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
- Mf o okresie 13,66 dnia, księżycową
miesięczną - Mm o okresie 27,55 dnia, słoneczną
półroczną - Ssa, o okresie 182,62 dnia, słoneczną
roczną - Sa o okresie 365,26 dnia i składową
18,6 roczną.
|