Những hiện t~ợng kiểu thủy triều ở đại d~ơng

t ong r~ờng hợp chu kỳ dao động riêng bằ hu u (1hủy

3.8. Những hiện t~ợng kiểu thủy triều ở đại d~ơng

Thuộc loại các hiện t‡ợng kiểu triều trong đại d‡ơng gồm có những dao động mực n‡ớc liên quan tới chuyển động của các cực Trái Đất v sự xoay không đều đặn của

Trái Đất. Ngay từ cuối thế kỷ 19, đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng trục xoay của Trái Đất không giữ nguyên không đổi trong vật thể Trái Đất, m chuyển động xung quanh trục quán tính chính ngắn nhất, do đó m các cực xoay của Trái Đất vẽ trên mặt Trái Đất một vòng tròn nhỏ gần cực quán tính. Trong đó chuyển động tổng cộng của các cực l tổng của những dao động với chu kỳ 14 tháng gọi l

địa lắc tự do v 12 tháng gọi l địa lắc coỡng bức. Các biên

độ địa lắc tự do của các cực có thể đạt tới còn các dao động c‡ỡng bức tới

liệu ny nhận đ‡ợc trên cơ sở quan trắc chuyển động của các cực bắt đầu từ năm 1899. Ngay J. Darwin đã nhận thấy rằng “nếu trục xoay thay đổi vị trí của nó so với Trái Đất, thì các đại d‡ơng cũng phải đáp lại điều đó bằng cái gì đó đại loại nh‡ thủy triều” v tiếp theo: “nếu nh‡ những di dịch trục l đáng kể, thì đã có một con sóng khổng lồ trn ngập tất cả các lục địa, song trong thực tế những di dịch đó nhỏ nên sóng trong các đại d‡ơng không nhận thấy”. Thực tế những dao động đó rất không đáng kể.

Chúng ta đ‡a ra thế y nên chuyển động của các cực v d

Thế vị của l i Trái Đất xoay đ‡ợc biểu diễn b 0 3 , 0 ′′, tức tới 9 m, 5 1 , 0 ′′, tức 4,5 m. Những số vị lực gâ o đó gây nên “thủy triều cực”.

ực ly tâm xuất hiện trong kh ằng công thức

Θ − = sin 2 1 2 2 r w V , (3.38) trong đó giống nh‡ tr‡ớc đây w− tốc độ góc xoay Trái Đất,

−

r bán kính Trái Đất, Θ− góc phụ tới vĩ độ, tức Θ=90$ −ϕ. Bởi vì do thay đổi vị trí các cực m vĩ độ thay đổi, nên lực gây nên thủy triều sẽ đ‡ợc xác định bằng sự biến đổi của thế vị đó, tức bằng vi phân của biểu thức (3.38) theo vĩ độ: Θ = Θ Θ − = Θ 2 sin2 1 cos sin 2 2 2 2r w r w d dV . (3.39) Thay thế  ký hiệu nh

chính l thế vị của lực lm xuất hiện thủy triều cực, ta đ‡ợc

Θ d bằng ΔΘ v dV th Wp, ở đây Wp ΔΘ − = 2 2 2 1 r w Wp . (3.40) Giá trị ng tính theo các

tọa độ của cực đ‡ợc Cơ quan ốc tế về chuyển động các cực công b

ΔΘ đối với mỗi điểm quan trắc dễ d qu ố đều đặn: λ λ ϕ=xcos +ysin Δ ,

ở đây x− tọa độ vị trí cực theo kinh tuyến Grinvich, theo k uyến 270 hay 90o kinh đông, còn

−

y

inh t λ− kinh độ nơi

quan trắc. Khi đó giá trị cuối cùng của Wp đ‡ợc viết d‡ới dạng

Θ +

−

= ( cos sin )sin2 2 1 2 2 λ λ y x r w Wp . (3.41)

Thấy rằng các chu kỳ của cả địa lắc tự do lẫn của địa lắc c‡ỡng bức rất lớn (12 v 14 tháng), có thể giả thiết rằng những luận điểm của lý thuyết tĩnh học hon ton áp dụng đối với “thủy triều cực”. Khi đó

Θ +

− =

= ( cos sin )sin2

2 2 2 λ λ y x g r w g W hp p . (3.42) Nếu theo công thức ny tính ra độ lớ a “thủy triều cực” có tính tới những dao động cực đại của cực v sự trùng hợp về pha giữa các dao động 14 tháng v dao động năm, thì thu đ‡ợc hpkhông lớn hơn 2 cm. Ta cũng chú ý tới thừa số sin2Θ. Sự hiện diện của nó chứng tỏ rằng các biên độ cực đại của thủy triều cực cần phải quan sát thấy tại 45o vĩ bắc v nam v bằng không tại cực v xích đạọ Nếu nhớ rằng cực chuyển động xung quanh tâm quán tính theo h‡ớng xoay của Trái Đất, chúng ta sẽ có hình dạng sóng nh‡ sau chuyển động từ phía tây sang phía đông ở thời điểm cực giao với kinh tuyến Grinvich: tại 45o

n củ

vĩ bắc của kinh tuyến Gri

nh tuyến 180o, tại 45o

ủy triều cực” cần phải t‡ơng nvich, chúng ta sẽ có đáy sóng, còn tại 45o vĩ nam có đỉnh sóng. Trong khi đó, ng‡ợc lại, trên ki

vĩ bắc sẽ l đỉnh sóng, còn tại 45o vĩ nam l đáy sóng. Dĩ nhiên, hiệu pha trong sóng “th

ứng với hiệu các kinh độ của các điểm quan trắc. Rất nhiều nh nghiên cứu đã nghiên c

“th ữ li ân tích d

liệu của 200 điểm quan trắc trong 14 năm. Kết quả nghiên ứu “thủy triều cực”. Ẹ Ị Sarukhanhian đã nghiên cứu đầy đủ nhất về ủy triều cực” theo d ệu thực địạ Ông đã ph ữ cứu của ông d‡ới dạng tổng quát nhất đ‡ợc dẫn trên các hình 3.19 v 3.20.

Hình 3.19. Trắc di theo kết quả ph

ện sóng địa lắc (biên độ) trên mặt phẳng vĩ h~ớng ân tích quan trắc (1) v† theo dữ liệu tính toán lý thuyết (2) (theo Ẹ Ị Sarukh hian)

n to

định bằng kết quả phân tích quan trắc mực n‡ớc ở đại d‡ơng. V các giá trị của biên độ “thủy triều” cũng khá t‡ơ

ủa mực n‡ớc liên quan tới những dao động của tốc độ xoay Trái Đất. Về Trái Đất không xoay đều đặn mới đ‡ợc biết tới từ nử

Ngy nay, nhờ có các chuẩn thời gian “nguyên tử”, m tốc

hai năm, bốn m‡ơi năm, thế kỷ v những biến thiên không tuần ho

an

Nếu nhìn trên các hình, thấy rằng tất cả những quy luật lý thuyết biến dạng mặt mức cả trên mặt phẳng vĩ h‡ớng lẫn mặt phẳng kinh h‡ớng ho n đ‡ợc khẳng

ng ứng với giá trị tính toán lý thuyết theo thuyết tĩnh học.

Ngoi các dao động “cực”, trong đại d‡ơng còn có thể tồn tại các dao động “xoay” c

a đầu thế kỷ 20. độ xoay của Trái Đất đ‡ợc xác định với độ chính xác rất caọ Đã xác định đ‡ợc những dao động với các chu kỳ nửa tháng v một tháng, nửa năm v một năm, những dao động

n, đột biến của tốc độ xoaỵ

Những dao động tốc độ xoay của Trái Đất dẫn tới những biến đổi ở phần vĩ độ biến thiên trong thế vị lực ly tâm của Trái Đất, nó đ‡ợc biểu diễn bằng ph‡ơng trình

) sin 3 1 ( 6 2 2 2 0 =w r − ϕ U . (3.43)

Hình 3.20. Biến đổi của biên độ “thủy triều cực” tĩnh học với vĩ độ (đ~ờng cong phía d~ới) v† phân bố dọc vĩ độ của biên độ dao động 14 tháng của mực n~ớc trung bình tại các đới trong Đại d~ơng Thế giới (theo Ẹ Ị Sarukhanhian)

Chúng ta sẽ rút ra gia l‡ợng của phần vĩ độ biến thiên của thế vị lực ly tâm gây nên bởi sự biến đổi tốc độ xoay của Trái Đất t‡ơng tự nh‡ đã lm với tr‡ờng hợp “thủy triều cực”. Khi đó, nếu ký hiệu nh ta có biểu thức cho thế

0

U

Δ th Wr, vị lực lm xuất hiện “thủy triều xoay”:

w r w U Ww =Δ = (1−3sin )Δ 3 1 2 2 0 ϕ . (3.44)

V nếu trong tr‡ờng hợp ny cũng áp dụng lý thuyết tĩnh học, thì sự biến thiên mực n‡ớc do biến đổi tốc độ xoay sẽ đ‡ợc xác định bằng biểu thức w r w g g W hw = w = (1−3sin )Δ 3 1 2 2 ϕ . (3.45) Các tính toán thực hiện theo công thức ny cho thấy rằng các biên độ của “thủy triều xoay” nhỏ v không v‡ợt quá

Cả “thủy triều cực” lẫn “th

d‡ơng đều nhỏ, song có nên bỏ qua chúng hoặc chúng có thể đóng vai trò đáng kể trong dao động khí hậu của hệ thống đại d‡ơng− khí quyển hay không, đó l vấn đề m khoa học t‡ơng lai phải trả lờị

5 mm. Đặc điểm của dao động xác định bởi thừa số )

sin 3 1

( − 2ϕ hon ton t‡ơng ứng với đặc điểm của các thủy triều chu kỳ di (xem hình 3.16).