Амфидромная точка

«Амфидром» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о бывшем стадионе в Хоутоне, штат Мичиган, см. Стадион Ди .

Рисунок 1. Приливная составляющая М ₂ , амплитуда обозначена цветом. Белые линии представляют собой котидальные линии, расположенные с интервалом в 30° (чуть более 1 часа). Амфидромные точки — это темно-синие области, где линии сходятся.

Амфидромная точка , также называемая приливным узлом , представляет собой географическое место, где разница в высоте моря между приливом и отливом небольшая или отсутствует вовсе; он имеет нулевую приливную амплитуду для одной гармонической прилива составляющей . Диапазон приливов ( размах амплитуды или разница высот между приливом и отливом) для этой гармонической составляющей увеличивается с расстоянием от этой точки, хотя и не равномерно. Таким образом, концепция амфидромных точек имеет решающее значение для понимания приливного поведения. Этот термин происходит от греческих слов амфи («вокруг») и дромос («бег»), обозначающих вращающиеся приливы, которые циркулируют вокруг амфидромных точек. Впервые его обнаружил Уильям Уэвелл , который экстраполировал котидальные линии с побережья Северного моря и обнаружил, что линии должны пересечься в какой-то точке.

Амфидромные точки возникают потому, что интерференция внутри океанических бассейнов , морей и заливов в сочетании с эффектом Кориолиса создает волновую структуру, называемую амфидромной системой , которая вращается вокруг амфидромной точки. В амфидромных точках доминирующей приливной составляющей почти нет вертикального изменения уровня моря в результате приливного действия; то есть разница между приливом и отливом в этих местах небольшая или вообще отсутствует. Приливные течения все еще могут быть, поскольку уровни воды по обе стороны от амфидромной точки неодинаковы. Каждая периодическая приливная компонента создает отдельную амфидромную систему.

В большинстве мест «основной лунный полусуточный поток» , известный как М ₂ , является крупнейшей приливной составляющей. Котидальные линии соединяют точки, в которых прилив и отлив происходят одновременно. На рисунке 1 отлив отстает или опережает соседние линии на 1 час 2 минуты. Там, где встречаются линии, находятся амфидромы, и вокруг них вращается прилив; например, вдоль побережья Чили и от южной Мексики до Перу прилив распространяется на юг, а от Нижней Калифорнии до Аляски прилив распространяется на север.

Формирование амфидромных точек

Приливы возникают в результате притяжения Солнца Луны и . гравитационного Это гравитационное притяжение приводит к возникновению приливной силы , которая действует на океан . Океан реагирует на это внешнее воздействие, генерируя, что особенно важно для описания приливного поведения, волны Кельвина и волны Пуанкаре (также известные как волны Свердрупа ). Эти приливные волны можно считать широкими относительно радиуса деформации Россби (~3000 км в открытом океане). ), и неглубокие, так как глубина воды ( D , в среднем ~ 4 километра глубиной ) в океане намного меньше (т.е. D / λ <1/20), чем длина волны ( λ ), которая составляет порядка тысяч километров.

Рисунок 2. Резонанс между падающей и отраженной волной и результирующая суммарная волна. В определенных точках (узлах) амплитуды падающей и отраженной волны компенсируют друг друга. В других точках (пучностях) амплитуды падающей и отраженной волны усиливают друг друга. Соответствующее расстояние между узлами и пучностями показано в правом нижнем углу рисунка и выражено в единицах длины волны.

В реальных океанах приливы не могут бесконечно распространяться как прогрессивные волны . Волны отражаются из-за изменения глубины воды (например, при входе в шельфовые моря ) и от береговых границ. В результате возникает отраженная волна, которая распространяется в направлении, противоположном падающей волне. Комбинация отраженной волны и падающей волны представляет собой полную волну. За счет резонанса между отраженной и падающей волной амплитуда суммарной волны может как подавляться, так и усиливаться. Точки, в которых две волны усиливают друг друга, известны как пучности , а точки, в которых две волны нейтрализуют друг друга, известны как узлы . На рисунке 2 показано Резонатор 1 ⁄ 4 λ. Первый узел расположен по адресу 1 ⁄ λ всей волны, за которой следует повторяющийся следующий узел на 1 ⁄ 2 λ дальше 3 ⁄ 4 λ.

Длинная прогрессивная волна, распространяющаяся по каналу на вращающейся Земле, ведет себя иначе, чем волна, распространяющаяся по невращающемуся каналу. Из-за силы Кориолиса вода в океане отклоняется вправо в северном полушарии и наоборот в южном полушарии. Эта боковая составляющая потока из-за силы Кориолиса вызывает накопление воды, что приводит к градиенту давления . Результирующий наклон развивается до тех пор, пока не достигнет равновесия с силой Кориолиса; приводит к геострофическому равновесию . В результате этого геострофического баланса волны Кельвина (первоначально описанные лордом Кельвином генерируются ) и волны Пуанкаре. Амплитуда волны Кельвина максимальна вблизи побережья и, если рассматривать волну в северном полушарии, уменьшается по мере удаления от ее правой береговой границы. Распространение волн Кельвина всегда происходит вдоль берега, и его усиление падает в соответствии с радиусом деформации Россби. Напротив, волны Пуанкаре могут распространяться как вдоль берега как свободная волна с характером распространяющейся волны, так и вдоль берега как захваченная волна со структурой стоячей волны .

Бесконечно длинный канал

В бесконечно длинном канале, который можно рассматривать как упрощенное приближение Атлантического и Тихого океанов , прилив распространяется как падающая и отражающаяся волна Кельвина. Амплитуда волн уменьшается по мере удаления от берега и в определенных точках в середине бассейна амплитуда суммарной волны становится равной нулю. Более того, фаза прилива как бы вращается вокруг этих точек нулевой амплитуды. Эти точки называются амфидромными точками. Направление вращения волны вокруг амфидромной точки — в направлении силы Кориолиса; против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии .

Полузакрытый бассейн

В полузамкнутом бассейне, таком как Северное море, волны Кельвина, хотя и являются доминирующей приливной волной, распространяющейся вдоль берега, не могут распространяться через берег, поскольку они зависят от наличия боковых границ или экватора . Таким образом, приливные волны, наблюдаемые вдоль берега, представляют собой преимущественно волны Пуанкаре. Таким образом, приливы, наблюдаемые в полузамкнутом бассейне, в основном представляют собой сумму падающей волны Кельвина, отраженной волны Кельвина и поперечной стоячей волны Пуанкаре. Анимация приливной амплитуды, приливных течений и их амфидромного поведения показана в анимации 2.

Положение амфидромных точек

На рис. 2 видно, что первый узел суммарной волны расположен в точке 1 ⁄ 4 λ с повторяющимися узлами через интервалы 1 ⁄ 2 λ. В идеализированной ситуации в месте расположения этих узлов суммарной приливной волны можно обнаружить амфидромные точки. При пренебрежении трением положение амфидромных точек будет в середине бассейна, поскольку начальная амплитуда и затухание амплитуды падающей и отраженной волны равны, это можно увидеть на анимациях 1 и 2. Однако приливные волны в океане подвержены трению о морское дно и взаимодействию с береговыми границами. Более того, изменение глубины воды влияет на расстояние между амфидромными точками.

Во-первых, расстояние между амфидромными точками зависит от глубины воды:

$\lambda ={\sqrt {gD}}\cdot T$

Где g — ускорение свободного падения , D — глубина воды, а T — период волны.

В местах с более мелкой глубиной амфидромные точки располагаются ближе друг к другу на расстояние интервала ( 1 ⁄ 2 λ) узлов уменьшается. Во-вторых, потери энергии из-за трения в мелководных морях и прибрежных границах приводят к дополнительным корректировкам режима приливов. Приливные волны не отражаются идеально, что приводит к потере энергии, в результате чего отраженная волна становится меньше по сравнению с приходящей волной. Следовательно, на северном полушарии амфидромная точка будет смещена от центральной линии канала влево от направления падающей волны.

Степень смещения первого амфидрома в северном полушарии определяется выражением:

$\gamma =-{\frac {{\sqrt {gD}}\cdot \ln \alpha }{2f}}$

где γ — смещение амфидрома от центра канала ( γ =0), g — ускорение свободного падения, D — глубина воды, f — частота Кориолиса , а — отношение амплитуд отраженной волны и падающая волна. Поскольку отраженная волна меньше падающей, α будет меньше 1, а lnα будет отрицательным. Следовательно, амфидромное смещение γ находится левее падающей волны в северном полушарии.

Более того, исследование показало, что существует закономерность движения амфидромов, связанная с циклами весеннего прилива в Ирландском море . Максимальное смещение амфидрома от центра приходится на весенние приливы , а минимальное — на приливы . Во время весенних приливов приливная волна поглощает больше энергии по сравнению с приливами. В результате коэффициент отражения α меньше, а смещение амфидромной точки от центра больше. Подобное амфидромное движение ожидается и в других морях, где рассеяние энергии из-за трения велико.

Может случиться так, что амфидромная точка переместится вглубь береговой границы. В этом случае амплитуда и фаза приливной волны по-прежнему будут вращаться вокруг внутренней точки, которая называется виртуальным или вырожденным амфидромом.

уровня моря

Положение амфидромных точек и их движение преимущественно зависят от длины волны приливной волны и трения. В результате увеличения выбросов парниковых газов уровень мирового океана становится подверженным повышению уровня моря . По мере увеличения глубины воды длина волны приливной волны будет увеличиваться. Следовательно, положение амфидромных точек, расположенных в 1 ⁄ λ в полузамкнутых системах будет отходить дальше от поперечной береговой границы. Кроме того, амфидромные точки будут отдаляться друг от друга по мере того, как интервал 1 ⁄ 2 λ увеличивается. Этот эффект будет более выражен в мелководных морях и прибрежных районах, поскольку относительное увеличение глубины воды из-за повышения уровня моря будет больше по сравнению с открытым океаном. Более того, степень повышения уровня моря различается в зависимости от региона. В некоторых регионах уровень моря будет повышаться быстрее, чем в других, а близлежащие амфидромные точки будут более подвержены изменению местоположения. Наконец, повышение уровня моря приводит к меньшему придонному трению и, следовательно, к меньшему рассеиванию энергии. Это приводит к тому, что амфидромные точки отодвигаются дальше от границ побережья и больше к центру его русла/бассейна.

В М ₂ приливной

Судя по рисунку 1, существуют следующие амфидромные точки по часовой стрелке и против часовой стрелки:

Рис. 3. Амфидромная система компонента М ₂ в Северном море . Голубые линии — это линии равной приливной фазы для вертикального прилива (высоты поверхности) вдоль такой линии, а амфидромные точки обозначены цифрами 1, 2 и 3.

Амфидромные точки по часовой стрелке

• к северу от Сейшельских островов
• возле Земли Эндерби
• за пределами Перта
• к востоку от Новой Гвинеи
• к югу от острова Пасхи
• к западу от Галапагосских островов
• к северу от Земли Королевы Мод

Амфидромные точки

• возле Шри-Ланки
• к северу от Новой Гвинеи
• на Таити
• между Мексикой и Гавайями
• возле Подветренных островов
• к востоку от Ньюфаундленда
• на полпути между Рио-де-Жанейро и Анголой
• к востоку от Исландии
• За пределами Эйгерсунда на юго-западе Норвегии.
• Острова Мадагаскар и Новая Зеландия являются амфидромными точками в том смысле, что прилив обходит их примерно за 12 с половиной часов, но амплитуда приливов у их берегов местами велика.

См. также

• волна Кельвина
• Приливы
• Теория приливов и отливов