// Вие четете...

Ниво на океана

Как да различим приливите и сейшите?

„Да видиш не означава да знаеш.“

В океанологията се среща задача, да се отнесат наблюдавани колебания на нивото на морето към някой клас от пространствените колебания – към класа на приливите или към сейшите. Съществува мнение, че колебанията от типа на сейшите могат да се идентифицират по наличието на противофазни колебания в две диаметрално противоположни точки на акваторията. Тази гледна точка е използвана, например в „Физика на морето” и „Вероятностен анализ и моделиране на колебанията на нивото на морето”. Не можем да се съгласим с това мнение. За отнасянето на наблюдавани колебания на нивото на морето към класа на сейшите се изискват повече точки на наблюдение и използването на други съотношения между колебанията в тях.

Преди всичко е необходимо да се дадат определения за прилив и сейша, тъй като иначе ще е неизвестно, какво да се търси и кое с какво да се различава. Обикновено се утвърждава, че приливите, това са бягащи вълни, а сейшите са стоящи вълни. Такова тълкование се основава на видимото разпространение на вълните. Често в качеството на механизъм за възникване на сейшите се използват представите за супер позиции на две бягащи в противоположни направления приливни вълни. Такива трактовки за приливите и сейшите по същество указват към възможни обекти за изследвания, но не дават каквито и да са методи за изучаване на тези обекти. Това по скоро е метафора, облекчаваща възприемането.

Тук е уместно да се попита, а какво е това вълна? Авторът се е опитал да намери определение за вълна в океанографската литература. За негово учудване търсенето не е дало резултат! Ако следваме Трусдел, то вълна – това е преместваща се развълнувана повърхност, формата на която не се изменя на интервала на нейната дължина. В такъв случай да се отнасят приливите към вълните не е правилно. В действителност, дължината на приливните вълни по оценка на океанолозите е от порядъка на хиляди километри. В никого не предизвиква съмнение, че в Бяло море съществуват приливи. Дължината на неговата акватория е значително по-малка от дължината на вълните на прилива. Формата на прилива в Бяло море и точково, и по пространство значително се изменя по площта на морето. Например, в района на Гърлото на Бяло море се наблюдават три максимума в денонощието, тогава как на останалата акватория са два, но и тук амплитудата претърпява значителни изменения.

Твърди се, че приливите – това са дълги вълни. Но и тази позиция предизвиква съмнения. На приливните карти на океаните най-голямата фазова скорост на прилива е разположена по крайбрежието на малките дълбочини, а на големите дълбочини, в центъра на океана са разположени амфидромически области с малки фазови скорости. Това обстоятелство напълно противоречи на следствието от теорията за дългите вълни за това, че фазовата скорост на дългите вълни е пропорционална на дълбочината.

Сейшите по-скоро се явяват пространствени колебания, отколкото вълни. Механизмът на възникване на сейшите от супер позицията на приливите изглежда съмнителен.

Всичко това свидетелства за неприемливостта на използването на обичайното тълкуване на приливите и сейшите за техните различия. За практическите цели на различаването е необходимо да има дефиниции за приливите и сейшите от интенсионален тип. С други думи, необходимо е да се даде описание на свойствата и характеристиките на обектите, отделящи определяния в сравнение с другите обекти. Освен това в определенията не следва да се използва думата „вълна”. В действителност, тази дума има свой смисъл, но в нашия случай този смисъл не съответства нито на един от обектите: нито на приливите, нито на сейшите.

Традиционното определение за приливите във вид на „периодически колебания на нивото на океаните и моретата, предизвикани от въздействието на приливо образуващите сили” е малко информативно за целите на определянето на различията между приливите и сейшите. На основата на опита от изследванията на приливите и сейшите може да се даде следното определение, съдържащо основно кинематични свойства за приливите и сейшите.

Приливи – това са пространствено временни колебания на повърхността на акваторията, синхронизирани с орбиталните движения на Луната и Слънцето, и с гладка амплитуда и фаза, както по време, така и по пространство.

Сейши – това е пространствено временни колебания на повърхността на акваторията с гладка амплитуда по пространство и време, и гладка фаза във времето и полето на фазите с разриви (от първи порядък).

Няколко кратки пояснения. От теорията за синхронизация можем да се запознаем от работата „Синхронизация. Фундаментални нелинейни явления”. Свойството гладкост означава непрекъснатост и диференцируемост на разпределението на амплитудата и фазата на колебанията на нивото на морето по пространство и време.

Понятието фаза на приливите и сейшите следва да се разбира в два аспекта: фаза на колебанията в точка и фаза на колебания в пространството. Фаза на колебанията в точка представлява положения повтарящисе в процеса – във времето, във времето на неговия собствен цикъл. С времето фазата в точка се променя в пределите [0,2π). Смисълът на понятието фаза в пространството се състои в това, че в фиксиран момент от време във всяка точка от акваторията, с изключение на амфидромическите, фазата в точка е определена. Разпределението на значенията на фазите в пространството и определят фазата в пространството. Очевидно е, че с течение на времето разпределението на фазите в пространството се изменя.

Кинематичните свойства, влизащи в даденото по-горе определение за приливите и сейшите, не съдържа практически критерии за разделяне на тези типове колебания в явен вид, но от тези критерии може да се направи извод.

От даденото по-горе определение следва, че приливите и сейшите не се различават по свойства на амплитудите на колебания. Поради това полето на амплитудите на колебанията не е информативно за разделението. Информативно е полето на фазите. Полето на фазите се различават по характера на гладкост в пространството. Поради това, следва да търсим критерии на основата на различията в особеностите на свойствата на полето на фазите.

Топологическите методи за анализ на свойствата на полето на фазите водят към следващите резултати.

Фаза на прилива – това е монотонно нарастваща гладка функция както по пространство, така и по време. В полето на фазата на прилива с необходимост трябва да присъства една или няколко амфидромически точки. Това са изолирани точки на сингулярност в полето на фазите. За тези точки не е приложимо понятието „фаза на прилива”. Характерна особеност на приливните колебания се явява това, че разликата във фазите на приливните колебания между две произволни точки, намиращи се на акваторията на една амфидромическа система, не е равна на нула и не е постоянна във времето за акваторията. Във фиксиран момент от време на изофазите на акваторията с приливи представляват веерно разделящи се линии от амфидромическите точки. На окръжностите, проведени в близост до всяка амфидромическа точка, се нанасят цяло число пълни обороти на фазата, тоест n2π, където n = 1,2,… Краищата на изофазите или влизат други амфидромически точки, или под прав ъгъл излизат към бреговата черта. С течение на времето изолиниите с фиксирани значения на фазата, преместващи се по акваторията, като чели се въртят в кръг на амфидромическите точки, не изменяйки направлението на въртене. Изоамплитудите се представят от затворени линии, обкръжаващи амфидромическите точки. Положението на изоамплитудите на акваторията е постоянно във времето. Амплитудата на приливните колебания нараства в направления към бреговата черта. Значенията на нивото на морето във всеки момент от времето се увеличава при отдалечаване от амфидромическите точки. В тези точки амплитудата на прилива е равна на нула.

С отчитане на казаното става ясно, че в тълкованието на прилива като бягаща вълна не явно се вмества мисълта, че изофазите се преместват по акваторията. Именно това създава илюзията за преместване на вълните.

В полето на фазите на сейшите с необходимост присъстват множество амфидромически точки, които са организирани в непрекъсната линия. В океанологията тези линии е прието да се наричат възлови линии. На свой ред, съвкупността от тези линии образуват мрежа в акваторията. Вътре във всяка клетка колебанието на нивото протича синфазно, а колебанията в съседни клетки – в противофаза. Разликата в колебанията между две произволни точки в областта на една клетка е равна на нула. Поради това линиите на изофазите да бъдат изобразени на карта е невъзможно, те някак си са вложени, наредени върху възловите линии. Амплитудата на колебанията в сейшите е равна на нула във възловите линии и максимална в средните клетки на сейшите или на бреговата черта. Типично изоамплитудите образуват затворени линии с форма повтаряща границата на клетките. Положението на изоамплитудите и изофазите в сейшите е постоянно.

Тълкованието за сейшите като стоящи вълни неявно отчита свойствата на пространственото разпределение на фазите на сейшите. Изофазите на сейшите са неподвижни, поради което сейшите и се отнасят към стоящите вълни. Указаното по-горе свойство на полето на фазите на приливите и сейшите са представени на рис. 1-6.

Рис. 1. Схема на акваторията със сейшеви колебания. Рис. 2. Схема на акваторията с приливни колебания. Радиални прави – изофази. В центъра на акваторията – амфидромически точка.

Рис. 3. График на времевия ход на колебанията на височината на нивото в акваторията на рис. 1 в точки 1 – 5.

Рис. 4. График на времевия ход на колебанията на фазите на нивото в акваторията рис. 1 в точките 1-5.

Рис. 5. График на времевия ход на колебанията на височината на нивото в акваторията рис. 2 в точки 1-5.

Рис. 6. График на времевия ход на колебанията на фазите на нивото в акваторията рис. 2 в точките 1-5.

На рис. 1 и 2 са изобразени кръгови акватории със сейши и приливи. Ще отбележим, че такава форма на акватория не ограничава степента на общността на разсъжденията. Границите на всяко море могат да бъдат изобразени с окръжност, използвайки метода на комформното изобразяване. Точките от акваторията съответстват на въображаеми точки за измерване на нивото на морето. На рис. 3 и 5 са представени схеми на колебанията на нивото на морето в съответните точки от акваторията. На рис. 4 и 6 са изобразени схемите за времевото изменение на фазите в същите тези точки. За рисунките е прието, че нула на фазите съответства момента на минималното значение на нивото. Графиките на времевия ход на фазите са представени за удобство на възприемане на периодичните, а не на монотонно нарастващи функции.

Следва особено да отбележим, че ако на рис. 2 изберем положението на точки, съответстващи на положението на точките от рис. 1, то графиките за времевия ход на нивото и фазите ще станат напълно идентични с графиките 3 и 4, и следователно за случая с такова разположение на точките за наблюдения да се отличат сейшите от приливите ще е невъзможно. Освен това, да се отличат сейшите от приливите ще е невъзможно и по разликите в фазите само между две точки за наблюдение. В действителност, за да се наблюдава в тези точки противофазния ход на нивото, за акватория със сейши едната точка трябва да се разположи в една клетка на сейшата, а другата – в съседна. В същото време за акваторията с приливи винаги могат да се намерят две двойки точки (и не една), в които ще се наблюдава противофазния ход на нивото. Това обстоятелство доказва невъзможността на традиционно приетата в океанологията стратегия за различаване на сейшите и приливите по противофазните колебания в две точки.

За решаването на задачата за различаване на сейшите и приливите се изискват безусловно, повече от две точки за наблюдение. Теоретически, за доказателство на това, че колебанията в акваторията има приливен характер, необходимо е като минимум поне три произволно избрани точки за наблюдение. Разликата в фазите на колебанията между всички двойки от точки трябва да е постоянна. Но това ще е справедливо само, ако всички три точки се окажат в областта на действие на една амфидромическа система.

Доказването на наличие на сейши в акваторията е значително по-сложно. В този случай процесът се определя по уникални специфични условия в акваторията. Цялата работа за възможна сложност е в разполагането на мрежата от възловите линии. Необходимо е да се изберат по две точки за наблюдение във всяка клетка. Ако разликата във фазите във всяка двойка точки е равна на нула, а в съседни клетки на мрежата колебанията се намират в противофаза, то в акваторията действа сейша. Но не е ясно, как да се изберат по две точки за наблюдение във всяка клетка, ако положението в мрежата на възловите точки е неизвестно.

Установено е, че по такъв начин, да се направи извод за наличие на сейши, получен на основата на противофазни колебания в две точки в акваторията е неправилен. Различаването на приливите и сейшите по точкови измервания на нивото на морето практически е невъзможно. Но тази задача без проблем се решава по пътя на определянето на пространственото разпределение на фазите на колебанията в акваторията по измерване на височината на нивото на морето с помощта на алтиметрически спътници.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар