Hải dương học đại dương - Phần 2 Các quá trình động lực học - Chương 3 pot

Trong đó các chu kỳ củaS thủy triều ton nhật Mặt Trăng v thủy triều ton nhật Mặt Trời không liên quan lẫn nhau v các biên độ của chúng tuần tự phụ thuộc vo δ ,M D M, δ vS D S.. Cuố

lên đến 18 phút Van Đorn (năm 1961) đã thực hiện quan

trắc đầy đủ nhất nhờ các máy sóng ký lắp đặt chuyên dụng

trong thời gian vụ nổ nguyên tử trên đại d‡ơng năm 1956 ở

khu vực đảo san hô Bikini

Phân tích số liệu bảng 2.12 cho phép rút ra kết luận

rằng, khi đi xa dần khỏi ổ nhiễu, biên độ sóng thần giảm

xấp xỉ tỷ lệ nghịch với khoảng cách

Trong phổ các sóng trọng lực ở biển, sóng thần chiếm vị

trí trung gian giữa các sóng thủy triều v sóng lừng Chu

kỳ của chúng th‡ờng nằm trong dải từ 2 đến 200 phút

(th‡ờng xuyên nhất l từ 2 đến 40 phút) ở vùng khơi đại

d‡ơng, tốc độ truyền sóng đ‡ợc xác định khá tốt bằng công

thức Lagrange đối với các sóng di C= gH Nh‡ vậy, trên

độ sâu trung bình 4 km của Thái Bình D‡ơng tốc độ sóng

thần bằng khoảng 30−100 km/giờ, v độ cao tăng xấp xỉ tỷ

lệ nghịch với căn bậc bốn của độ sâu (xem ph‡ơng trình

v

quả

Độ cao sóng tăng đặc biệt mạnh khi sóng th

o các vịnh hẹp dần dạng tam giác hay dạng phễu Kết

l có thể có sóng cao 10−15 m đổ nho vo vùng bờ, có

những xung n‡ớc tới 30−50 m Trận sóng thần nổi tiếng ở

đảo Paramushi có độ cao 10 m Năm 1983, sóng thần với độ

cao 18−20 m xuất hiện do phun núi lửa Krakatau, đã đổ bộ

lên quần đảo Zônđơ lm chết 40 000 ng‡ời

Ngy nay, dựa trên nghiên cứu các sóng địa chấn vsóng thần đã thnh lập nghiệp vụ quan trắc v cảnh báo về

sự xuất hiện v lan truyền sóng thần

Ch~ơng 3 - Thủy triều trong đại dơng

3.1 Những quy luật vật lý cơ bản hình th†nh thủy triều

3.1.1 Thủy triều vu các lực tạo thủy triều

Thủy triều trong biển v đại d‡ơng l chuyển động của n‡ớc đ‡ợc gây nên bởi các lực tạo triều Mặt Trăng v Mặt Trời Những chuyển động ny biểu hiện trong dao động mực n‡ớc v dòng chảy có đặc điểm tuần hon Chuyển

động thủy triều quan trắc thấy không chỉ ở lớp vỏ n‡ớc của Trái Đất Còn có cả những biến đạng thủy triều của thể rắn của Trái Đất v các dao động triều của áp suất khí quyển Tuy nhiên, chỉ có các chuyển động triều của n‡ớc Đại d‡ơngThế giới mới biểu hiện khá rõ Thí dụ, ở các vùng ven bờ, dao động mực n‡ớc thủy triều bằng 5−6 m không phải lhiếm Độ lớn tới hạn của thủy triều đạt tới 18 m (vịnh Funđy, Canađa) Ngoi ra, ở lân cận bờ quan trắc đ‡ợc

c độ dòng triều giảm

Mặc dù vậy, thủy triều có ảnh h‡ởng nhiều tới trạng thái

ộng lực n‡ớc ở vùng khơi đại d‡ơng Đó l vì chuyển động

riều bao quát ton bộ bề dy n‡ớc, trong khi những dạng

mặt v tắt dần với độ sâu

rắc

‡ợcviệc thu thập những dữ liệu đó bắt đầu từ khi no Lần đầu

ng dòng chảy triều mạnh, ở trong các eo, vịnh hẹp có

thể đạt tới tốc độ 5−10 v thậm chí 12 hải lý một giờ Xa

dần khỏi bờ dao động mực n‡ớc v tố

đ

t

chuyển động khác ở biển th‡ờng biểu hiện rõ nhất ở trên bề

Hiện nay, đã tích lũy đ‡ợc rất nhiều dữ liệu quan t

về thủy triều ở vùng ven bờ các lục địa Khó m nói đ

‡ời ta nhắc tới thủy triều ở biển Hồng Hải l

kỷ 5 tr‡ớc CN (Gherođôt, năm 484−428 tr‡ớc CN) Cũng

khoảng thời đó, ng‡ời ta đã nhận ra sự liên hệ giữa các dao

động tuần hon của mực n‡ớc v chuyển động của Mặt

Trăng (Piteas, năm 325 tr‡ớc CN) Ng‡ời ta cũng đã nêu ra

những giả thiết về sự liên hệ của các dao động tuần hon

mực n‡ớc với Mặt Trời Tuy nhiên, nguyên nhân m Mặt

Trăng v Mặt Trời có khả năng tạo ra hiện t‡ợng thủy triều

trên Trái Đất thì ch‡a hiểu đ‡ợc cho tới khi Niutơn phát

biểu định luật vạn vật hấp dẫn vo năm 1687 v chứng

minh rằng hiện t‡ợng thủy triều l hệ quả tất yếu của định

r

E k

lực hút của Mặt Trăng đối với một đơn vị khối l‡ợng tại

điểm đang xét của bề mặt Trái Đất

2 3

d

M k

Trái Đất, cũng nh‡ khoảng cách gi

Mặt Trăng không ngừng thay đổi Đây l một trong hai lực

Trăng theo đ‡ờng thẳng nối từ điểm đang xét trên bề mặt

Trái Đất tới tâm Mặt Trăng Tại mỗi điểm của Trái Đất,

h‡ớng v giá trị của lực ny khác nhau Lực ny đối với một

điểm đang xét cũng không giữ nguyên không đổi trong thời

gian Biến thiên theo thời gian của lực ny đối với ng‡ời

quan sát trên bề mặt Trái đất l do chuyể

nh Trái Đất, c

ữa tâm Trái Đất v tâm hình th nh nên lực tạo triều của Mặt Trăng trên Trái Đất

t Trăng, hải x m xét chuyển động của hệ thống Trái

Đất − Mặt Trăng Thông th‡ờng, chúng ta nói Mặt Trăng

quay xung quanh Trái Đất Nh‡ng trên thực tế, cả hai vật

quay xung quanh một trọng tâm chung Nếu để đơn giản ta

bỏ qua sự

chúng v chỉ xem xét sự di chuyển của các vật thể đó

xung quanh trọng tâm chung, thì chuyển động nh‡ vậy đôi khi đ‡ợc gọi l “quay m không xo

‡ợc, thì phải thỏa mãn

MD

EX = (X v D− tuần tự l khoảng cách từ trọng tâm chung tới những tâm của các tinh tú) Vì

X D

D= M − , ở đây D M − khoảng cách giữa các tâm Trái Đất v Mặt Trăng, nên

)(D X M

EX = M − v

M E

3,60

=

Hon ton dễ hiểu rằng, vì D không giữ nguyên không

đổi, nên vị trí trọng tâm cũng sẽ không giữ nguyên không

đổi

Chuyển động của hệ thống Trái Đất − Mặt Trăng xung quanh trọng tâm chung sẽ lm di chuyển tất cả các bán kính Trái Đất song song với nhau Trong chuyển động nh‡vậy, mỗi điểm trên bề mặt Trái Đất sẽ vẽ lên một vòng tròn quỹ đạo của mình, nh‡ng bán kính của các vòng tròn ấy bằng nhau v bằng bán kính của vòng tròn quỹ đạo của tâm Trái Đất

M, M1, M2, M3, M4− các vị trí của Mặt Trăng

E, E1, E2, E3, E4− các vị trí của tâm Trái Đất

A, A1, A2, A3, A4− các vị trí của điểm trên mặt Trái Đất

vòng tròn quỹ đạo của tâm Trái Đất vòng tròn quỹ đạo của điểm A trên mặt Trái Đất

r − bán kính Trái Đất

0 − trọng tâm của hệ thống Trái Đât − Mặt Trăng

Hình 3.1 Chuyển động của hệ thống Trái Đất − Mặt Trăng

xung quanh trọng tâm chung

Rõ rng sự quay nh‡ vậy xung quanh trọng tâm chung phải gây nên trên Trái Đất một lực ly tâm nh‡ nhau tại

điểm bất kỳ của Trái Đất, kể cả tại tâm của nó Trong đó thấy rằng, lực ly tâm tác động tại tất cả các điểm của Trái

Đất phải song song với đ‡ờng nối các tâm Trái đất v Mặt Trăng v h‡ớng về phía xa Mặt Trăng Їơng nhiên, lực ly tâm ny phải cân bằng với lực m Mặt Trăng hút một đơn

vị khối l‡ợng ở tâm Trái Đất, nếu không thì hệ thống không thể tồn tại Do đó

2 4

M

D

M k

Lực ly tâm ny không giữ nguyên, m biến thiên với thời gian cả về độ lớn v về h‡ớng Song tại một thời điểm xác định, lực ny ở tất cả các điểm của Trái Đất l nh‡nhau về độ lớn v về h‡ớng

Nh‡ vậy, lực tạo triều của Mặt Trăng ở mỗi điểm trên

Trăng đối với điểm đang xét v

g khi hệ thống Trái Đất − Mặt Trăng qu

luận trên đây cũng hon ton đviết

2 5

S

d

S k

F = v

2 6

S

D

S k

F = , (3.5)

trong đó S − khối l‡ợng Mặt Trời, d S − khoảng cách từ

điểm trên mặt Trái Đất đến tâm Mặt Trời v D S − khoảng

cách giữa các tâm của Trái Đất v Mặt Trời

Hình 3.2 Sơ đồ hình th †nh lực tạo triều của Mặt Trăng trên Trái Đất

g thì có h‡ớng đi về phía Mặt Trăng, bởi

n hơn lực hút về phía Mặt Trăng v

hợp lực của các lực ny sẽ có h‡ớng đi xa khỏi Mặt Trăng Chính điều ny giải

hiệu của lực hấp dẫn tại điểm đang xét v lực hấp dẫn tại

của lực tại một điểm no đó l một hm của tọa độ điểm m

đạo hm theo các biến

Để minh họa trực quan, trên hình 3.3 biểu diễn lực tạo

triều của Mặt Trăng v các lực thnh phần tạo nên nó Lực

tạo triều Mặt Trăng tại những điểm trên bề mặt Trái Đất

quay về phía Mặt Trăn

vì ở đây lực hấp dẫn về phía Mặt Trăng lớn hơn so với

lực ly tâm h‡ớng ng‡ợc lại Còn đó ở phía khác của bề mặt

Trái Đất, lực ly tâm lớ

thích tính quy luật cơ bản của thủy triều trên Trái Đất − tính chất bán nhật thống trị của nó

Để tiện rút ra biểu thức giá trị của lực tạo triều nh‡ l

tâm Trái Đất, ta sử dụng khái niệm thế vị Biết rằng thế vị

,

độn

3.1.2 Thế vị của các lực tạo triều

Tr‡ớc hết, ta xét ảnh h‡ởng chỉ riêng của Mặt Trăng

Đặt gốc tọa độ ở tâm Trái Đất v lấy các trục tọa độ b

g trong vật thể Trái Đất sao cho trục oz h‡ớng tới cực

bắc, các trục ox v oy nằm trên mặt phẳng xích đạo Giả sử

−

P phần tử n‡ớc đại d‡ơng có khối l‡ợng đơn vị (hình 3.4)

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống Trái Đất

− Mặt Trăng để dẫn lập giá trị thế

vị lực tạo triều của Mặt Trăng

tại t rái Đất, thế vị lực hấp dẫn tại điểm

Ta đ‡a ra những ký hiệu sau: U− thế vị lực hấp

P, V − thế vị lực tạo triều

Rõ rng

Theo lý thuyết, thế vị lực hấp dẫn Mặt Trăng tại

điểm

U W

P đ‡ợc biểu diễn bằng ph‡ơng trình đơn giản

M M

d

M k

W = (3.6)Thế giá trị

đ‡ợc từ tam giác v

D2 + 2 −2 cos , (3.7)

P.Xuất phát từ lý thuyết v những lập luận hình học, dễ dng nhận đ‡ c biể thức của đại l‡ợngợ u U:

C z r D

M k

U= cos M + , (3.8)

M

2

trong đó Vậy giá trị của lực tạo triề

−

C hằng số

u đ‡ợc viết nh‡ sau:

C z r

kM

M −cos

2 (3

D z r D r D

kM V

M M

M

−+

=

cos2

M M

M

M

D r D

kM V

−+

=

22

r kM

r z

1

M

M M M

M M

r D

z r D r

M

M M M

M M

+

2cos

1

2

M M

M M

r z

2

D k

Đối với Mặt Trời dễ dạng nhận đ‡

t‡ơng tự nh‡ (3.12) nếu lặp lại những lập luận nh‡ trên:

Trời đối với điểm

Từ biểu thức của hm thế vị lực tạo triều Mặt Trăng

(3.12), dễ dng xác định các thnh phần của lực ny bằng

cách lấy các đạo hm Ta sẽ tìm các thnh phần lực trên

ph‡ơng thẳng đứng v ph‡ơng ngang tại điểm P Thnhphần thẳng đứng tìm bằng cách lấy đạo hm của biểu thức (3.12) theo r

g M

gr

ủa lực tạo triều rất nhỏ so với trọng lực

Nếu so sánh các hm thế vị lực tạo triều của Mặt Trăng

v của Mặt Trời (3.12) v (3.13), dễ dng nhận đ‡ợc

172,23

M

SD

MD V

V

.Vì giá trị thế vị lực tạo triều Mặt Trời 2,172 lần nhỏ

hơn thế vị lực tạo triều Mặt Trăng, nên giá trị các thnh

N

rất nhỏ so với lực trọng tr‡ờng Do đó, các thnh phần ph‡ơng thẳng

chút

động n‡ớc đại d‡ơng mạnh mẽ nh‡ chúng ta đã thấy phẳng ngang không có mặt lực trọng tr‡ờng nên nó có thể

3.2 Cơ sở lý thuyết tĩnh học về thủy triều

Lý thuyết thủy triều đầu tiên do Niutơn xây dựng v

đ‡ợ

của thuyết ny l những tiên đề sau:

2) Trái Đất l vật thể rắn tuyệt đối (thuyết ny bỏ qua những biến dạng đn hồi của vỏ Trái Đất);

gây ra những di chuyển đáng kể của các phần tử n‡ớc v

ất hiện thủy riều ở đại d‡ơng

c gọi l thuyết thủy triều cân bằng, hay thuyết thủy triều tĩnh học Cơ sở

1) mặt Trái Đất ở khắp nơi đ‡ợc bao phủ bởi đại d‡ơng

có độ sâu vô hạn;

c động của lực tạo

Trên cơ sở những tiên đề ny, đã giả thiết rằng đại

d‡ơng có khả năng phản ứng tức thời với tá

triều, tức hiệu thế vị của trọng lực ở mực n‡ớc biển

trung bình v mực thủy triều tại mọi thời điểm cần phải

bằng thế vị lực tạo triều, nghĩa l tại mọi thời điểm phải

thỏa mãn sự cân bằng các lực

D‡ới dạng giải tích, điều kiện ny đ‡ợc viết nh‡ sau:

=+

−

+S

M

h r

kE r

2

33

1cos

2

3

2 2

3

2

S S

M M

z D

kSr z

2

33

1cos

2

3

2 2

3 2

S M

D

kMr r

Đây l biểu thức tổng quát để tìm độ cao mực n‡ớc d

động của thế vị lực trong lý thuyết tĩnh học Thế vế trái của biểu thức (3.17) vo biểu thức (3.18) thay cho V M+S v

1cos

33

1cos

S

D

r E

bởi vì khoảng thiên đỉnh của tinh tú biến thiên ở mỗi điểm theo quy luật phức tạp, l hm của nhiều đối số: vĩ độ điểm quan trắc

u thức ny không thuận tiện cho việc sử dụng thực t

ϕ , độ xích vĩ của tinh tú δ v góc giờ của tinh tú

cho

c của h M+S, sau một số biến đổi ta đ

S M

6

)sin31)(

sin31(2

3

M S

M

D

r E

M h

+

ằ

M M

2

º+

+ sin2 sin2 M cosA 1cos cos M cosA

2

δϕδ

ϕ

)sin31)(

sin31(2

ằ

º+

+1sin ϕsin2δS cosA S cos cos S cosA S

2

12

2

2

2ϕ δ (3.21)

Ta xem xét biểu thức ny một cách chi tiết hơ

hết, theo lý thuyết tĩnh học, thủy triều trong đại d‡ơng

v

n Tr‡ớc

phải l một hiện t‡ợng phức tạp, gồm tổng của các dao động

với chu kỳ khác nhau Nếu chú ý tới những số hạng thứ

nhất trong các dấu ngoặc vuông, ta thấy giá trị của chúng

phụ thuộc o biến thiên của δ ,M D M, δ vS D S Những đối

số ny biến thiên chậm Độ xích vĩ Mặt Trăng biến đổi với

 Mặt Trăn

cách t‡ơng

S

δ biến thiên với chu kỳ bằng một năm thiên văn

(365,24 ng y), còn  D − với chu kỳ bằng một năm dị th‡ờng

(356,26 ngy) Nh‡ vậy, từ biểu thức (3.21) suy ra rằng,

trong đại d‡ơng phải quan trắc thấy thủy triều với các chu

kỳ lớn hơn một ngy, gọi l các thủy triều chu kỳ dui

Sự biến thiên các giá trị của các số hạng thứ hai trong

các dấu ngoặc vuông đ‡ợc xác định tr‡ớc hết bởi sự biến

δ v δ không bằng không Trong đó các chu kỳ củaS

thủy triều ton nhật Mặt Trăng v thủy triều ton nhật Mặt Trời không liên quan lẫn nhau v các biên độ của chúng tuần tự phụ thuộc vo δ ,M D M, δ vS D S

Cuối cùng, những số hạng cuối cùng trong các dấu ngoặc vuông cho thấy rằng trong đại d ng c ặt các thủy triều bán nhật Mặt Trăng v bán nhật Mặt Trời, có các chu

kỳ gần bằng nhau, nh‡ng khác nhau v cũng phụ thuộc vocác độ xích vĩ của các tinh tú v khoảng cách từ Trái Đất tới chúng

N vậy, có thể kết luận rằng, thậm chí thủy triều Mặt Trăng − Mặt Trời tĩnh học, tức thủy triều đ‡ợc rút ra từ những quan niệm rất đơn giản v những giả định rất nhân tạo về bản chất xuất hiện, nếu nh‡ có thực sự tồn tại trong

của Trái Đất, ở tất cả các điểm của nó phải quan sát thấy thủy triều bán nhật, ngoi ra các giá trị cực đại phải ở xích

đạo Khi tăng góc xích vĩ Mặt Trăng, xuất hiện thnh phần thủy triều ton nhật, ở các vĩ độ thấp thnh phần ny dẫn tới triều sai ngy về các độ cao triều cực đại, còn ở các vĩ độ trung nình, nó dẫn tới nhật triều khi giá trị độ xích vĩ cực

đại Bức tranh sẽ phức tạp hơn nhiều nếu đồng thời xem xét cả hai ellipsoit xoay của thủy triều Mặt Trăng v thủy triều Mặt Trời

Trong thực tế, bề mặt đại d‡ơng d‡ới tác động lực tạo triều không có hình dạng cân bằng, tuy nhiên thuyết tĩnh học đã cho phép giải thích nhiều qu

triều trên Trái Đất Giá trị của thucứu thủy triều trên Trái Đất rất lớn

xem những quy luật biểu hiện thủy triều nthíc

Hình 3.5 Tổ hợp mặt ellipsoit xoay của thủy triều Mặt Trăng tại góc xích vĩ Mặt Trăng bằng 0 (a) v † góc xích vĩ nam cực đại (b)

Bây giờ ta xét mực n‡ớc đại d‡ơng sẽ biến dạng nh‡

thế no trong thủy triều tĩnh học Dễ dng thấy rằng, các số

hạng ở vế phải biểu thức (3.19) xác định các mặt cân bằng

l những ellipsoit xoay có các trục lớn h‡ớng tới phía tinh

tú Thí dụ, trên hình 3.5 biểu diễn các thiết diện mặt

ellipsoit xoay của thủy triều Mặt Trăng khi góc xích vĩ Mặt

Trăng bằng 0 v bằng cực đại ở phía nam Hình vẽ minh

họa rất tốt biểu thức (3.21) Khi δM =0, do hệ quả sự xoay

y luật biểu hiện thủy yết ny trong nghiên D‡ới đây chúng ta sẽ

o có thể giải

h đ‡ợc bằng lý thuyết ny, còn những quy luật no thì không thể giải thích đ‡ợc

3.3 Đặc tr~ng tổng quát về thủy triều

3.3.1 Các yếu tố thủy triều chính vu các chuyên từ

Thủy triều lên l sự dâng mực n‡ớc so với vị trí trung bình của nó khi sóng triều đi qua, còn thủy triều xuống − sự

− vị trí mực n‡ớc thủy triều so với số

hạ thấp của mực n‡ớc Trong các dao động mực n‡ớc trong

sóng triều ng‡ời ta phân biệt một loạt các yếu tố đặc tr‡ng

(hình 3.6)

Noớc lớn l mực n‡ớc cực đại trong khoảng thời gian

một chu kỳ dao động triều, còn noớc ròng − mực n‡ớc cực

tiểu trong khoảng thời gian đó

hai n‡ớc ròng liên tiếp nhau

Độ cao thủy triều

không độ sâu, số không độ sâu− mực n‡ớc thấp nhất có thể

theo các nguyên nhân thiên văn; hNL − độ cao n‡ớc lớn,

−

NR

h độ cao n‡ớc ròng

v mực n‡ớc trung bình, việc xác định mực n‡ớc trung bình

sẽ đ‡ợc xem xét ở một mục sau đây

NL

đó mực n‡ớc dâng lên từ n‡ớc ròng tới n‡ớc lớn

Hình 3.6 Các yếu tố thủy triều (a − thủy triều đều,

hỗ

b − thủy triều n hợp)

n trong đó mực n‡ớc giảm tới n‡ớc ròng

mực n‡ớc đạt tới độ cao nhất định v dừng lại

Mặt Trăng trên kinh tuyến điểm quan trắc v thời điểm

xuất hiện n‡ớc lớn gần nhất

khoảng trong nửa tháng Mặt Trăng

khoảng ứng với điều kiện khoảng cách trung bình từ Trái

Đất tới Mặt Trăng v Mặt Trời v độ xích vĩ Mặt Trăng v

Mặt Trời bằng không

Tuy nhiên, thủy triều biểu diễn trên hình 3.6a th‡ờng

ít gặp thấy Phổ biến nhất l thủy triều trong đó các n‡ớc

lớn v các n‡ớc ròng lân cận không bằng nhau v thời gian

Độ lớn thủy triều lớn trong một ngy B=hNLC −hNRT

Độ lớn thủy triều nhỏ trong một ng b=hNLT−hNRC

3.3.2 Phân loại thủy triều

Quan trắc dao động mực n‡ớc cho thấy đặc điểm các hiện t‡ợng triều ở các biển v

ên, trong sự đa dạng đó có thể phân chia các dao động thủy triều thnh một số kiểu (hình 3.7)

Thủy triều bán nhật Chu kỳ dao động trong thủy

triều bán nhật bằng nửa ngy Mặt Trăng, tức 12 giờ 25 phút Thời gian dâng v thời gian rút mực n‡ớc gần bằng

c ròng lân cận không nhiều v biến trình mực n‡ớc gần giống hình sin Biên độ thủy triều biến thi tr

c hết theo pha Mặt Trăng: biên độ cực đại vo thời gian

hi ặt Trăng nằm ở cung phần t‡ thứ nhất v thứ ba.

Vo các thời kỳ Mặt Trăng đi qua xích đạo Trái Đất

kiểu thủy triều khá phổ

ực đại Thủy triều loại

ất nhỏ

v chỉ thấy ở một số vùng của Đại d‡ơngThế

ớc Thời gian dâng v thời gian rút mực n‡ớc khác nhau nhiều Bản thân tên

các ngy trăng tròn v trăng non, cực tiểu k M

lớn nhất tại hoặc sau các thời điểm độ xích vĩ bắc hoặc nam

hoặc sau đó quan sát thấy xuất hiện sóng bán nhật trong

biến trình mực n‡ớc Biên độ dao động mực n‡ớc vo thời

kỳ ny cực tiểu

Thủy triều hỗn hợp Đây l

biến Nó chia thnh hai nhóm: thủy triều bán nhật không

đều v thủy triều ton nhật không đều

Thủy triều bán nhật không đều gần giống thủy triều

bán nhật Trong vòng một tháng có hai n‡ớc lớn v hai

n‡ớc ròng một ngy, song độ cao các n‡ớc lớn v các n‡ớc

ròng lân cận khác nhau nhiều Trong đó khác biệt th‡ờng

l cng tăng nếu độ xích vĩ Mặt Trăng tăng lên v đạt giá trị lớn nhất vo những ngy độ xích vĩ c

ny giống với thủy triều bán nhật nhất vo thời kỳ Mặt Trăng chuyển qua mặt phẳng xích đạo

Thủy triều toun nhật không đều giống với thủy triều

ton nhật về tính chất Vo những thời điểm độ xích vĩ Mặt Trăng cực đại thì thủy triều mang tính chất ton nhật điển hình, trong đó th‡ờng quan sát thấy n‡ớc đứng Khi Mặt Trăng chuyển qua mặt phẳng xích đạo xuất hiện n‡ớc lớn thứ hai trong ngy v thấy tính chất thủy triều bán nhật trong một số ngy, nh‡ng biên độ thủy triều trong tr‡ờng hợp đó r

Các thủy triều dị th€ờng Đó l các kiểu thủy triều

n‡ớc nông, thủy triều bán nhật kép, thủy triều bán nhật thị sai v thủy triều bán nhật Mặt Trời Các kiểu thủy triều ny ít phổ biến

n‡ớc nông mạnh đến nỗi trong biến trình thủy triều bán nhật xuất hiện những n‡ớc lớn, n‡ớc ròng phụ v thủy triều trở thnh bán nhật kép Thủy triều nh‡ vậy cực kỳ hiếm Thí dụ, chúng chỉ gặp trong kênh Anh tại các trạm Portlen v Southemton

Thủy triều bán nhật thị sai cũng rất hiếm thấy Trong kiểu thủy triều ny biên độ thủy triều bán nhật biến thiên không tùy thuộc vo pha Mặt Trăng, tức với chu kỳ nửa tháng, m tùy thuộc vo khoảng cách tới Mặt Trăng Thủy triều cực đại vo thời điểm cận điểm Mặt Trăng v cực tiểu v thời điểm viễn điểm Kiểu thủy triều ny thấy ở biển Bering v vịnh Crest

Chu kỳ của thủy triều bán nhật Mặt Trời bằng 12 giờ

Do đó các n‡ớc lớn v n‡ớc ròng luôn quan sát thấy vocùng những giờ nh‡ nhau Kiểu thủy triều ny thấy ở Kotabaru thuộc đảo Bocneo v ở Airow thuộc bờ nam n‡ớcúc

Hình 3.7 Các đ~ờng cong dao động mực n~ớc trong thủy triều bán nhật

(Serra-Leon), hỗn hợp (Hồng Công) v † to†n nhật (Hòn Dấu) tháng 3/1936

N v w S − độ xích vĩ bắc vw nam cực đại, E − Mặt Trăng ở xích đạo,

A vw P − viễn điểm vw cận điểm Mặt Trăng

Về những quy luật thủy triều ở các vùng khác nhau của

Đại d‡ơng Thế giới có thể nhận xét chủ yếu theo dữ liệu quan trắc tại các bờ lục địa v đảo Năm 1960 A I

Đuvanhin đã tổng quan rất nhiều quan trắc kiểu đó v lập

ra bản đồ tính chất v độ lớn cực đại của thủy triều (hình 3.8)

Từ hình (3.8) thấy rằng thủy triều bán nhật thống trị trên Đại d‡ơng Thế giới Nó quan trắc thấy hầu nh‡ ở mọi vùng bờ Đại Tây D‡ơng, ấn Độ D‡ơng, Bắc Băng D‡ơng,trừ một vi ngoại lệ không lớn Thủy triều loại hỗn hợp đặc tr‡ng cho các vùng bờ Thái Bình D‡ơng v theo các dữ liệu quan trắc những năm gần đây, ở vùng bờ Nam Cực Thủy triều ton nhật ít phổ biến nhất Nó quan trắc thấy chủ yếu

ở khu vực tây nam của Thái Bình D‡ơng, vịnh Mêhicô, một

đoạn ngắn bờ tây nam n‡ớcúc, trong biển Ôkhôt

Độ lớn thủy triều, nh‡ đã thấy từ hình 3.8, phụ thuộc vo hình dạng đ‡ờng bờ: trong các vịnh v eo hẹp, độ lớn thủy triều th‡ờng lớn hơn rõ rệt so với ở các vùng bờ thoáng Thông th‡ờng ở các đảo thấy thủy triều t‡ơng đối yếu (0,5−1,0 m) Thủy triều lớn nhất, nh‡ đã nói, đ‡ợc thấy

ở vịnh Funđy thuộc bờ phía đông Bắc Mỹ (18 m), mũi tây

nam đảo Baphin (15,6 m) Thủy triều rất lớn đ‡ợc thấy ở bờ

kênh Anh, bờ tây n‡ớc Anh v ở vịnh Aliaska, bờ đông nam

Nam Mỹ, vùng đông bắc biển ả Rập v bờ tây bắc n‡ớc úc

(10−15 m) Dọc bờ n‡ớc Nga, thủy triều lớn nhất quan trắc

đ‡ợc ở vịnh Mezen (10,0 m) v vũng Peng

chung, thủy triều lớn nhất quan trắc đ‡ợc ở bờ bắc bán đảo

Konsky, vùng bờ bán đảo Kanhin v bờ bắc biển Ôk t (4−7

m) Trong biển Karơ, hầu nh‡ không nơi no có th triều

v‡ợt quá 1,0 m, còn ở khu vực phía đông thủy vực Bắc Cực

0,3 m Dọc vùng bờ biển Bering, thủy triều bằn

Dọc bờ biển Baltic dao động mực n‡ớc thủy triều không quá

một số cm

3.4 Triều sai

3.4.1 Triều sai nguy

Chúng ta đã lm quen với triều sai ngy ở mục ớc, vì

nó đặc tr‡ng cho sự không bằng nhau về độ cao của hai

n‡ớc lớn v hai n‡ớc ròng kế tiếp nhau trong vòng một

ngy v sự không bằng nhau về thời gian dâng v rút mực

n‡ớc Їơng nhiên, triều sai ngy chỉ có ý nghĩa đối với

thủy triều bán nhật v thủy triều hỗn hợp

Hình 3.9 Sự xuất hiện triều sai ng †y

Triều sai ngy xuất hiện do hệ quả cộng hai dao động với nhau: dao động bán nhật v ton nhật (hình 3.9) Còn những biến thiên về t‡ơng quan giữa các biên độ của những sóng ny với chu kỳ nửa tháng v nửa năm thì dẫn tới sự biến thiên của triều sai ngy theo thời gian Nếu chú ý tới công thức (3.21), sẽ thấy rằng các biên độ sóng thủy triều bán nhật v ton nhật phụ thuộc tr‡ớc hết vo độ xích vĩ

Trăng, tức tăng dần khi tăng độ xích vĩ

phải l‡u ý rằng, trong đại d‡ơng thực triều sai

ngy phụ thuộc không chỉ vo những nguyên nhân thiên

văn, m còn vo các điều kiện địa lý tự nhiên của trạm

Triều sai ngy còn biểu hiện về thời gian xuất hiện

3.4.2 Triều sai pha (nửa tháng)

Với cùng độ xích vĩ của Mặt Trăng v Mặt Trời, cứ hai lần trong thời gian một tháng Mặt Trăng synođic thì Mặt Trăng, Mặt Trời v tâm Trái Đất lại nằm trên một đ‡ờngthẳng Điều đó xảy ra vo thời điểm trăng tròn v trăng non Tác động của các lực tạo triều Mặt Trăng v Mặt Trời trong tr‡ờng hợp ny cộng lại với nhau (các trục lớn của những ellipsoit xoay của Mặt Trăng v Mặt Trời trùng với nhau) Do kết quả cộng các biên độ của thủy triều bán nhật Mặt Trăng v Mặt Trời m thủy triều tổng có biên độ cực

đại Thủy triều nh‡ vậy đ‡ợc gọi l thủy triều sóc vọng Vocác tuần trăng thứ nhất v thứ ba, các trục lớn của các ellipsoit xoay Mặt Trăng v Mặt Trời vuông góc với nhau Biên độ triều Mặt Trời bị trừ khỏi biên độ triều Mặt Trăng v thủy triều kết hợp có biên độ cực tiểu Thủy triều nh‡

 Mặt Trời vo các thời điểm sóc vọng v trực thế v

của các tinh tú V nếu nhớ lại rằng thủy triều Mặt Trăng

lớn hơn thủy triều Mặt Trời hơn hai lần, thì có thể cho rằng

triều sai ngy phải phụ thuộc tr‡ớc hết vo độ xích vĩ Mặt

Triều sai ngy đặc tr‡ng cho phần lớn các trạm trên

Đại d‡ơng Thế giới, bởi vì thủy triều bán nhật đều lý t‡ởng

hầu nh‡ không gặp thấy Їợc biết rằng, thủy triều bán

nhật đều gần lý t‡ởng quan trắc đ‡ợc ở Boston, vịnh

Konski, trên đảo Zanziba v một loạt trạm khác Nh‡

chúng tôi đã nói, thủy triều ton nhật thuần túy cũng cực

Nh‡ sẽ thấy trong phần trình by tiếp sau ny, triều

sai ngy liên quan mật thiết với triều sai chí tuyến v triều

đó, chu kỳ của triều sai pha sẽ bằng 14,77 ngy Mặt Trời, vì

‡ớc lớn giữa kỳ sóc vọn

ngy Mặt Trăng, tức 12 giờ 25 phút Kết quả l

vậy m ng‡ời ta gọi triều sai ny l triều sai nửa tháng

Triều sai pha biểu hiện ở sự biến đổi không chỉ của các

biên độ thủy triều, m cả các thời điểm xuất hiện n‡ớc lớn

v n‡ớc ròng của thủy triều Trong đó n

g v kỳ trực thế sẽ xuất hiện muộn một chút so với giữa

kỳ trực thế v kỳ sóc vọng mới

Triều sai pha của thủy triều bán nhật có thể giải thích

bằng một cách hơi khác Chúng ta biết rằng chu kỳ của

thủy triều bán nhật Mặt Trời bằng đúng nửa ngy Mặt

Trời, tức 12 giờ Chu kỳ thủy triều bán nhật Mặt Trăng

bằng nửa

điểm đang xét thủy triều bán nhật Mặt Trời sẽ xảy ra

vo cùng một giờ ở các ngy, trong khi n‡ớc lớn thủy triều

bán nhật Mặt Trời sẽ xê dịch về thời gian mỗi ngy l 50

phút Dễ h

y triều tổng cộng sẽ có biên độ cực đại, còn khi các pha

ng‡ợc nhau, thì biên độ thủy triều tổng cộng sẽ cực tiểu

(hình 3.10b)

Nếu xuất phát từ t‡ơ

Trăng v Mặt Trời, thì triều sóc vọng phải lớn hơn

triều trực thế khoảng 2,7 lần Theo dữ liệu khảo sát, tỷ số

ny biến thiên từ 2,0 đến 4,0, các trị số lớn hơn rất ít gặp Hình 3.10 Vị trí t ~ơng đối của Mặt Trời, Mặt Trăng v† Trái Đất

trong các ng †y sóc vọng v† trực thế (a) v† sơ đồ hình th†nh

thủy triều bán nhật sóc vọng v† trực thế (b)

Tuổ

u quan trắc, tuổi bán nhật

ặt Trăng ton nhật v hệ quả l triều sai ngy

vĩ Mặt Trăng lớn nhất Thủy triều nhật phân l thủy triều quan sát đ‡ợc khi độ xích vĩ Mặt Trăng bằng không ởtr‡ờng hợp thứ nhất nhận thấy triều sai ngy biểu hiện rõ nhất, ở tr‡ờng hợp thứ hai − không có triều sai ngy

Trên hình 3.7 những biến thiên triều sai ngy đặc biệt

rõ trên đ‡ờng cong thứ hai kể từ trên xuống − biểu diễn thủy triều ở Hồng Kông ở đây thấy rõ triều sai ngy tăng lên đột ngột nh‡ thế no khi tăng độ xích vĩ của Mặt Trăng

Sự xuất hiện triều sai ngy còn biểu hiện rõ trên hình 3.5 Khi độ xích vĩ Mặt Trăng bằng không, trục ngắn của ellipsoit xoay sẽ trùng với trục xoay của Trái Đất v tại một

điểm cố định bất kỳ của đại d‡ơng sẽ không quan sát thấy triều sai ngy Còn khi độ xích vĩ Mặt Trăng cực đại (xem hình 3.5b), cùng một điểm, trong khi dịch chuyển do sự xoay trong ngy của Trái Đất t‡ơng đối so với ellipsoit triều, sẽ tuần tự đi qua đầu tiên l khu vực chênh lệch mực n‡ớc cực đại so với mực trung bình, sau đó đến khu vực chênh lệch cực tiểu, v sau đó lại đến khu vực chênh lệch cực đại

Còn đối với thủy triều ton nhật thuần túy, m theo lý thuyết, phải quan sát đ‡ợc ở các vĩ độ lớn hơn

Triều sai pha còn đặc tr‡ng bằng tuổi bán nhật tr

i bán nhật triều l khoảng thời gian từ thời gian kỳ

trăng tròn hay trăng non đến thời gian biên độ triều sóc

vọng lớn nhất diễn ra sau đó Nh‡ vậy, tuổi bán nhật triều

cho thấy sự trễ của triều sai so với thời điểm nguyên nhân

thiên văn của nó Theo dữ liệ

5,7

− đến 7,5 ngTuy nhiên, đa số tr‡ờng hợp tuổi bán nhật triều l d‡ới 48

giờ

3.4.3 Triều sai chí tuyến

Triều sai chí tuyến l kết quả biến thiên biên độ thủy

triều ton nhật Mặt Trăng do biến thiên độ xích vĩ Mặt

Trăng Theo thuyết tĩnh học, thủy triều Mặt Trăng bán

nhật đều chỉ xảy ra khi độ xích vĩ Mặt Trăng bằng không

(nhớ lại hình 3.5) Tuy nhiên, độ xích vĩ Mặt Trăng thay đổi

về trung bình từ 23o27’ vĩ bắc đến 23o27’ vĩ nam Nếu Mặt

Trăng không nằm trong mặt phẳng xích đạo, thì xuất hiện

thủy triều M

của thủy triều tổng cộng về độ cao v thời gian

Dựa vo biến trình triều sai ngy, ng‡ời ta chia thủy

triều thnh thủy triều chí tuyến v thủy triều nhật phân

o a

khoảng thời gian giữa hai lần độ xích vĩ Mặt Trăng

cùng dấu Tháng chí tuyến bằng 27,32 ngy Mặt Trời Do

y

tâm sai từ đó suy ra rằng, tại cận điểm M

h đ‡ợcquy ‡ớc xác định bằng một chỉ số góc − thị sai phoơng

ngang

hiều

l kh

ờng cong thứ ba) thấy rõ rằng thực tế trên đảo Hòn Dấu

các cực đại biên độ thủy triều ton nhật quan sát đ‡ợc sau

các giá trị cực đại của độ xích vĩ Mặt Trăng Thực ra phải

nhận xét rằng hòn đảo ny nằm ngay ở lân cận xích đạo,

chứ không phải ở các vĩ độ lớn hơn 90$ −δ

Chu kỳ của triều sai chí tuyến về biên độ thủy triều

ton nhật Mặt Trăng không phụ thuộc v dấu củ độ xích

vĩ Mặt Trăng v phải bằng nửa tháng chí tuyến Mặt Trăng,

tức



đó, chu kỳ của triều sai chí tuyến bằng 13,66 ng

Triều sai chí tuyến còn đ‡ợc đặc tr‡ng bằng tuổi nhật

triều, đó l khoảng thời gian giữa thời điểm độ xích vĩ Mặt

Trăng lớn nhất (bắc hoặc nam) v thời điểm thủy triều ton

nhật cực đại hay triều sai ngy cực đại Nh‡ vậy, tuổi nhật

triều cho biết sự trễ của triều sai so với nguyên nhân thiên

văn sinh ra nó Nói chung, tuổi nhật triều biến thiên từ −7

đến 7 ngy Nh‡ng tại phần lớn điểm quan trắc, tuổi nhật

triều không lớn hơn 48 giờ

3.4.4 Triều sai tháng thị sai

Theo thuyết tĩnh học, độ cao thủy triều tỷ lệ nghịch với

lũy thừa bậc ba của khoảng cách giữa tâm Trái Đất v tâm

Mặt Trăng Vì quỹ đạo Mặt Trăng có dạng hình ellip với

05490,0

Chu kỳ triều sai thị sai của thủy triều Mặt Trăng bằng một tháng dị th‡ờng Mặt Trăng, tức 27,555 ngy Mặt Trời

điểm hay hai viễn điểm của Mặt Trăng)

Nếu lại xem xét hình 3.7 (đ‡ờng cong trên cùng), ta sẽ thấy rằng, giữa hai thủy triều sóc vọng ở Serra-Leon trong vòng một tháng, thì thủy triều tại cận điểm có biên độ lớn hơn rất n

Cũng giống nh‡ các triều sai khác, triều sai thị sai

đ‡ợc đặc tr‡ng bởi tuổi Tuổi thủy triều thị sai oảngthời gian kể từ thời điểm Mặt Trăng nằm ở cận điểm đến thời điểm độ cao thủy triều thị sai liền sau đó lớn nhất Giá

223 t ng synođic, mỗi thá

12 phải quan sát thấy thủy tr

Giống nh‡ Mặt Trăng, Trái Đất chuyển động quanh Mặt

g 10 % Do đó, xuất hiện triều sai thị sai của thủy triều Mặt Trời Chu kỳ của triều sai ny

g 6 Tại nhật cận,

òn Trái đất ở nhật cận Các thủy triều

trị tuổi thủy triều thị sai th‡ờng bằng 2−4 ngy

Các pha của ba loại triều sai cơ bản cứ 18,05 năm lại

trùng nhau một lần Các nh thiên văn học cổ điển gọi chu

kỳ ny l chu trình Saros (nó l chu kỳ lặp lại của các kỳ

nguyệt thực) Chu trình ny gồm há

ng 29,531 ngy (6585,4 ngy), 239 tháng dị th‡ờng, mỗi

tháng 27,555 ngy (6585,6 ngy) v 241 tháng chí tuyến,

mỗi tháng 27,322 ngy (6584,6 ngy) áp dụng vo hiện

t‡ợng thủy triều, điều ny dẫn tới chỗ: những đợt biên độ

thủy triều lớn nhất sẽ lặp lại với chu kỳ 18,05 năm

3.4.5 Các triều sai chu kỳ dui

Các triều sai chu kỳ di liên quan tr‡ớc hết tới Mặt

Trời Quỹ đạo Trái Đất nghiêng với mặt phẳng xích đạo một

góc 23o27’, do đó độ xích vĩ Mặt Trời so với mặt phẳng xích

đạo thay đổi từ −23o27’ đến 23o27’ (khác với Mặt Trăng, độ

xích vĩ cực đại của Mặt Trời l đại l‡ợng không đổi) Hệ q

l, giống nh‡ tr‡ờng hợp với Mặt Trăng, biên độ của thủy

triều Mặt Trời ton nhật bi

nó nhỏ nhất khi Mặt Trời nằm

Chu kỳ của triều sai chí tuyến Mặt Trời l một nửa

năm chí tuyến (khoảng thời gian giữa hai độ xích vĩ cực đại

cùng dấu của Mặt Trời, bằng 365,24 ngy Mặt Trời), tức

Nh‡ vậy, mùa hè vo tháng 6 v mùa đông vo tháng

iều mặt Trời chí tuyến cực

đại, còn vo tháng 3 v tháng 9 − thủy triều Mặt Trời nhật phân

Trời theo quỹ đạo ellip với tâm sai bằng 0,01674 Từ

đây lực tạo triều Mặt Trời tại thời gian cận điểm Mặt Trời

so với giá trị lực tại viễn điểm Mặt Trời phải có tỷ lệ 1,106 : 1,000, tức lớn hơn khoản

bằng một năm dị th‡ờng, năm dị th‡ờng di hơn năm chí tuyến một chút v bằng 365,26 ngy Mặt Trời Hiện nay, các nhật cận đối với Trái Đất quan sát thấy vo ngy 2 tháng 1, còn các nhật viễn − ngy 5 thán

Mặt Trời ở cách Trái Đất 22949r, còn tại nhật viễn − 23732r.Những thủy triều lớn nhất trong đại d‡ơng cần phải quan sát thấy khi Mặt Trời v Mặt Trăng ở sóc vọng, Mặt Trăng ở nguyệt cận, c

nhỏ nhất − khi Mặt Trời v Mặt Trăng ở trực thế, Mặt Trăng ở nguyệt viễn, còn Trái Đất ở nhật viễn Trong tr‡ờng hợp thứ nhất, độ lớn thủy triều theo thuyết tĩnh học

phải bằng gần 90 cm, trong tr‡ờng hợp thứ hai −

Triều sai tiếp theo l triều sai nhiều năm, liên quan tới

Mặt Trăng Vì mặt phẳng hong đạo nghiêng với mặt

phẳng xích đạo một góc 23o27’, còn mặt phẳng quỹ đạo Mặt

Trăng nghiêng với mặt phẳng hong đạo một góc 5o08’ Do

hệ quả dịch chuyển các tiết điểm của quỹ đạo Mặt Trăng,

nên độ xích vĩ Mặt Trăng biến đổi từ 18o19’ đến 28o35’, còn

23 27’ nh‡ đã nói ở trên, chỉ l độ xích vĩ trung bình của

Mặt Trăng Chu kỳ biến thiên độ xích vĩ Mặt Trăng từ cực

tiểu 18o19’ đến cực đại 28o35’ bằng 18,6 năm Nh‡ vậy,

triều sai chí tuyến đã xét ở mục 3.4.3 ngo

n bằng nửa tháng chí tuyến, c

năm

Ngoi những loại triều sai chính đã liệt kê, còn có một

loạt các triều sai thứ cấp với các chu kỳ 4,65 năm, 8,8 năm,

111 năm v thậm chí 1800 năm Tuy nhiên, vai trò của các

triều sai đó không đáng kể so với các triều sai đã xem xét

trên đây

3.5 Khái niệm về thuyết động lực học thủy triều

3.5.1 Những nhoợc điểm của thuyết tĩnh học thủy triều

Thuyết tĩnh học l một đóng góp to lớn cho việc nhận thức về sự xuất hiện t

có thể giải thích đ‡ợc nhiều đặc điểm của thủy triều thực m ta quan trắc đ‡ợc Tr‡ớc hết đó l tính chất bán nhật của thủy triều, các triều sai, sự hiện diện của các thủy triều bán nhật, ton nhật v chu kỳ di

Tuy nhiên, nó đã không thể giải thích đ‡ợc nhiều hiện ợng trong dao động thủy triều của mực n‡ớc Đại d‡ơngThế giới Tr‡ớc hết, nó không thể giải thích đ‡ợc các biên

độ thủy triều thực rất lớn quan trắc đ‡ợc.ở nhiều vùng đại d‡ơng biên độ thủy triều tỏ ra lớn hơn nhiều so với những gì suy ra từ lý thuyết tĩnh học Nó cũng đã không giải thích

đ‡ợc những quy luật phân bố không gian của biên độ vpha cũng nh‡ tính chất thủy triều, triều sai ngy của thủy triều ở Thái Bình D‡ơng, nơi lẽ ra thủy triều phải tuân theo gần nhất với lý thuyết, thì tại vùng xích đạo lại quan trắc đ‡ợc các thủy triều n nhật chứ không phải l

t Theo lý thuyết, triều sai ngy phải nh‡ nhau đối với tất cả các điểm trên cùng một vĩ tuyến, còn tại đ‡ờng xích

đạo thì bằng không Nh‡ng trên thực tế, ở các vĩ độ trung bình v cao đôi khi gặp thấy thủy triều bán nhật thuần túy, còn ở đới xích đạo có những vùng với triều sai ngy lớn

Lý thuyết cũng không giải thích đ‡ợc tại sao có các

điểm phân bố không gian của chúng

nên đó sẽ l cơ sở để tiếp tục nghiên cứu trong

lĩnh

duy trì trong đại d‡ơng những dao động của các phần tử

n‡ớc có chuyển động dạng sóng Các phần tử sẽ vẽ nên

kỳ bằng chu kỳ của lực kích thích v có b‡ớc sóng lớn

nằm trong mặt phẳng xích đạo dẫn tới lm biến dạng bề

mặt

y nó phải đuổi kịp chu

nguyệt khoảng v các tuổi thủy triều cũng nh‡ các

Những nh‡ợc điểm của thuyết tĩnh học l có lý do nếu

nh‡ chúng ta nhớ lại những giả thiết của nó, tr‡ớc hết đó l

giả thiết tại thời điểm bất kỳ lớp vỏ n‡ớc của Trái Đất nằm

trong trạng thái cân bằng Quán tính của lớp vỏ n‡ớc v độ

sâu không đủ lớn không cho phép bề mặt đại d‡ơng nhận

hình dạng cân bằng d‡ới tác động của các lực tạo triều ở

từng thời điểm kế tiếp

3.5.2 Các quan niệm động lực học trong lý thuyết thủy

triều

Vì lý thuyết tĩnh học không thể sử dụng để dự tính

thủy triều,

vực lý thuyết thủy triều

Năm 1775, Laplace (1749−1827) đã xây dựng “lý thuyết

động lực học thủy triều” Thực chất của thuyết ny l ở chỗ

các lực thủy triều có đặc điểm tuần hon, liên tục gây nên

v

những quỹ đạo no đó, trong đó các sóng có chu

Giả sử tại thời điểm no đó, tác động của một tinh tú

đại d‡ơng, kết quả l tạo thnh sóng với một đỉnh sóng song song với đ‡ờng kinh tuyến m ở thời điểm đó tinh tú

đang nằm ở bên trên v một đỉnh thứ hai trên kinh tuyến cách kinh tuyến thứ nhất 180o

B‡ớc sóng của sóng thủy triều nh‡ vậy tại xích đạo bằng khoảng 20000 km Nếu sóng ny l sóng c‡ỡng bức, thì sau n

yển động của tinh tú v tốc độ của nó cần phải bằng

đổi

Từ đây có thể xác định đ‡ợc độ sâu đại d‡ơng H lmcho các tốc độ của sóng tự do v của sóng c‡ỡng bức trùng nhau:

g T

g bức v† độ sâu đại d~ơng c

theo công thức (3.23)

Bảng 3.1 Tốc độ truyền sóng thủy triều c~ỡn

ần thiết để sóng thủy triều tự do không bị trễ so với sóng c~ỡng bức

$

Từ bảng ny thấy rằng, chỉ có từ khoảng vĩ độ 60−70o

thì độ sâu các đại d‡ơng mới xấp xỉ bằng các độ sâu m

của mình

Dù sao thì việc lập ra lý thuyết động lực học thủy triều

đỉnh ở trên đ‡ờng kinh tuyến m chúng đi qua Những

sóng đ‡ợc tạo thnh nh‡ vậy về sau lan truyền nh‡ các

sóng tự do với tốc độ phụ thuộc vo độ sâu địa điểm

Từ lý thuyết các dao động c‡ỡng bức suy ra: nếu chu kỳ

của lực gây ra dao động m nhỏ hơn chu kỳ dao động riêng

của hệ thống, thì các dao động của hệ thống diễn ra ng‡ợc

pha với lực tác động Ng‡ợc lại, nếu chu kỳ củ

các dao động của hệ thống trùng pha với lực c‡ỡng bức

Từ đây ta hiểu vì sao tồn tại các nguyệt khoảng ở xích đạo, tại thời điểm th‡ợng đỉnh của tinh tú phải quan trắc thấy n‡ớc ròng, chứ không phải n‡ớc lớn Còn ở các vĩ độ cao các sóng thủy triều có thể thậm chí v‡ợt tr‡ớc các thời điểm th‡ợng đỉnh của tinh tú

Tuy nhiên, Laplace ch‡a thu đ‡ợc bằng giải tích công thức tính toán độ cao thủy triều xuất phát từ lý thuyết