Mar??e
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Les mar??es sont la hausse et de chute de la Terre de l ' oc??an surface caus??es par le les forces de mar??e de la Lune et du Soleil agissant sur les oc??ans. Ph??nom??nes de mar??e peuvent se produire dans ne importe quel objet qui est soumis ?? un champ gravitationnel qui varie dans le temps et l'espace, comme celle de la Terre masses terrestres. (Voir autres mar??es ).
Tides affectent sensiblement la profondeur de marine et les plans d'eau de l'estuaire et produisent oscillant courants appel??s courants de mar??e, ce qui rend la pr??vision des mar??es tr??s importantes pour la navigation c??ti??re (voir Tides et la navigation ). La bande de bord de mer qui est submerg?? ?? mar??e haute et expos??e ?? mar??e basse, le estran ou de la rive, est un important produit ??cologique des mar??es oc??aniques (voir l'??cologie intertidale ).
La mar??e changer produite ?? un endroit donn?? est le r??sultat des positions changeantes de la Lune et du Soleil par rapport ?? la Terre coupl??s avec le effets de la rotation de la Terre et le local forme du fond de la mer. niveau de la mer mesur??e par c??ti??re mar??graphes peuvent ??galement ??tre fortement affect??s par le vent.
Introduction et terminologie de mar??e
Une mar??e est un cycle r??p??t?? des variations du niveau de la mer dans les ??tapes suivantes:
- Pendant plusieurs heures l'eau monte ou se avance jusqu'?? une plage dans le flot
- L'eau atteint son plus haut niveau et se arr??te ?? mar??e haute. Parce que les courants de mar??e cessent ceci est aussi appel?? l'??tale ou ??tale de la mar??e. La mar??e se inverse et l'on dit se tourner.
- Le niveau de la mer se retire ou tombe pendant plusieurs heures pendant la mar??e basse.
- Le niveau cesse de tomber ?? l'eau basse. Ce point est ??galement d??crit comme mou ou tournant.
Mar??es peuvent ??tre semi-diurne (deux hautes eaux et deux basses mers par jour), ou diurne (un cycle de mar??e par jour). Dans la plupart des endroits, les mar??es sont semi-diurne. En raison de la contribution diurne, il existe une diff??rence de hauteur (l'in??galit?? quotidienne) entre les deux hautes eaux un jour donn??; ceux-ci sont diff??renci??s que la mer sup??rieure et l'eau inf??rieure riche en tables des mar??es. De m??me, les deux basses eaux chaque jour sont consid??r??s comme l'eau de faible sup??rieur et la basse mer inf??rieure. L'in??galit?? quotidienne change avec le temps et est g??n??ralement faible lorsque la Lune est dessus de l'??quateur.
Les diff??rentes fr??quences de for??age orbital qui contribuent aux variations de mar??e sont appel??s constituants. Dans la plupart des endroits, le plus important est le "lunaire semi-diurne principal?? constituant, ??galement connu sous le M2 (ou M 2) constituant mar??e. Sa p??riode est d'environ 12 heures et 25,2 minutes, exactement la moiti?? d'un jour lunaire de mar??e, le d??lai moyen s??parant un lunaire zenith de l'autre, et donc le temps n??cessaire ?? la Terre pour faire pivoter une fois par rapport ?? la Lune. Ce est le constituant suivis par simple mar??e horloges.
Tides varient sur des ??chelles de temps allant de quelques heures ?? plusieurs ann??es, afin de faire des dossiers pr??cis mar??graphes mesurent le niveau de l'eau au fil du temps ?? des stations fixes qui sont s??lectionn??s ?? partir de variations provoqu??es par des ondes plus courtes que la p??riode de minutes. Ces donn??es sont compar??es ?? la r??f??rence (ou r??f??rence) Niveau g??n??ralement appel?? niveau moyen de la mer.
Composants autres que le M 2 proviennent de facteurs tels que l'influence gravitationnelle du Soleil, l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre, l'inclinaison de l'orbite lunaire et l'ellipticit?? des orbites de la Lune autour de la Terre et la Terre autour du Soleil Variations avec des p??riodes de moins d'un demi-jour sont appel??s composantes harmoniques. Longues constituants de la p??riode ont des p??riodes de jours, mois ou ann??es.
Tidal variation de gamme: ressorts et PNAE
L'amplitude des mar??es semi-diurnes (la diff??rence de hauteur entre hautes et basses eaux sur environ une demi-journ??e) varie de deux semaines ou tous les quinze jours du cycle. Autour de nouvelle et pleine lune lorsque le Soleil, la Lune et la Terre forment une ligne (une condition connue comme syzygy), le les forces de mar??e dues ?? la Sun renforcent ceux de la Lune. La gamme de la mar??e est alors maximale: cela se appelle la mar??e de printemps, ou tout simplement les ressorts et ne est pas issue de la saison du printemps, mais plut??t du verbe qui signifie ??sauter?? ou ??bondir??. Quand la Lune est au premier trimestre ou au troisi??me trimestre, le Soleil et la Lune sont s??par??s par 90 ?? vu de la terre, et les forces dues au soleil annulent partiellement celles de la Lune. Lors de ces points dans le cycle lunaire, la gamme de la mar??e est minimale: cela se appelle la mar??e de morte-eau, ou PNAE. mar??es de printemps entra??nent hautes eaux qui sont plus ??lev??s que la moyenne, basses eaux qui sont inf??rieurs ?? la moyenne du temps, de l'eau de mou qui est plus courte que les courants de mar??e moyenne et forte que la moyenne. PNAE entra??nent dans des conditions moins extr??mes de mar??e. Il ya environ un intervalle de sept jours entre les ressorts et PNAE.
La distance ??volution de la Lune de la Terre affecte ??galement hauteurs des mar??es. Quand la Lune est ?? p??rig??e la gamme est augment??e et quand il est ?? apog??e la gamme est r??duite. Chaque 7?? lunaisons, p??rig??e co??ncide avec soit une nouvelle ou pleine lune provoquant mar??es de p??rig??e avec la plus grande amplitude de la mar??e. Si une temp??te arrive ?? se d??placer ?? terre ?? ce moment, les cons??quences (sous la forme de dommages ?? la propri??t??, etc.) peuvent ??tre particuli??rement graves.
La phase et l'amplitude des mar??es
Parce que le constituant de mar??e M 2 domine dans la plupart des endroits, la sc??ne ou de la phase d'une mar??e, d??sign?? par le temps en heures apr??s la mar??e haute, est un concept utile. Il est ??galement mesur??e en degr??s, ?? 360 ?? par cycle de mar??e. Lignes de la phase de mar??e sont appel??es les lignes cotidales. La mar??e haute est atteinte simultan??ment le long des lignes de cotidales se ??tendant de la c??te dans l'oc??an, et les lignes de cotidales (et donc les phases de mar??e) avance le long de la c??te. Si l'on pense de l'oc??an comme un bassin circulaire ferm?? par une c??te, les lignes cotidales pointent radialement vers l'int??rieur et doivent finalement r??pondre ?? un point commun, le Point amphidromique. Un point amphidromique est ?? la fois cotidales avec hautes et basses mers, qui est convaincu par z??ro mouvement des mar??es. (L'exception rare se produit lorsque les cercles des mar??es autour d'une ??le, comme il le fait autour de la Nouvelle-Z??lande .) mouvement effet de mar??e diminue g??n??ralement en se ??loignant des c??tes continentales, de sorte que le franchissement des lignes de cotidales sont contours d'amplitude constante (la moiti?? de la distance entre eau haute et basse) qui diminuent ?? z??ro au point amphidromique. Pour une mar??e semi-diurne de 12 heures le point amphidromique se comporte ?? peu pr??s comme un visage d'horloge, avec le pointage de l'aiguille des heures dans le sens de la ligne des hautes eaux cotidales, qui est juste en face de la ligne de cotidales d'eau faible. Hautes eaux tourne environ une fois toutes les 12 heures dans le sens de la hausse des lignes de cotidales, et loin des lignes de reflux cotidales. La diff??rence de la phase cotidales de la phase d'une mar??e de r??f??rence est l'??poque.
La forme du rivage et du fond de l'oc??an changent la fa??on dont les mar??es se propagent, il n'y a donc pas de r??gle simple, g??n??rale pour pr??dire le moment de la mar??e haute de la position de la Lune dans le ciel. Caract??ristiques c??ti??res telles que la topographie sous-marine et la forme du littoral signifie que les caract??ristiques de localisation individuelle doivent ??tre prises en consid??ration lors de la pr??vision des mar??es; temps de hautes eaux peut diff??rer de celle sugg??r??e par un mod??le tel que celui ci-dessus en raison des effets de la morphologie c??ti??re sur le flux des mar??es.
La physique des mar??es
Isaac Newton a jet?? les bases pour l'explication math??matique de mar??es du Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ( 1687). En 1740, la Acad??mie Royale des Sciences de Paris a offert un prix pour le meilleur essai th??orique sur les mar??es. Daniel Bernoulli, Antoine Cavalleri, Leonhard Euler , et Colin Maclaurin a partag?? le prix. Maclaurin utilis?? la th??orie de Newton de montrer que une sph??re lisse couverte par un oc??an ?? une profondeur suffisante sous la force de mar??e d'un seul corps de d??formation est un sph??ro??de allong?? avec grand axe dirig?? vers le corps se d??former. Maclaurin a ??galement ??t?? le premier ?? ??crire sur la Terre effets de la rotation sur le mouvement. Euler est rendu compte que la composante horizontale de la force des mar??es (plus de la verticale) entra??ne la mar??e. En 1744, Jean le Rond d'Alembert ??tudi?? ??quations de mar??e pour l'atmosph??re qui ne incluait pas la rotation. La premi??re formulation th??orique majeur pour les mar??es d'eau a ??t?? faite par Pierre-Simon Laplace , qui a formul?? un syst??me d'??quations aux d??riv??es partielles concernant l'??coulement horizontal ?? la hauteur de la surface de l'oc??an. Les ??quations de mar??e Laplace sont encore en usage aujourd'hui. William Thomson a r????crit les ??quations de Laplace en termes de tourbillon qui a permis des solutions d??crivant vagues ??lev??es sur les c??tes pi??g??s mar??e entra??n??s, qui sont connus comme Ondes de Kelvin.
Les forces de mar??e
Le force de mar??e produit par un objet massif (Moon, ci-apr??s) sur une petite particule situ?? sur ou dans un vaste corps (terre, ci-apr??s) est la diff??rence de vecteur entre la force gravitationnelle exerc??e par la Lune sur la particule, et la force gravitationnelle qui serait ??tre exerc??e sur la particule se il ??tait situ?? au centre de masse de la Terre. Ainsi, la force de mar??e ne d??pend pas de la force du champ gravitationnel de la Lune, mais sur son gradient. Le force gravitationnelle exerc??e sur la Terre par le Soleil est en moyenne 179 fois plus forte que celle exerc??e sur la Terre par la Lune, mais parce que le Soleil est en moyenne 389 fois plus loin de la Terre, la pente de son champ est plus faible. La force de mar??e produite par le Soleil ne est donc que de 46% aussi grande que celle produite par la Lune.
Les forces de mar??e peuvent aussi ??tre analys??es du point de vue d'un cadre de r??f??rence qui traduit avec le centre de masse de la Terre. Envisager la mar??e en raison de la Lune (le Soleil est similaire). D'abord observer que la Terre et la Lune tournent autour d'un orbitale commune centre de masse , tel que d??termin?? par leurs masses relatives. Le centre orbitale de masse est 3/4 de la distance entre le centre de la Terre ?? sa surface. La deuxi??me observation est que la Terre mouvement centrip??te est la r??ponse moyenne de l'ensemble de la Terre ?? la gravit?? de la Lune et ce est exactement le mouvement correcte pour ??quilibrer la gravit?? de la Lune seulement au centre de la Terre; mais chaque partie de la Terre se d??place avec le centre de masse et toutes les parties ont le m??me mouvement centrip??te, puisque la Terre est rigide. D'autre part chaque point de la Terre conna??t la gravit?? d??croissante radialement de la Lune diff??remment; les pr??s de parties de la Terre sont plus fortement attir??es que est compens??e par l'inertie et l'exp??rience d'une force de mar??e nette vers la Lune; les parties larges ont plus d'inertie que n??cessaire pour l'activit?? r??duite, et donc se sentent une force nette loin de la Lune. Enfin que les composantes horizontales des forces de mar??e contribuent r??ellement ?? l'acc??l??ration de mar??e les particules d'eau car il est faible r??sistance. La force de mar??e r??elle sur une particule est seulement d'environ une dizaine de millioni??me de la force caus??e par la gravit?? de la Terre.
La surface de l'oc??an est ??troitement approch??e par une surface ??quipotentielle, (ignorant les courants oc??aniques) qui est commun??ment appel?? le g??o??de. Etant donn?? que la force de gravitation est ??gale ?? la gradient de potentiel, il n'y a pas de forces tangentielles sur une telle surface, et la surface de l'oc??an est donc en ??quilibre gravitationnel. Consid??rons maintenant l'effet de corps massifs, externes comme la Lune et le Soleil Ces organismes ont des champs gravitationnels forts qui diminuent avec la distance dans l'espace et qui agissent pour modifier la forme d'une surface ??quipotentielle sur la Terre. Les forces gravitationnelles suivent un vigueur carr?? inverse loi (est inversement proportionnelle ?? la carr?? de la distance), mais les forces de mar??e sont inversement proportionnelle ?? la cube de la distance. La surface de l'oc??an se d??place ?? adapter ?? l'??volution de potentiel de mar??e, ayant tendance ?? augmenter lorsque le potentiel de la mar??e est haute, la partie la plus proche de la Terre de la Lune, et la partie la plus ??loign??e. Lorsque les changements ??quipotentielles mar??e, la surface de l'oc??an ne est plus align?? avec elle, de sorte que la direction apparente des d??calages verticaux. La surface ??prouve alors une pente vers le bas, dans le sens que l'??quipotentielle a augment??.
??quation mar??e Laplace
La profondeur des oc??ans est beaucoup plus petite que leur ??tendue horizontale; Ainsi, la r??ponse ?? la mar??e for??ant peut ??tre mod??lis?? en utilisant les ??quations de mar??e Laplace qui incorporent les caract??ristiques suivantes: (1) la vitesse verticale (ou radiale) est n??gligeable, et il ne est pas vertical cisaillement ce est un flux de feuille. (2) Le for??age est uniquement horizontale (tangentielle). (3) la Effet de Coriolis appara??t comme un lat??ral fictive for??ant proportionnelle ?? la vitesse. (4) le taux de variation de la hauteur de la surface est proportionnelle ?? la vitesse de divergence n??gative multipli??e par la profondeur. La derni??re signifie que les tron??ons de vitesse horizontale ou compresse l'oc??an comme une feuille, le volume se amincit ou se ??paissit, respectivement. Les conditions aux limites ne dictent flux ?? travers le littoral, et le glissement libre au fond. L'effet de Coriolis dirige vagues vers la droite dans l'h??misph??re nord et ?? gauche dans le sud permettant vagues ??lev??es sur les c??tes pi??g??s. Enfin, un terme de dissipation peut ??tre ajout?? qui est un analogue de la viscosit??.
L'amplitude des mar??es et le temps de cycle
L'amplitude th??orique de mar??es oc??aniques en raison de la Lune est d'environ 54 cm au point le plus ??lev??, ce qui correspond ?? l'amplitude qui serait atteint si l'oc??an poss??dait une profondeur uniforme, il n'y avait pas des masses terrestres, et la Terre ne ??tait pas en rotation. Le Soleil provoque similaire mar??es, dont l'amplitude th??orique est d'environ 25 cm (46% de celle de la Lune) avec un temps de cycle de 12 heures. ?? mar??e de printemps, les deux effets se additionnent les uns aux autres ?? un niveau th??orique de 79 cm, tandis que ?? mar??e de morte-eau au niveau th??orique est ramen??e ?? 29 cm. Depuis les orbites de la Terre autour du Soleil et de la Lune autour de la Terre, sont elliptiques, les amplitudes des mar??es changent peu ?? la suite des diff??rentes Terre-Soleil et la Terre-Lune distances. Cela provoque une variation de la force et l'amplitude de la mar??e th??orique d'environ ?? 18% de la Lune et ?? 5% pour le Soleil Si ?? la fois le Soleil et la Lune ??taient ?? leurs positions les plus proches et align??s ?? la nouvelle lune, l'amplitude th??orique serait atteindre 93 cm.
Amplitudes r??elles diff??rent consid??rablement, non seulement en raison des variations de profondeur de l'oc??an, et les obstacles ?? l'??coulement provoqu??e par les continents, mais aussi parce que la p??riode naturelle de la propagation des ondes est du m??me ordre de grandeur que la p??riode de rotation: environ 30 heures. Se il n'y avait pas de masses terrestres, il faudrait environ 30 heures pour une longueur d'onde longue vague de surface de l'oc??an se propager le long de l'??quateur ?? mi-chemin autour de la Terre (par comparaison, la p??riode naturelle de la lithosph??re de la Terre est d'environ 57 minutes).
Dissipation de mar??e
Les oscillations de mar??e de la Terre introduisent la dissipation, ?? un taux moyen d'environ 3,75 t??rawatt. Environ 98% de cette dissipation est par le mouvement des mar??es dans les mers et les oc??ans. La dissipation se pose le flux des mar??es ??chelle du bassin entra??ne des flux de moindre envergure qui connaissent la dissipation turbulente. Cette tra??n??e de mar??e donne naissance ?? un couple de rotation sur la Lune qui entra??ne le transfert progressif de la vitesse angulaire de l'orbite, et une augmentation progressive de la s??paration Terre-Lune. Par suite du principe de conservation du moment cin??tique , la vitesse de rotation de la Terre est ralenti de mani??re correspondante. Ainsi, au fil du temps g??ologique, la Lune se ??loigne de la Terre, ?? environ 3,8 cm / an, et la longueur des jours terrestres augmente, ce qui signifie qu'il ya environ 1 moins de jours pour 100 millions d'ann??es. Voir l'acc??l??ration de mar??e pour plus de d??tails.
L'observation et la pr??vision des mar??es
Depuis les temps anciens, les mar??es ont ??t?? observ??es et discut?? avec la sophistication croissante, d'abord noter la r??currence quotidienne, alors sa relation avec le Soleil et la Lune. Pyth??as est rendu dans les ??les britanniques et semble ??tre le premier ?? avoir mar??es li??es ?? la phase de la lune. Le Naturalis Historia de Pline l'Ancien rassemble de nombreuses observations de d??tail: les grandes mar??es ??tant quelques jours apr??s (ou avant) nouvelle et la pleine lune, et que les grandes mar??es ?? travers le temps des ??quinoxes ??taient les plus ??lev??s, mais il y avait aussi de nombreuses relations d??sormais consid??r??s comme fantaisiste. Dans sa G??ographie, Strabon d??crit mar??es dans le golfe Persique ayant leur plus grande gamme quand la lune ??tait plus ??loign??e du plan de l'??quateur. Tout cela malgr?? les mar??es relativement faibles dans le bassin m??diterran??en, mais il ya de forts courants ?? travers le d??troit de Messine et entre la Gr??ce et l'??le d'Eub??e ?? travers le Euripe que perplexes Aristote . En Europe autour de 730 AD le V??n??rable B??de a d??crit comment la mont??e de la mar??e sur une c??te des ??les britanniques a co??ncid?? avec la chute de l'autre et d??crit la progression en temps de la m??me eau haute long de la c??te de Northumbrie.
Finalement, la premi??re table de mar??e en Chine a ??t?? enregistr?? en 1056 AD, principalement au profit des visiteurs qui souhaitent voir le fameux mascaret dans la Rivi??re Qiantang. Le tableau de la mar??e premier connu est pens?? pour ??tre celui de John Abbott de Wallingford (d. 1213), bas??e sur la haute eau survenant 48 minutes plus tard, chaque jour, et trois heures plus tard en amont ?? Londres qu'?? l'embouchure de la Tamise.
William Thomson a men?? la premi??re analyse harmonique syst??matique des dossiers de mar??e commence en 1867. Le r??sultat principal ??tait la construction d'une mar??e pr??dire la machine (TPM) en utilisant un syst??me de poulies d'additionner six fonctions harmoniques de temps. Il a ??t?? "programm??" en r??initialisant engrenages et des cha??nes pour ajuster phase et amplitudes. Machines similaires ont ??t?? utilis??s jusqu'en 1960.
Le premier enregistrement connu de niveau de la mer de l'ensemble d'un cycle printemps-??t?? neap faite en 1831 sur le Dock Marine dans le estuaire de la Tamise, et de nombreux grands ports eu stations automatiques mar??e de jauge par 1850.
William Whewell premier mapp?? lignes co-mar??e se terminant par un tableau quasi mondiale en 1836. Afin de rendre ces cartes compatibles, il a ??mis l'hypoth??se de l'existence d'amphidromes o?? les lignes de co-mar??e r??pondent dans le milieu de l'oc??an. Ces points de non-mar??e ont ??t?? confirm??s par la mesure en 1840 par le capitaine Hewett, RN, de sondages prudent dans la mer du Nord.
Timing
Dans la plupart des endroits, il ya un d??lai entre les phases de la Lune et l'effet de la mar??e. Ressorts et PNAE dans la mer du Nord , par exemple, sont deux jours de retard sur le nouveau pleine lune / et le premier troisi??me trimestre /. Cela se appelle l'??ge de la mar??e.
L'heure exacte et la hauteur de la mar??e ?? un particulier Point Coastal est ??galement fortement influenc??e par la locale bathym??trie. Il ya quelques cas extr??mes: la Baie de Fundy, sur la c??te est du Canada , poss??de la plus grande amplitude des mar??es bien document??s dans le monde, 16 m??tres (53 pieds), en raison de la forme de la baie. Southampton dans le Royaume-Uni a une double hauteur d'eau caus??e par l'interaction entre les diff??rentes harmoniques de mar??e dans la r??gion. Ceci est contraire ?? la croyance populaire que le d??bit d'eau autour de la Isle of Wight cr??e deux hautes eaux. L'??le de Wight est important, cependant, car il est responsable de la ??Jeune Flood stand ', qui d??crit la pause de la mar??e montante environ trois heures apr??s la basse mer. La baie d'Ungava dans le Nord Qu??bec, au nord est du Canada, est consid??r?? par certains experts pour avoir l'amplitude des mar??es plus ??lev??es que le Baie de Fundy (environ 17 m??tres ou 56 pieds), mais il est libre de banquise pour seulement environ quatre mois chaque ann??e, alors que la baie de Fundy g??le rarement.
Parce que les modes d'oscillation de la mer M??diterran??e et de la mer Baltique, ne co??ncident pas avec une p??riode for??ant astronomique significative les plus grandes mar??es sont proches de leurs connexions ??troites avec l'oc??an Atlantique. Extr??mement petites mar??es se produisent aussi pour la m??me raison dans le golfe du Mexique et Mer du Japon. Sur la c??te sud de l'Australie , parce que la c??te est extr??mement simple (en partie due aux quantit??s minimes de ruissellement qui coule dans les rivi??res), l'amplitude des mar??es sont tout aussi petite.
L'analyse de mar??e
Ce est la th??orie de la gravitation universelle en raison de Isaac Newton que la premi??re a permis d'expliquer pourquoi il y avait deux mar??es par jour, pas un seul, et, par calcul des forces, offert espoir de compr??hension d??taill??e. Bien qu'il puisse sembler que les mar??es pourraient ??tre pr??dits par une connaissance suffisamment d??taill??e des termes de for??age astronomiques, la mar??e r??elle ?? un endroit donn?? est d??termin?? par la r??ponse des oc??ans aux forces astronomiques accumul??es sur une p??riode de plusieurs jours et pour calculer cette exige une connaissance d??taill??e de la forme de tous les bassins oc??aniques. Au lieu de cela, la proc??dure est pragmatique. ?? chaque endroit d'int??r??t, mesurer les hauteurs des mar??es sur au moins un cycle lunaire (pour capturer le ressort - r??ponse mar??e de morte-eau), puis analyser les diff??rences de niveau moyen de la mer par rapport aux fr??quences astronomiques connus et les phases des forces de mar??es de sensibilisation sur l'espoir que le comportement de la hauteur de la mar??e suivra le comportement de la force de la mar??e. Ensuite, parce que les Etats astronomiques peuvent ??tre calcul??s avec certitude, la hauteur de la mar??e ?? d'autres moments peut ??tre pr??dit. Les principaux motifs sont la mar??e deux fois par jour, la diff??rence entre la premi??re et la seconde mar??e d'un jour (en raison de la lune et le soleil ??tant au nord ou au sud de l'??quateur), le cycle de printemps-neap en amplitude (en raison des positions relatives de la lune et du soleil), et l'ajustement des hauteurs des mar??es de printemps en raison des p??rig??es de la lune et du soleil. La plus haute mar??e astronomique est la mar??e de p??rig??e printani??re o?? le soleil et la lune sont plus proche de la terre.
Lorsqu'ils sont confront??s ?? une fonction variant p??riodiquement, l'approche standard consiste ?? employer s??rie de Fourier, une forme d'analyse orthogonale qui utilise des fonctions trigonom??triques comme ensemble de base, en particulier un ensemble de fonctions sinuso??dales ayant des fr??quences (le nombre de cycles par jour, ou une autre unit?? pratique) qui sont ??gaux ?? z??ro, un, deux, trois, etc. fois la fr??quence fondamentale d'un cycle particulier; ceux-ci sont appel??s harmoniques de la fr??quence fondamentale, et le processus est appel?? analyse harmonique. Si fonctions sinuso??dales sont bien adapt??s au comportement mod??lis??, relativement peu de termes harmoniques doivent ??tre men??es dans l'analyse, et heureusement, parce orbites sont circulaires, variations sinuso??dales sont tr??s appropri??s.
Pour l'analyse des hauteurs des mar??es, l'approche de la s??rie de Fourier est mieux fait plus ??labor??e. Bien que le th??or??me reste vrai et la hauteur des mar??es pourrait ??tre analys??e en termes de fr??quence unique et ses harmoniques, un grand nombre de termes importants serait n??cessaire. Une bien meilleure d??composition (soit plus compact) pour ce cas implique un ensemble de base ayant plus d'une fr??quence fondamentale: sp??cifiquement, les p??riodes de un tour de la terre (??quivalente, du soleil autour de la terre), et une orbite de la lune ?? propos de la terre sont incommensurables (pour plus de simplicit?? dans le phras??, cette discussion est enti??rement g??ocentrique, mais est inform?? par le mod??le h??liocentrique) afin de repr??senter les deux influences via une fr??quence n??cessiterait de nombreux termes harmoniques. Autrement dit, la somme de deux sinuso??des, un ?? la fr??quence du soleil et de la seconde ?? la fr??quence de la lune, a besoin de ces deux mandats, mais leur repr??sentation en tant que s??rie de Fourier ayant une fr??quence fondamentale et ses (entier) multiples exigerait de nombreux termes. Pour mar??es alors, m??me si le processus est toujours appel?? analyse harmonique, il ne se limite pas ?? harmoniques d'une fr??quence unique. Pour d??montrer cela, http://www.arachnoid.com/tides/index.html offre un mod??le de hauteur de la mar??e converti en un fichier audio .mp3, et le son riche est tout ?? fait diff??rent d'un son pur. Dans d'autres mots, les harmonies sont des multiples de nombreuses fr??quences fondamentales, et pas seulement de l'une fr??quence fondamentale de l'approche en s??rie de Fourier commun.
L'??tude de la hauteur de la mar??e par analyse harmonique a ??t?? commenc??e par Laplace , Lord Kelvin et George Darwin, puis rigoureusement prolong??e par AT Doodson qui a introduit la notation Nombre Doodson d'organiser les centaines de termes qui en r??sultent. Cette approche a ??t?? la norme internationale depuis, et les complications surviennent comme suit: jusqu'?? pr??sent, la force de la mar??e d'??ducation est th??oriquement donn??e par A.cos (wt + p) o?? A est l'amplitude, la fr??quence angulaire w (habituellement donn??e en degr??s par heure) et P la phase d??cal??e par rapport ?? l'??tat astronomique au temps t = 0; il est un terme pour la lune et un second mandat pour le soleil. Si les orbites ??taient circulaires, ce serait la fin de la question, mais bien s??r, ils ne sont pas. En cons??quence, la valeur de A est lui-m??me variable avec le temps, un peu, de certains chiffre moyen. Remplacez-le puis par A (t), mais, ce qui forme fonctionnelle? Il se av??re que l'autre sinuso??de donne une excellente approximation, un peu comme les cycles et les ??picycles de Ptol??m??e th??orie . En cons??quence, A (t) = A. (1 + Aa.cos (wa.t + pa)), ce est ?? dire une valeur moyenne A avec une variation sinuso??dale ?? ce sujet de grandeur Aa, avec la fr??quence et la phase wa pa. Ainsi, le terme simple est maintenant un terme compos??, le produit de deux termes en cosinus:. A. [1 + Aa.cos (wa pa +)] cos (wt + p)
Maintenant, ??tant donn?? que cos (a) .cos (b) = [cos (a + b) + cos (A - B)] / 2, il est clair que un terme compos??, comportant le produit de deux termes en cosinus chacune avec leur propre la fr??quence est la m??me que trois (non deux: il est (1 + cos) .cos) des termes en cosinus simples qui sont ?? ajouter, ?? la fr??quence d'origine et aussi ?? la somme et la diff??rence des deux fr??quences de la p??riode d'application de produit. Consid??rez en outre que la force de mar??e sur un emplacement d??pend aussi de savoir si la lune (ou le soleil) est au-dessus ou en dessous du plan de l'??quateur, et que ces attributs ont leurs propres p??riodes aussi incommensurable avec un jour et un mois, et il est clair que de nombreuses combinaisons r??sultent. Avec un choix judicieux des fr??quences astronomiques de base, le num??ro Doodson annote les ajouts et les diff??rences de ces particuliers pour former la fr??quence de chaque terme en cosinus simple.
Rappelez-vous toujours que les mar??es astronomiques ne comprennent pas l'effet de la m??t??o, et les changements apport??s aux conditions locales (mouvement des bancs de sable, des bouches dragage portuaires, etc.) loin de ceux en vigueur au moment de la mesure peut influer sur le moment et l'ampleur de la mar??e r??elle . Organisations citant une ??mar??e astronomique la plus ??lev??e?? pour un emplacement peuvent exag??rer la figure comme un facteur de s??curit?? contre les incertitudes de l'analyse, l'extrapolation ?? partir du point de mesure le plus proche, les changements depuis le moment de l'observation, possible subsidence du sol, etc. pour prot??ger l'organisation contre bl??me doit un ouvrage de g??nie ??tre dominait tous. Si la taille d'un "surge m??t??o" est ??valu??e en soustrayant la mar??e astronomique de la mar??e observ??e ?? l'??poque, la prudence se impose.
Prudent Fourier analyse des donn??es sur une p??riode de dix-neuf ans (le National Tidal Datum Epoch aux ??tats-Unis) utilise des fr??quences appel??s les composantes harmoniques de mar??e. Dix-neuf ans est pr??f??r?? parce que les positions relatives de la terre, la lune et la r??p??tition de soleil presque exactement dans le Cycle de M??ton de 18,6 ann??es. Cette analyse peut ??tre fait en utilisant seulement la connaissance de la p??riode de forcer, mais sans compr??hension d??taill??e de la physique math??matique, ce qui signifie que les tables de mar??e utiles ont ??t?? construits depuis des si??cles. Les amplitudes et les phases r??sultantes peuvent ensuite ??tre utilis??s pour pr??dire les mar??es attendus. Ils sont g??n??ralement domin??es par les constituants pr??s 12 heures (les constituants semi-diurnes), mais il ya des principaux constituants pr??s de 24 heures (diurnes) ainsi. Plus constituants terme sont 14 jours ou bimensuelle, mensuelle et semestrielle. La plupart de la c??te est domin??e par les mar??es semi-diurnes, mais certains domaines tels que la mer de Chine m??ridionale et le golfe du Mexique sont principalement diurne. Dans les zones semi-diurnes, les constituants primaires m 2 (lunaire) et S 2 (solaires) p??riodes diff??rent l??g??rement de sorte que les phases relatives, et donc l'amplitude de la mar??e combin??e, changent tous les quinze jours (p??riode de quatorze jours).
Dans le M 2 parcelle dessus de chaque ligne cotidales diff??re d'une heure de ses voisins, et les lignes plus ??paisses montrent mar??es en phase avec l'??quilibre ?? Greenwich. Les lignes tournent autour du les points amphidromiques antihoraire dans l'h??misph??re nord de sorte que de Basse-Californie ?? l'Alaska et de la France ?? l'Irlande la mar??e M 2 se propage vers le nord. Dans l'h??misph??re sud ce sens est le sens horaire. Sur la main M 2 autre mar??e se propage dans le sens antihoraire autour de la Nouvelle-Z??lande, mais parce que le ??les agir comme un barrage et permettre aux mar??es d'avoir des hauteurs diff??rentes sur les c??t??s oppos??s des ??les. Mais les mar??es ne se propagent vers le nord sur le c??t?? est et vers le sud sur la c??te ouest, comme pr??vu par la th??orie. L'exception est le D??troit de Cook, o?? les courants de mar??e lien p??riodiquement d??croissant eau. Ce est parce que les lignes cotidales 180 ?? autour de l'amphidromes sont en opposition de phase, par exemple hautes eaux en face de la mar??e basse. Chaque constituant mar??e a un profil diff??rent des amplitudes, phases, et les points amphidromiques, de sorte que les deux mod??les M ne peut pas ??tre utilis?? pour d'autres composants des mar??es.
Courants de mar??e
Le motif d'??coulement due ?? l'influence de la mar??e est beaucoup plus difficile ?? analyser, et ??galement, les donn??es sont beaucoup plus difficiles ?? recueillir. A hauteur de la mar??e est un nombre simple, et se applique ?? une large r??gion simultan??ment (souvent aussi loin que l'??il peut voir), mais un flux poss??de ?? la fois une grandeur et une direction, et peut varier consid??rablement au cours ?? une courte distance en raison de la bathym??trie locale et aussi faire varier la profondeur. Bien que le centre d'un canal est le site de mesure la plus utile, les navigateurs ne seront pas accepter une mesure de courant obstruction d'installation navigation! Une attitude flexible est n??cessaire. Un flux de poursuivre un canal courbe est le m??me flux, m??me si sa direction varie en continu le long du canal. M??me l'espoir ??vident que les flux de flux et de reflux seront dans des directions r??ciproques ne est pas remplie, que la direction d'un flux est d??termin??e par la forme du canal il provient, pas la forme o?? il sera prochainement. De m??me, des tourbillons peuvent se former dans une direction mais pas dans l'autre.
N??anmoins, l'analyse proc??de de la m??me fa??on. ?? un endroit donn?? dans le cas simple, la grande majorit?? de l'??coulement des crues sera dans une direction, et le flux de flux dans un autre (pas n??cessairement r??ciproque) direction. Prenez les vitesses le long de la direction d'inondation comme positif, et le long de la direction de flux comme n??gatif, et proc??der comme si ces chiffres de hauteur des mar??es ??taient. Dans les situations plus complexes, le flux ne sera pas domin?? par les principales directions de flux et reflux, avec le sens de l'??coulement et de l'ampleur tracer une ellipse sur un cycle de mar??e (sur un trac?? polaire) au lieu de le long des deux lignes de flux et le reflux direction . Dans ce cas, l'analyse pourrait se dérouler le long de deux couples de directions, les directions d'écoulement primaires et les directions secondaires à angle droit. Alternativement, les courants de marée peuvent être traités comme des nombres complexes, comme chaque valeur possède à la fois une grandeur et une direction.
Comme avec les prévisions de la hauteur de la marée, les prévisions de flux de la marée basées uniquement sur ??????des facteurs astronomiques ne tiennent pas compte des conditions météorologiques, qui peut complètement changer la situation. Le flux de la marée à travers le détroit de Cook entre les deux îles principales de la Nouvelle-Zélande est particulièrement intéressant, car de chaque côté du détroit de la marée est presque exactement en opposition de phase de telle sorte que des hautes eaux sur un côté répond basses eaux sur l'autre. Les forts courants entraînent, avec près de zéro changement de hauteur de la marée dans le centre du détroit. Pourtant, bien que le raz de marée devrait circuler dans une direction pendant six heures, puis le sens inverse pendant six heures, etc. une poussée particulière pourrait durer huit ou dix heures à la flambée inverse affaibli. Dans des conditions météorologiques particulièrement bruyants, la poussée inverse pourrait être entièrement surmontée afin que le flux reste dans la même direction à travers trois périodes et plus de surtension.
Une complication supplémentaire pour le modèle de détroit de Cook du flux de courant est que les marées à l'extrémité nord ont les deux cycles communs de marées de printemps-neap dans un mois (que l'on trouve le long de la côte ouest du pays), mais régime des marées de l'extrémité sud a un cycle de la marées de mortes-eaux-un mois, que l'on trouve sur le côté est du pays. Les courants de marée sont beaucoup plus complexes que la hauteur des marées!
Tidal Power Generation
La puissance peut être extraite par deux moyens: l'insertion d'une turbine à eau dans un courant de marée, ou, construction de bassins miniers de façon à libérer ou d'admettre l'eau à travers une turbine. Dans le premier cas, la génération est entièrement déterminée par le calendrier et l'ampleur des courants de marée, et les meilleurs courants peut être pas disponible parce que les turbines ne ferait obstacle à la navigation. Dans le second, les barrages de mise en fourrière sont coûteux à construire, les cycles naturels de l'eau sont complètement perturbés, comme la navigation, mais avec la mise en fourrière multiples étangs puissance peut être généré à des moments choisis. Jusqu'à présent, il ya peu de systèmes de production d'énergie marémotrice (le plus célèbre, La Rance par Saint-Malo, France) et de nombreuses difficultés. Mis à part les questions environnementales, résister à la corrosion tout simplement l'eau de mer et de l'encrassement par des croissances biologiques est difficile!
Les partisans de systèmes d'énergie marémotrice offrent généralement que contrairement aux systèmes d'énergie éolienne, le modèle de génération peut être prédit années à venir, et préfèrent ne pas parler des effets météorologiques. Une autre assertion est que certaines génération est possible pour la plupart du cycle des marées. Cela peut être vrai en principe depuis le temps de l'eau est encore courte, mais dans la pratique turbines perdent de leur efficacité à des puissances d'exploitation partielles. Étant donné que la puissance disponible à partir d'un flux est proportionnelle au cube de la vitesse d'écoulement, les temps au cours de laquelle la production d'énergie élevée est possible révèlent être assez brève. Un repli est alors évident d'avoir un certain nombre de stations marégraphiques de production d'électricité, à des endroits où la phase de marée est assez différent de sorte que de faible puissance d'une station est rempli par la puissance élevée de l'autre. Encore une fois, la Nouvelle-Zélande a des possibilités particulièrement intéressantes. Parce que le régime des marées est telle que l'état de l'eau de haute orbite le pays une fois par cycle, il ya toujours quelque part autour de la côte où la marée est à son apogée, et ailleurs où il est à son plus bas, etc. de sorte que par l'intermédiaire du réseau de transmission d'électricité, il pourrait toujours être approvisionnement de génération marémotrice quelque part. La situation la plus commode est présenté avec la ville d'Auckland , qui est entre Manukau port de Waitemata port afin que les deux centrales seraient proches de la charge.
Mais, en raison de la puissance disponible varie avec le cube de l'écoulement, même avec la différence de phase optimum de trois heures entre deux stations, il existe encore beaucoup de temps lorsque aucun courant de marée est suffisamment rapide pour la production importante, et, pire, au cours de la moment de marées de mortes-eaux, le flux est faible toute la journée, et il n'y a pas moyen de contourner ce via de multiples stations, parce que les marées de mortes-eaux appliquent à l'ensemble de la terre à la fois. Les marées de mortes-eaux les plus faibles serait quand l'influence du soleil est maximale tout est de la lune la plus faible, et pour autant que le soleil est concerné, il est plus proche de la terre pendant le temps de l'été de l'hémisphère sud, qui est lorsque la demande d'électricité est la moins là, un petit bonus.
En conséquence, l'intérêt doit tomber sur leport Kaipara qui non seulement est grand, mais il est aussi à deux lobes en forme, et donc presque pré-conçu pour un système de mise en fourrière de marée où un lobe pourrait être comblé par des hautes eaux et l'autre vidé par un étiage, puis par un canal de l'un à l'autre génération serait possible à un moment de choix.
Il ya probabilité d'une telle procédure de régime peu, en raison de la perturbation des conditions naturelles.
Les courants de marée sont d'une importance capitale dans la navigation et des erreurs très significatif de la situation se produira si elles ne sont pas prises en compte. La hauteur des marées sont également très importants; par exemple de nombreuses rivières et les ports ont un "bar" peu profonde à l'entrée qui empêche les bateaux avec significative au projet d'entrer dans certains états de la marée.
Les horaires et les vitesses de courant de marée peuvent être trouvés en regardant un tableau de marée ou de courant de marée atlas pour la zone d'intérêt. Cartes des marées viennent dans les ensembles, chaque schéma de l'ensemble couvrant une seule heure entre un eau à haute et un autre (ils ignorent les 24 minutes supplémentaires) et donner le flux de la marée moyenne qu'une heure. Une flèche sur le graphique de marée indique la direction et la vitesse d'écoulement moyenne (généralement en noeuds) pour le printemps et les marées de mortes-eaux. Si un graphique des marées ne sont pas disponibles, la plupart des cartes marines ont des « diamants de marée »qui rapportent des points spécifiques sur le tableau pour un tableau de données donnant la direction et la vitesse du courant de marée.
Procédure standard pour contrer les effets de marées sur la navigation est de (1) calculer une " position de dead reckoning "(ou DR) de distance et la direction de Voyage, (2) marquer ce sur le graphique (avec une croix verticale comme un signe plus ) et (3) tracer une ligne à partir de la RD dans le sens de la marée. La distance de la marée aura déplacé le bateau le long de cette ligne est calculée par la vitesse de marée, ce qui donne une "position estimée" ou EP (traditionnellement marquée d'un point dans un triangle).
Cartes marines affichent la "profondeur indiquée" de l'eau à des endroits précis avec « sondages »et l'utilisation de bathymétriques lignes de contour pour représenter la forme de la surface immergée. Ces profondeurs sont liés à un " niveau de référence ", qui est généralement le niveau de l'eau à la marée astronomique la plus basse possible (marées peuvent être inférieur ou supérieur pour des raisons météorologiques) et sont donc la profondeur d'eau minimale possible au cours du cycle des marées. "Séchage hauteurs" peuvent également être affichés sur la carte, qui sont les hauteurs de l'exposé des fonds marins à la marée astronomique la plus basse.
Heights et heures d'eau basse et haute de chaque jour sont publiées dans tables des mar??es. la profondeur réelle de l'eau à des points donnés à l'eau forte ou faible peut facilement être calculé en ajoutant la profondeur indiquée à la hauteur publiée de la marée. La profondeur de l'eau pour les périodes autres que l'eau forte ou faible peut être dérivée de courbes de marée publiés pour les principaux ports. Si une courbe précise ne sont pas disponibles, la règle des douzièmes peut être utilisé. Cette approximation fonctionne sur la base que l'augmentation de la profondeur dans les six heures entre l'eau basse et haute suivra cette règle simple: première heure - 1/12, deuxième - 2/12, troisième - 3/12, quatrième - 3/12 , cinquième - 2/12, sixième - 1/12.
Aspects biologiques
L'écologie intertidale
L'écologie intertidale est l'étude de intertidales écosystèmes, où les organismes vivent entre les lignes basses et hautes eaux. À marée basse, l'estran est exposé (ou «émergée») alors qu'à haute eau, l'estran est sous l'eau (ou «immergé»). Intertidales écologistes étudient donc les interactions entre les organismes intertidaux et leur environnement, ainsi qu'entre les différentes espèces d'organismes intertidaux sein d'une communauté intertidale particulier. Les interactions de l'environnement et des espèces les plus importantes peuvent varier selon le type de communauté intertidale à l'étude, la plus large des classifications étant basé sur des substrats - rivage rocheux et les communautés inférieur mou.
Les organismes vivant dans cette zone ont un environnement très variable et souvent hostile, et ont évolué diverses adaptations à faire face et même exploiter ces conditions. Une caractéristique bien visible de communautés intertidales est zonation verticale, où la communauté est divisée en bandes verticales distinctes d'espèces spécifiques allant jusqu'à la rive. la capacité de l'espèce à faire face à la dessiccation détermine leurs limites supérieures, tandis que la concurrence avec d'autres espèces fixe leurs limites inférieures.
Régions intertidales sont utilisés par les humains pour la nourriture et les loisirs, mais les actions anthropiques ont aussi des impacts majeurs, à la surexploitation, les espèces envahissantes et le changement climatique étant parmi les problèmes rencontrés par les communautés intertidales. Dans certains endroits, les aires marines protégées ont été mis en place pour protéger ces zones et aider à la recherche scientifique.
Les rythmes biologiques et les marées
Organismes intertidaux sont grandement affectées par le cycle environ tous les quinze jours des marées, et donc leurs rythmes biologiques ont tendance à se produire dans de multiples rugueuses de cette période. Cela se voit non seulement dans mais les organismes intertidaux, mais aussi dans beaucoup d'autres animaux terrestres, tels que le vertébrés . Des exemples comprennent gestation et l'éclosion des oeufs. Chez l'homme, par exemple, le cycle menstruel dure environ un mois, un multiple pair de la période du cycle des marées. Cela peut être la preuve de l' origine commune de tous les animaux d'un ancêtre marin.
Autres marées
En plus de marées océaniques, il ya des marées atmosphériques ainsi que les marées terrestres . Tous ces éléments sont continus phénomènes mécaniques, les deux premières étant des fluides et la troisième solide (avec diverses variantes).
Marées atmosphériques sont négligeables au niveau du sol et de l'aviation altitudes, noyés par les effets beaucoup plus importants de la météo . Marées atmosphériques sont à la fois attractif et d'origine thermique, et sont les dynamiques dominantes de environ 80 km à 120 km, où la densité moléculaire devient trop petit pour se comporter comme un fluide.
marées de la Terre ou les marées terrestres affectent l'ensemble de la masse rocheuse de la Terre. Les déplacements de la croûte de la Terre (haut / bas, est / ouest, nord / sud) en réponse à celui de la Lune et de la gravitation de Sun, les marées océaniques, et le chargement atmosphérique. Alors que négligeable pour la plupart des activités humaines, l'amplitude des marées semi-diurnes terrestres peut atteindre environ 55 cm à l'équateur (15 cm est due à la Sun) qui est important dans l'étalonnage de GPS et mesures VLBI. Aussi pour effectuer des mesures angulaires astronomiques précises exige une connaissance de la vitesse de rotation de la terre et de la nutation, qui sont tous deux influencés par les marées terrestres. Les semi-diurnes M 2 marées terrestres sont presque en phase avec la Lune avec un décalage de marée d'environ deux heures. Marées terrestres doivent également être pris en compte dans le cas de certains physique des particules expériences. Par exemple, au CERN ou SLAC, les très grands accélérateurs de particules ont été conçus en prenant en compte les marées terrestres pour un fonctionnement correct. Parmi les effets qui doivent être pris en compte sont la déformation de circonférence pour les accélérateurs circulaires et l'énergie du faisceau de particules. Depuis que les forces de marée génèrent des courants de fluides conducteurs à l'intérieur de la Terre, ils affectent à leur tour le champ magnétique de la Terre elle-même.
Lorsque oscillant courants de marée dans le flux de l'océan stratifié sur la topographie du fond inégal, ils génèrent des ondes internes avec des fréquences de marée. Ces ondes sont appelées ondes internes .
Le marée galactique est la force exercée par les galaxies marée sur les étoiles en leur sein et galaxies satellites en orbite autour de leur. Les effets de la marée galactique sur le système solaire s ' nuage d'Oort sont soupçonnés d'être la cause de 90 pour cent de toutes les comètes à longue période observée.
Mauvaises applications
Tsunamis , les grandes vagues qui se produisent après les tremblements de terre, sont parfois appelés les raz de marée , mais ce nom est dû à leur ressemblance à la marée, plutôt que de tout lien réel à la marée lui-même. D'autres phénomènes non liés aux marées, mais en utilisant le mot marée sont marée rip, marée de tempête, marée cyclonique et noir ou marées rouges. Le terme vague semble disparaître de l'usage populaire.
