сизигия и квадратура что это
Приливы и отливы – характеристика, виды
Приливы и отливы — периодические колебания водных масс под влиянием Луны и Солнца. Приливообразующая сила Луны в 2,17 раза больше приливообразующей силы Солнца.
Сизигийные приливы — колебания уровня моря в дни астрономических сизигий, когда Солнце, Луна и Земля находятся в одной плоскости, перпендикулярной земной орбите, т. е. в дни новолуния и полнолуния.
Квадратурные приливы — колебания уровня моря, наблюдаемые, когда Солнце и Луна располагаются по отношению к Земле в плоскостях взаимноперпендикулярных, т. е. когда Луна находится в первой и последней четверти.
Экваториальные или равноденственные приливы — колебания уровня моря, наблюдаемые в дни, когда склонение Луны близко к 0° (Луна находится вблизи экватора).
Тропические приливы — колебания уровня моря, наблюдаемые в дни, когда у Луны наибольшее северное или южное склонение (находится вблизи тропиков).
Возраст прилива — промежуток запаздывания наибольших приливов по отношению к астрономической сизигии; выражаемый в сутках и их долях.
Лунный промежуток — период времени между моментом верхней (или нижней) кульминации Луны на данном меридиане и наступлением ближайшей полной воды. Лунный промежуток выражается в часах и минутах.
Прикладной час порта — средний из лунных промежутков в дни сизигий при прохождении Луны и Солнца в плоскости экватора на среднем расстоянии от Земли. Прикладной час указывается на картах и в навигационных пособиях и представляет собой среднее значение лунного промежутка (для данного пункта), около которого при всех других взаимных положениях Луны, Солнца и Земли изменяются лунные промежутки.
Средние высоты приливов
Предвычисление приливо-отливных явлений
Возможность предвычислять время наступления и высоты полных и малых вод в отдельных пунктах побережья Мирового океана дают Таблицы приливов.
РОССИЙСКИЕ ТАБЛИЦЫ ПРИЛИВОВ
Таблицы издаются ежегодно в четырёх томах (Том 1. Воды Европейской части России. Том 2. Воды Азиатской части России. Том 3 и том 4. Зарубежные воды). Все тома состоят из двух основных частей. Тома 1 и 4 содержат дополнительно часть 3.
Часть 1 таблиц приливов содержит сведения о времени наступления и высотах полных и малых вод в сравнительно ограниченном числе основных приливных пунктов.
Часть 2 таблиц приливов содержит таблицу поправок времени и поправок высот для большого числа дополнительных пунктов. Эти поправки позволяют предвычислять время и высоты полных и малых вод в дополнительных пунктах в зависимости от приливов в основных пунктах. Предвычисление элементов приливов в дополнительных пунктах с помощью поправок даёт удовлетворительные результаты только при правильных полусуточных и суточных приливах. Для пунктов со смешанными приливами, особенно с неправильными суточными, время и высоты полных и малых вод получаются приближёнными. Высоты уровня моря в промежуточное между полными и малыми водами время как в основных, так и в дополнительных пунктах можно получить с помощью вспомогательных таблиц.
Часть 3 в томе 1 — Приливные течения. Часть 3 в томе 4 — Течения.
Влияние гидрометеорологических условий на приливы
Предвычисленные с соблюдением всех правил 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 и фактическими уровнями наблюдаются в мелководных районах при сильных продолжительных сгонно-нагонных ветрах: уровень обычно повышается в направлении действия ветра и понижается в противоположном направлении.
Определённое воздействие на уровень оказывает и изменение атмосферного давления. С уменьшением атмосферного давления уровень воды повышается, с увеличением понижается. При этом изменению атмосферного давления на 1 гПа в среднем соответствует изменение уровня моря на 1 см. Поправки высот уровня моря за атмосферное давление даны во вспомогательной таблице 4.
Существенные отклонения уровня от предвычисленного отмечаются также в устьях рек во время паводков.
В качестве примера больших колебаний уровня, обусловленных гидрометеорологическими причинами, может служить Северное море. Особенно существенны эти колеба- ния в устье реки Темза и в южной части Северного моря, где возможны различия между предвычисленными и фактическими высотами уровня от ±0,5 до ±1,0 м.
Определение времени и высот полных и малых вод в основных пунктах. Эти сведения получают непосредственно из таблиц приливов в основных пунктах (часть I). В предвычислениях для основных пунктов сезонные колебания среднего уровня учтены, поэтому при определении высоты не следует учитывать поправку среднего уровня моря за сезонные колебания.
Поправки для учёта сезонных изменений среднего уровня моря в дополнительных пунктах помещены во вспомогательной таблице 3.
Время, используемое в таблицах приливов
В таблицах приливов используется поясное время или время определённого меридиана. Для каждого пункта в таблицах указано, по какому времени даются для основных пунктов или получаются для дополнительных пунктов моменты полных и малых вод. Летнее время при предвычислении не учтено.
Высоты приливных уровней и нуль глубин
Высоты полных и малых вод в таблицах приливов даны в метрах над нулём глубин. Нулём глубин называется условная поверхность, от которой даются отметки глубин на морских навигационных картах. Действительная глубина в любой точке может быть определена путём алгебраического суммирования глубины Hк, указанной на карте, с высотой h мгновенного приливного уровня моря, определённого по таблицам приливов (рис. 2.6).
В большинстве случаев в качестве нулей глубин выбираются наинизшие уровни, но 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.
В таблицах приливов и на российских морских картах на иностранные воды сохраняются те же нули глубин, какие приняты на соответствующих иностранных картах. Вследствие этого таблицы приливов могут быть использованы при работе с любыми иностранными картами.
Большая из двух полных вод за сутки называется «высокая полная вода» (ВПВ), меньшая из двух полных вод — «низкая полная вода» (НПВ); большая из двух малых вод за сутки — «высокая малая вода» (ВМВ), меньшая из двух малых вод — «низкая малая вода» (НМВ).
В соответствии с этим применяются следующие обозначения высот, амплитуд и величин приливов:
*Амплитуда прилива — разность между высотами полной воды и среднего уровня моря или между высотами среднего уровня моря и малой воды.
** Величина прилива — разность между высотами полной и следующей за ней малой воды.
Определение времени и высот полных и малых вод в дополнительных пунктах. Для предвычисления времени полных и малых вод в дополнительных пунктах в таблице части II даны поправки времени. В случае правильных приливов поправки даны для средней полной и средней малой вод (ср. ПВ и ср. MB), в случае неправильных приливов поправки приведены или для средней высокой полной и средней низкой малой вод (ВПВ и НМВ), или для средней полной и средней низкой малой вод (ср. ПВ и НМВ), или для средней высокой полной и средней малой вод (ВПВ и ср. MB) в зависимости от существования неравенства в полных и малых водах, или только в малых, или только в полных водах.
Поправками времени для высокой полной воды (ВПВ) и низкой малой воды (НМВ) можно пользоваться соответственно и для определения моментов низкой полной воды (НПВ) и высокой малой воды (ВМВ), но результаты получаются приближёнными.
Для некоторых районов побережья Европы даны наибольшие и наименьшие поправки времени; при этом в заголовке граф указаны моменты полных и малых вод в основном пункте, которым эти поправки соответствуют. Предвычисления для времени, отличающегося от указанных моментов, получаются в результате интерполяции.
Для предвычисления времени полных и малых вод в дополнительном пункте на конкретную дату поправки следует придать со своим знаком ко времени полных и малых вод соответствующего основного пункта на эту же дату. Моменты полных и малых вод в дополнительном пункте получаются по времени того пояса или меридиана, который указан для этого дополнительного пункта. Если основной и дополнительный пункты находятся в разных часовых поясах, никаких дополнительных поправок вводить не следует, так как в самих поправках времени уже учтена разница времени этих поясов. Многоточие (…) в колонках «Поправки времени» означает отсутствие сведений о соответствующих поправках времени.
Прочерки (—) в строке основного пункта означают, что поправки времени для дополнительных пунктов вводятся ко времени любой полной или малой воды в основном пункте.
Для предвычисления высот прилива в дополнительных пунктах в таблице части II даны поправки высот. Для пунктов, где преобладают правильные полусуточные приливы, даны поправки высот для средних сизигийных и квадратурных полных и малых вод (сз. ПВ, кв. ПВ, кв. MB, сз. MB); для пунктов с суточными и смешанными приливами даны поправки высот для средних высоких и низких полных и малых вод (ВПВ, НПВ, ВМВ, НМВ). Для вычисления высоты прилива в дополнительном пункте на конкретную дату поправки придаются со своим знаком к высотам полных и малых вод основного пункта на эту дату. Высоты прилива в основном пункте на конкретную дату, как правило, отличаются от средних высот, указанных для этого пункта в части II. Поэтому поправки следует интерполировать (или экстраполировать) между этими средними высотами и высотой воды в основном пункте на конкретную дату. Знак Д в колонках высот и поправок высот таблицы части II означает, что приливы в таком пункте в основном суточные. Многоточие (…) в колонках «Поправки высот» означает отсутствие сведений о соответствующих поправках высот.
При предвычислении высот прилива в дополнительных пунктах следует учитывать поправку среднего уровня моря за сезонные колебания (из вспомогательной таблицы 3).
При пользовании таблицей части II следует обязательно обращать внимание на буквы и знаки в колонке «Примечания» и объяснения к ним внизу страницы и в разделе «Примечания».
Практически наиболее важны: hвпв, hнмв, В и Z0.
Высоты полных и малых вод и величины приливов в дни сизигий, квадратур, наибольших склонений Луны и т. п. обозначаются соответствующими буквенными сокращениями впереди основного обозначения, например:
где сз. — сизигийный прилив, кв. — квадратурный прилив, тр. — тропический прилив (при наибольшем склонении Луны).
Для характеристики приливов по времени применяются следующие понятия:
Тп — время падения — интервал времени, в продолжение которого происходит падение уровня от полной воды до малой; вычисляется по формуле
Тст — продолжительность стояния уровня — интервал времени, в продолжение которого уровень, дойдя до определённой высоты, остаётся неизменным. Продолжительность стояния уровня может быть определена только путём предвычисления ежечасных высот приливных уровней.
Суточные неравенства приливов
Высоты двух полных, а также двух малых вод, наблюдаемых в один и тот же день, бывают неравными. Разность высот двух последовательных полных или малых вод называется суточным неравенством в высоте. Эти неравенства вызываются изменением приливообразующих сил в связи с изменениями в склонениях Луны и Солнца. Для различных пунктов суточные неравенства имеют различные величины — от малозаметного различия в высотах смежных полных или малых вод до полного исчезновения одной полной и одной малой воды.
Полумесячные неравенства приливов
Величины приливов в течение месяца постепенно меняются: два раза в месяц наблюдаются приливы с большими величинами и два раза с малыми. Эти изменения называются полумесячными неравенствами в высотах или величинах приливов. Полумесячные неравенства приливов зависят от фазы Луны и склонений Луны и Солнца.
АДМИРАЛТЕЙСКИЕ ТАБЛИЦЫ ПРИЛИВОВ
(ATT — Admiralty Tide Tables) издаются ежегодно в четырех томах: Том 1. Великобритания и Ирландия (включая европейские континентальные порты пролива Ла-Манш);
Том 2. Европа (за исключением Великобритании и Ирландии), Средиземное море и Атлантический океан;
Том 3. Индийский океан и Южно-Китайское море (включая таблицы приливо-отливных течений);
Том 4. Тихий океан (включая таблицы приливо-отливных течений).
Каждый том состоит из трёх частей:
Часть I. Предвычисленные времена и высоты полных (ПВ) и малых вод (МВ) Основных портов (Standard ports). Перечень Основных портов находится на форзаце. В первой части начерчены диаграммы приливов (графики промежуточных вод) Основных портов, которые также помогают рассчитать времена и высоты приливов между моментами ПВ и МВ.
В части II находятся так называемые временные и высотные поправки для предвычисления времён и высот ПВ и МВ для Дополнительных Портов (Secondary ports), относящиеся к одному из Основных портов части I.
В части III даны гармонические постоянные.
Частные графики для всех портов (кроме Саутгемптона, Чичестера и бухт Пул и Каус) составлены относительно момента ПВ (HW). Вправо от этой точки на горизонтальной оси отложены промежутки времени + ΔTпв (после ПВ), влево от неё отложены промежутки времени –ΔTпв (до ПВ). Для Саутгемптона, Чичестера и бухт Пул и Каус частные графики составлены относительно момента МВ (LW).
Вертикальная ось на графиках представляет отношение превышения уровня воды над малой водой в данном месте к величине прилива и назывется фактором F (F = Δhмв/В).
Более подробные инструкции пользования таблицами можно найти во введении к ним.
To find the time and height of HW and LW at a Secondary Port
Find the time (BST) and height of the afternoon HW and LW at ST. MARY’S (Isles of Scilly) on 14th July.
Note: The data used in this example do not refer to the year of these tables.
Рассчитать время и высоту ПВ и МВ на Дополнительный Порт.
Найти время (British Summer Time) и высоту вечерней ПВ и МВ в порту ST. MARY’S (Isles of Scilly) на 14 июля
SECONDARY PORT TIME AND HEIGHT DIFFERENCE INTERPOLATION
In most cases interpolation can be carried out by eye. For complex examples or where greater accuracy is required the use of a pocket calculator may be preferred. These interpolations can also be shown graphically at any convenient scale.
Plot the two High Water time differences A (–0100 at 1800) and B (–0035 at 0000) and join AB. Read off the time difference for St. Mary’s corresponding to a HW time in Devonport of 2149 = –0044.
In a similar way plot the two Low Water time differences (–0044 at 1200) and (–0025 at 1800) and derive the time difference for St. Mary’s corresponding to a LW time at Devonport of 1532 = –0031.
ИНТЕРПОЛЯЦИЯ ВРЕМЕННЫХ И ВЫСОТНЫХ ПОПРАВОК ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПОРТА
В большинстве случаев интерполяция может производиться на глаз. Для более точных расчётов требуется калькулятор либо это можно сделать графически в удобном масштабе.
Наносим две точки Полной Воды, точку А (–01.00 в 18.00) и точку В (–00.35 в 00.00), соединяем прямой линией АВ эти две точки. Снимаем отсчёт для ПВ в порту St. Mary’s на 21.49 = –00.44.
Также наносим точки для МВ (–00.40 в 12.00) и (–00.25 в 18.00), МВ в порту St. Mary’s соответствует времени МВ в Devonport на 15.32 = –00.31 (рис. 2.8).
The height difference can be plotted in the same way. Plot A (MHWS of 5.5 and +0.2) and B (MHWN of 4.4 and –0.1). Draw a line through A and B. Read off the height difference for St. Mary’s corresponding to a height at Devonport of 5.0 m = +0.1 m.
In a similar way plot the two Low Water height differences (MLWN of 2.2 and –0.2) and (MLWS of 0.8 and –0.1) and derive the height difference for St. Mary’s corresponding to a height at Devonport of 1.1 m = –0.1 m.
Отсчёт высотной поправки находим подобным образом. Наносим для ПВ точку А (сизигия на 5,5 – (+0,2)) и точку В (квадратура на 4,4 – (–0,1)). Проводим линию АВ. Снимаем отсчёт для ПВ в порту St.Mary’s на 5,0 м = +0,1 м.
Также наносим точки для МВ (квадратура на 2,2 – (–0,2)) и (сизигия на 0,8 – (–0,1)), МВ в порту St. Mary’s на 1,1 м = –0,1 м (рис. 2.9).
Найти высоту прилива в определённое время (Основной Порт).
To find the time for a given height (Standard Port)
Определить время на определённую высоту прилива
Find the time at witch the afternoon tide at ULLAPOOL falls to 3.7 m on 6th January.
Note: The data used in this example do not refer to the year of these tables.
Найти время после полудня 6 января в порту ULLAPOOL когда высота прилива будет равна 3,7 м и будет падать. (Рис. 2.11.)
Промежуточное время / высота прилива (для Дополнительного Порта).
Производятся такие же расчёты, как и для Основного порта (Пример 2 и 3), за тем лишь исключением, что на диаграмму кривой прилива наносятся высоты прилива, ПВ и МВ, рассчитанные для Дополнительного Порта по Форме для Расчёта Приливов (Пример 1). Для интерполяции между кривыми сизигии и квадратуры (пункт 3 в Примерах 2 и 3) следует использовать шкалу диаграммы для Основного Порта.
Find the height of the tide at PADSTOW at 1100 on 28th February. Find the time at witch the morning tide at PADSTOW falls at 4.9 on 28th February.
Note: The data used in this example do not refer to the year of these tables. For Instructions on graphical interpolation of differences, see page xv.
Сизигия и квадратура что это
В предыдущей главе мы познакомились с некоторыми особенностями течений. Хотя ситуации были очень сильно упрощены, в большинстве случаев путем сочетания нескольких простых примеров можно получить по крайней мере приблизительное представление о том, что происходит на большинстве водных просторов, где имеются течения.
Все рассмотренные примеры справедливы независимо от того, вызвано ли течение приливными силами или стоком реки. Во всех этих примерах показаны направление и интенсивность потока воды, движущейся с постоянной скоростью. Но, прежде чем перейти к дальнейшему изложению, следует указать, что между приливными потоками и течением реки имеется существенная разница: скорость течения в бесприливной реке достаточно долго остается примерно неизменной (если не преобладают исключительные обстоятельства), а скорость и генеральное направление приливного потока все время изменяются. Поэтому при плавании /в приливных водах надо учитывать измененные скорости и направления течения.
Типы приливов
Приливы на земном шаре бывают разные и зависят от относительного влияния центробежной силы Земли, силы тяготения Солнца и Луны. Приливы бывают полусуточные, суточные и смешанные.
Полусуточные приливы. Как следует из названия, эти приливы наблюдаются дважды в сутки. Между приливами имеется довольно постоянный промежуток времени (примерно 12 часов), соседние полные роды тесно связаны с квадратурными и сизигийными колебаниями прилива в зависимости от фаз Луны. Полусуточные приливы наблюдаются на большей части восточного побережья Северной Америки и всем побережье Англии.
Суточные приливы. В некоторых местах бывает только одна заметная полная и малая вода в сутки, вторая полная и малая вода немного больше, чем высота прилива при смене вод. Объяснение этого явления выходит за рамки настоящей книги, отметим только, что оно связано со склонением Солнца и Луны. Суточные приливы наиболее часто наблюдаются в тропиках, например на Филиппинах.
Смешанные приливы. Наконец, имеются приливы, которые сочетают черты каждого из двух названных типов. Они имеют два приливных цикла в сутки, но между высотами последовательных полных или малых вод может быть большая разница. Тихоокеанское побережье Северной Америки и большая часть побережья Австралии подвержены влиянию смешанных приливов.
Полусуточный приливный цикл
Наиболее распространенный вид приливов — полусуточный, поэтому я остановлюсь на нем; однако последующие выводы будут во многом применимы и для двух других типов прилива.
Примерно каждые 24 часа наблюдаются две полные и, соответственно, две малые воды. Временной интервал между последовательными полными водами составляет не 12 часов, а 12 часов 26 минут, поэтому полная вода в каждый доследующий день наступает на 52 минуты позже, чем в предыдущий.
За полной водой, когда прилив наибольший, следует отлив, продолжающийся 6 часов. После отлива наступает малая вода, которая является наинизшей точкой приливного цикла. За малой водой следует прилив, который также продолжается около 6 часов; уровень постепенно повышается, и, наконец, снова наступает полная вода. В полную и малую воду уровни могут оставаться неизменными в течение различного времени, обычно постоянного для данного места. Это время известно как «состояние прилива».
Около времени стояния прилива, как в полную, так и в малую воду, приливное течение отсутствует. Это состояние называется сменой течений, или сменой вод.
Скорость приливных потоков
Рассмотрим приливный цикл с момента полной воды. Когда наступает отлив, вначале вода уходит очень медленно, но постепенно течение набирает силу и примерно посредине между полной и малой водой достигает наибольшей скорости.
После достижения максимальной скорости поток постепенно замедляется и примерно во время стояния малой воды останавливается. Затем поток разворачивается и начинается прилив: течение идет в противоположном направлении, вначале медленно (как при отливе), с наибольшей скоростью — посредине между малой и полной водой и потом опять медленнее, пока не наступает положение покоя при полной воде. Схематически это явление изображено на рис. 10.
Достаточно точную оценку скорости потока на любой стадии приливного цикла можно получить по простой формуле 1:2:3:2:1, максимальной скорости и временному интервалу после последней смены течений. Полагая, что интервал между полной и малой водой составляет 6 часов (что не всегда имеет место), и принимая максимальную скорость потока в 3 узла (что для нашего примера самое простое), по нижеприведенной таблице можно достаточно точно предсказать скорость приливного (или отливного) течения. Разумеется, аналогичная таблица может быть применена и для приливного потока.
Эту же формулу можно использовать и для оценки скорости потока, когда интервал между полной и малой водой переменный или не составляет 6 часов. В этом случае время, для которого в таблице дана скорость, не соответствует интервалам в один час и будет больше или меньше.
Формулой 1:2:3:2:1 можно пользоваться независимо от величины максимальной скорости течения. Например, если прилив мчится с бешеной скоростью, достигающей 6 узлов (что крайне маловероятно), то нижняя строчка в таблице читается следующим образом: 0, 2, 4, 6, 4, 2, 0. Если максимальная скорость приливного течения умеренная и составляет, скажем, всего 3/4 узла, то нижняя строчка будет выглядеть так: 0, 1/4, 1/2, 3/4, 1/2, 1/4, 0.
Зная период, за который как прилив, так и отлив достигают максимальной скорости (которая, естественно, не будет одинаковой), легко составить таблицу скоростей потока для приливного цикла данного района.
Сама по себе таблица скоростей течений не дает какого-либо значительного преимущества. Однако очень важно знать, когда происходит смена прилива, когда вода убегает при отливе и когда наступает при приливе. Другими словами, нужно знать, движется вода или нет, а если движется, то каково генеральное направление этого движения. Путешествие будет нелегким, если заранее не позаботиться об информации о времени наступления полной и малой воды.
Яхтсмену следует помнить также, что чем больше скорость генерального Приливного потока, тем четче различия в скорости приливных течений вдоль берега, над банками и у других характерных форм рельефа. Следовательно, характеристики этих течений (то есть скорость и направление) в середине отлива и в середине прилива более важны, чем в другие периоды приливного цикла, хотя и в этом случае о них не следует забывать.
Сизигийные и квадратурные приливы
Известно, что приливы вызываются силами притяжения Луны и Солнца. При полнолунии и новолунии — примерно каждые две недели — силы притяжения Солнца и Луны действуют вдоль одной и той же линии, в эти моменты наблюдаются наивысшие приливы. Примерно в первую и четвертую четверти Луны силы притяжения Солнца и Луны действуют под прямым углом друг к другу, в это время отмечаются наинизшие приливы. Большие Приливы называются сизигийными, а малые — квадратурными.
Само собой разумеется, что в сизигию приливные течения быстрее, чем в квадратуру, так как движением охвачен больший объем воды. По этой причине в сизигию необходимо уделять больше внимания тактике плавания на течении.
Различия в уровне
То, что приливные течения образуются из-за разницы уровней воды при подъеме и падении прилива, — очевидный и всем известный факт. Однако не столь широко известно, что высота прилива в различных местах существенно колеблется. Если между двумя пунктами, расположенными достаточно близко друг от друга, имеются различия в уровне, то приливное течение вызывается потоком, стремящимся установить один и тот же уровень. Например, сизигийный подъем уровня у входа в устье составляет только 2,5 метра, а в порту, находящемся всего в 50 милях, подъем может быть в два раза больше. Поэтому точное представление о местных условиях имеет огромнейшее значение.
Разница уровней вдоль побережья вызывает сильные приливные потоки, но многие из них настолько сложны, что до сих пор не получили объяснения, поэтому не пытайтесь изучить их самостоятельно, полагайтесь на данные, которые можно получить у специалистов.