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

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

110
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thủy triều trong đại dương 3.1. Những quy luật vật lý cơ bản hình thành thủy triều 3.1.1. Thủy triều và các lực tạo thủy triều Thủy triều trong biển và đại dương là chuyển động của nước được gây nên bởi các lực tạo triều Mặt Trăng và Mặt Trời. Những chuyển động này biểu hiện trong dao động mực nước và dòng chảy có đặc điểm tuần hoàn. Chuyển động thủy triều quan trắc thấy không chỉ ở lớp vỏ nước của Trái Đất. Còn có cả những biến đạng thủy triều của thể rắn của Trái Đất và...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hải dương học đại cương - Phần 2 Các quá trình động lực học - Chương 3

lªn ®Õn 18 phót. Van §orn (n¨m 1961) ®· thùc hiÖn quan Ngμy nay, dùa trªn nghiªn cøu c¸c sãng ®Þa chÊn vμ tr¾c ®Çy ®ñ nhÊt nhê c¸c m¸y sãng ký l¾p ®Æt chuyªn dông sãng thÇn ®· thμnh lËp nghiÖp vô quan tr¾c vμ c¶nh b¸o vÒ trong thêi gian vô næ nguyªn tö trªn ®¹i d−¬ng n¨m 1956 ë sù xuÊt hiÖn vμ lan truyÒn sãng thÇn. khu vùc ®¶o san h« Bikini. Ph©n tÝch sè liÖu b¶ng 2.12 cho phÐp rót ra kÕt luËn r»ng, khi ®i xa dÇn khái æ nhiÔu, biªn ®é sãng thÇn gi¶m Ch−¬ng 3 - Thñy triÒu trong ®¹i d−¬ng xÊp xØ tû lÖ nghÞch víi kho¶ng c¸ch. Trong phæ c¸c sãng träng lùc ë biÓn, sãng thÇn chiÕm vÞ trÝ trung gian gi÷a c¸c sãng thñy triÒu vμ sãng lõng. Chu 3.1. Nh÷ng quy luËt vËt lý c¬ b¶n h×nh thμnh thñy triÒu kú cña chóng th−êng n»m trong d¶i tõ 2 ®Õn 200 phót (th−êng xuyªn nhÊt lμ tõ 2 ®Õn 40 phót). ë vïng kh¬i ®¹i 3.1.1. Thñy triÒu vμ c¸c lùc t¹o thñy triÒu d−¬ng, tèc ®é truyÒn sãng ®−îc x¸c ®Þnh kh¸ tèt b»ng c«ng Thñy triÒu trong biÓn vμ ®¹i d−¬ng lμ chuyÓn ®éng cña thøc Lagrange ®èi víi c¸c sãng dμi C = gH . Nh− vËy, trªn n−íc ®−îc g©y nªn bëi c¸c lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi. Nh÷ng chuyÓn ®éng nμy biÓu hiÖn trong dao ®éng ®é s©u trung b×nh 4 km cña Th¸i B×nh D−¬ng tèc ®é sãng thÇn b»ng kho¶ng 30−100 km/giê, vμ ®é cao t¨ng xÊp xØ tû mùc n−íc vμ dßng ch¶y cã ®Æc ®iÓm tuÇn hoμn. ChuyÓn ®éng thñy triÒu quan tr¾c thÊy kh«ng chØ ë líp vá n−íc cña lÖ nghÞch víi c¨n bËc bèn cña ®é s©u (xem ph−¬ng tr×nh Tr¸i §Êt. Cßn cã c¶ nh÷ng biÕn ®¹ng thñy triÒu cña thÓ r¾n (2.38)). §é cao sãng t¨ng ®Æc biÖt m¹nh khi sãng thÇn tiÕn cña Tr¸i §Êt vμ c¸c dao ®éng triÒu cña ¸p suÊt khÝ quyÓn. vμo c¸c vÞnh hÑp dÇn d¹ng tam gi¸c hay d¹ng phÔu. KÕt qu¶ lμ cã thÓ cã sãng cao 10−15 m ®æ nhμo vμo vïng bê, cã Tuy nhiªn, chØ cã c¸c chuyÓn ®éng triÒu cña n−íc §¹i d−¬ng ThÕ giíi míi biÓu hiÖn kh¸ râ. ThÝ dô, ë c¸c vïng ven bê, nh÷ng xung n−íc tíi 30−50 m. TrËn sãng thÇn næi tiÕng ë dao ®éng mùc n−íc thñy triÒu b»ng 5−6 m kh«ng ph¶i lμ ®¶o Paramushi cã ®é cao 10 m. N¨m 1983, sãng thÇn víi ®é hiÕm. §é lín tíi h¹n cña thñy triÒu ®¹t tíi 18 m (vÞnh cao 18−20 m xuÊt hiÖn do phun nói löa Krakatau, ®· ®æ bé Fun®y, Cana®a). Ngoμi ra, ë l©n cËn bê quan tr¾c ®−îc lªn quÇn ®¶o Z«n®¬ lμm chÕt 40 000 ng−êi. 199 200
nh÷ng dßng ch¶y triÒu m¹nh, ë trong c¸c eo, vÞnh hÑp cã Ta xÐt c¸c lùc cã b¶n chÊt hÊp dÉn t¸c ®éng lªn mçi thÓ ®¹t tíi tèc ®é 5−10 vμ thËm chÝ 12 h¶i lý mét giê. Xa chÊt ®iÓm khèi l−îng ®¬n vÞ trªn mÆt Tr¸i §Êt. dÇn khái bê dao ®éng mùc n−íc vμ tèc ®é dßng triÒu gi¶m. 1) Lùc hÊp dÉn cña Tr¸i §Êt MÆc dï vËy, thñy triÒu cã ¶nh h−ëng nhiÒu tíi tr¹ng th¸i E F1 = k , (3.1) r2 ®éng lùc n−íc ë vïng kh¬i ®¹i d−¬ng. §ã lμ v× chuyÓn ®éng triÒu bao qu¸t toμn bé bÒ dμy n−íc, trong khi nh÷ng d¹ng ë ®©y k − h»ng sè hÊp dÉn, b»ng 6,670 ⋅ 10 −8 ®in.cm2/s2, E − chuyÓn ®éng kh¸c ë biÓn th−êng biÓu hiÖn râ nhÊt ë trªn bÒ khèi l−îng Tr¸i §Êt, r − b¸n kÝnh Tr¸i §Êt. B¸n kÝnh Tr¸i mÆt vμ t¾t dÇn víi ®é s©u. §Êt nãi mét c¸ch cÝnh x¸c kh«ng ph¶i lμ kh«ng ®æi. Tuy HiÖn nay, ®· tÝch lòy ®−îc rÊt nhiÒu d÷ liÖu quan tr¾c nhiªn, c¸c b¸n kÝnh ë xÝch ®¹o vμ ë cùc cña Tr¸i §Êt chØ vÒ thñy triÒu ë vïng ven bê c¸c lôc ®Þa. Khã mμ nãi ®−îc kh¸c biÖt nhau 21,4 km, vμ v× vËy ®èi víi nh÷ng môc ®Ých viÖc thu thËp nh÷ng d÷ liÖu ®ã b¾t ®Çu tõ khi nμo. LÇn ®Çu nghiªn cøu cña chóng ta, th× cã thÓ xem Tr¸i §Êt lμ h×nh tiªn ng−êi ta nh¾c tíi thñy triÒu ë biÓn Hång H¶i lμ vμo thÕ cÇu lý t−ëng víi b¸n kÝnh b»ng 6371,2 km. kû 5 tr−íc CN (Ghero®«t, n¨m 484−428 tr−íc CN). Còng 2) Lùc ly t©m kho¶ng thêi ®ã, ng−êi ta ®· nhËn ra sù liªn hÖ gi÷a c¸c dao F2 = ω 2 r cos ϕ , (3.2) ®éng tuÇn hoμn cña mùc n−íc vμ chuyÓn ®éng cña MÆt ë ®©y ω − tèc ®é gãc xoay Tr¸i §Êt, b»ng 7,29 ⋅ 10 −5 s, ϕ − vÜ Tr¨ng (Piteas, n¨m 325 tr−íc CN). Ng−êi ta còng ®· nªu ra ®é ®iÓm quan tr¾c. nh÷ng gi¶ thiÕt vÒ sù liªn hÖ cña c¸c dao ®éng tuÇn hoμn C¸c lùc F1 vμ F2 ®èi víi mçi ®iÓm cña Tr¸i §Êt thùc tÕ mùc n−íc víi MÆt Trêi. Tuy nhiªn, nguyªn nh©n mμ MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi cã kh¶ n¨ng t¹o ra hiÖn t−îng thñy triÒu kh«ng ®æi theo thêi gian vÒ ®é lín vμ vÒ h−íng vμ kh«ng cã trªn Tr¸i §Êt th× ch−a hiÓu ®−îc cho tíi khi Niut¬n ph¸t ¶nh h−ëng nμo tíi sù xuÊt hiÖn thñy triÒu. V× vËy tæng hîp biÓu ®Þnh luËt v¹n vËt hÊp dÉn vμo n¨m 1687 vμ chøng lùc cña chóng lμ träng lùc. Nh− ®· nãi, Tr¸i §Êt lμ h×nh cÇu minh r»ng hiÖn t−îng thñy triÒu lμ hÖ qu¶ tÊt yÕu cña ®Þnh lý t−ëng. luËt nμy. 3) Lùc thø ba t¸c ®éng ë mçi ®iÓm cña mÆt Tr¸i §Êt lμ 201 202
lùc hót cña MÆt Tr¨ng ®èi víi mét ®¬n vÞ khèi l−îng t¹i xung quanh träng t©m chung, th× chuyÓn ®éng nh− vËy ®«i ®iÓm ®ang xÐt cña bÒ mÆt Tr¸i §Êt khi ®−îc gäi lμ “quay mμ kh«ng xoay”. Tõ h×nh 3.1 suy ra, muèn cho hÖ thèng gåm hai vËt quay xung quanh träng M F3 = k , (3.3) 2 dM t©m chung cña chóng cã thÓ tån t¹i ®−îc, th× ph¶i tháa m·n ®iÒu kiÖn EX = MD ( X vμ D − tuÇn tù lμ kho¶ng c¸ch tõ ë ®©y M − khèi l−îng MÆt Tr¨ng, d M − kho¶ng c¸ch tõ träng t©m chung tíi nh÷ng t©m cña c¸c tinh tó). V× ®iÓm ®Õn t©m MÆt Tr¨ng. Lùc nμy h−íng vÒ phÝa MÆt D = D M − X , ë ®©y D M − kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c t©m Tr¸i §Êt Tr¨ng theo ®−êng th¼ng nèi tõ ®iÓm ®ang xÐt trªn bÒ mÆt vμ MÆt Tr¨ng, nªn Tr¸i §Êt tíi t©m MÆt Tr¨ng. T¹i mçi ®iÓm cña Tr¸i §Êt, MDM h−íng vμ gi¸ trÞ cña lùc nμy kh¸c nhau. Lùc nμy ®èi víi mét EX = M ( DM − X ) X= vμ . E+M ®iÓm ®ang xÐt còng kh«ng gi÷ nguyªn kh«ng ®æi trong thêi NÕu nhí r»ng DM = 60,3 r , E = 81,5M , ta cã gian. BiÕn thiªn theo thêi gian cña lùc nμy ®èi víi ng−êi 60,3 r quan s¸t trªn bÒ mÆt Tr¸i ®Êt lμ do chuyÓn ®éng xoay cña X= = 0,73 r , X ≈ 4600 km. hay 82,5 chÝnh Tr¸i §Êt, chuyÓn ®éng cña MÆt Tr¨ng xung quanh Hoμn toμn dÔ hiÓu r»ng, v× D kh«ng gi÷ nguyªn kh«ng Tr¸i §Êt, còng nh− kho¶ng c¸ch gi÷a t©m Tr¸i §Êt vμ t©m ®æi, nªn vÞ trÝ träng t©m còng sÏ kh«ng gi÷ nguyªn kh«ng MÆt Tr¨ng kh«ng ngõng thay ®æi. §©y lμ mét trong hai lùc ®æi. h×nh thμnh nªn lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng trªn Tr¸i §Êt. ChuyÓn ®éng cña hÖ thèng Tr¸i §Êt − MÆt Tr¨ng xung 4) §Ó x¸c lËp lùc thø hai hîp thμnh lùc t¹o triÒu cña quanh träng t©m chung sÏ lμm di chuyÓn tÊt c¶ c¸c b¸n MÆt Tr¨ng, ph¶i xem xÐt chuyÓn ®éng cña hÖ thèng Tr¸i §Êt − MÆt Tr¨ng. Th«ng th−êng, chóng ta nãi MÆt Tr¨ng kÝnh Tr¸i §Êt song song víi nhau. Trong chuyÓn ®éng nh− vËy, mçi ®iÓm trªn bÒ mÆt Tr¸i §Êt sÏ vÏ lªn mét vßng trßn quay xung quanh Tr¸i §Êt. Nh−ng trªn thùc tÕ, c¶ hai vËt quü ®¹o cña m×nh, nh−ng b¸n kÝnh cña c¸c vßng trßn Êy quay xung quanh mét träng t©m chung. NÕu ®Ó ®¬n gi¶n ta b»ng nhau vμ b»ng b¸n kÝnh cña vßng trßn quü ®¹o cña bá qua sù xoay cña Tr¸i §Êt vμ MÆt Tr¨ng quanh c¸c trôc t©m Tr¸i §Êt. cña chóng vμ chØ xem xÐt sù di chuyÓn cña c¸c vËt thÓ ®ã 203 204
Râ rμng sù quay nh− vËy xung quanh träng t©m chung ph¶i g©y nªn trªn Tr¸i §Êt mét lùc ly t©m nh− nhau t¹i ®iÓm bÊt kú cña Tr¸i §Êt, kÓ c¶ t¹i t©m cña nã. Trong ®ã thÊy r»ng, lùc ly t©m t¸c ®éng t¹i tÊt c¶ c¸c ®iÓm cña Tr¸i §Êt ph¶i song song víi ®−êng nèi c¸c t©m Tr¸i ®Êt vμ MÆt Tr¨ng vμ h−íng vÒ phÝa xa MÆt Tr¨ng. §−¬ng nhiªn, lùc ly t©m nμy ph¶i c©n b»ng víi lùc mμ MÆt Tr¨ng hót mét ®¬n vÞ khèi l−îng ë t©m Tr¸i §Êt, nÕu kh«ng th× hÖ thèng kh«ng thÓ tån t¹i. Do ®ã M F4 = k . (3.4) 2 DM Lùc ly t©m nμy kh«ng gi÷ nguyªn, mμ biÕn thiªn víi thêi gian c¶ vÒ ®é lín vμ vÒ h−íng. Song t¹i mét thêi ®iÓm x¸c ®Þnh, lùc nμy ë tÊt c¶ c¸c ®iÓm cña Tr¸i §Êt lμ nh− nhau vÒ ®é lín vμ vÒ h−íng. Nh− vËy, lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng ë mçi ®iÓm trªn Tr¸i §Êt cã thÓ xem nh− lμ hîp lùc cña hai lùc: lùc hót cña M, M1, M2, M3, M4 − c¸c vÞ trÝ cña MÆt Tr¨ng E, E1, E2, E3, E4 − c¸c vÞ trÝ cña t©m Tr¸i §Êt MÆt Tr¨ng ®èi víi ®iÓm ®ang xÐt vμ lùc ly t©m xuÊt hiÖn A, A1, A2, A3, A4 − c¸c vÞ trÝ cña ®iÓm trªn mÆt Tr¸i §Êt trong khi hÖ thèng Tr¸i §Êt − MÆt Tr¨ng quay quanh träng vßng trßn quü ®¹o cña t©m Tr¸i §Êt vßng trßn quü ®¹o cña ®iÓm A trªn mÆt Tr¸i §Êt t©m chung (h×nh 3.2). r − b¸n kÝnh Tr¸i §Êt 0 − träng t©m cña hÖ thèng Tr¸i §©t − MÆt Tr¨ng Bëi v× lËp luËn trªn ®©y còng hoμn toμn ®óng víi tr−êng hîp h×nh thμnh lùc t¹o triÒu cña MÆt Trêi trªn Tr¸i H×nh 3.1. ChuyÓn ®éng cña hÖ thèng Tr¸i §Êt − MÆt Tr¨ng xung quanh träng t©m chung §Êt, nªn ta cã thÓ viÕt 205 206
S S hîp lùc cña c¸c lùc nμy sÏ cã h−íng ®i xa khái MÆt Tr¨ng. F5 = k F6 = k vμ , (3.5) 2 2 dS DS ChÝnh ®iÒu nμy gi¶i thÝch tÝnh quy luËt c¬ b¶n cña thñy triÒu trªn Tr¸i §Êt − tÝnh chÊt b¸n nhËt thèng trÞ cña nã. trong ®ã S − khèi l−îng MÆt Trêi, d S − kho¶ng c¸ch tõ §Ó tiÖn rót ra biÓu thøc gi¸ trÞ cña lùc t¹o triÒu nh− lμ ®iÓm trªn mÆt Tr¸i §Êt ®Õn t©m MÆt Trêi vμ DS − kho¶ng hiÖu cña lùc hÊp dÉn t¹i ®iÓm ®ang xÐt vμ lùc hÊp dÉn t¹i c¸ch gi÷a c¸c t©m cña Tr¸i §Êt vμ MÆt Trêi. t©m Tr¸i §Êt, ta sö dông kh¸i niÖm thÕ vÞ. BiÕt r»ng thÕ vÞ cña lùc t¹i mét ®iÓm nμo ®ã lμ mét hμm cña täa ®é ®iÓm mμ ®¹o hμm theo c¸c biÕn x, y vμ z b»ng h×nh chiÕu cña lùc ®ã trªn c¸c trôc täa ®é t−¬ng øng. H×nh 3.2. S¬ ®å h×nh thμnh lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng trªn Tr¸i §Êt §Ó minh häa trùc quan, trªn h×nh 3.3 biÓu diÔn lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng vμ c¸c lùc thμnh phÇn t¹o nªn nã. Lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng t¹i nh÷ng ®iÓm trªn bÒ mÆt Tr¸i §Êt quay vÒ phÝa MÆt Tr¨ng th× cã h−íng ®i vÒ phÝa MÆt Tr¨ng, bëi v× ë ®©y lùc hÊp dÉn vÒ phÝa MÆt Tr¨ng lín h¬n so víi lùc ly t©m h−íng ng−îc l¹i. Cßn ®ã ë phÝa kh¸c cña bÒ mÆt H×nh 3.3. S¬ ®å xuÊt hiÖn lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng Tr¸i §Êt, lùc ly t©m lín h¬n lùc hót vÒ phÝa MÆt Tr¨ng vμ 207 208
kM 3.1.2. ThÕ vÞ cña c¸c lùc t¹o triÒu WM = , (3.7) D M + r 2 − 2 D M r cos z M 2 Tr−íc hÕt, ta xÐt ¶nh h−ëng chØ riªng cña MÆt Tr¨ng. §Æt gèc täa ®é ë t©m Tr¸i §Êt vμ lÊy c¸c trôc täa ®é bÊt ë ®©y z M − kho¶ng thiªn ®Ønh MÆt Tr¨ng ®èi víi ®iÓm P . ®éng trong vËt thÓ Tr¸i §Êt sao cho trôc oz h−íng tíi cùc XuÊt ph¸t tõ lý thuyÕt vμ nh÷ng lËp luËn h×nh häc, dÔ b¾c, c¸c trôc ox vμ oy n»m trªn mÆt ph¼ng xÝch ®¹o. Gi¶ sö dμng nhËn ®−îc biÓu thøc cña ®¹i l−îng U : P − phÇn tö n−íc ®¹i d−¬ng cã khèi l−îng ®¬n vÞ (h×nh 3.4). M U =k r cos z M + C , (3.8) Ta ®−a ra nh÷ng ký 2 DM hiÖu sau: U − thÕ vÞ lùc hÊp trong ®ã C − h»ng sè. dÉn t¹i t©m Tr¸i §Êt, W − VËy gi¸ trÞ cña lùc t¹o triÒu ®−îc viÕt nh− sau: thÕ vÞ lùc hÊp dÉn t¹i ®iÓm kM kM P , V − thÕ vÞ lùc t¹o triÒu. VM = − r cos z M − C . (3.9) 2 DM D M + r 2 − 2 D M r cos z M 2 Râ rμng T¹i t©m Tr¸i §Êt VM ph¶i b»ng kh«ng: r = 0 VM = 0 . Tõ ®ã V =W −U . kM Theo lý thuyÕt, thÕ vÞ C= . DM lùc hÊp dÉn MÆt Tr¨ng t¹i ®iÓm P ®−îc biÓu diÔn b»ng Cuèi cïng H×nh 3.4. S¬ ®å hÖ thèng Tr¸i §Êt ph−¬ng tr×nh ®¬n gi¶n kM kM kM − MÆt Tr¨ng ®Ó dÉn lËp gi¸ trÞ thÕ VM = − r cos z M − . (3.10) vÞ lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng 2 DM DM 2 2 M + r − 2 D M r cos z M DM =k WM . (3.6) dM §Ó biÕn ®æi biÓu thøc nμy, ta khai triÓn mÉu sè cña sè h¹ng ThÕ gi¸ trÞ d M x¸c ®Þnh thø nhÊt thμnh chuçi, bá qua c¸c lòy thõa bËc ba vμ c¸c bËc ®−îc tõ tam gi¸c PEM cao h¬n cña tû sè r / D : vμo c«ng thøc (3.6), ta ®−îc 209 210
1 ph−¬ng th¼ng ®øng vμ ph−¬ng ngang t¹i ®iÓm P . Thμnh − 1   2r r 2  2 1 1 −  cos z M − 2  = = phÇn th¼ng ®øng t×m b»ng c¸ch lÊy ®¹o hμm cña biÓu thøc DM   DM DM  D M + r 2 − 2 D M r cos z M 2   (3.12) theo r . 1  1  2r  2  3  2r  r2 2 r ∂V M 3kMr  1 1 +  + ... =     + 8  D cos z M − D 2 = cos z M − 2 = 3  cos 2 z M −  . Fr = (3.14) DM  2  DM   DM ∂r 3 DM    M    M   3 cos 2 z M − 1 r 2 1 r §Ó t×m thμnh phÇn ph−¬ng ngang cña lùc, ta lÊy ®¹o hμm = 1+ cos z M + + ... .  (3.11) 2 DM  DM 2 ∂V M DM  , trong ®ã ∂ = r∂ z M . Cuèi cïng nhËn ®−îc ∂ ThÕ ®¹i l−îng nμy vμo c«ng thøc (3.10), ta ®−îc ∂V M 3 kMr F = = sin 2 z M . (3.15) 3 Mr 2  1 r∂z M 2 D M3 = k 3  cos 2 z M −  . VM (3.12) 2 DM  3 Chóng ta quy −íc xem c¸c lùc lμ d−¬ng nÕu chóng §èi víi MÆt Trêi dÔ d¹ng nhËn ®−îc mét biÓu thøc h−íng tõ t©m Tr¸i §Êt vμ vÒ phÝa tinh tó. t−¬ng tù nh− (3.12) nÕu lÆp l¹i nh÷ng lËp luËn nh− trªn: 2kMr Khi z M = 0 Fr = F = 0 , th× vμ 3 Sr 2  1 3 DM V S = k 3  cos 2 z S −  , 2 DS  3 tøc lùc th¼ng ®øng cùc ®¹i, h−íng tõ t©m Tr¸i §Êt ra, cßn ë ®©y S − khèi l−îng MÆt Trêi, DS − kho¶ng c¸ch tõ t©m thμnh phÇn ph−¬ng ngang b»ng kh«ng. Tr¸i §Êt ®Õn MÆt Trêi, z S − kho¶ng thiªn ®Ønh cña MÆt kMr Khi z M = 90  th× F = 0 , Fr = − vμ Trêi ®èi víi ®iÓm P . 3 DM tøc thμnh phÇn ph−¬ng ngang b»ng kh«ng, cßn thμnh phÇn 3.1.3. Lùc t¹o triÒu th¼ng ®øng hai lÇn nhá h¬n so víi gi¸ trÞ cña nã khi z M = 0 Tõ biÓu thøc cña hμm thÕ vÞ lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng vμ h−íng tõ ngoμi vμo t©m Tr¸i §Êt. (3.12), dÔ dμng x¸c ®Þnh c¸c thμnh phÇn cña lùc nμy b»ng c¸ch lÊy c¸c ®¹o hμm. Ta sÏ t×m c¸c thμnh phÇn lùc trªn 211 212
3 kMr h¬n thÕ vÞ lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng, nªn gi¸ trÞ c¸c thμnh khi z M = 45  . Lùc F sÏ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i F = 3 2 DM phÇn lùc còng sÏ nhá h¬n ®óng ngÇn Êy lÇn. Fr = 0 khi z M = 54  . DÔ dμng theo dâi sù biÕn thiªn cña c¸c Nh− vËy, chóng ta ®i ®Õn kÕt luËn r»ng c¶ hai thμnh phÇn lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi ®Òu rÊt nhá so lùc khi z M cã trÞ sè thuéc c¸c cung phÇn t− kh¸c. víi lùc träng tr−êng. Do ®ã, c¸c thμnh phÇn ph−¬ng th¼ng VËy trÞ sè lín nhÊt cña thμnh phÇn th¼ng ®øng b»ng ®øng cña c¸c lùc chØ cã kh¶ n¨ng lμm biÕn ®æi träng lùc mét 2kMr 3 kMr vμ cña thμnh phÇn ph−¬ng ngang b»ng . chót vμ kh«ng thÓ lμ nguyªn nh©n g©y nªn nh÷ng chuyÓn 3 3 2 DM DM ®éng n−íc ®¹i d−¬ng m¹nh mÏ nh− chóng ta ®· thÊy. E Chóng ta sÏ so s¸nh nh÷ng trÞ sè nμy víi träng lùc g = k 2 . Ng−îc l¹i, thμnh phÇn ph−¬ng ngang t¸c ®éng trong mÆt r ph¼ng ngang kh«ng cã mÆt lùc träng tr−êng nªn nã cã thÓ ë ®©y, chóng ta sÏ kh«ng tÝnh ®Õn lùc ly t©m. Khi ®ã g©y ra nh÷ng di chuyÓn ®¸ng kÓ cña c¸c phÇn tö n−íc vμ gr 2 k= vμ nÕu thÕ k vμo c¸c biÓu thøc (3.14) vμ (3.15), xem lμm xuÊt hiÖn thñy triÒu ë ®¹i d−¬ng. E M / E ≈ 1 / 80 , D M ≈ 60 r , ta ®−îc 3.2. C¬ së lý thuyÕt tÜnh häc vÒ thñy triÒu 2 gr 3 M 3 gr 3 M g g Fr = ≈ F = ≈ vμ . 3 3 9 000 000 2 D M E 12 000 000 DM E Lý thuyÕt thñy triÒu ®Çu tiªn do Niut¬n x©y dùng vμ ®−îc gäi lμ thuyÕt thñy triÒu c©n b»ng, hay thuyÕt thñy Tõ ®©y thÊy r»ng, c¸c thμnh phÇn cña lùc t¹o triÒu rÊt triÒu tÜnh häc. C¬ së cña thuyÕt nμy lμ nh÷ng tiªn ®Ò sau: nhá so víi träng lùc. 1) mÆt Tr¸i §Êt ë kh¾p n¬i ®−îc bao phñ bëi ®¹i d−¬ng NÕu so s¸nh c¸c hμm thÕ vÞ lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng cã ®é s©u v« h¹n; vμ cña MÆt Trêi (3.12) vμ (3.13), dÔ dμng nhËn ®−îc 2) Tr¸i §Êt lμ vËt thÓ r¾n tuyÖt ®èi (thuyÕt nμy bá qua 3 V M MDS = = 2,172 . 3 VS nh÷ng biÕn d¹ng ®μn håi cña vá Tr¸i §Êt); SD M 3) n−íc lμ chÊt láng kh«ng nhít vμ kh«ng qu¸n tÝnh. V× gi¸ trÞ thÕ vÞ lùc t¹o triÒu MÆt Trêi 2,172 lÇn nhá 213 214
Trªn c¬ së nh÷ng tiªn ®Ò nμy, ®· gi¶ thiÕt r»ng ®¹i t¸c ®éng cña thÕ vÞ lùc trong lý thuyÕt tÜnh häc. ThÕ vÕ tr¸i cña biÓu thøc (3.17) vμo biÓu thøc (3.18) thay cho V M + S vμ d−¬ng cã kh¶ n¨ng ph¶n øng tøc thêi víi t¸c ®éng cña lùc t¹o triÒu, tøc hiÖu thÕ vÞ cña träng lùc ë mùc n−íc biÓn kE thay cho g , ta ®−îc r2 trung b×nh vμ mùc thñy triÒu t¹i mäi thêi ®iÓm cÇn ph¶i b»ng thÕ vÞ lùc t¹o triÒu, nghÜa lμ t¹i mäi thêi ®iÓm ph¶i 3 M r4  1 3 S r4  1 2 2 hM + S =  cos z M −  +  cos z S −  . (3.19) tháa m·n sù c©n b»ng c¸c lùc. 3 3 2 E DM  3  2 E DS  3 D−íi d¹ng gi¶i tÝch, ®iÒu kiÖn nμy ®−îc viÕt nh− sau: BiÓu thøc nμy kh«ng thuËn tiÖn cho viÖc sö dông thùc tÕ, kE kE bëi v× kho¶ng thiªn ®Ønh cña tinh tó biÕn thiªn ë mçi ®iÓm − = r + hM + S r theo quy luËt phøc t¹p, lμ hμm cña nhiÒu ®èi sè: vÜ ®é ®iÓm quan tr¾c ϕ , ®é xÝch vÜ cña tinh tó δ vμ gãc giê cña tinh tó 3 kMr 2  1  3 kSr 2  1 2 2 =  cos z M −  +  cos z S −  . (3.16) 3 3 2 DM  3  2 DS  3 A. Tõ l−îng gi¸c cÇu ®−îc biÕt r»ng Sè h¹ng thø nhÊt ë vÕ tr¸i chØ thÕ vÞ träng lùc ë mùc trung b×nh, sè h¹ng thø hai − ë mùc thñy triÒu, hM + S − ®é cos Z = sin ϕ sin δ + cos ϕ cos δ cos A . (3.20) d©ng mùc n−íc thñy triÒu trªn mùc n−íc trung b×nh. ThÕ c¸c gi¸ trÞ t−¬ng øng cña cos Z tõ (3.20) vμo biÓu §Ó ý r»ng hM + S
®èi sè δ M , DM , δ S vμ DS . V× AM thay ®æi víi chu kú mét 3 S r 4  (1 − 3 sin 2 δ S )(1 − 3 sin 2 ϕ ) + + 3 2 E DS  6 ngμy MÆt Tr¨ng 24 giê 50 phót, cßn AS − víi chu kú 24 giê,  nªn c¸c sè h¹ng thø hai cña biÓu thøc (3.21) chøng tá sù  1 1 sin 2ϕ sin 2δ S cos AS + cos 2 ϕ cos 2 δ S cos AS  . + (3.21) 2 2  hiÖn diÖn c¸c thñy triÒu toμn nhËt trong ®¹i d−¬ng víi ®iÒu kiÖn δ M vμ δ S kh«ng b»ng kh«ng. Trong ®ã c¸c chu kú cña Ta xem xÐt biÓu thøc nμy mét c¸ch chi tiÕt h¬n. Tr−íc thñy triÒu toμn nhËt MÆt Tr¨ng vμ thñy triÒu toμn nhËt hÕt, theo lý thuyÕt tÜnh häc, thñy triÒu trong ®¹i d−¬ng MÆt Trêi kh«ng liªn quan lÉn nhau vμ c¸c biªn ®é cña ph¶i lμ mét hiÖn t−îng phøc t¹p, gåm tæng cña c¸c dao ®éng chóng tuÇn tù phô thuéc vμo δ M , DM , δ S vμ DS . víi chu kú kh¸c nhau. NÕu chó ý tíi nh÷ng sè h¹ng thø nhÊt trong c¸c dÊu ngoÆc vu«ng, ta thÊy gi¸ trÞ cña chóng Cuèi cïng, nh÷ng sè h¹ng cuèi cïng trong c¸c dÊu phô thuéc vμo biÕn thiªn cña δ M , DM , δ S vμ DS . Nh÷ng ®èi ngoÆc vu«ng cho thÊy r»ng trong ®¹i d−¬ng cã mÆt c¸c thñy sè nμy biÕn thiªn chËm. §é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng biÕn ®æi víi triÒu b¸n nhËt MÆt Tr¨ng vμ b¸n nhËt MÆt Trêi, cã c¸c chu chu kú b»ng mét th¸ng chÝ tuyÕn (27,32 ngμy), cßn kho¶ng kú gÇn b»ng nhau, nh−ng kh¸c nhau vμ còng phô thuéc vμo c¸ch gi÷a c¸c t©m Tr¸i §Êt vμ MÆt Tr¨ng biÕn ®æi víi chu c¸c ®é xÝch vÜ cña c¸c tinh tó vμ kho¶ng c¸ch tõ Tr¸i §Êt tíi kú b»ng mét th¸ng dÞ th−êng (27,55 ngμy). Mét c¸ch t−¬ng chóng. øng, δ S biÕn thiªn víi chu kú b»ng mét n¨m thiªn v¨n Nh− vËy, cã thÓ kÕt luËn r»ng, thËm chÝ thñy triÒu MÆt (365,24 ngμy), cßn DS − víi chu kú b»ng mét n¨m dÞ th−êng Tr¨ng − MÆt Trêi tÜnh häc, tøc thñy triÒu ®−îc rót ra tõ nh÷ng quan niÖm rÊt ®¬n gi¶n vμ nh÷ng gi¶ ®Þnh rÊt nh©n (356,26 ngμy). Nh− vËy, tõ biÓu thøc (3.21) suy ra r»ng, t¹o vÒ b¶n chÊt xuÊt hiÖn, nÕu nh− cã thùc sù tån t¹i trong trong ®¹i d−¬ng ph¶i quan tr¾c thÊy thñy triÒu víi c¸c chu ®¹i d−¬ng th× còng lμ mét hiÖn t−îng kh¸ phøc t¹p. §−¬ng kú lín h¬n mét ngμy, gäi lμ c¸c thñy triÒu chu kú dμi. nhiªn, thñy triÒu thùc h×nh thμnh theo nh÷ng quy luËt Sù biÕn thiªn c¸c gi¸ trÞ cña c¸c sè h¹ng thø hai trong phøc t¹p h¬n trong c¸c ®¹i d−¬ng bÞ chia c¾t bëi c¸c lôc ®Þa c¸c dÊu ngoÆc vu«ng ®−îc x¸c ®Þnh tr−íc hÕt bëi sù biÕn víi h×nh d¹ng ®−êng bê vμ ®é s©u kh¸c nhau th× ph¶i lμ thiªn cña gãc giê AM vμ AS cña c¸c tinh tó còng nh− bëi c¸c mét trong nh÷ng hiÖn t−îng phøc t¹p nhÊt trªn Tr¸i §Êt. 217 218
cña Tr¸i §Êt, ë tÊt c¶ c¸c ®iÓm cña nã ph¶i quan s¸t thÊy thñy triÒu b¸n nhËt, ngoμi ra c¸c gi¸ trÞ cùc ®¹i ph¶i ë xÝch ®¹o. Khi t¨ng gãc xÝch vÜ MÆt Tr¨ng, xuÊt hiÖn thμnh phÇn thñy triÒu toμn nhËt, ë c¸c vÜ ®é thÊp thμnh phÇn nμy dÉn tíi triÒu sai ngμy vÒ c¸c ®é cao triÒu cùc ®¹i, cßn ë c¸c vÜ ®é trung n×nh, nã dÉn tíi nhËt triÒu khi gi¸ trÞ ®é xÝch vÜ cùc ®¹i. Bøc tranh sÏ phøc t¹p h¬n nhiÒu nÕu ®ång thêi xem xÐt c¶ hai ellipsoit xoay cña thñy triÒu MÆt Tr¨ng vμ thñy triÒu MÆt Trêi. Trong thùc tÕ, bÒ mÆt ®¹i d−¬ng d−íi t¸c ®éng lùc t¹o triÒu kh«ng cã h×nh d¹ng c©n b»ng, tuy nhiªn thuyÕt tÜnh H×nh 3.5. Tæ hîp mÆt häc ®· cho phÐp gi¶i thÝch nhiÒu quy luËt biÓu hiÖn thñy ellipsoit xoay cña thñy triÒu triÒu trªn Tr¸i §Êt. Gi¸ trÞ cña thuyÕt nμy trong nghiªn MÆt Tr¨ng t¹i gãc xÝch vÜ MÆt Tr¨ng b»ng 0 (a) vμ gãc cøu thñy triÒu trªn Tr¸i §Êt rÊt lín. D−íi ®©y chóng ta sÏ xÝch vÜ nam cùc ®¹i (b) xem nh÷ng quy luËt biÓu hiÖn thñy triÒu nμo cã thÓ gi¶i thÝch ®−îc b»ng lý thuyÕt nμy, cßn nh÷ng quy luËt nμo th× B©y giê ta xÐt mùc n−íc ®¹i d−¬ng sÏ biÕn d¹ng nh− kh«ng thÓ gi¶i thÝch ®−îc. thÕ nμo trong thñy triÒu tÜnh häc. DÔ dμng thÊy r»ng, c¸c sè h¹ng ë vÕ ph¶i biÓu thøc (3.19) x¸c ®Þnh c¸c mÆt c©n b»ng lμ nh÷ng ellipsoit xoay cã c¸c trôc lín h−íng tíi phÝa tinh 3.3. §Æc tr−ng tæng qu¸t vÒ thñy triÒu tó. ThÝ dô, trªn h×nh 3.5 biÓu diÔn c¸c thiÕt diÖn mÆt ellipsoit xoay cña thñy triÒu MÆt Tr¨ng khi gãc xÝch vÜ MÆt 3.3.1. C¸c yÕu tè thñy triÒu chÝnh vμ c¸c chuyªn tõ Tr¨ng b»ng 0 vμ b»ng cùc ®¹i ë phÝa nam. H×nh vÏ minh Thñy triÒu lªn lμ sù d©ng mùc n−íc so víi vÞ trÝ trung häa rÊt tèt biÓu thøc (3.21). Khi δ M = 0 , do hÖ qu¶ sù xoay b×nh cña nã khi sãng triÒu ®i qua, cßn thñy triÒu xuèng − sù 219 220
h¹ thÊp cña mùc n−íc. Trong c¸c dao ®éng mùc n−íc trong ®ã mùc n−íc d©ng lªn tõ n−íc rßng tíi n−íc lín. sãng triÒu ng−êi ta ph©n biÖt mét lo¹t c¸c yÕu tè ®Æc tr−ng (h×nh 3.6). N−íc lín lμ mùc n−íc cùc ®¹i trong kho¶ng thêi gian mét chu kú dao ®éng triÒu, cßn n−íc rßng − mùc n−íc cùc tiÓu trong kho¶ng thêi gian ®ã. Chu kú triÒu − kho¶ng thêi gian gi÷a hai n−íc lín hoÆc hai n−íc rßng liªn tiÕp nhau. §é cao thñy triÒu − vÞ trÝ mùc n−íc thñy triÒu so víi sè kh«ng ®é s©u, sè kh«ng ®é s©u − mùc n−íc thÊp nhÊt cã thÓ theo c¸c nguyªn nh©n thiªn v¨n; hNL − ®é cao n−íc lín, hNR − ®é cao n−íc rßng. Biªn ®é triÒu − hiÖu gi÷a ®é cao n−íc lín hay n−íc rßng vμ mùc n−íc trung b×nh, viÖc x¸c ®Þnh mùc n−íc trung b×nh sÏ ®−îc xem xÐt ë mét môc sau ®©y. §é lín triÒu B − hiÖu c¸c mùc n−íc lín vμ n−íc rßng l©n cËn nhau: B = hNL − hNR . Thêi gian n−íc lín t NL − thêi ®iÓm xuÊt hiÖn n−íc lín, thêi gian n−íc rßng t NR − thêi ®iÓm xuÊt hiÖn n−íc rßng. H×nh 3.6. C¸c yÕu tè thñy triÒu (a − thñy triÒu ®Òu, b − thñy triÒu hçn hîp) Thêi gian d©ng mùc n−íc Td − kho¶ng thêi gian trong 221 222
Thêi gian rót mùc n−íc Tr − kho¶ng thêi gian trong ®ã lín cña mét ngμy, gäi ®é cao n−íc lín thÊp lμ hNLT . mùc n−íc gi¶m tíi n−íc rßng. N−íc rßng cao, NRC − n−íc rßng cao h¬n trong hai n−íc Thêi gian n−íc ®øng TC − kho¶ng thêi gian trong ®ã rßng cña mét ngμy. N−íc rßng thÊp, NRT − n−íc rßng thÊp h¬n trong hai mùc n−íc ®¹t tíi ®é cao nhÊt ®Þnh vμ dõng l¹i. n−íc rßng cña mét ngμy. NguyÖt kho¶ng TL − hiÖu gi÷a thêi ®iÓm th−îng ®Ønh Biªn ®é lín thñy triÒu trong mét ngμy A = hNLC − A0 . MÆt Tr¨ng trªn kinh tuyÕn ®iÓm quan tr¾c vμ thêi ®iÓm xuÊt hiÖn n−íc lín gÇn nhÊt. Biªn ®é nhá thñy triÒu trong mét ngμy a = hNLT − A0 . Giê thùc dông trung b×nh − trung b×nh cña c¸c nguyÖt §é lín thñy triÒu lín trong mét ngμy B = hNLC − hNRT . kho¶ng trong nöa th¸ng MÆt Tr¨ng. §é lín thñy triÒu nhá trong mét ngμy b = hNLT − hNRC . Giê thùc dông cña c¶ng − trung b×nh cña c¸c nguyÖt kho¶ng øng víi ®iÒu kiÖn kho¶ng c¸ch trung b×nh tõ Tr¸i 3.3.2. Ph©n lo¹i thñy triÒu §Êt tíi MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi vμ ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng vμ Quan tr¾c dao ®éng mùc n−íc cho thÊy ®Æc ®iÓm c¸c MÆt Trêi b»ng kh«ng. hiÖn t−îng triÒu ë c¸c biÓn vμ ®¹i d−¬ng rÊt ®a d¹ng. Tuy Tuy nhiªn, thñy triÒu biÓu diÔn trªn h×nh 3.6a th−êng nhiªn, trong sù ®a d¹ng ®ã cã thÓ ph©n chia c¸c dao ®éng Ýt gÆp thÊy. Phæ biÕn nhÊt lμ thñy triÒu trong ®ã c¸c n−íc thñy triÒu thμnh mét sè kiÓu (h×nh 3.7). lín vμ c¸c n−íc rßng l©n cËn kh«ng b»ng nhau vμ thêi gian Thñy triÒu b¸n nhËt. Chu kú dao ®éng trong thñy d©ng vμ rót n−íc kh«ng nh− nhau (h×nh 3.6b). Trong triÒu b¸n nhËt b»ng nöa ngμy MÆt Tr¨ng, tøc 12 giê 25 tr−êng hîp nμy cÇn ®−a ra nh÷ng chuyªn tõ bæ sung d−íi phót. Thêi gian d©ng vμ thêi gian rót mùc n−íc gÇn b»ng ®©y. nhau, kh¸c biÖt vÒ c¸c ®é cao c¸c n−íc lín l©n cËn hay c¸c N−íc lín cao, NLC − n−íc lín cao h¬n trong hai n−íc n−íc rßng l©n cËn kh«ng nhiÒu vμ biÕn tr×nh mùc n−íc gÇn lín cña mét ngμy, gäi ®é cao n−íc lín cao lμ hNLC . gièng h×nh sin. Biªn ®é thñy triÒu biÕn thiªn trong th¸ng N−íc lín thÊp, NLT − n−íc lín thÊp h¬n trong hai n−íc tr−íc hÕt theo pha MÆt Tr¨ng: biªn ®é cùc ®¹i vμo thêi gian 223 224
c¸c ngμy tr¨ng trßn vμ tr¨ng non, cùc tiÓu khi MÆt Tr¨ng lμ cμng t¨ng nÕu ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng t¨ng lªn vμ ®¹t gi¸ n»m ë cung phÇn t− thø nhÊt vμ thø ba. trÞ lín nhÊt vμo nh÷ng ngμy ®é xÝch vÜ cùc ®¹i. Thñy triÒu lo¹i nμy gièng víi thñy triÒu b¸n nhËt nhÊt vμo thêi kú MÆt Thñy triÒu toμn nhËt. Chu kú dao ®éng mùc n−íc Tr¨ng chuyÓn qua mÆt ph¼ng xÝch ®¹o. trong thñy triÒu toμn nhËt b»ng mét ngμy MÆt Tr¨ng, tøc Thñy triÒu toμn nhËt kh«ng ®Òu gièng víi thñy triÒu 24 giê 50 phót. Thêi gian d©ng vμ rót mùc n−íc còng gÇn toμn nhËt vÒ tÝnh chÊt. Vμo nh÷ng thêi ®iÓm ®é xÝch vÜ MÆt b»ng nhau nh− trong thñy triÒu b¸n nhËt. Kh¸c biÖt vÒ c¸c Tr¨ng cùc ®¹i th× thñy triÒu mang tÝnh chÊt toμn nhËt ®iÓn ®é cao c¸c n−íc lín l©n cËn hay c¸c n−íc rßng l©n cËn h×nh, trong ®ã th−êng quan s¸t thÊy n−íc ®øng. Khi MÆt kh«ng lín, Ýt ra lμ trong phÇn lín thêi gian mét th¸ng MÆt Tr¨ng chuyÓn qua mÆt ph¼ng xÝch ®¹o xuÊt hiÖn n−íc lín Tr¨ng. D¹ng cña biÕn tr×nh mùc n−íc còng gÇn gièng h×nh thø hai trong ngμy vμ thÊy tÝnh chÊt thñy triÒu b¸n nhËt sin. Biªn ®é phô thuéc vμo ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng vμ th−êng trong mét sè ngμy, nh−ng biªn ®é thñy triÒu trong tr−êng lín nhÊt t¹i hoÆc sau c¸c thêi ®iÓm ®é xÝch vÜ b¾c hoÆc nam hîp ®ã rÊt nhá. cùc ®¹i. C¸c thñy triÒu dÞ th−êng. §ã lμ c¸c kiÓu thñy triÒu Vμo c¸c thêi kú MÆt Tr¨ng ®i qua xÝch ®¹o Tr¸i §Êt hoÆc sau ®ã quan s¸t thÊy xuÊt hiÖn sãng b¸n nhËt trong n−íc n«ng, thñy triÒu b¸n nhËt kÐp, thñy triÒu b¸n nhËt thÞ biÕn tr×nh mùc n−íc. Biªn ®é dao ®éng mùc n−íc vμo thêi sai vμ thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi. C¸c kiÓu thñy triÒu kú nμy cùc tiÓu. nμy Ýt phæ biÕn vμ chØ thÊy ë mét sè vïng cña §¹i d−¬ng ThÕ giíi. Thñy triÒu hçn hîp. §©y lμ kiÓu thñy triÒu kh¸ phæ NÐt kh¸c biÖt cña thñy triÒu n−íc n«ng lμ kh«ng cã biÕn. Nã chia thμnh hai nhãm: thñy triÒu b¸n nhËt kh«ng tÝnh ®èi xøng gi÷a d©ng vμ rót mùc n−íc. Thêi gian d©ng ®Òu vμ thñy triÒu toμn nhËt kh«ng ®Òu. vμ thêi gian rót mùc n−íc kh¸c nhau nhiÒu. B¶n th©n tªn Thñy triÒu b¸n nhËt kh«ng ®Òu gÇn gièng thñy triÒu gäi nãi lªn r»ng kiÓu thñy triÒu nμy quan s¸t thÊy ë nh÷ng b¸n nhËt. Trong vßng mét th¸ng cã hai n−íc lín vμ hai vïng n−íc n«ng. ThÝ dô, ë c¸c biÓn B¾c H¶i vμ B¹ch H¶i lμ n−íc rßng mét ngμy, song ®é cao c¸c n−íc lín vμ c¸c n−íc ®iÓn h×nh vÒ kiÓu thñy triÒu nμy. §«i khi do ¶nh h−ëng cña rßng l©n cËn kh¸c nhau nhiÒu. Trong ®ã kh¸c biÖt th−êng 225 226
n−íc n«ng m¹nh ®Õn nçi trong biÕn tr×nh thñy triÒu b¸n nhËt xuÊt hiÖn nh÷ng n−íc lín, n−íc rßng phô vμ thñy triÒu trë thμnh b¸n nhËt kÐp. Thñy triÒu nh− vËy cùc kú hiÕm. ThÝ dô, chóng chØ gÆp trong kªnh Anh t¹i c¸c tr¹m Portlen vμ Southemton. Thñy triÒu b¸n nhËt thÞ sai còng rÊt hiÕm thÊy. Trong kiÓu thñy triÒu nμy biªn ®é thñy triÒu b¸n nhËt biÕn thiªn kh«ng tïy thuéc vμo pha MÆt Tr¨ng, tøc víi chu kú nöa th¸ng, mμ tïy thuéc vμo kho¶ng c¸ch tíi MÆt Tr¨ng. Thñy triÒu cùc ®¹i vμo thêi ®iÓm cËn ®iÓm MÆt Tr¨ng vμ cùc tiÓu vμ thêi ®iÓm viÔn ®iÓm. KiÓu thñy triÒu nμy thÊy ë biÓn Bering vμ vÞnh Crest. Chu kú cña thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi b»ng 12 giê. Do ®ã c¸c n−íc lín vμ n−íc rßng lu«n quan s¸t thÊy vμo cïng nh÷ng giê nh− nhau. KiÓu thñy triÒu nμy thÊy ë Kotabaru thuéc ®¶o Bocneo vμ ë Airow thuéc bê nam n−íc óc. H×nh 3.7. C¸c ®−êng cong dao ®éng mùc n−íc trong thñy triÒu b¸n nhËt (Serra-Leon), hçn hîp (Hång C«ng) vμ toμn nhËt (Hßn DÊu) th¸ng 3/1936 N vμ S − ®é xÝch vÜ b¾c vμ nam cùc ®¹i, E − MÆt Tr¨ng ë xÝch ®¹o, A vμ P − viÔn ®iÓm vμ cËn ®iÓm MÆt Tr¨ng 227 228
3.3.3. Nh÷ng quy luËt ®Þa lý cña dao ®éng mùc n−íc thñy triÒu VÒ nh÷ng quy luËt thñy triÒu ë c¸c vïng kh¸c nhau cña §¹i d−¬ng ThÕ giíi cã thÓ nhËn xÐt chñ yÕu theo d÷ liÖu H×nh 3.8. TÝnh chÊt vμ ®é lín cùc ®¹i cña thñy triÒu (theo §uvanhin) quan tr¾c t¹i c¸c bê lôc ®Þa vμ ®¶o. N¨m 1960 A. I. §uvanhin ®· tæng quan rÊt nhiÒu quan tr¾c kiÓu ®ã vμ lËp ra b¶n ®å tÝnh chÊt vμ ®é lín cùc ®¹i cña thñy triÒu (h×nh 3.8). Tõ h×nh (3.8) thÊy r»ng thñy triÒu b¸n nhËt thèng trÞ trªn §¹i d−¬ng ThÕ giíi. Nã quan tr¾c thÊy hÇu nh− ë mäi vïng bê §¹i T©y D−¬ng, Ên §é D−¬ng, B¾c B¨ng D−¬ng, trõ mét vμi ngo¹i lÖ kh«ng lín. Thñy triÒu lo¹i hçn hîp ®Æc tr−ng cho c¸c vïng bê Th¸i B×nh D−¬ng vμ theo c¸c d÷ liÖu quan tr¾c nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ë vïng bê Nam Cùc. Thñy triÒu toμn nhËt Ýt phæ biÕn nhÊt. Nã quan tr¾c thÊy chñ yÕu ë khu vùc t©y nam cña Th¸i B×nh D−¬ng, vÞnh Mªhic«, mét ®o¹n ng¾n bê t©y nam n−íc óc, trong biÓn ¤kh«t. §é lín thñy triÒu, nh− ®· thÊy tõ h×nh 3.8, phô thuéc vμo h×nh d¹ng ®−êng bê: trong c¸c vÞnh vμ eo hÑp, ®é lín thñy triÒu th−êng lín h¬n râ rÖt so víi ë c¸c vïng bê tho¸ng. Th«ng th−êng ë c¸c ®¶o thÊy thñy triÒu t−¬ng ®èi yÕu (0,5−1,0 m). Thñy triÒu lín nhÊt, nh− ®· nãi, ®−îc thÊy ë vÞnh Fun®y thuéc bê phÝa ®«ng B¾c Mü (18 m), mòi t©y 229 230
nam ®¶o Baphin (15,6 m). Thñy triÒu rÊt lín ®−îc thÊy ë bê kªnh Anh, bê t©y n−íc Anh vμ ë vÞnh Aliaska, bê ®«ng nam Nam Mü, vïng ®«ng b¾c biÓn ¶ RËp vμ bê t©y b¾c n−íc óc (10−15 m). Däc bê n−íc Nga, thñy triÒu lín nhÊt quan tr¾c ®−îc ë vÞnh Mezen (10,0 m) vμ vòng Pengin (12,9 m). Nãi chung, thñy triÒu lín nhÊt quan tr¾c ®−îc ë bê b¾c b¸n ®¶o Konsky, vïng bê b¸n ®¶o Kanhin vμ bê b¾c biÓn ¤kh«t (4−7 m). Trong biÓn Kar¬, hÇu nh− kh«ng n¬i nμo cã thñy triÒu v−ît qu¸ 1,0 m, cßn ë khu vùc phÝa ®«ng thñy vùc B¾c Cùc 0,3 m. Däc vïng bê biÓn Bering, thñy triÒu b»ng gÇn 2,0 m. Däc bê biÓn Baltic dao ®éng mùc n−íc thñy triÒu kh«ng qu¸ mét sè cm. 3.4. TriÒu sai H×nh 3.9. Sù xuÊt hiÖn triÒu sai ngμy 3.4.1. TriÒu sai ngμy TriÒu sai ngμy xuÊt hiÖn do hÖ qu¶ céng hai dao ®éng Chóng ta ®· lμm quen víi triÒu sai ngμy ë môc tr−íc, v× víi nhau: dao ®éng b¸n nhËt vμ toμn nhËt (h×nh 3.9). Cßn nã ®Æc tr−ng cho sù kh«ng b»ng nhau vÒ ®é cao cña hai nh÷ng biÕn thiªn vÒ t−¬ng quan gi÷a c¸c biªn ®é cña nh÷ng n−íc lín vμ hai n−íc rßng kÕ tiÕp nhau trong vßng mét sãng nμy víi chu kú nöa th¸ng vμ nöa n¨m th× dÉn tíi sù ngμy vμ sù kh«ng b»ng nhau vÒ thêi gian d©ng vμ rót mùc biÕn thiªn cña triÒu sai ngμy theo thêi gian. NÕu chó ý tíi n−íc. §−¬ng nhiªn, triÒu sai ngμy chØ cã ý nghÜa ®èi víi c«ng thøc (3.21), sÏ thÊy r»ng c¸c biªn ®é sãng thñy triÒu thñy triÒu b¸n nhËt vμ thñy triÒu hçn hîp. b¸n nhËt vμ toμn nhËt phô thuéc tr−íc hÕt vμo ®é xÝch vÜ 231 232
cña c¸c tinh tó. Vμ nÕu nhí l¹i r»ng thñy triÒu MÆt Tr¨ng 3.4.2. TriÒu sai pha (nöa th¸ng) lín h¬n thñy triÒu MÆt Trêi h¬n hai lÇn, th× cã thÓ cho r»ng Víi cïng ®é xÝch vÜ cña MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi, cø hai triÒu sai ngμy ph¶i phô thuéc tr−íc hÕt vμo ®é xÝch vÜ MÆt lÇn trong thêi gian mét th¸ng MÆt Tr¨ng syno®ic th× MÆt Tr¨ng, tøc t¨ng dÇn khi t¨ng ®é xÝch vÜ. Tr¨ng, MÆt Trêi vμ t©m Tr¸i §Êt l¹i n»m trªn mét ®−êng TriÒu sai ngμy ®Æc tr−ng cho phÇn lín c¸c tr¹m trªn th¼ng. §iÒu ®ã x¶y ra vμo thêi ®iÓm tr¨ng trßn vμ tr¨ng §¹i d−¬ng ThÕ giíi, bëi v× thñy triÒu b¸n nhËt ®Òu lý t−ëng non. T¸c ®éng cña c¸c lùc t¹o triÒu MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi hÇu nh− kh«ng gÆp thÊy. §−îc biÕt r»ng, thñy triÒu b¸n trong tr−êng hîp nμy céng l¹i víi nhau (c¸c trôc lín cña nhËt ®Òu gÇn lý t−ëng quan tr¾c ®−îc ë Boston, vÞnh nh÷ng ellipsoit xoay cña MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi trïng víi Konski, trªn ®¶o Zanziba vμ mét lo¹t tr¹m kh¸c. Nh− nhau). Do kÕt qu¶ céng c¸c biªn ®é cña thñy triÒu b¸n nhËt chóng t«i ®· nãi, thñy triÒu toμn nhËt thuÇn tóy còng cùc MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi mμ thñy triÒu tæng cã biªn ®é cùc kú hiÕm. ®¹i. Thñy triÒu nh− vËy ®−îc gäi lμ thñy triÒu sãc väng. Vμo Nh−ng ph¶i l−u ý r»ng, trong ®¹i d−¬ng thùc triÒu sai c¸c tuÇn tr¨ng thø nhÊt vμ thø ba, c¸c trôc lín cña c¸c ngμy phô thuéc kh«ng chØ vμo nh÷ng nguyªn nh©n thiªn ellipsoit xoay MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi vu«ng gãc víi nhau. v¨n, mμ cßn vμo c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa lý tù nhiªn cña tr¹m Biªn ®é triÒu MÆt Trêi bÞ trõ khái biªn ®é triÒu MÆt Tr¨ng quan tr¾c. vμ thñy triÒu kÕt hîp cã biªn ®é cùc tiÓu. Thñy triÒu nh− vËy ®−îc gäi lμ thñy triÒu trùc thÕ. S¬ ®å chung vÒ vÞ trÝ MÆt TriÒu sai ngμy cßn biÓu hiÖn vÒ thêi gian xuÊt hiÖn Tr¨ng vμ MÆt Trêi vμo c¸c thêi ®iÓm sãc väng vμ trùc thÕ vμ n−íc lín thñy triÒu t−¬ng øng so víi c¸c thêi ®iÓm th−îng sù h×nh thμnh triÒu sai pha ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 3.10. ®Ønh trªn vμ d−íi cña MÆt Tr¨ng, tøc hai nguyÖt kho¶ng l©n cËn kh«ng b»ng nhau. Kho¶ng thêi gian gi÷a c¸c thêi ®iÓm th−îng ®Ønh ®ång thêi cña MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi trªn kinh tuyÕn cña ng−êi Nh− sÏ thÊy trong phÇn tr×nh bμy tiÕp sau nμy, triÒu quan s¸t ®−îc gäi lμ th¸ng MÆt Tr¨ng syno®ic. §é dμi cña sai ngμy liªn quan mËt thiÕt víi triÒu sai chÝ tuyÕn vμ triÒu mét th¸ng MÆt Tr¨ng syno®ic lμ 29,53 ngμy MÆt Trêi. Do sai pha. ®ã, chu kú cña triÒu sai pha sÏ b»ng 14,77 ngμy MÆt Trêi, v× 233 234
vËy mμ ng−êi ta gäi triÒu sai nμy lμ triÒu sai nöa th¸ng. TriÒu sai pha biÓu hiÖn ë sù biÕn ®æi kh«ng chØ cña c¸c biªn ®é thñy triÒu, mμ c¶ c¸c thêi ®iÓm xuÊt hiÖn n−íc lín vμ n−íc rßng cña thñy triÒu. Trong ®ã n−íc lín gi÷a kú sãc väng vμ kú trùc thÕ sÏ xuÊt hiÖn muén mét chót so víi gi÷a kú trùc thÕ vμ kú sãc väng míi. TriÒu sai pha cña thñy triÒu b¸n nhËt cã thÓ gi¶i thÝch b»ng mét c¸ch h¬i kh¸c. Chóng ta biÕt r»ng chu kú cña thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi b»ng ®óng nöa ngμy MÆt Trêi, tøc 12 giê. Chu kú thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Tr¨ng b»ng nöa ngμy MÆt Tr¨ng, tøc 12 giê 25 phót. KÕt qu¶ lμ t¹i ®iÓm ®ang xÐt thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi sÏ x¶y ra vμo cïng mét giê ë c¸c ngμy, trong khi n−íc lín thñy triÒu b¸n nhËt MÆt Trêi sÏ xª dÞch vÒ thêi gian mçi ngμy lμ 50 phót. DÔ hiÓu r»ng khi c¸c pha thñy triÒu trïng nhau, th× thñy triÒu tæng céng sÏ cã biªn ®é cùc ®¹i, cßn khi c¸c pha ng−îc nhau, th× biªn ®é thñy triÒu tæng céng sÏ cùc tiÓu (h×nh 3.10b). NÕu xuÊt ph¸t tõ t−¬ng quan thÕ vÞ lùc t¹o triÒu cña MÆt Tr¨ng vμ MÆt Trêi, th× triÒu sãc väng ph¶i lín h¬n triÒu trùc thÕ kho¶ng 2,7 lÇn. Theo d÷ liÖu kh¶o s¸t, tû sè nμy biÕn thiªn tõ 2,0 ®Õn 4,0, c¸c trÞ sè lín h¬n rÊt Ýt gÆp. H×nh 3.10. VÞ trÝ t−¬ng ®èi cña MÆt Trêi, MÆt Tr¨ng vμ Tr¸i §Êt trong c¸c ngμy sãc väng vμ trùc thÕ (a) vμ s¬ ®å h×nh thμnh thñy triÒu b¸n nhËt sãc väng vμ trùc thÕ (b) 235 236
TriÒu sai pha cßn ®Æc tr−ng b»ng tuæi b¸n nhËt triÒu. vÜ MÆt Tr¨ng lín nhÊt. Thñy triÒu nhËt ph©n lμ thñy triÒu Tuæi b¸n nhËt triÒu lμ kho¶ng thêi gian tõ thêi gian kú quan s¸t ®−îc khi ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng b»ng kh«ng. ë tr¨ng trßn hay tr¨ng non ®Õn thêi gian biªn ®é triÒu sãc tr−êng hîp thø nhÊt nhËn thÊy triÒu sai ngμy biÓu hiÖn râ väng lín nhÊt diÔn ra sau ®ã. Nh− vËy, tuæi b¸n nhËt triÒu nhÊt, ë tr−êng hîp thø hai − kh«ng cã triÒu sai ngμy. cho thÊy sù trÔ cña triÒu sai so víi thêi ®iÓm nguyªn nh©n Trªn h×nh 3.7 nh÷ng biÕn thiªn triÒu sai ngμy ®Æc biÖt thiªn v¨n cña nã. Theo d÷ liÖu quan tr¾c, tuæi b¸n nhËt râ trªn ®−êng cong thø hai kÓ tõ trªn xuèng − biÓu diÔn triÒu dao ®éng trong kho¶ng réng, tõ − 7,5 ®Õn 7,5 ngμy. thñy triÒu ë Hång K«ng. ë ®©y thÊy râ triÒu sai ngμy t¨ng Tuy nhiªn, ®a sè tr−êng hîp tuæi b¸n nhËt triÒu lμ d−íi 48 lªn ®ét ngét nh− thÕ nμo khi t¨ng ®é xÝch vÜ cña MÆt Tr¨ng. giê. Sù xuÊt hiÖn triÒu sai ngμy cßn biÓu hiÖn râ trªn h×nh 3.4.3. TriÒu sai chÝ tuyÕn 3.5. Khi ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng b»ng kh«ng, trôc ng¾n cña ellipsoit xoay sÏ trïng víi trôc xoay cña Tr¸i §Êt vμ t¹i mét TriÒu sai chÝ tuyÕn lμ kÕt qu¶ biÕn thiªn biªn ®é thñy ®iÓm cè ®Þnh bÊt kú cña ®¹i d−¬ng sÏ kh«ng quan s¸t thÊy triÒu toμn nhËt MÆt Tr¨ng do biÕn thiªn ®é xÝch vÜ MÆt triÒu sai ngμy. Cßn khi ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng cùc ®¹i (xem Tr¨ng. Theo thuyÕt tÜnh häc, thñy triÒu MÆt Tr¨ng b¸n h×nh 3.5b), cïng mét ®iÓm, trong khi dÞch chuyÓn do sù nhËt ®Òu chØ x¶y ra khi ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng b»ng kh«ng xoay trong ngμy cña Tr¸i §Êt t−¬ng ®èi so víi ellipsoit (nhí l¹i h×nh 3.5). Tuy nhiªn, ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng thay ®æi triÒu, sÏ tuÇn tù ®i qua ®Çu tiªn lμ khu vùc chªnh lÖch mùc vÒ trung b×nh tõ 23o27’ vÜ b¾c ®Õn 23o27’ vÜ nam. NÕu MÆt n−íc cùc ®¹i so víi mùc trung b×nh, sau ®ã ®Õn khu vùc Tr¨ng kh«ng n»m trong mÆt ph¼ng xÝch ®¹o, th× xuÊt hiÖn chªnh lÖch cùc tiÓu, vμ sau ®ã l¹i ®Õn khu vùc chªnh lÖch thñy triÒu MÆt Tr¨ng toμn nhËt vμ hÖ qu¶ lμ triÒu sai ngμy cùc ®¹i. cña thñy triÒu tæng céng vÒ ®é cao vμ thêi gian. Cßn ®èi víi thñy triÒu toμn nhËt thuÇn tóy, mμ theo lý Dùa vμo biÕn tr×nh triÒu sai ngμy, ng−êi ta chia thñy thuyÕt, ph¶i quan s¸t ®−îc ë c¸c vÜ ®é lín h¬n 90  − δ , th× triÒu thμnh thñy triÒu chÝ tuyÕn vμ thñy triÒu nhËt ph©n. khi t¨ng ®é xÝch vÜ MÆt Tr¨ng, biªn ®é cña nã ph¶i t¨ng lªn Thñy triÒu chÝ tuyÕn lμ thñy triÒu quan s¸t ®−îc khi ®é xÝch vμ ®¹t cùc ®¹i ë thêi ®iÓm ®é xÝch vÜ cùc ®¹i. Trªn h×nh 3.7 237 238