POWRÓT

Podstawy statycznej teorii pływów opracował Izaac Newton. Określenie teoria „statyczna” wywodzi się z zasady równości między potencjałem pola sił pływotwórczych i pola sił ciężkości. Ponadto zakłada ona warunki, które są uproszczeniami w rzeczywistości nie występującymi - na przykład masy wód nie podlegają działaniu energii tarcia, oceany mają wszędzie jednakowe głębokości, a Wszechocean pokrywa Ziemię jednolitą masą wód. Przyjęcie tak daleko idących uproszczeń nie pozwala na precyzyjne określenie parametrów pływów. Na ich podstawie można jedynie otrzymać przybliżone szacunki. Pod wpływem przyciągania Księżyca powierzchnia poziomu wody tworzy elipsoidę obrotową. Jej dłuższa oś jest skierowana do środka Księżyca bądź Słońca, o ile rozważa się także jego oddziaływanie. Łączny pływ księżycowo-słoneczny wynika z nakładania się ich elipsoid. Teoria statyczna wyjaśniła przyczyny ich zróżnicowania. W czasie syzygiów nierówność fazowa jest następstwem pokrycia dużych osi obu elipsoid. W okresie kwadratur kierunki osi, tworząc kąt 90°, powodują równoczesne występowanie odpływu księżycowego i przypływu słonecznego. W pierwszym wypadku pływy osiągają największe wysokości, w drugim najmniejsze (patrz poniżej rysunek).

Nierówność zwrotnikową warunkuje orientacja elipsoidy zawsze zwróconej dłuższą osią do danego ciała niebieskiego. Przy dużej wielkości deklinacji Księżyca nie jest ona symetryczna w stosunku do położenia osi Ziemi w jej dobowym obrocie. Obserwacje pływów nie potwierdzają w pełni wyników uzyskanych teoretycznie w zakresie wysokości pływów, ich rodzajów i propagacji. Pomimo to metoda statyczna zapoczątkowała rozwój wiedzy o zjawisku pływów. Do dalszego wyjaśnienia pływów przyczynił się Pierre Laplace, który w 1775 r. sformułował dynamiczną teorię pływów. Według niej Księżyc i Słońce generują w oceanie ruchy wahadłowe mające charakter falowy. W badaniach zastosował zasady hydrodynamiki. Stwierdził, że okres wahania powierzchni morza równa się okresowi oddziaływania siły zewnętrznej, a gdy równocześnie oddziałuje kilka sił, wówczas każdą spowodowaną przez nie fluktuację poziomu wody można analizować z osobna. Wypadkowe wahania stanowią sumę wahań elementarnych. Uwzględnił fale pływowe wymuszone (których grzbiety przesuwają się z taką samą prędkością, jak ciała niebieskie) oraz fale swobodne (gdzie prędkość przemieszczania grzbietów zależy od głębokości). Osiągnięciem Laplace było przekształcenie równania, według którego można obliczyć wysokość pływu. Odległość zenitalną ciała niebieskiego zastąpił szerokością geograficzną, deklinacją ciała niebieskiego i jego katem godzinnym. Wprowadził otrzymywane empirycznie współczynniki redukcyjne i fazy, które określają odrębności pływów w danym miejscu. Dzięki temu teoria stała się użyteczna w praktycznych obliczeniach. Z uwagi jednak na wielość czynników decydujących o charakterystyce pływów w danym punkcie ma ona słabe strony. Lepsze rozwiązanie zagadnienia predykcji pływów przedstawił w 1867 r. Wiliam Thomson, publikując teorię harmonicznej analizy pływów. Później rozwinęli ją George Darwin, Albert Doodson i Albert Defant. Zakłada ona, że różnorakie fale pływowe można przedstawić w postaci sumy prostych fal składowych. Każda z nich wzbudzana jest innym czynnikiem. Określa się ją równaniem i bada niezależnie od innych.

Wysokość oraz faza pływu w określonym punkcie składają się z dwóch części - ze składowej astronomicznej, czyli argumentów astronomicznych oraz ze składowej warunkowanej czynnikami lokalnymi, są to stałe harmoniczne. Ustala sieje bezpośrednio z notowań mareograficznych pływów w danym miejscu. Falę składową przedstawia się jako krzywą cosinusoidalną. W równaniach natomiast występują stałe harmoniczne. Ich zastosowanie pozwala obliczyć cogodzinne wysokości poziomu wody oraz umożliwia określenie pozostałych elementów pływu. Dla danego punktu są one stale, lecz między punktami mogą się różnić. Zależnie od dokładności badań trzeba prowadzić przez 30 lub 15 dni cogodzinne obserwacje wahań zwierciadła wody. W wypadku pierwszym uzyskuje się stałe harmoniczne (wysokość i faza pływu) dla 11-12 składowych, w drugim - dla 8. W celu ustalenia wahań pływów dla dłuższych okre­sów (np.: półmiesięcznych. półrocznych, rocznych. 6-, 9-. 18-letnich) niezbędne są roczne i wieloletnie obserwacje. Pływ zachodzący w danym miejscu to rezultat nakładania się zmiennych składowych pływotwórczych, których jest blisko 400. Model upraszcza się, dokonując wyboru siedmiu najważniejszych składowych. Po zsumowaniu składowych harmonicznych posiadających różne amplitudy, okresy, fazy (których wielkości znane są z zapisów mareograficznych) uzyskuje się dość ścisłą prognozę pływów dla danego miejsca. Spośród składowych długookresowych wymienić można; księżycową półmiesięczną - M_f o okresie 13,66 dnia, księżycową miesięczną - Mm o okresie 27,55 dnia, słoneczną półroczną - S_sa, o okresie 182,62 dnia, słoneczną roczną - S_a o okresie 365,26 dnia i składową 18,6 roczną.