмотрела причины приливов, но не могла дать удовлетворительного решения для получения высоты прилива.

Величина прилива на земном шаре: в открытом океане – около 1 м; у берегов материков увеличивается, доходя в узких проливах или в вершинах длинных заливов до 16 с лишним метров.

Например, Бристольский залив - до 13 м, залив Фанди - до 18 м.

Черное море – полусуточный прилив, величина его до 8,3 см.

Явление прилива на реках и в устьях рек

Приливная волна, поднимаясь в устья рек, вызывает колебания уровня, заметные еще на большом расстоянии от океана. Так, например, в Амазонке прилив заметен на расстоянии до 1400 км от устья. В некоторых реках прилив сопровождается водяным валом, идущим поперек реки вверх против течения.

Такой вал, называемый бором, может иметь высоту до 3-4 м, скорость его продвижения вверх по реке может достигать до 9 узлов.

Приливо-отливные явления играют большую роль в судовождении. В зависимости от обстоятельств плавания может встретиться необходимость в тех или иных предвычислениях приливов. Для этого используют Таблицы приливов, издаваемые ежегодно.

Колебание уровня моря в некоторой точке Мирового океана можно представить в виде кривой в системе прямоугольных координат, по осям которой откладываются время суток в часах и высоты прилива в метрах. В случае близкого к правильному приливу построение такой кривой может быть выполнено при известных высотах полной и малой воды и моментах их наступления. Имея для заданного места график прилива, предвычисление его элементов осуществляется просто и наглядно. Пояснение сделаем с помощью подробного решения примера (рис. 4.34.).

Пусть в некотором дополнительном (Secondary) пункте, где на карте указана глубина Н_к= 2,5 м, в заданную дату определены следующие элементы прилива (см. таблицу 4) изAdmiralryTideTebly:

Таблица 4

STANDARD PORT ……………….. TIME/HEIGHT REQUIRED ………………….

SECONDARY PORT………………. DATE …………. TIME ZONE ……………....

Standard port	TIME		HEIGHT
	HW	LW	HW	LW	RANGE
	0438	0020	5,2	2,4	1,8
Seasonal change	Standard port		- 0,1	- 0,1
Differences	+ 0020	- 0014	- 0,1	0
Seasonal change	Secondary port		+ 0,2	+ 0,2
Secondary port	0458	0006	5,2	2,5
Duration	0452

STANDARD PORT ……………….. TIME/HEIGHT REQUIRED ………………….

SECONDARY PORT……………….DATE …………. TIME ZONE ……………….

Standard port	TIME		HEIGHT
	HW	LW	HW	LW	RANGE
	1720	1041	5,0	2,0	3,0
Seasonal change	Standard port		- 0,1	- 0,1
Differences	+ 0005	+ 0010	+ 0,3	0
Seasonal change	Secondary port		+ 0,2	+ 0,2
Secondary port	1725	1051	5,4	2,1
Duration	0634

Примечания: Сезонные поправки для основного пункта вписываются с обратным знаком(ячейка 6).

Определить:

1. максимальную h_maxи минимальнуюh_minвысоты прилива;

2. высоту прилива в заданный момент t₃= 12^ч00^м;

3. время наступления заданной высоты прилива h₃= 3,5 м;

4. промежуток времени, в течение которого высота прилива будет не ниже h₃= 3,5 м (приливное окно –TidalWindow);

5. действительную глубину Н в t₃= 12^ч00^м, если указанная на карте глубина Н_к= 2.5 м (рис. 4.34.);

6. промежуток времени, в течение которого будет полностью покрыта водой скала, если на карте она указана выступающей над водой на 3 м;

7. промежуток времени, в течение которого возможен безопасный проход катера с осадкой 0,5 м над указанной в п. 6 скалой, при обеспечении запаса воды под килем не менее 1 м;

8. высоту знака в полдень заданной даты, если на карте для этого знака указана высота над уровнем моря, равная 2,5 м (здесь предполагается, что высокая полная вода (ВПВ) в заданную дату достаточно близка к средней сизигийной высокой полной воде).

1. На миллиметровой бумаге или на бумаге в клеточку построить оси прямоугольной системы координат: ось абсцисс – время суток в часах; ось ординат – высота прилива в метрах (или в футах).

2. Нанести положения 4 точек в соответствии с данными табл.

3. По значению "Range" выбрать график прилива для основного пункта, оцифровать ось времени и провести "Slopeline" для дополнительного пункта в диаграмме прилива (АТТ).

4. Пользуясь диаграммой, нанести на график через каждый час высоты прилива и соединить точки плавной линией, которая с достаточной для практики точностью представит суточный график прилива в заданном месте на заданную дату.

5. Если интересующий судоводителя момент суток находится в начале или конце построенного вышеописанным приемом графика прилива, тогда рекомендуется нанести две точки из предыдущих или последующих суток и, таким образом, построить график прилива с запасом.

Рис. 4.34.

6. Непосредственно с построенного графика прилива получаем следующие ответы:

1) h_min = 2,1 м; h_max = 5,4 м;

2) h_12.00 = 2,4 м;

3,4) от 02^ч06^мдо 08^ч00^м; от 13^ч55^мдо 20^ч50^м;

5) Н = Н_к+h_12.00= 4,9 м;

6) от 01^ч30^мдо 08^ч50^м; от 13^ч15^мдо 21^ч40^м;

7) от 03^ч35^мдо 06^ч45^м; от 15^ч25^мдо 19^ч40^м;

8) высота маяка 2,5 м + 3 м = 5,5 м.

Предвычисленные элементы приливов иногда не совпадают с фактическими. Чаще всего это объясняется влиянием гидрометеорологических условий, которые при предвычислении приливов не могут быть учтены. Наибольшие расхождения между предвычисленными данными и фактическими приливами окажутся там, где наблюдаются продолжительные сильные сгонно-нагонные ветры и резкие изменения атмосферного давления.

В мелководных районах моря уровень воды повышается обычно в направлении действия ветра и понижается в противоположном направлении. С уменьшением атмосферного давления уровень воды повышается, и, напротив, увеличение атмосферного давления приводит к понижению уровня моря. При этом изменению атмосферного давления на 1 мб в среднем соответствует изменение уровня моря на 1 см.

Для каждого пункта в таблицах приливов указан пояс, по времени которого даются моменты полных и малых вод.

Для получения данных о приливах по времени другого пояса необходимо произвести расчет по времени, указанному в таблицах, а затем перевести его в необходимое поясное время.

Высоты полных и малых вод в таблицах приливов даны в метрах над нулем глубин. Нулем глубин называется уровень воды, от которого на морских картах показаны глубины.

Часто за нуль глубин на морях с приливами принимается теоретический нуль глубин, который является одним из наиболее низких уровней, возможных по астрономическим условиям. Уровни, принятые в ряде стран в качестве нуля глубин, не всегда являются наинизшими. В связи с этим при плавании в отдельных районах возможны случаи, когда действительная глубина окажется меньше отметки, показанной на карте. В таблицах приливов на эти дни даются отрицательные высоты малых вод, которые и надо вычитать из отметок глубин на карте.

Действительная глубина в любой точке может быть определена путем алгебраического суммирования глубины, указанной на карте, с высотой приливного уровня, определенного по таблицам приливов.

Под воздействием приливообразующих сил Луны и Солнца массы воды получают не только вертикальное, но и горизонтальное смещение. В результате этого возникают периодические приливо-отливные течения, скорость которых тем больше, чем больше величина прилива в данном месте. В устьях рек и проливах и в заливах при приливе течение обычно направляется со стороны открытого моря к берегу, а при отливе – с берега в сторону моря. При смене течений происходит его поворот на 180. При этом скорость течения некоторое время остается равной нулю, происходит стояние воды. В открытом море направление приливо-отливного течения меняется непрерывно, проходя последовательно через все румбы. Стояния воды при этом не наблюдается.

На характер движения приливо-отливных течений большое влияние оказывают очертания берегов. Так, в узких длинных проливах и заливах наблюдаются реверсивные приливо-отливные течения. Реверсивное течение полусуточного типа в продолжение примерно 6 ч имеет почти постоянное направление, причем первые 3 ч скорость течения постепенно нарастает, затем последующие 3 ч убывает. В конце шестого часа течение изменяет свое направление на обратное, скорость первые 3 ч возрастает, а затем постепенно уменьшается. Таким образом, наиболее характерный признак реверсивного приливо-отливного течения – это отсутствие постепенной смены направления течений.

В открытом море и в средних частях достаточно широких проливов и заливов наблюдаются вращательные приливо-отливные течения. Они характерны тем, что их направление постепенно изменяется за период прилива. Их часовые скорости незначительно отличаются друг от друга.

По аналогии с приливо-отливными колебаниями уровня выделяют сизигийные, промежуточные (средние) и квадратурные приливо-отливные течения, которые заметно отличаются друг от друга по скорости. Наибольшими скоростями обладают сизигийные, наименьшими – квадратурные.

В некоторых районах Мирового океана скорости приливо-отливных течений достигают больших величин (до 15 узлов). Например, у северных берегов Великобритании скорость течения составляет до 10 уз.

В одном и том же районе моря в дни сизигий скорость течения гораздо больше, чем в квадратуру.

Так как элементы приливо-отливных течений непрерывно меняются, то приведении счисления необходимо каждый час заново строить новый треугольник течения. Сведения о скорости и направлении приливо-отливных течений получают из специальных атласов течений, выбирают с навигационных карт или в таблицах приливов.

Атласы приливо-отливных течений обычно состоят из 13 листов-карт. На каждом листе с помощью стрелок показана картина течений в определенный час до или после момента наступления полной воды в каком-либо основном порту, к которому отнесен данный атлас. Соответствующая надпись сделана на листе. Направление стрелок, нанесенных в разных точках карты, соответствует направлению течения в данном месте, а проставленные возле них цифры – скорости течения в милях или кабельтовых в час. Если у стрелок помещены две цифры, то большая из них соответствует скорости в сизигию, а меньшая – в квадратуру.

Приближенно сизигийными считаются течения за два дня до новолуния и полнолуния и в два последующих дня; квадратурными – за два дня до первой и третьей фазы Луны и в два последующих дня. В остальные дни течения промежуточные: скорость их берется как средняя арифметическая из двух приведенных значений.

Для определения элементов приливо-отливного течения по атласу или по карте в заданный момент в точке, в которой располагается судно, поступают так:

из Таблиц приливов выбирают ближайшее к заданному моменту t₃время полной водыt_пвв основном порту, к которому отнесен атлас или карта;

определяют водный час, т.е. сколько часов отделяет заданный момент от момента полной воды t₃–t_пв. При этом заданный момент может оказаться до или после полной воды;

отыскивают нужный лист атласа, соответствующий найденному значению t₃–t_пв;

наносят на карту по координатам место судна и по надписи у ближайшей стрелки определяют направление и скорость течения. Если у стрелки указаны две скорости течения (в сизигию и квадратуру), то из Морского астрономического ежегодника выбирают возраст Луны. В зависимости от последнего берут первую или вторую цифру у стрелки, или же скорость течения получают путем интерполирования между ее сизигийным и квадратурным значениями.

Для отдельных районов сведения о приливо-отливных течениях помещают в виде таблиц непосредственно на навигационную карту. Район, охватываемый картой, разбивают на участки с одинаковым характером течения. Эти участки обозначают заглавными буквами: А, Б, В и т.д. Для центральной точки каждого участка в заголовке таблицы указывают его координаты, а ниже – направления и скорости (в сизигию и квадратуру) течения на каждый час 13-часового промежутка относительно полной воды в каком-либо основном порту.

Для определения элементов течения по нанесенным на карту данным выполняют следующие действия:

по счислимому месту судна устанавливают букву, которой обозначен нужный участок карты;

из таблиц приливов выбирают ближайшее к заданному моменту t₃время полной водыt_пвв основном порту, указанном в таблице на полях карты;

определяют промежуток времени от заданного момента до момента полной воды: t₃–t_пв(Водный час);

из таблицы для заданного участка (А, Б, В и т.д.) в нужной строке, соответствующей найденному значению t₃– t_пв, выбирают направление и скорость течения. При выборе скорости учитывают возраст Луны, определяемый по МАЕ.

Так как направление и скорость приливо-отливного течения меняются в общем случае как с изменением координат, так и во времени для одной и той же точки, то это создает определенные трудности в учете приливо-отливных течений.

При прокладке учет приливо-отливных течений производится методом осреднения элементов течения по координатам и времени. Для этого вначале делается предварительная прокладка без учета течения, затем по полученным координатам и рассчитанным моментам времени на каждый час плавания выбирается среднее направление и средняя скорость течения, которые учитываются при прокладке.

Для решения некоторых задач могут быть полезными специальные приливные карты, на которых нанесены линии одновременного наступления полной воды (котидальные линии – co-tide, в разрывах указаны часы после прохождения Луной данного меридиана) и линии равных высот приливов (изоамплитудные, илиco-Range, в разрывах указаны высота прилива в дециметрах).