a, Hiện tượng thuỷ triều
Dao động của mực nước đại dương có tính chất tuần hoàn dưới tác dụng của lực hấp dẫn vũ trụ - lực hút tương hỗ giữa trái đất, mặt trăng và mặt trời được gọi là thuỷ triều.
Hiện tượng thuỷ triều là chuyền động sóng. Dưới tác dụng của lực tạo triều tuần hoàn, trong đại dương xuất hiện một sóng phức tạp có chu kỳ ứng với chu kỳ của lực nhưng có biên độ và pha khác với của lực. Các hạt nước trong sóng triều chuyển động theo những quĩ đạo có dạng hình elíp với trục kéo dài mạnh theo phương nằm ngang. Người quan sát nhận biết được chuyển động của các hạt theo quĩ đạo của chúng qua các dao động tuần hoàn của mực nước và dòng chảy (dòng triều).
Có thể xem dòng triều như hình chiếu của chuyển động các hạt theo quĩ đạo lên mặt phẳng nằm ngang, còn dao động mực nước như hình chiếu lên trục thẳng đứng. Dòng triều được đặc trưng bằng hai đại lượng: hướng và vận tốc, còn dao động mực nước thể hiện lên hình chiếu theo trục thẳng đứng chỉ một đại lượng: độ cao mực nước. Từ đó ta nhận thấy rằng, cả hai mặt của hiện tượng liên hệ chặt chẽ với nhau, tuy mục đích xem xét dao động mực nước và dòng triều có khác nhau, song chúng đều gắn liền với hoạt động của chế độ thuỷ triều, trong phần này chúng ta xem xét hiện tượng thuỷ triều trên cơ sở các dao động triều của mực nước, về dòng triều đã được nhiên cứu ở phần dòng chảy.
b, Các thuật ngữ và định nghĩa về thuỷ triều
Triều dâng (triều lên) là sự dâng mực nước khi sóng thuỷ triều đi qua, còn
triều rút (triều xuống) là sự hạ thấp mực nước. Có thể nói một cách cụ thể triều dâng là sự dâng cao mực nước từ lúc nước ròng đến lúc nước lớn, triều rút là sự hạ thấp mực nước từ lúc nước lớn đến lúc nước ròng.
Nước lớn (NL) là vị trí cao nhất của mực nước biển trong một chu kỳ dao động triều.
Nước ròng (NR) là vị trí thấp nhất của mực nước biển trong chu kỳ đó.
Độ cao thủy triều là vị trí mực nước triều thực tế so với mực số “0” độ sâu ( 0 hải đồ).
Biên độ triều (độ lớn triều) là hiệu số giữa độ cao nước lớn và nước ròng kế tiếp: a = hNL - hNR
Chu kỳ triều là khoảng thời gian giữa hai lần nước lớn hoặc nước ròng kế tiếp nhau.
Thời gian nước lớn (tNL) là thời điểm xuất hiện nước lớn.
Thời gian nước ròng (tNR) là thời điểm xuất hiện nước ròng.
Thời gian thủy triều (T)bao gồmthời gian triều dâng, thời gian triều rút: + Thời gian triều dâng – Thời gian nước lên (TD) là khoảng thời gian từ thời điểm nước ròng (tNR) đến thời điểm nước lớn kế tiếp (tNL).
+ Thời gian triều rút - Thời gian nước rút (TR) là khoảng thời gian từ thời điểm nước lớn (tNL) đến thời điểm nước ròng kế tiếp (tNL).
Nguyệt khoảng (Tm) là hiệu giữa thời điểm mặt trăng ở kinh tuyến địa phương (thiên đỉnh) và thời điểm xuất hiện nước lớn gần nhất.
Giờ thực hành trung bình (giờ trung bình thực dụng) là trung bình của những nguyệt khoảng trong vòng không ít hơn nửa tháng mặt trăng.
Giờ thực hành của cảng (GTHC) là trung bình của các nguyệt khoảng vào kỳ trăng tròn và trăng non ứng với khoảng cách trung bình từ trái đất và mặt trăng tới mặt trời với độ xích vĩ mặt trăng và mặt trời bằng không.
Đường đồng triều là đường nối các điểm có pha triều như nhau, đường đồng triều nước lớn được ký hiệu bằng giờ của thời gian Greenwich mặt trăng (nghĩa là bằng số giờ mặt trăng trôi qua kể từ lúc mặt trăng đi qua thiên đỉnh kinh tuyến gốc đến lúc xuất hiện nước lớn) - gọi là giờ đồng triều. Một giờ mặt trăng bằng 1 giờ 02 phút thời gian mặt trời trung bình.
Đối với triều hỗn hợp cần đưa thêm một số thuật ngữ sau:
Nước lớn cao (NLC) là nước lớn lớn hơn trong hai nước lớn xảy ra trong một ngày đối với bán nhật triều.
Nước lớn thấp (NLT) là nước lớn nhỏ hơn trong hai nước lớn.
Nước ròng cao (NRC) là nước ròng lớn hơn trong hai nước ròng xảy ra trong một ngày đối với bán nhật triều.
Nước ròng thấp (NRT) là nước ròng nhỏ hơn trong hai nước ròng.
Hình 5.15 mô tả các đặc trưng của thuỷ triều đối với triều hỗn hợp (bán nhật triều không đều).
Triều sai ngày của các độ cao nước ròng TShNR là hiệu giữa các độ cao của NRC và NRT, TShNL là hiệu giữa các độ cao của NLC và NLT
Độ lớn lớn (biên độ lớn): ĐLL là hiệu giữa độ cao NLC và độ cao NRT trong một ngày.
Triều sai ngày của các độ cao nước lớn TShNL là hiệu giữa các độ cao của NLC và NLT.
Hình 5.15. Các đặc trưng của thuỷ triều
c, Những triều sai trong hiện tượng thuỷ triều
Nếu quan sát độ lớn triều và thời gian xuất hiện của các nước lớn, nước ròng, ta nhận thấy rằng chúng luôn biến đổi từ ngày này sang ngày khác và với triều hỗn hợp, trong ngày chúng cũng có sự biến đổi.
Độ chênh lệch thời gian xuất hiện các nước lớn, nước ròng cũng như sự chênh lệch về độ lớn triều so với giá trị trung bình của chúng tại một vị trí nhất định được gọi là triều sai.
Các triều sai là hoàn toàn có qui luật và liên quan với sự thay đổi vị trí mặt trăng, mặt trời và trái đất. Vì lực tạo triều của mặt trăng lớn hơn mặt trời (gấp 2,17 lần) nên các triều sai cơ bản liên quan đến độ biến đổi vị trí tương hỗ của mặt trăng và trái đất. Các triều sai cơ bản gồm:
Triều sai ngày, triều sai nửa tháng, triều sai tháng (thị sai) và triều sai chu kỳ dài.
Triều sai ngày được đặc trưng bằng sai lệch về độ cao của hai nước lớn liền nhau hoặc hai nước ròng liền nhau trong một ngày và bằng sai lệch về thời gian triều rút, thời gian triều dâng. Triều sai ngày phụ thuộc vào các nguyên nhân thiên văn - độ xích vĩ của mặt trăng và mặt trời cũng như các điều kiện địa lý tự nhiên của khu biển. Những triều sai này biểu hiện rõ nhất trong triều hỗn hợp. Chẳng hạn triều sai ngày về độ cao mực nước của con nước bán nhật triều không đều khi độ xích vĩ của mặt trăng lớn sẽ làm triệt tiêu nước lớn thấp (NLT) cũng nhưng nước ròng cao (NRC) và chuyển sang chế độ nhật triều.
Các triều sai nửa tháng có thể phân làm hai loại, triều sai liên quan đến sự thay đổi pha mặt trăng và triều sai liên quan đến sự biến đổi độ xích vĩ mặt trăng
h(m) NLC NRT NLT NRC hNLC hNLT hNRC h tNL1 a1 a2 t(h) 0 t NR1 tNL2 tNR2 TR1 TD TR2 23 hNRT h
trong tháng.
* Những triều sai phụ thuộc vào sự biến đổi pha mặt trăng đặc trưng cho bán nhật triều. Chúng biểu hiện ở chỗ vào kỳ sóc vọng (trăng tròn và trăng non) độ lớn của thuỷ triều lớn nhất, vào kỳ trực thế (trăng thượng huyền và hạ huyền) độ lớn triều nhỏ nhất. Triều ở kỳ trăng non và trăng tròn gọi là triều sóc vọng, triều ở kỳ trăng thượng huyền và hạ huyền gọi là triều trực thế.
Do ảnh hưởng của điều kiện địa lý, độ lớn nhất của thuỷ triều quan sát được không đúng vào thời điểm sóc vọng mà sau đó một thời gian. Khoảng thời gian giữa trăng tròn hay trăng non và bán nhật triều lớn nhất xảy ra sau đó được gọi là tuổi bán nhật triều.
* Những triều sai phụ thuộc vào độ xích vĩ mặt trăng đặc trưng cho nhật triều. Chúng biểu hiện ở chỗ, thuỷ triều đạt độ lớn nhất khi độ xích vĩ mặt trăng lớn nhất. Thuỷ triều như thế gọi là triều chí tuyến. Khi độ xích vĩ mặt trăng bằng không, thuỷ triều có độ lớn nhỏ nhất và được gọi là triều nhật phân hay triều xích đạo.
Do ảnh hưởng của các điều kiện địa lý, triều chí tuyến xảy ra sau thời điểm độ xích vĩ mặt trăng cực đại. Khoảng thời gian từ khi độ xích vĩ mặt trăng lớn nhất đến lúc nhật triều lớn nhất gần nhất được gọi là tuổi nhật triều.
- Triều sai tháng (triều sai thị sai) là sai lệch thuỷ triều do sự thay đổi khoảng cách từ trái đất đến mặt trăng gây nên. Khi khoảng cách từ trái đất đến mặt trăng nhỏ nhất thì thuỷ triều lớn nhất, còn khi khoảng cách đó lớn nhất - thuỷ triều nhỏ nhất. Ngoài độ cao thuỷ triều, triều sai tháng còn biểu hiện cả ở sự thay đổi các nguyệt khoảng.
- Triều sai chu kỳ dài trước hết do những thay đổi độ xích vĩ mặt trời và khoảng cách từ trái đất đến mặt trời trong vòng một năm gây nên. Ngoài triều sai năm, trong thực tế còn nhận thấy sự thay đổi độ xích vĩ mặt trăng chậm, với chu kỳ 18,61 năm, do quĩ đạo mặt trăng lệch so với mặt phẳng hoàng đạo.