Marée
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Les marées sont la hausse et de chute de la Terre de l ' océan surface causées par le les forces de marée de la Lune et du Soleil agissant sur les océans. Phénomènes de marée peuvent se produire dans ne importe quel objet qui est soumis à un champ gravitationnel qui varie dans le temps et l'espace, comme celle de la Terre masses terrestres. (Voir autres marées ).
Tides affectent sensiblement la profondeur de marine et les plans d'eau de l'estuaire et produisent oscillant courants appelés courants de marée, ce qui rend la prévision des marées très importantes pour la navigation côtière (voir Tides et la navigation ). La bande de bord de mer qui est submergé à marée haute et exposée à marée basse, le estran ou de la rive, est un important produit écologique des marées océaniques (voir l'écologie intertidale ).
La marée changer produite à un endroit donné est le résultat des positions changeantes de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre couplés avec le effets de la rotation de la Terre et le local forme du fond de la mer. niveau de la mer mesurée par côtière marégraphes peuvent également être fortement affectés par le vent.
Introduction et terminologie de marée
Une marée est un cycle répété des variations du niveau de la mer dans les étapes suivantes:
- Pendant plusieurs heures l'eau monte ou se avance jusqu'à une plage dans le flot
- L'eau atteint son plus haut niveau et se arrête à marée haute. Parce que les courants de marée cessent ceci est aussi appelé l'étale ou étale de la marée. La marée se inverse et l'on dit se tourner.
- Le niveau de la mer se retire ou tombe pendant plusieurs heures pendant la marée basse.
- Le niveau cesse de tomber à l'eau basse. Ce point est également décrit comme mou ou tournant.
Marées peuvent être semi-diurne (deux hautes eaux et deux basses mers par jour), ou diurne (un cycle de marée par jour). Dans la plupart des endroits, les marées sont semi-diurne. En raison de la contribution diurne, il existe une différence de hauteur (l'inégalité quotidienne) entre les deux hautes eaux un jour donné; ceux-ci sont différenciés que la mer supérieure et l'eau inférieure riche en tables des marées. De même, les deux basses eaux chaque jour sont considérés comme l'eau de faible supérieur et la basse mer inférieure. L'inégalité quotidienne change avec le temps et est généralement faible lorsque la Lune est dessus de l'équateur.
Les différentes fréquences de forçage orbital qui contribuent aux variations de marée sont appelés constituants. Dans la plupart des endroits, le plus important est le "lunaire semi-diurne principal» constituant, également connu sous le M2 (ou M 2) constituant marée. Sa période est d'environ 12 heures et 25,2 minutes, exactement la moitié d'un jour lunaire de marée, le délai moyen séparant un lunaire zenith de l'autre, et donc le temps nécessaire à la Terre pour faire pivoter une fois par rapport à la Lune. Ce est le constituant suivis par simple marée horloges.
Tides varient sur des échelles de temps allant de quelques heures à plusieurs années, afin de faire des dossiers précis marégraphes mesurent le niveau de l'eau au fil du temps à des stations fixes qui sont sélectionnés à partir de variations provoquées par des ondes plus courtes que la période de minutes. Ces données sont comparées à la référence (ou référence) Niveau généralement appelé 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'ellipticité des orbites de la Lune autour de la Terre et la Terre autour du Soleil Variations avec des périodes de moins d'un demi-jour sont appelés composantes harmoniques. Longues constituants de la période ont des périodes de jours, mois ou années.
Tidal variation de gamme: ressorts et PNAE
L'amplitude des marées semi-diurnes (la différence de hauteur entre hautes et basses eaux sur environ une demi-journée) 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 marée dues à la Sun renforcent ceux de la Lune. La gamme de la marée est alors maximale: cela se appelle la marée de printemps, ou tout simplement les ressorts et ne est pas issue de la saison du printemps, mais plutôt du verbe qui signifie «sauter» ou «bondir». Quand la Lune est au premier trimestre ou au troisième trimestre, le Soleil et la Lune sont séparés 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 marée est minimale: cela se appelle la marée de morte-eau, ou PNAE. marées de printemps entraînent hautes eaux qui sont plus élevés que la moyenne, basses eaux qui sont inférieurs à la moyenne du temps, de l'eau de mou qui est plus courte que les courants de marée moyenne et forte que la moyenne. PNAE entraînent dans des conditions moins extrêmes de marée. Il ya environ un intervalle de sept jours entre les ressorts et PNAE.
La distance évolution de la Lune de la Terre affecte également hauteurs des marées. Quand la Lune est à périgée la gamme est augmentée et quand il est à apogée la gamme est réduite. Chaque 7½ lunaisons, périgée coïncide avec soit une nouvelle ou pleine lune provoquant marées de périgée avec la plus grande amplitude de la marée. Si une tempête arrive à se déplacer à terre à ce moment, les conséquences (sous la forme de dommages à la propriété, etc.) peuvent être particulièrement graves.
La phase et l'amplitude des marées
Parce que le constituant de marée M 2 domine dans la plupart des endroits, la scène ou de la phase d'une marée, désigné par le temps en heures après la marée haute, est un concept utile. Il est également mesurée en degrés, à 360 ° par cycle de marée. Lignes de la phase de marée sont appelées les lignes cotidales. La marée haute est atteinte simultanément le long des lignes de cotidales se étendant de la côte dans l'océan, et les lignes de cotidales (et donc les phases de marée) avance le long de la côte. Si l'on pense de l'océan comme un bassin circulaire fermé par une côte, les lignes cotidales pointent radialement vers l'intérieur et doivent finalement répondre à un point commun, le Point amphidromique. Un point amphidromique est à la fois cotidales avec hautes et basses mers, qui est convaincu par zéro mouvement des marées. (L'exception rare se produit lorsque les cercles des marées autour d'une île, comme il le fait autour de la Nouvelle-Zélande .) mouvement effet de marée diminue généralement en se éloignant des côtes continentales, de sorte que le franchissement des lignes de cotidales sont contours d'amplitude constante (la moitié de la distance entre eau haute et basse) qui diminuent à zéro au point amphidromique. Pour une marée semi-diurne de 12 heures le point amphidromique se comporte à peu près 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 différence de la phase cotidales de la phase d'une marée de référence est l'époque.
La forme du rivage et du fond de l'océan changent la façon dont les marées se propagent, il n'y a donc pas de règle simple, générale pour prédire le moment de la marée haute de la position de la Lune dans le ciel. Caractéristiques côtières telles que la topographie sous-marine et la forme du littoral signifie que les caractéristiques de localisation individuelle doivent être prises en considération lors de la prévision des marées; temps de hautes eaux peut différer de celle suggérée par un modèle tel que celui ci-dessus en raison des effets de la morphologie côtière sur le flux des marées.
La physique des marées
Isaac Newton a jeté les bases pour l'explication mathématique de marées du Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ( 1687). En 1740, la Académie Royale des Sciences de Paris a offert un prix pour le meilleur essai théorique sur les marées. Daniel Bernoulli, Antoine Cavalleri, Leonhard Euler , et Colin Maclaurin a partagé le prix. Maclaurin utilisé la théorie de Newton de montrer que une sphère lisse couverte par un océan à une profondeur suffisante sous la force de marée d'un seul corps de déformation est un sphéroïde allongé avec grand axe dirigé vers le corps se déformer. Maclaurin a également été le premier à écrire sur la Terre effets de la rotation sur le mouvement. Euler est rendu compte que la composante horizontale de la force des marées (plus de la verticale) entraîne la marée. En 1744, Jean le Rond d'Alembert étudié équations de marée pour l'atmosphère qui ne incluait pas la rotation. La première formulation théorique majeur pour les marées d'eau a été faite par Pierre-Simon Laplace , qui a formulé un système d'équations aux dérivées partielles concernant l'écoulement horizontal à la hauteur de la surface de l'océan. Les équations de marée Laplace sont encore en usage aujourd'hui. William Thomson a réécrit les équations de Laplace en termes de tourbillon qui a permis des solutions décrivant vagues élevées sur les côtes piégés marée entraînés, qui sont connus comme Ondes de Kelvin.
Les forces de marée
Le force de marée produit par un objet massif (Moon, ci-après) sur une petite particule situé sur ou dans un vaste corps (terre, ci-après) est la différence de vecteur entre la force gravitationnelle exercée par la Lune sur la particule, et la force gravitationnelle qui serait être exercée sur la particule se il était situé au centre de masse de la Terre. Ainsi, la force de marée ne dépend pas de la force du champ gravitationnel de la Lune, mais sur son gradient. Le force gravitationnelle exercée sur la Terre par le Soleil est en moyenne 179 fois plus forte que celle exercée 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 marée produite par le Soleil ne est donc que de 46% aussi grande que celle produite par la Lune.
Les forces de marée peuvent aussi être analysées du point de vue d'un cadre de référence qui traduit avec le centre de masse de la Terre. Envisager la marée 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 déterminé par leurs masses relatives. Le centre orbitale de masse est 3/4 de la distance entre le centre de la Terre à sa surface. La deuxième observation est que la Terre mouvement centripète est la réponse moyenne de l'ensemble de la Terre à la gravité de la Lune et ce est exactement le mouvement correcte pour équilibrer la gravité de la Lune seulement au centre de la Terre; mais chaque partie de la Terre se déplace avec le centre de masse et toutes les parties ont le même mouvement centripète, puisque la Terre est rigide. D'autre part chaque point de la Terre connaît la gravité décroissante radialement de la Lune différemment; les près de parties de la Terre sont plus fortement attirées que est compensée par l'inertie et l'expérience d'une force de marée nette vers la Lune; les parties larges ont plus d'inertie que nécessaire pour l'activité réduite, et donc se sentent une force nette loin de la Lune. Enfin que les composantes horizontales des forces de marée contribuent réellement à l'accélération de marée les particules d'eau car il est faible résistance. La force de marée réelle sur une particule est seulement d'environ une dizaine de millionième de la force causée par la gravité de la Terre.
La surface de l'océan est étroitement approchée par une surface équipotentielle, (ignorant les courants océaniques) qui est communément appelé le géoïde. Etant donné que la force de gravitation est égale à la gradient de potentiel, il n'y a pas de forces tangentielles sur une telle surface, et la surface de l'océan est donc en équilibre gravitationnel. Considérons 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 équipotentielle sur la Terre. Les forces gravitationnelles suivent un vigueur carré inverse loi (est inversement proportionnelle à la carré de la distance), mais les forces de marée sont inversement proportionnelle à la cube de la distance. La surface de l'océan se déplace à adapter à l'évolution de potentiel de marée, ayant tendance à augmenter lorsque le potentiel de la marée est haute, la partie la plus proche de la Terre de la Lune, et la partie la plus éloignée. Lorsque les changements équipotentielles marée, la surface de l'océan ne est plus aligné avec elle, de sorte que la direction apparente des décalages verticaux. La surface éprouve alors une pente vers le bas, dans le sens que l'équipotentielle a augmenté.
Équation marée Laplace
La profondeur des océans est beaucoup plus petite que leur étendue horizontale; Ainsi, la réponse à la marée forçant peut être modélisé en utilisant les équations de marée Laplace qui incorporent les caractéristiques suivantes: (1) la vitesse verticale (ou radiale) est négligeable, et il ne est pas vertical cisaillement ce est un flux de feuille. (2) Le forçage est uniquement horizontale (tangentielle). (3) la Effet de Coriolis apparaît comme un latéral fictive forçant proportionnelle à la vitesse. (4) le taux de variation de la hauteur de la surface est proportionnelle à la vitesse de divergence négative multipliée par la profondeur. La dernière signifie que les tronçons de vitesse horizontale ou compresse l'océan comme une feuille, le volume se amincit ou se épaissit, respectivement. Les conditions aux limites ne dictent flux à travers le littoral, et le glissement libre au fond. L'effet de Coriolis dirige vagues vers la droite dans l'hémisphère nord et à gauche dans le sud permettant vagues élevées sur les côtes piégés. Enfin, un terme de dissipation peut être ajouté qui est un analogue de la viscosité.
L'amplitude des marées et le temps de cycle
L'amplitude théorique de marées océaniques en raison de la Lune est d'environ 54 cm au point le plus élevé, ce qui correspond à l'amplitude qui serait atteint si l'océan possédait une profondeur uniforme, il n'y avait pas des masses terrestres, et la Terre ne était pas en rotation. Le Soleil provoque similaire marées, dont l'amplitude théorique est d'environ 25 cm (46% de celle de la Lune) avec un temps de cycle de 12 heures. À marée de printemps, les deux effets se additionnent les uns aux autres à un niveau théorique de 79 cm, tandis que à marée de morte-eau au niveau théorique est ramenée à 29 cm. Depuis les orbites de la Terre autour du Soleil et de la Lune autour de la Terre, sont elliptiques, les amplitudes des marées changent peu à la suite des différentes Terre-Soleil et la Terre-Lune distances. Cela provoque une variation de la force et l'amplitude de la marée théorique d'environ ± 18% de la Lune et ± 5% pour le Soleil Si à la fois le Soleil et la Lune étaient à leurs positions les plus proches et alignés à la nouvelle lune, l'amplitude théorique serait atteindre 93 cm.
Amplitudes réelles diffèrent considérablement, non seulement en raison des variations de profondeur de l'océan, et les obstacles à l'écoulement provoquée par les continents, mais aussi parce que la période naturelle de la propagation des ondes est du même ordre de grandeur que la période 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'océan se propager le long de l'équateur à mi-chemin autour de la Terre (par comparaison, la période naturelle de la lithosphère de la Terre est d'environ 57 minutes).
Dissipation de marée
Les oscillations de marée de la Terre introduisent la dissipation, à un taux moyen d'environ 3,75 térawatt. Environ 98% de cette dissipation est par le mouvement des marées dans les mers et les océans. La dissipation se pose le flux des marées échelle du bassin entraîne des flux de moindre envergure qui connaissent la dissipation turbulente. Cette traînée de marée donne naissance à un couple de rotation sur la Lune qui entraîne le transfert progressif de la vitesse angulaire de l'orbite, et une augmentation progressive de la séparation Terre-Lune. Par suite du principe de conservation du moment cinétique , la vitesse de rotation de la Terre est ralenti de manière correspondante. Ainsi, au fil du temps géologique, la Lune se éloigne de la Terre, à 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'années. Voir l'accélération de marée pour plus de détails.
L'observation et la prévision des marées
Depuis les temps anciens, les marées ont été observées et discuté avec la sophistication croissante, d'abord noter la récurrence quotidienne, alors sa relation avec le Soleil et la Lune. Pythéas est rendu dans les îles britanniques et semble être le premier à avoir marées liées à la phase de la lune. Le Naturalis Historia de Pline l'Ancien rassemble de nombreuses observations de détail: les grandes marées étant quelques jours après (ou avant) nouvelle et la pleine lune, et que les grandes marées à travers le temps des équinoxes étaient les plus élevés, mais il y avait aussi de nombreuses relations désormais considérés comme fantaisiste. Dans sa Géographie, Strabon décrit marées dans le golfe Persique ayant leur plus grande gamme quand la lune était plus éloignée du plan de l'équateur. Tout cela malgré les marées relativement faibles dans le bassin méditerranéen, mais il ya de forts courants à travers le détroit de Messine et entre la Grèce et l'île d'Eubée à travers le Euripe que perplexes Aristote . En Europe autour de 730 AD le Vénérable Bède a décrit comment la montée de la marée sur une côte des îles britanniques a coïncidé avec la chute de l'autre et décrit la progression en temps de la même eau haute long de la côte de Northumbrie.
Finalement, la première table de marée en Chine a été enregistré en 1056 AD, principalement au profit des visiteurs qui souhaitent voir le fameux mascaret dans la Rivière Qiantang. Le tableau de la marée premier connu est pensé pour être celui de John Abbott de Wallingford (d. 1213), basée sur la haute eau survenant 48 minutes plus tard, chaque jour, et trois heures plus tard en amont à Londres qu'à l'embouchure de la Tamise.
William Thomson a mené la première analyse harmonique systématique des dossiers de marée commence en 1867. Le résultat principal était la construction d'une marée prédire la machine (TPM) en utilisant un système de poulies d'additionner six fonctions harmoniques de temps. Il a été "programmé" en réinitialisant engrenages et des chaînes pour ajuster phase et amplitudes. Machines similaires ont été utilisés jusqu'en 1960.
Le premier enregistrement connu de niveau de la mer de l'ensemble d'un cycle printemps-été neap faite en 1831 sur le Dock Marine dans le estuaire de la Tamise, et de nombreux grands ports eu stations automatiques marée de jauge par 1850.
William Whewell premier mappé lignes co-marée se terminant par un tableau quasi mondiale en 1836. Afin de rendre ces cartes compatibles, il a émis l'hypothèse de l'existence d'amphidromes où les lignes de co-marée répondent dans le milieu de l'océan. Ces points de non-marée ont été confirmés 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 délai entre les phases de la Lune et l'effet de la marée. Ressorts et PNAE dans la mer du Nord , par exemple, sont deux jours de retard sur le nouveau pleine lune / et le premier troisième trimestre /. Cela se appelle l'âge de la marée.
L'heure exacte et la hauteur de la marée à un particulier Point Coastal est également fortement influencée par la locale bathymétrie. Il ya quelques cas extrêmes: la Baie de Fundy, sur la côte est du Canada , possède la plus grande amplitude des marées bien documentés dans le monde, 16 mètres (53 pieds), en raison de la forme de la baie. Southampton dans le Royaume-Uni a une double hauteur d'eau causée par l'interaction entre les différentes harmoniques de marée dans la région. Ceci est contraire à la croyance populaire que le débit d'eau autour de la Isle of Wight crée deux hautes eaux. L'île de Wight est important, cependant, car il est responsable de la «Jeune Flood stand ', qui décrit la pause de la marée montante environ trois heures après la basse mer. La baie d'Ungava dans le Nord Québec, au nord est du Canada, est considéré par certains experts pour avoir l'amplitude des marées plus élevées que le Baie de Fundy (environ 17 mètres ou 56 pieds), mais il est libre de banquise pour seulement environ quatre mois chaque année, alors que la baie de Fundy gèle rarement.
Parce que les modes d'oscillation de la mer Méditerranée et de la mer Baltique, ne coïncident pas avec une période forçant astronomique significative les plus grandes marées sont proches de leurs connexions étroites avec l'océan Atlantique. Extrêmement petites marées se produisent aussi pour la même raison dans le golfe du Mexique et Mer du Japon. Sur la côte sud de l'Australie , parce que la côte est extrêmement simple (en partie due aux quantités minimes de ruissellement qui coule dans les rivières), l'amplitude des marées sont tout aussi petite.
L'analyse de marée
Ce est la théorie de la gravitation universelle en raison de Isaac Newton que la première a permis d'expliquer pourquoi il y avait deux marées par jour, pas un seul, et, par calcul des forces, offert espoir de compréhension détaillée. Bien qu'il puisse sembler que les marées pourraient être prédits par une connaissance suffisamment détaillée des termes de forçage astronomiques, la marée réelle à un endroit donné est déterminé par la réponse des océans aux forces astronomiques accumulées sur une période de plusieurs jours et pour calculer cette exige une connaissance détaillée de la forme de tous les bassins océaniques. Au lieu de cela, la procédure est pragmatique. À chaque endroit d'intérêt, mesurer les hauteurs des marées sur au moins un cycle lunaire (pour capturer le ressort - réponse marée de morte-eau), puis analyser les différences de niveau moyen de la mer par rapport aux fréquences astronomiques connus et les phases des forces de marées de sensibilisation sur l'espoir que le comportement de la hauteur de la marée suivra le comportement de la force de la marée. Ensuite, parce que les Etats astronomiques peuvent être calculés avec certitude, la hauteur de la marée à d'autres moments peut être prédit. Les principaux motifs sont la marée deux fois par jour, la différence entre la première et la seconde marée d'un jour (en raison de la lune et le soleil étant au nord ou au sud de l'équateur), le cycle de printemps-neap en amplitude (en raison des positions relatives de la lune et du soleil), et l'ajustement des hauteurs des marées de printemps en raison des périgées de la lune et du soleil. La plus haute marée astronomique est la marée de périgée printanière où le soleil et la lune sont plus proche de la terre.
Lorsqu'ils sont confrontés à une fonction variant périodiquement, l'approche standard consiste à employer série de Fourier, une forme d'analyse orthogonale qui utilise des fonctions trigonométriques comme ensemble de base, en particulier un ensemble de fonctions sinusoïdales ayant des fréquences (le nombre de cycles par jour, ou une autre unité pratique) qui sont égaux à zéro, un, deux, trois, etc. fois la fréquence fondamentale d'un cycle particulier; ceux-ci sont appelés harmoniques de la fréquence fondamentale, et le processus est appelé analyse harmonique. Si fonctions sinusoïdales sont bien adaptés au comportement modélisé, relativement peu de termes harmoniques doivent être menées dans l'analyse, et heureusement, parce orbites sont circulaires, variations sinusoïdales sont très appropriés.
Pour l'analyse des hauteurs des marées, l'approche de la série de Fourier est mieux fait plus élaborée. Bien que le théorème reste vrai et la hauteur des marées pourrait être analysée en termes de fréquence unique et ses harmoniques, un grand nombre de termes importants serait nécessaire. Une bien meilleure décomposition (soit plus compact) pour ce cas implique un ensemble de base ayant plus d'une fréquence fondamentale: spécifiquement, les périodes de un tour de la terre (équivalente, du soleil autour de la terre), et une orbite de la lune à propos de la terre sont incommensurables (pour plus de simplicité dans le phrasé, cette discussion est entièrement géocentrique, mais est informé par le modèle héliocentrique) afin de représenter les deux influences via une fréquence nécessiterait de nombreux termes harmoniques. Autrement dit, la somme de deux sinusoïdes, un à la fréquence du soleil et de la seconde à la fréquence de la lune, a besoin de ces deux mandats, mais leur représentation en tant que série de Fourier ayant une fréquence fondamentale et ses (entier) multiples exigerait de nombreux termes. Pour marées alors, même si le processus est toujours appelé analyse harmonique, il ne se limite pas à harmoniques d'une fréquence unique. Pour démontrer cela, http://www.arachnoid.com/tides/index.html offre un modèle de hauteur de la marée converti en un fichier audio .mp3, et le son riche est tout à fait différent d'un son pur. Dans d'autres mots, les harmonies sont des multiples de nombreuses fréquences fondamentales, et pas seulement de l'une fréquence fondamentale de l'approche en série de Fourier commun.
L'étude de la hauteur de la marée par analyse harmonique a été commencée par Laplace , Lord Kelvin et George Darwin, puis rigoureusement prolongée par AT Doodson qui a introduit la notation Nombre Doodson d'organiser les centaines de termes qui en résultent. Cette approche a été la norme internationale depuis, et les complications surviennent comme suit: jusqu'à présent, la force de la marée d'éducation est théoriquement donnée par A.cos (wt + p) où A est l'amplitude, la fréquence angulaire w (habituellement donnée en degrés par heure) et P la phase décalée par rapport à l'état astronomique au temps t = 0; il est un terme pour la lune et un second mandat pour le soleil. Si les orbites étaient circulaires, ce serait la fin de la question, mais bien sûr, ils ne sont pas. En conséquence, la valeur de A est lui-même variable avec le temps, un peu, de certains chiffre moyen. Remplacez-le puis par A (t), mais, ce qui forme fonctionnelle? Il se avère que l'autre sinusoïde donne une excellente approximation, un peu comme les cycles et les épicycles de Ptolémée théorie . En conséquence, A (t) = A. (1 + Aa.cos (wa.t + pa)), ce est à dire une valeur moyenne A avec une variation sinusoïdale à ce sujet de grandeur Aa, avec la fréquence et la phase wa pa. Ainsi, le terme simple est maintenant un terme composé, le produit de deux termes en cosinus:. A. [1 + Aa.cos (wa pa +)] cos (wt + p)
Maintenant, étant donné que cos (a) .cos (b) = [cos (a + b) + cos (A - B)] / 2, il est clair que un terme composé, comportant le produit de deux termes en cosinus chacune avec leur propre la fréquence est la même que trois (non deux: il est (1 + cos) .cos) des termes en cosinus simples qui sont à ajouter, à la fréquence d'origine et aussi à la somme et la différence des deux fréquences de la période d'application de produit. Considérez en outre que la force de marée sur un emplacement dépend aussi de savoir si la lune (ou le soleil) est au-dessus ou en dessous du plan de l'équateur, et que ces attributs ont leurs propres périodes aussi incommensurable avec un jour et un mois, et il est clair que de nombreuses combinaisons résultent. Avec un choix judicieux des fréquences astronomiques de base, le numéro Doodson annote les ajouts et les différences de ces particuliers pour former la fréquence de chaque terme en cosinus simple.
Rappelez-vous toujours que les marées astronomiques ne comprennent pas l'effet de la météo, et les changements apportés 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 marée réelle . Organisations citant une «marée astronomique la plus élevée» pour un emplacement peuvent exagérer la figure comme un facteur de sécurité contre les incertitudes de l'analyse, l'extrapolation à partir du point de mesure le plus proche, les changements depuis le moment de l'observation, possible subsidence du sol, etc. pour protéger l'organisation contre blâme doit un ouvrage de génie être dominait tous. Si la taille d'un "surge météo" est évaluée en soustrayant la marée astronomique de la marée observée à l'époque, la prudence se impose.
Prudent Fourier analyse des données sur une période de dix-neuf ans (le National Tidal Datum Epoch aux États-Unis) utilise des fréquences appelés les composantes harmoniques de marée. Dix-neuf ans est préféré parce que les positions relatives de la terre, la lune et la répétition de soleil presque exactement dans le Cycle de Méton de 18,6 années. Cette analyse peut être fait en utilisant seulement la connaissance de la période de forcer, mais sans compréhension détaillée de la physique mathématique, ce qui signifie que les tables de marée utiles ont été construits depuis des siècles. Les amplitudes et les phases résultantes peuvent ensuite être utilisés pour prédire les marées attendus. Ils sont généralement dominées par les constituants près 12 heures (les constituants semi-diurnes), mais il ya des principaux constituants près de 24 heures (diurnes) ainsi. Plus constituants terme sont 14 jours ou bimensuelle, mensuelle et semestrielle. La plupart de la côte est dominée par les marées semi-diurnes, mais certains domaines tels que la mer de Chine méridionale et le golfe du Mexique sont principalement diurne. Dans les zones semi-diurnes, les constituants primaires m 2 (lunaire) et S 2 (solaires) périodes diffèrent légèrement de sorte que les phases relatives, et donc l'amplitude de la marée combinée, changent tous les quinze jours (période de quatorze jours).
Dans le M 2 parcelle dessus de chaque ligne cotidales diffère d'une heure de ses voisins, et les lignes plus épaisses montrent marées en phase avec l'équilibre à Greenwich. Les lignes tournent autour du les points amphidromiques antihoraire dans l'hémisphère nord de sorte que de Basse-Californie à l'Alaska et de la France à l'Irlande la marée M 2 se propage vers le nord. Dans l'hémisphère sud ce sens est le sens horaire. Sur la main M 2 autre marée se propage dans le sens antihoraire autour de la Nouvelle-Zélande, mais parce que le îles agir comme un barrage et permettre aux marées d'avoir des hauteurs différentes sur les côtés opposés des îles. Mais les marées ne se propagent vers le nord sur le côté est et vers le sud sur la côte ouest, comme prévu par la théorie. L'exception est le Détroit de Cook, où les courants de marée lien périodiquement décroissant 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 marée basse. Chaque constituant marée a un profil différent des amplitudes, phases, et les points amphidromiques, de sorte que les deux modèles M ne peut pas être utilisé pour d'autres composants des marées.
Courants de marée
Le motif d'écoulement due à l'influence de la marée est beaucoup plus difficile à analyser, et également, les données sont beaucoup plus difficiles à recueillir. A hauteur de la marée est un nombre simple, et se applique à une large région simultanément (souvent aussi loin que l'œil peut voir), mais un flux possède à la fois une grandeur et une direction, et peut varier considérablement au cours à une courte distance en raison de la bathymétrie 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 nécessaire. Un flux de poursuivre un canal courbe est le même flux, même si sa direction varie en continu le long du canal. Même l'espoir évident que les flux de flux et de reflux seront dans des directions réciproques ne est pas remplie, que la direction d'un flux est déterminée par la forme du canal il provient, pas la forme où il sera prochainement. De même, des tourbillons peuvent se former dans une direction mais pas dans l'autre.
Néanmoins, l'analyse procède de la même façon. À un endroit donné dans le cas simple, la grande majorité de l'écoulement des crues sera dans une direction, et le flux de flux dans un autre (pas nécessairement réciproque) direction. Prenez les vitesses le long de la direction d'inondation comme positif, et le long de la direction de flux comme négatif, et procéder comme si ces chiffres de hauteur des marées étaient. Dans les situations plus complexes, le flux ne sera pas dominé par les principales directions de flux et reflux, avec le sens de l'écoulement et de l'ampleur tracer une ellipse sur un cycle de marée (sur un tracé 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 marées. 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.
