جزر و مد (Tide)

جزر و مد نوسان دوره‌ای در سطح دریا را نشان می‌دهد که عمدتاً ناشی از نیروهای گرانشی دیفرانسیل اعمال‌شده توسط ماه و خورشید، همراه با اثرات اینرسی ناشی از مکانیک مداری سیستم زمین-ماه و حرکت چرخشی زمین است.

جزر و مد عبارت است از بالا آمدن و سقوط دوره‌ای سطح دریا ناشی از نیروهای گرانشی دیفرانسیل اعمال شده توسط ماه و خورشید، همراه با اثرات اینرسی مرتبط با حرکت مداری سیستم زمین-ماه و چرخش زمین.

اگرچه این تغییرات نجومی بالقوه‌ای که توسط جزر و مدی مشاهده می‌شوند، باعث ایجاد پتانسیل اساسی می‌شوند. عناصر زمینی، مانند پیکربندی مورفولوژیکی حوضه های اقیانوس، حاشیه قاره، توپوگرافی بستر دریا، اثر کوریولیس، اتلاف انرژی اصطکاکی در محیط های دریایی کم عمق، و ویژگی های تشدید خطوط ساحلی.

تغییرات جزر و مدی در مقیاس های زمانی از ساعت ها تا سال ها، متاثر از بازه های زمانی چندمدت، نمایان می شود. برای مستندسازی دقیق، جزر و مد سنج های مستقر در مکان های ثابت به طور مداوم سطح آب را کنترل می کنند. این ابزارها نوسانات ناشی از امواج با دوره های کمتر از یک دقیقه را نادیده می گیرند. داده‌های جمع‌آوری‌شده متعاقباً با یک داده تعیین‌شده ارجاع می‌شوند، که معمولاً به عنوان میانگین سطح دریا نامیده می‌شود.

در حالی که جزر و مد معمولاً منبع اصلی تغییرپذیری کوتاه‌مدت سطح دریا هستند، سطح دریاها علاوه بر این، مستعد تغییرات ناشی از انبساط حرارتی، تنش باد، و فشارهای جوی خاص است که می‌تواند منجر به فشارهای جوی متفاوت شود. نواحی و مناطق ساحلی.

پدیده‌های جزر و مدی فراتر از محیط‌های اقیانوسی گسترش می‌یابند و در هر سیستمی که میدان گرانشی متغیر مکانی-زمانی وجود دارد، ظاهر می‌شود. برای مثال، جسم جامد زمین به دلیل جزر و مد زمین، تغییر شکل‌های ظریفی را تجربه می‌کند، اگرچه این تغییرات آشکارا کمتر از حرکات جزر و مدی اقیانوسی قابل مشاهده است.

ویژگی ها

جزر و مد اقیانوسی الگوی چرخه ای از خود نشان می دهد که معمولاً تقریباً در نیمه شبانه روز بالا و پایین می رود. چرخه جزر و مدی شامل چهار مرحله مجزا است:

• قطع رکود آب، که حداقل محلی را مشخص می کند، کم جزر نامیده می شود.
• افزایش بعدی سطح دریا در طی چند ساعت و طغیان منطقه جزر و مدی، سیل نامیده می شود.
• قطع صعود آب، که به معنای حداکثر محلی است، به عنوان جدید تعیین می شود.
• کاهش بعدی سطح دریا در طی چند ساعت که منطقه جزر و مدی را در معرض دید قرار می دهد، به عنوان نزول شناخته می شود.

جریانهای نوسانی ایجاد شده توسط نیروهای جزر و مدی به عنوان جریان جزر و مدی یا جریان جزر و مدی شناسایی می شوند. لحظه ای که در آن جریان جزر و مد متوقف می شود آب سست یا جزر و مد نامیده می شود، پس از آن جزر و مد جهت معکوس را نشان می دهد که نشان دهنده فاز چرخشی است. در حالی که شلی آب معمولاً با دوره‌های نزدیک به پر و کم آب منطبق است، مکان‌های جغرافیایی خاصی تفاوت‌های قابل‌توجهی بین زمان جزر و مد و وقوع کم و زیاد نشان می‌دهند.

جزرومدها اغلب به‌عنوان نیمه روزانه طبقه‌بندی می‌شوند که با دو آب زیاد روزانه، دو کم آبروزانه، دو کم آبروزانه و دو کم آب مشخص می‌شوند. یک چرخه جزر و مدی در روز دو آب مرتفع روزانه معمولاً ارتفاعات نابرابر را نشان می دهند، پدیده ای که به نام نابرابری روزانه شناخته می شود. اینها در جداول پیش بینی جزر و مد به عنوان آب بالاتر و آب پایین تر تعیین می شوند. به همین ترتیب، دو آب کم روزانه به عنوان کم آب بالاتر و کم آب کمتر متمایز می شوند. این نابرابری روزانه یکنواخت نیست و به طور کلی زمانی که ماه در بالای خط استوا قرار می گیرد، کاهش می یابد.

سطوح مرجع

سطوح جزر و مد مرجع بعدی تعریف شده است، از بالاترین به پایین‌ترین مرتبه:

• بالاترین جزر و مد نجومی (HAT) - حداکثر ارتفاع جزر و مدی پیش بینی شده را نشان می دهد. توجه به این نکته ضروری است که عوامل هواشناسی می توانند ارتفاع کلاه را افزایش دهند.
• میانگین چشمه‌های پرآب (MHWS) - نشان‌دهنده ارتفاع متوسط دو جزر و مد در طول دوره جزر و مد بهاره است.
• میانگین آب زیاد (MHWN) - نشان دهنده میانگین ارتفاع دو جزر و مد مشاهده شده در طول دوره های جزر و مد خفیف است.
• میانگین سطح دریا (MSL) - میانگین سطح دریا را تشکیل می دهد. MSL برای یک مکان جغرافیایی معین در مدت زمانی طولانی ثابت می ماند.
• میانگین کم آبی (MLWN) - میانگین فرورفتگی دو جزر و مد را که در طول دوره جزر و مد رخ می دهد نشان می دهد.
• میانگین چشمه‌های کم آب (MLWS) - نشان‌دهنده میانگین فرورفتگی دو جزر و مد مشاهده‌شده در طول دوره‌های جزر و مد بهاری است.
• پایین ترین جزر و مد نجومی (LAT) - حداقل فرورفتگی جزر و مدی پیش بینی شده را مشخص می کند.

تغییر محدوده: جزر و مد بهار و نپ

محدوده نیمه روزانه، که نشان دهنده اختلاف ارتفاع بین آبهای زیاد و کم در طول تقریباً نیم روز است، یک نوسان دو هفته ای را نشان می دهد. تقریباً دو بار در ماه، در طول فاز ماه جدید و ماه کامل، خورشید، ماه و زمین در یک پیکربندی به نام سیزیژی در یک راستا قرار می گیرند. در این تراز، نیروی جزر و مد خورشیدی نیروی جزر و مدی ماه را افزایش می‌دهد و در نتیجه حداکثر دامنه جزر و مد را ایجاد می‌کند، پدیده‌ای که به عنوان کشند بهاری شناخته می‌شود. این اصطلاح نه از فصل، بلکه از معنای ریشه‌شناختی «پریدن، ترکیدن، یا برخاستن» که شبیه به چشمه طبیعی است، سرچشمه می‌گیرد. جزر و مد Syzygy یک نام جایگزین برای جزر و مد بهاری است.

برعکس، زمانی که ماه در ربع اول یا سوم خود قرار دارد، خورشید و ماه در فاصله 90 درجه نسبت به زمین قرار می گیرند، پیکربندی که به عنوان ربع شناخته می شود. در طول این دوره‌ها، نیروی جزر و مد خورشید تا حدی با نیروی جزر و مدی ماه مقابله می‌کند و منجر به حداقل دامنه جزر و مد می‌شود. این پدیده جزر و مد یا neaps نامیده می شود. کلمه "neap" از یک اصطلاح آنگلوساکسون به معنای "بدون قدرت" گرفته شده است. جزر و مد چهارگانه یک نام جایگزین برای جزر و مد است.

جزر و مدهای بهاری با آبهای بلندتر از حد متوسط، آبهای کم کمتر از حد متوسط، کاهش مدت زمان "آب سست" و جریانهای جزر و مدی تشدید شده مشخص می شوند. در مقابل، جزر و مد ناپاک شرایط جزر و مدی ملایم تری ایجاد می کند. تقریباً هفت روز وقوع جزر و مد بهاری و جزر و مدی را از هم جدا می کند.

مواد جزر و مدی

مواد جزر و مدی نشان دهنده اثر تجمعی عوامل مختلف موثر بر نوسانات جزر و مدی در مقیاس های زمانی خاص است. اجزای کلیدی شامل چرخش زمین، موقعیت نسبی ماه و خورشید نسبت به زمین، ارتفاع ماه از خط استوای زمین، و عمق سنجی است. تغییرات با دوره‌های کوتاه‌تر از نیم روز به عنوان مواد تشکیل دهنده هارمونیک طبقه‌بندی می‌شوند، در حالی که چرخه‌هایی که روزها، ماه‌ها یا سال‌ها را در بر می‌گیرند به عنوان اجزای دوره طولانی تعیین می‌شوند.

نیروهای جزر و مدی بر کل سیستم زمین تأثیر می‌گذارند. در داخل پوسته زمین، این نیروها جابجایی های عمودی دوره ای را که در سانتی متر قابل اندازه گیری است، ایجاد می کنند، پدیده ای که جزر و مد زمین نامیده می شود. همزمان، در جو، نیروهای گرانشی ماه و خورشید، همراه با گرمایش خورشیدی، نوساناتی در مقیاس جهانی در فشار، چگالی و باد ایجاد می‌کنند که به آن جزر و مد اتمسفر می‌گویند. در حالی که جزر و مد زمین به صورت تغییر شکل الاستیک ظاهر می شود، جزر و مدهای جوی عمدتاً به صورت نوسانات در شیب فشار و الگوهای باد مشاهده می شوند.

مجموعه اصلی نیمه روزانه قمری

مهم‌ترین جزء جزر و مدی در اکثر مکان‌ها، نیمه روز اصلی قمری است که به طور متناوب به عنوان مواد جزر و مدی M2 یا M§56§ جزء جزر و مد شناخته می‌شود. این جزء تقریباً 12 ساعت و 25.2 دقیقه، دقیقاً نیمی از یک روز جزر و مدی قمری را نشان می دهد. یک روز قمری جزر و مدی نشان‌دهنده فاصله متوسط ​​بین اوج‌های ماه متوالی است که مربوط به زمان لازم برای انجام یک چرخش زمین نسبت به ماه است. ساعت‌های جزر و مدی پایه برای نظارت بر این عنصر طراحی شده‌اند. مدت زمان روز قمری از روز زمینی بیشتر است زیرا جهت مداری ماه با جهت چرخشی زمین همسو است.

به دلیل همزمانی جهت مداری ماه به دور زمین با چرخش محوری زمین، تقریباً 24 ساعت و 50 دقیقه لازم است تا ماه دوباره در همان موقعیت آسمانی ظاهر شود. در این فاصله، ماه یک نقطه اوج (گذر از بالای سر) و یک گذر از زیر پا (به ترتیب مربوط به زوایای ساعتی 00:00 و 12:00) می شود. در نتیجه، در بسیاری از مناطق، دوره حداکثر نیروی جزر و مدی با مدت زمان ذکر شده تقریباً 12 ساعت و 25 دقیقه مطابقت دارد. توجه به این نکته مهم است که لحظه دقیق بالاترین جزر و مد همیشه با نزدیکترین نزدیکی ماه به اوج یا نادر منطبق نیست. با این حال، دوره اجباری تعیین‌کننده فاصله بین جزر و مد باقی می‌ماند.

میدان گرانشی ماه با افزایش فاصله ضعیف می‌شود و در نتیجه نیروی دیفرانسیل بر زمین اعمال می‌شود. به طور خاص، یک نیروی کمی قوی تر از حد متوسط ​​در سمت زمین رو به ماه عمل می کند، در حالی که یک نیروی ضعیف تر روی طرف مقابل تأثیر می گذارد. این گرانش دیفرانسیل باعث می شود که ماه یک "کشش" جزئی زمین را در امتداد محور اتصال دو جرم آسمانی ایجاد کند. اگرچه زمین جامد دستخوش تغییر شکل می شود، اما آب اقیانوسی به دلیل ماهیت سیال خود، تحرک بسیار بیشتری را در پاسخ به این نیروی جزر و مدی، به ویژه در جابجایی افقی، از خود نشان می دهد.

چرخش زمین به طور مداوم مقدار و جهت نیروهای جزر و مدی را در هر نقطه از سطح آن تغییر می دهد. اگرچه اقیانوس هرگز به تعادل نمی رسد - به این معنی که سیال زمان کافی برای پاسخ کامل به نیروی جزر و مدی ثابت ندارد - این نیروهای جزر و مدی دینامیک با این وجود باعث ایجاد نوسانات ریتمیک در ارتفاع سطح دریا می شوند.

یک الگوی جزر و مدی که با دو جزر و مد و دو جزر و مد با ارتفاع های متفاوت در یک روز مشخص می شود، به عنوان جزر و مد نیمه روزانه طبقه بندی می شود.

فاصله قمری

تغییرات در فاصله ماه و زمین نیز بر دامنه جزر و مد تأثیر می گذارد. در حضیض، زمانی که ماه به زمین نزدیک است، دامنه جزر و مد گسترش می یابد. برعکس، در اوج، زمانی که ماه در دورترین فاصله قرار دارد، برد کاهش می یابد. سالانه، حضیض تقریباً شش تا هشت بار با ماه جدید یا ماه کامل همسو می‌شود، که منجر به جزر و مد بهار حضیض می‌شود که حداکثر محدوده جزر و مدی را نشان می‌دهد. اختلاف ارتفاع بین جزر و مد بهار حضیض و جزر و مد بهاری که در اوج ماه رخ می دهد وابسته به مکان است اما می تواند تا یک پا برسد.

سایر اجزا

تقریباً 62 جزء جزر و مدی برای گنجاندن در مدل های پیش بینی جزر و مد دریایی به اندازه کافی قابل توجه هستند. اینها شامل تأثیرات گرانشی خورشیدی، انحراف (شیب) استوای زمین و محور چرخشی، شیب صفحه مداری ماه، و مسیر بیضی شکل مدار زمین به دور خورشید می‌شوند.

مواد تشکیل‌دهنده آب کم‌عمق شامل تعریف‌شده از جزر و مدهای هارمونی‌آمیز بالاترمی‌باشد. فرکانس، و جزر و مد مرکب، که از فعل و انفعالات بین اجزای اولیه قمری و خورشیدی ناشی می شود. در حالی که به طور کلی دامنه‌های کوچک‌تری نسبت به پتانسیل جزر و مدی اساسی دارند، اما این اجزاء عدم تقارن بین فازهای افزایش و سقوط جزر و مد در مصب‌ها و محیط‌های فلات قاره را معرفی می‌کنند.

فاز و دامنه

با توجه به شیوع جزء جزر و مدی M₂ در بیشتر مناطق، مفهوم مرحله جزر و مد یا فاز که به صورت زمان بر حسب ساعت پس از آب زیاد بیان می شود، بسیار ارزشمند است. مرحله جزر و مد را می توان بر حسب درجه نیز تعیین کرد که 360 درجه یک چرخه جزر و مدی کامل را نشان می دهد. خطوط متصل کننده نقاط فاز جزر و مدی ثابت خطوط جزر و مدی نامیده می شوند. اینها با خطوط کانتوری که ارتفاع ثابت را در نقشه‌های توپوگرافی نشان می‌دهند قابل مقایسه هستند و هنگامی که به تصویر کشیده می‌شوند، یک نقشه cotidal یا نقشه cotidal را تشکیل می‌دهند. آب زیاد به طور همزمان در امتداد خطوط جزر و مدی که از خط ساحلی به سمت دریا امتداد می‌یابند رخ می‌دهد و فازهای جزر و مدی (که توسط خطوط جزر و مدی نشان داده می‌شوند) در امتداد ساحل پیشرفت می‌کنند. اجزای فاز نیمه روزانه و پریود طولانی از آب زیاد ارجاع داده می شوند، در حالی که اجزای تشکیل دهنده روزانه از حداکثر جزر و مد سیل ارجاع داده می شوند. توجه به این نکته مهم است که این بحث و توضیحات بعدی تنها زمانی دقیق هستند که یک جزء جزر و مدی را در نظر بگیریم.

در یک حوضه اقیانوسی که تقریباً به شکل دایره‌ای محصور شده توسط خط ساحلی است، خطوط جزر و مدی به صورت شعاعی به سمت داخل همگرا می‌شوند و در نهایت در یک مکان منفرد به نام نقطه آمفیدرومیک به هم می‌رسند. یک نقطه آمفیدرومیک با ارتفاع و کم آب همزمان مشخص می شود، شرایطی که با حرکت جزر و مدی صفر انجام می شود. (در مواردی که جزر و مد در اطراف جزایر مانند نیوزیلند، ایسلند و ماداگاسکار در گردش است استثناهای نادری وجود دارد.) حرکت جزر و مدی معمولاً با افزایش فاصله از سواحل قاره کاهش می یابد. در نتیجه، خطوط دامنه ثابت (تعریف شده به عنوان نیمی از فاصله عمودی بین آب بالا و پایین) خطوط cotidal را قطع می‌کنند و در نقطه آمفیدرومیک به صفر می‌رسند. برای جزر و مد نیمه شبانه، یک نقطه آمفیدرومیک را می توان به عنوان مرکز یک صفحه ساعت در نظر گرفت، جایی که عقربه ساعت جهت خط ساحلی پر آب را نشان می دهد، به طور قطری مخالف خط جزرخی کم آب. آب بالا هر 12 ساعت در اطراف نقطه آمفیدروم به گردش در می آید و در جهت پیشروی خطوط کوتیدال حرکت می کند و از خطوط عقب نشینی دور می شود. این چرخش که توسط اثر کوریولیس ایجاد می شود، عموماً در نیمکره جنوبی در جهت عقربه های ساعت و در نیمکره شمالی در خلاف جهت عقربه های ساعت است. انحراف یک فاز کوتیدال از فاز جزر و مد مرجع تعیین شده دوران نامیده می شود. جزر و مد مرجع به عنوان مؤلفه فرضی "جند و مد تعادل" در زمینی بدون خشکی تعریف می شود که در طول جغرافیایی 0 درجه (نصف النهار گرینویچ) اندازه گیری می شود.

در اقیانوس اطلس شمالی، گردش خلاف جهت عقربه های ساعت خطوط cotidal در اطراف نقطه آمفیدرومیک باعث می شود جزر بالا تقریباً یک ساعت زودتر از هاربور به نیویورک برسد. در جنوب کیپ هاتراس، دینامیک جزر و مد به طور قابل توجهی پیچیده‌تر می‌شود، و مانع از پیش‌بینی قابل اعتماد تنها بر اساس الگوهای خط جزر و مدی اقیانوس اطلس شمالی می‌شود.

تاریخچه

تاریخچه تئوری جزر و مد

در سنت‌های پیش‌علمی، ظهور و سقوط دوره‌ای جزر و مد اغلب به توضیحات اسطوره‌ای یا جاندار نسبت داده می‌شد. به عنوان مثال، متون هندی و آسیای شرقی دریا را به صورت تنفس یا مانند یک موجود زنده در حال تپش به تصویر می‌کشند، در حالی که روایات دیگر از تأثیر نیروی دریایی فراطبیعی استفاده می‌کنند.

مطالعه فیزیک جزر و مد نقش مهمی در مراحل نوپای مکانیک آسمانی ایفا کرد. در ابتدا، وقوع دو جزر و مد روزانه به کشش گرانشی ماه نسبت داده شد. متعاقباً، توضیح دقیق‌تری پدیدار شد که تعامل بین نیروهای گرانشی ماه و خورشید را به تفصیل شرح داد.

در حدود 150 سال قبل از میلاد، سلوکوس سلوکی اعلام کرد که ماه عامل جزر و مد بوده است. اثر بطلمیوس، Tetrabiblos، همچنین به تأثیر ماه بر اجسام آبزی اشاره می‌کند.

در سال 725، بِد، در اثر خود De temporum ratione (ارتباط بین زمانmalinae و جزر و مد کاهش را به عنوان ledones تعیین کرد. او توضیح داد که ماه به چهار دوره هفت یا هشت روزه تقسیم می شود که با متناوب malinae و ledones مشخص می شود. در همان متن، Bede به ظرفیت بادها برای جلوگیری از جریان جزر و مدی اذعان کرد. علاوه بر این، او تغییرات جغرافیایی در زمان جزر و مد را مستند کرد و اشاره کرد که جزر و مد در شمال محل او (Monkwearmouth) و بعداً در جنوب رخ داده است. او این پدیده را با بیان اینکه جزر و مد «این سواحل را بیابان می‌کند تا بتواند وقتی به آنجا می‌رسد، این سواحل را بیابان می‌کند» و «ماهی که از ظهور جزر و مد در اینجا خبر می‌دهد، نشانه عقب‌نشینی آن در مناطق دیگر دور از این ربع بهشت ​​است».

درک قرون وسطایی بعدی از جزر و مد عمدتاً از نوشته‌های منجمان مسلمان نشأت می‌گرفت که در قرن دوازدهم در ترجمه‌های لاتینی قابل دسترس شد. ابومعشر البلخی (متوفی حدوداً 886)، در مقدمه‌ای در نجوم خود، فرض کرد که ماه مسئول جزر و مد و جزر و مد است. او همچنین تأثیر باد و فازهای ماه را نسبت به خورشید بر الگوهای جزر و مدی بررسی کرد. در طول قرن دوازدهم، البیتروجی (متوفی حدوداً 1204) این نظریه را مطرح کرد که جزر و مد ناشی از گردش عمومی آسمان ها است.

در رساله 1608 خود، De spiegheling der ebbenv (ebbenv) سیل)، سایمون استوین بسیاری از تصورات غلط رایج در مورد جزر و مد و جزر و مد را رد کرد. استوین از این مفهوم دفاع کرد که جاذبه ماه باعث جزر و مد می‌شود و تعاریف روشنی را برای جزر و مد، سیل، جزر و مد بهاری و جزر و مد ساده بیان می‌کند، در حالی که بر ضرورت بررسی بیشتر تاکید می‌کند.

در سال 1609، یوهانس کپلر همچنین به‌دقت پیشنهاد کرد که گرانش ماه علت جزر و مد و زمین‌گیر کردن جزر و مد در مشاهدات باستانی اوست. اثر 1632، گفتگو در مورد دو سیستم اصلی جهان، با عنوان اصلی گفتگو در مورد جزر و مد، گالیله گالیله نظریه جزر و مد خود را به عنوان جزء اصلی استدلال فیزیکی خود برای هلیومرکزی کوپرنیکی ادغام کرد. او فرض کرد که جزر و مد از حرکات سینرژیک چرخش و چرخش زمین به وجود آمده است. گالیله صریحاً ادعای کپلر در مورد تأثیر ماه بر دریاها را رد کرد و چنین جاذبه ماه را به‌عنوان فراخوانی ویژگی‌های غیبی توصیف کرد تا یک علت مکانیکی قابل درک.

ایزاک نیوتن (1642-1727) پیشگام توضیح جزر و مد بود و آنها را به جاذبه گرانشی اعمال شده توسط اجرام آسمانی نسبت داد. نظریه جامع او که در Principia (1687) به تفصیل شرح داده شده است، از گرانش جهانی برای روشن ساختن چگونگی ایجاد نیروهای جزر و مدی توسط جاذبه های قمری و خورشیدی استفاده کرد. قبل از پیر-سیمون لاپلاس، نیوتن و معاصرانش از طریق یک نظریه تعادل به این پدیده نزدیک شدند، یک مدل سیستم ایستا که رفتار جزر و مدی را در یک اقیانوس فرضی و غیر اینرسی که به طور یکنواخت زمین را می پوشاند، تقریب می زد. در حالی که مفهوم نیروی مولد جزر و مد (یا پتانسیل آن) در تئوری جزر و مد مدرن حیاتی است، اکنون به عنوان یک تابع واسط وادار به جای یک نتیجه قطعی عمل می کند. نظریه معاصر علاوه بر این، پاسخ جزر و مدی دینامیکی زمین به این نیروهای اعمال شده را نیز در بر می گیرد، پاسخی که توسط عواملی مانند عمق اقیانوس، چرخش سیاره ها و سایر متغیرهای محیطی تعدیل شده است.

در سال 1740، آکادمی رویال علوم در پاریس جایزه ای را برای قانع کننده ترین تئوری تئوری تعیین کرد. این جایزه معتبر به طور مشترک به دانیل برنولی، لئونارد اویلر، کالین مکلارین و آنتوان کاوالری اعطا شد.

Maclaurin نظریه نیوتنی را به کار برد تا نشان دهد که یک کره صاف و پوشیده از اقیانوس، تحت نیروی جزر و مد یک جرم آسمانی منفرد - به شکل یک جسم آسمانی منفرد - فرض می‌شود که یک جسم آسمانی منفرد را دارد. بیضی شکل - با محور اصلی آن به سمت جسم مزاحم است. او همچنین اولین کسی بود که تأثیر چرخش زمین بر حرکت را ثبت کرد. اویلر متعاقباً مؤلفه افقی نیروی جزر و مدی را به‌عنوان محرک اصلی پدیده‌های جزر و مدی به جای همتای عمودی آن شناسایی کرد. در سال 1744، ژان لو روند دالامبر معادلات جزر و مد جوی را بررسی کرد، اگرچه مدل های او اثرات چرخشی را در بر نداشتند.

در سال 1770، بارکی جیمز کوک، HMS Endeavour، در دیواره مرجانی بزرگ به گل نشست. تلاش های اولیه برای شناور کردن کشتی در طول جزر و مد بعدی ناموفق بود. با این حال، جزر و مد بعدی که با موفقیت آن را از بین برد. در طول دوره تعمیر هفت هفته ای در دهانه رودخانه اندیور، کوک الگوهای جزر و مدی را به دقت مشاهده کرد. او خاطرنشان کرد که در طول جزر و مد، دو جزر و مد روزانه ارتفاعات مشابهی را نشان می‌دهند، در حالی که در طول جزر و مد بهار، جزر صبح 7 فوت (2.1 متر) بالا می‌رود در حالی که جزر و مد عصر به 9 فوت (2.7 متر) می‌رسد.

پیر-سیمون لاپلاس سیستمی از معادلات دیفرانسیل جزئی ایجاد کرد که جریان افقی اقیانوس را با ارتفاع سطح آن مرتبط می‌کرد و نظریه دینامیکی پایه را برای جزر و مد آب ایجاد کرد. این معادلات جزر و مدی لاپلاس در اقیانوس شناسی معاصر باقی می مانند. ویلیام تامسون، اولین بارون کلوین، بعداً معادلات لاپلاس را با استفاده از گردابی مجدداً فرموله کرد، در نتیجه امکان استخراج راه‌حل‌هایی را فراهم کرد که امواج ناشی از جزر و مد را توصیف می‌کنند که اکنون به عنوان امواج کلوین شناخته می‌شوند.

بعد از لاپلاس، محققانی مانند کلوین و هنری پوانکاره چارچوب خود را توسعه دادند. آرتور توماس دودسون با تکیه بر این پیشرفت‌ها و نظریه قمری E. W. Brown که مکانیک مداری ماه را به تفصیل شرح می‌دهد، در سال 1921 اولین فرمول مدرن پتانسیل مولد جزر و مد را به شکل هارمونیک منتشر کرد. کار دودسون 388 فرکانس جزر و مدی متمایز را شناسایی کرد و چندین روش او همچنان به کار گرفته می شوند.

مسیر تاریخی رصد جزر و مد.

از دوران باستان، پیچیدگی مشاهدات جزر و مدی و گفتمان به تدریج تکامل یافته است، در ابتدا بر عودهای روزانه و متعاقباً بر رابطه پیچیده بین جزر و مد، خورشید و ماه تمرکز می‌شود.

سوابق باستانی باقی‌مانده از رصد جزر و مد نشان می‌دهد که پیتاس، در طول دوره‌های 35 قبل از میلاد مسیح، در طول دوره‌های 35 قبل از میلاد مسیح، در بریتانیا به جزر و مد نبود. که با چرخه قمری مرتبط است. قطعات منسوب به کار او، در اقیانوس، نشان دهنده شناخت اولیه ارتباط بین محدوده جزر و مد و فازهای ماه است.

در طول قرن دوم قبل از میلاد، سلوکوس سلوکی، ستاره شناس هلنیستی، به طور دقیق پدیده جزر و مد را برای اثبات مدل خورشیدمرکزی خود توصیف کرد. او به درستی فرض کرد که ماه باعث جزر و مد شده است، اگرچه او فرض کرد که این تعامل توسط "پنوما" تسهیل شده است. سلوکوس همچنین مشاهده کرد که زمان و قدر جزر و مد در مکان های مختلف جهانی متفاوت است. همانطور که توسط استرابون (1.1.9) مستند شده است، سلوکوس اولین کسی بود که بین جزر و مد و جاذبه گرانشی ماه ارتباط برقرار کرد، و همچنین اشاره کرد که ارتفاع جزر و مد به موقعیت ماه نسبت به خورشید بستگی دارد.

Pliny the Elder Naturalis Historia مشاهدات جزر و مدی متعددی را مستند می کند. به عنوان مثال، جزر و مدهای بهاری چند روز بعد یا قبل از ماه جدید و کامل رخ می دهند و در حوالی اعتدال به اوج خود می رسند، اگرچه پلینی چندین همبستگی را نیز ثبت کرده است که اکنون به نظر می رسد. استرابون در جغرافیای خود به تفصیل توضیح داد که جزر و مد در خلیج فارس در زمانی که ماه در بیشترین فاصله از صفحه استوایی قرار داشت، حداکثر برد خود را نشان داد. این مشاهدات با وجود دامنه نسبتاً محدود جزر و مدی در حوضه مدیترانه انجام شد. قابل توجه است که جریانهای شدید مشاهده شده در تنگه اوریپوس و تنگه مسینا معمایی را به ارسطو ارائه کرد. در کتاب پنجم زندگی آپولونیوس تیانا، فیلوستراتوس جزر و مد را کاوش کرد و تأثیر ماه را تصدیق کرد اما پدیده ها را به «ارواح» نسبت داد. در حدود سال 730 پس از میلاد در اروپا، Bede ارجمند افزایش همزمان جزر و مد را در یکی از سواحل جزایر بریتانیا با سقوط آن در ساحل دیگر ثبت کرد، که پیشرفت زمانی آب زیاد در امتداد خط ساحلی Northumbrian را با جزئیات بیشتر توضیح داد.

اولین جدول جزر و مد در چین در سال 1056 پس از میلاد پدیدار شد، که عمدتاً برای بازدیدکنندگان در نظر گرفته شده بود. رودخانه. اولین جدول جزر و مد بریتانیایی شناخته شده به جان والینگفورد نسبت داده می شود که در سال 1213 به عنوان ابات سنت آلبانز درگذشت، که محاسبه کرد میزان آب زیاد روزانه 48 دقیقه دیرتر و سه ساعت زودتر در خور تیمز در مقایسه با مکان بالادست آن در لندن رخ می دهد.

در سال 1614، Claude d'Abbeville این رساله را منتشر کرد. lang="fr">Histoire de la mission de pères capucins en l'Isle de Maragnan et terres circonvoisines، که در آن او فاش کرد که مردم توپینامبا قبل از به رسمیت شناختن اروپا، درک درستی از رابطه بین ماه و جزر و مد داشتند.

ویلیام تامسون (لرد کلوین) اولین تحلیل هارمونیک سیستماتیک رکوردهای جزر و مدی را در سال 1867 آغاز کرد. یک نتیجه اولیه ساخت یک ماشین پیش بینی جزر و مد بود که از یک سیستم قرقره برای سنتز شش تابع زمان هارمونیک استفاده می کرد. این دستگاه از طریق تنظیم چرخ دنده ها و زنجیر برای اصلاح فاز و دامنه "برنامه ریزی" شد. ماشین‌های مشابه تا دهه 1960 همچنان مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

اولین رکورد شناخته شده از سطح دریا از یک چرخه کامل فنر-ناپ در سال 1831 در اسکله نیروی دریایی در خور تیمز ثبت شد. تا سال 1850، بنادر عمده متعددی ایستگاه‌های اندازه‌گیری خودکار جزر و مد را ایجاد کردند.

جان لوباک از جمله پیشگامان نقشه‌برداری خطوط جزر و مدی برای بریتانیای کبیر، ایرلند و سواحل مجاور آنها در سال 1840 بود. ویلیام ویول متعاقباً بر اساس این نقشه‌ها توسعه یافت. وجود یک منطقه میانی اقیانوسی بدون افزایش یا سقوط جزر و مد، که در آن خطوط جزر و مدی همگرا هستند، مطرح کرد. وجود چنین نقطه آمفیدرومیک، اصطلاحی که اکنون برای توصیف این مکان ها استفاده می شود، در سال 1840 توسط کاپیتان ویلیام هیوت، RN، از طریق صداگذاری های دقیق انجام شده در دریای شمال، تأیید شد.

متعاقبا، در اواخر قرن بیستم، زمین شناسان، شواهد خاصی از ریتمیت های جزر و مدی را به عنوان شواهد خاصی از ریتمیت های جزر و مدی شناسایی کردند. دوره کربنیفر.

فیزیک

نظریه تعادل

مدل بنیادی منسوب به ایزاک نیوتن که پدیده دو جزر و مد روزانه را روشن می کند نظریه تعادل نامیده می شود. این نظریه سه ساده‌سازی اولیه را در بر می‌گیرد: 1) حذف خشکی‌های زمین، 2) فرض ویسکوزیته ناچیز آب، اجازه پاسخ گرانشی آنی را می‌دهد، و 3) بی‌توجهی به اصطکاک بین زمین و آب. در یک سیستم مختصاتی که با سیستم زمین و ماه هم‌زمان می‌چرخد، فاصله زمین و ماه ثابت می‌ماند، که بیانگر حالت تعادل است. این تعادل به عنوان تعادلی بین نیروی گرانشی ماه و نیروی گریز از مرکز تولید شده توسط چرخش تصور می شود. در هسته زمین، این نیروها دقیقاً برابر و متضاد هستند. با این حال، در مکان‌های دیگر، این نیروها کاملاً متعادل نمی‌شوند و نیروی باقی‌مانده حاصل به عنوان نیروی مولد جزر و مد تعیین می‌شود. در سطح زمین، نزدیک‌ترین نقاط به ماه کشش گرانشی شدیدتری را تجربه می‌کنند، در حالی که نقاط دوردست، نیروی گریز از مرکز کمی قوی‌تر را نشان می‌دهند. در قطب هایی که دور از محور زمین-ماه قرار دارند، نیروی خالص جزئی به سمت داخل به سمت زمین هدایت می شود. آب اقیانوس کمتر تحت تأثیر این نیروهای خاص قرار می گیرد. برعکس، در نواحی بین قطب ها و استوا، جزئی از این نیروی جزئی به صورت افقی در سراسر سطح زمین و به سمت استوا عمل می کند. این نیروی افقی با هیچ مقاومت مخالفی مواجه نمی شود. در نتیجه، آب اقیانوس در پاسخ جریان می یابد، از قطب ها عقب نشینی می کند و در نزدیکی استوا جمع می شود. این فرآیند با تشکیل یک برآمدگی جزر و مدی مضاعف در راستای محور زمین-ماه به اوج خود می رسد و برآمدگی سمت نزدیک به ماه به طور حاشیه ای بزرگتر است. همانطور که زمین حول محور خود می‌چرخد، نقاط مختلفی روی سطح آن از این برآمدگی‌ها عبور می‌کنند و در نتیجه توضیحی کلی برای وقوع جزر و مد روزانه ارائه می‌دهند. هم آب اقیانوسی و هم زمین جامد در معرض این کشش های گرانشی دیفرانسیل هستند. با این حال، زمین صلب در برابر تغییر شکل مقاومت می کند و شکل تقریباً کروی خود را حفظ می کند، در حالی که سیال خود را مجدداً توزیع می کند تا عدم تعادل را تطبیق دهد و در نتیجه برآمدگی های مشخصه را تشکیل می دهد. جزر و مد تعادل نشان دهنده این شرایط جزر و مدی ایده آل است که با فرض زمین بدون زمین پیش بینی می شود.

نیروها

نیروی جزر و مدی ایجاد شده توسط یک جرم آسمانی عظیم (که متعاقباً به آن ماه گفته می شود) بر ذره کوچکی که روی یا درون یک جسم گسترده (که بعداً به آن زمین گفته می شود) ایجاد می شود، به عنوان تفاوت برداری بین نیروی گرانشی اعمال شده توسط ماه بر آن ذره و نیروی گرانشی که بر روی آن ذره وارد می شود، تعریف می شود. جرم.

در حالی که نیروی گرانشی اعمال شده توسط یک جرم آسمانی بر روی زمین رابطه مربع معکوس با فاصله آن از زمین نشان می دهد، حداکثر نیروی جزر و مدی نسبت تقریبی مکعب معکوس را با این فاصله نشان می دهد. اگر نیروی جزر و مدی ایجاد شده توسط هر جسم معادل نیروی گرانشی کل آن باشد - شرطی که به دلیل سقوط آزاد کل زمین، نه صرفاً اقیانوس های آن، به سمت این اجرام برآورده نشده است - یک الگوی متمایز از نیروهای جزر و مدی آشکار می شود. به عنوان مثال، تأثیر خورشید بسیار قوی تر از ماه به نظر می رسد. اگرچه نیروی گرانشی خورشیدی روی زمین به طور متوسط ​​179 برابر بیشتر از نیروی ماه است، فاصله متوسط ​​خورشید از زمین 389 برابر بیشتر است و در نتیجه گرادیان میدان ضعیف تری ایجاد می کند. تناسب فراگیر را می توان به صورت زیر بیان کرد:

${\displaystyle {\text{tidal force}}\propto {\frac {M}{d^{3}}}\propto \rho \left({\frac {r}{d}}\right)^{3},}$

در اینجا، M نشان دهنده جرم جرم سماوی، d نشان دهنده فاصله آن، ρ نشان دهنده چگالی متوسط آن، و r نشان دهنده شعاع آن است. نسبت r/d با اندازه زاویه ای جسم که از زمین مشاهده می شود، ارتباط دارد. با وجود اینکه خورشید و ماه دارای قطرهای ظاهری تقریباً یکسانی در آسمان زمینی هستند، نیروی جزر و مدی خورشید به طور قابل توجهی ضعیف تر از ماه است. این نابرابری به این دلیل به وجود می آید که چگالی متوسط ​​خورشید به طور قابل توجهی کمتر است، و نفوذ جزر و مدی آن فقط 46٪ از ماه است. در نتیجه، در طول جزر و مد بهاری، ماه 69٪ از کل نیروی جزر و مدی را به خود اختصاص می دهد، در حالی که خورشید 31٪ را تشکیل می دهد. به طور خاص، شتاب جزر و مدی ماه، که در امتداد محور ماه-زمین در سطح زمین اندازه‌گیری می‌شود، تقریباً 1.1ק1516§−7 g است. در مقابل، شتاب جزر و مدی خورشیدی، در امتداد محور خورشید-زمین در سطح زمین، تقریباً 0.52ק2122§−7 g است، جایی که g نشان دهنده شتاب گرانشی در سطح زمین است. اثرات جزر و مدی اعمال شده توسط سیارات دیگر مطابق با فاصله آنها از زمین در نوسان است. نفوذ جزر و مد زهره در حضیض آن 0.000113 برابر خورشید است. برعکس، در پیکربندی‌های مداری مختلف، مشتری یا مریخ ممکن است تأثیر جزر و مد سیاره‌ای را اعمال کنند.

سطح اقیانوس به طور معمول توسط ژئوئید مدل‌سازی می‌شود، یک سطح تئوری هم‌پتانسیل که هم نیروی گرانشی زمین و هم نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آن را به حساب می‌آورد. پس از آن، تأثیر اجرام سماوی خارجی قابل توجه، به ویژه ماه و خورشید، باید در نظر گرفته شود. این موجودات آسمانی دارای میدان های گرانشی قوی هستند که با افزایش فاصله کاهش می یابد و باعث ایجاد انحراف در سطح اقیانوس از ژئوئید می شود. این برهمکنش یک سطح اقیانوس تعادل پویا را ایجاد می کند که با برآمدگی هایی که هم به سمت و هم مستقیماً در مقابل ماه قرار دارند مشخص می شود. چرخش زمین نسبت به این پیکربندی در حال تکامل، چرخه جزر و مدی روزانه را ایجاد می کند. سطح اقیانوس به طور پیوسته برای دستیابی به این پیکربندی تعادل دائماً در حال تغییر تلاش می کند، اگرچه هرگز به طور کامل به آن نمی رسد. عدم انطباق بین سطح واقعی اقیانوس و این حالت تعادل، یک شیب ظاهری ایجاد می‌کند که باعث می‌شود آب در جهت پایین شیب سرعت بگیرد.

معادلات جزر و مد لاپلاس

عمق اقیانوسی به طور قابل توجهی کمتر از ابعاد افقی آنها است. در نتیجه، پاسخ اقیانوسی به نیروی جزر و مد را می توان با استفاده از معادلات جزر و مدی لاپلاس که ویژگی های بعدی را ادغام می کند، به دقت مدل سازی کرد:

• سرعت عمودی (یا شعاعی) ناچیز در نظر گرفته می‌شود و عدم وجود برش عمودی به معنی رژیم جریان ورق است.
• اجبار اعمال شده منحصراً افقی (مماسی) است.
• اثر کوریولیس به صورت یک نیروی اینرسی ساختگی ظاهر می شود که عمود بر جهت جریان و متناسب با سرعت عمل می کند.
• نرخ زمانی تغییر ارتفاع سطح به طور مستقیم با واگرایی منفی سرعت متناسب است که با عمق مقیاس بندی می شود. هنگامی که سرعت افقی باعث کشش یا فشرده شدن ورقه اقیانوسی می شود، حجم آب در نتیجه نازک یا غلیظ می شود.

شرایط مرزی جریان صفر را عمود بر خطوط ساحلی و شرایط لغزش آزاد در بستر دریا را مشخص می‌کند.

اثر کوریولیس، یک نیروی اینرسی، جریان‌هایی را که به استوا نزدیک می‌شوند به سمت غرب منحرف می‌کند و جریان‌هایی که از استوا به سمت شرق عقب می‌روند، در نتیجه شکل‌گیری امواج در ساحل را تسهیل می‌کند. علاوه بر این، یک عبارت اتلاف، مشابه ویسکوزیته، می تواند در معادلات گنجانده شود.

دامنه جزر و مد و تناوب

حداکثر دامنه نظری جزر و مد اقیانوسی ناشی از ماه تقریباً 54 سانتی‌متر (21 اینچ) است. این مقدار نشان دهنده دامنه قابل دستیابی تحت شرایط ایده آل، به ویژه عمق یکنواخت اقیانوس، عدم وجود توده های خشکی، و چرخش همزمان زمین با مدار ماه است. به طور مشابه، خورشید جزر و مدهایی با دامنه نظری تقریباً 25 سانتی متر (9.8 اینچ) ایجاد می کند که 46 درصد از دامنه جزر و مد ماه را تشکیل می دهد و یک چرخه 12 ساعته را نشان می دهد. در طول جزر و مد بهار، این دو اثر به طور هم افزایی با هم ترکیب می‌شوند که منجر به دامنه نظری 79 سانتی‌متر (31 اینچ) می‌شود. برعکس، در جزر و مد، دامنه نظری به ۲۹ سانتی‌متر (۱۱ اینچ) کاهش می‌یابد. با توجه به ماهیت بیضوی مدار زمین به دور خورشید و مدار ماه به دور زمین، دامنه های جزر و مدی تغییراتی را به دلیل نوسان فاصله زمین-خورشید و زمین-ماه نشان می دهند. این خروج از مرکز مداری تغییری در نیروی جزر و مد و دامنه نظری تقریباً 18 ± درصد برای جزر و مد ماه و 5 ± درصد برای جزر و مد خورشیدی ایجاد می کند. اگر خورشید و ماه به طور همزمان نزدیک‌ترین موقعیت‌های مداری خود را اشغال کنند و در طول فاز ماه جدید در یک راستا قرار گیرند، دامنه نظری جزر و مد می‌تواند به ۹۳ سانتی‌متر (۳۷ اینچ) برسد.

دامنه‌های جزر و مدی واقعی به دلیل عواملی مانند تغییرات عمق سنجی، خشکی‌های قاره‌ای و دوره طبیعی انتشار امواج اقیانوسی که دوره چرخشی زمین را تقریبی می‌کند، تغییرات قابل‌توجهی را نشان می‌دهند. به عنوان مثال، یک موج سطحی با طول موج بلند تقریباً به 30 ساعت نیاز دارد تا نیمی از محیط زمین را در امتداد استوا در غیاب توده های خشکی طی کند (در مقابل، لیتوسفر زمین دارای دوره طبیعی تقریباً 57 دقیقه است). علاوه بر این، واکنش اقیانوس به نیروهای جزر و مدی به طور قابل توجهی توسط هر دو جزر و مد زمین که باعث جابجایی عمودی بستر دریا می‌شود و خود جذب گرانشی خود جزر و مد پیچیده می‌شود.

اتلاف

نوسانات جزر و مدی زمینی میانگین سرعت اتلاف تقریباً 3.75 تراوات ایجاد می کند. حرکات جزر و مدی دریایی تقریباً 98 درصد از این اتلاف انرژی را تشکیل می دهند. این اتلاف زمانی اتفاق می‌افتد که جریان‌های جزر و مدی در مقیاس حوضه، جریان‌های مقیاس کوچک‌تری را القا می‌کنند که منجر به اتلاف انرژی آشفته می‌شود. کشش جزر و مدی حاصل، گشتاوری را روی ماه اعمال می‌کند و به تدریج تکانه زاویه‌ای را به مدار آن منتقل می‌کند و باعث افزایش تدریجی جدایی زمین و ماه می‌شود. به طور همزمان، گشتاور برابر و مخالف اعمال شده بر روی زمین، سرعت چرخش آن را کاهش می دهد. در نتیجه، در طول بازه‌های زمانی زمین‌شناسی، ماه با سرعت تقریبی 3.8 سانتی‌متر (1.5 اینچ) در سال از زمین عقب‌نشینی می‌کند و در نتیجه روز زمینی را افزایش می‌دهد.

در 600 میلیون سال گذشته، مدت زمان یک روز زمینی تقریباً 2 ساعت افزایش یافته است. با فرض ساده نرخ کاهش سرعت ثابت، این نشان می‌دهد که 70 میلیون سال پیش، طول روز تقریباً 1٪ کوتاه‌تر بوده است که منجر به تقریباً چهار روز اضافی در سال می‌شود.

حمام سنجی

مورفولوژی خطوط ساحلی و کف اقیانوس به‌طور قابل‌توجهی بر انتشار جزر و مد تأثیر می‌گذارد و از یک قانون ساده و جهانی برای پیش‌بینی زمان‌های آب زیاد بر اساس موقعیت آسمانی ماه جلوگیری می‌کند. در نتیجه، ویژگی‌های ساحلی محلی، از جمله عمق‌سنجی و پیکربندی خط ساحلی، پیش‌بینی جزر و مد، منجر به اختلاف بالقوه بین زمان‌ها و ارتفاعات واقعی آب و مواردی که از مدل‌های پیش‌بینی‌کننده به دست می‌آیند، به دلیل تأثیر مورفولوژی ساحلی بر جریان‌های جزر و مدی است. با این وجود، برای هر مکان خاص، رابطه بین ارتفاع ماه و زمان جزر و مد بالا یا پایین (معروف به فاصله قمری) نسبتاً ثابت و قابل پیش بینی باقی می ماند، همانطور که زمان جزر و مد نسبت به سایر نقاط در امتداد همان خط ساحلی وجود دارد. به عنوان مثال، در نورفولک، ویرجینیا، ایالات متحده، جزر و مد به طور مداوم تقریباً دو ساعت و نیم قبل از عبور ماه رخ می دهد.

خشکی های قاره ای و حوضه های اقیانوسی مانع از حرکت آزاد جهانی آب می شوند و ژئومورفولوژی های متنوع آنها بر فرکانس جزر و مد تأثیر می گذارد. در نتیجه، الگوهای جزر و مدی تنوع منطقه ای قابل توجهی را نشان می دهند. به عنوان مثال، سواحل شرقی ایالات متحده و سواحل اقیانوس اطلس اروپا عمدتا جزر و مد نیمه شبانه روز را تجربه می کنند، در حالی که ساحل غربی ایالات متحده با جزر و مد مختلط مشخص می شود. تغییرات انسانی در چشم انداز همچنین می تواند به طور قابل توجهی رژیم های جزر و مدی محلی را تغییر دهد.

مشاهده و پیش بینی

زمان بندی

نیروهای جزر و مدی ماه و خورشید امواج طولانی گسترده‌ای ایجاد می‌کنند که در سراسر اقیانوس منتشر می‌شوند و مسیرهایی را که در نمودارهای جزر و مدی نشان داده شده‌اند ردیابی می‌کنند. زمان رسیدن یک تاج موج در یک بندر خاص، زمان محلی بالای آب را تعیین می کند. زمان انتشار اقیانوسی این امواج یک تأخیر زمانی بین فازهای قمری و اثرات جزر و مدی مربوط به آنها ایجاد می کند. به عنوان مثال، جزر و مدهای بهاری و ناپاک در دریای شمال به ترتیب تقریباً دو روز پس از ماه نو/ماه کامل و ماه اول/سوم ماه رخ می‌دهند. این پدیده سن جزر و مد نامیده می شود.

حمام سنجی اقیانوسی به طور قابل توجهی زمان دقیق و دامنه جزر و مد را در مکان های ساحلی خاص دیکته می کند. نمونه‌های مهم برجسته عبارتند از خلیج فاندی، واقع در سواحل شرقی کانادا، که اغلب به دلیل دارا بودن بالاترین جزر و مد جهان ذکر می‌شود، مشخصه‌ای که به ژئومورفولوژی منحصر به فرد، آب‌سنجی و نزدیکی به لبه فلات قاره نسبت داده می‌شود. در نوامبر 1998، اندازه‌گیری‌ها در Burntcoat Head در خلیج فاندی حداکثر برد جزر و مدی 16.3 متر (53 فوت) و بالاترین حد پیش‌بینی شده 17 متر (56 فوت) را ثبت کردند. اندازه‌گیری‌های مقایسه‌ای که در مارس 2002 در Leaf Basin، خلیج Ungava، شمال کبک انجام شد، مقادیر مشابهی را به همراه داشت (با احتساب عدم قطعیت‌های اندازه‌گیری)، با حداکثر برد 16.2 متر (53 فوت) و بالاترین حد پیش‌بینی شده 16.8 متر (55 فوت). در حالی که خلیج Ungava و خلیج فاندی به طور مشابهی نسبت به لبه فلات قاره قرار دارند، خلیج Ungava تنها تقریباً چهار ماه در سال بدون یخ باقی می ماند، در حالی که خلیج فاندی به ندرت یخ می زند.

ساوتهمپتون در بریتانیا یک پدیده پرآب مضاعف را تجربه می‌کند که ناشی از تعامل بین اجزای جزر و مدی M₂ و M§67§ است که به‌عنوان جزر و مد آب کم عمق جزر و مد اصلی ماه شناخته می‌شوند. به طور مشابه، پورتلند به دلیل مکانیسم زیربنایی یکسان، آبهای دو برابر کم را نشان می دهد. جزر و مد M§1011§ در سراسر سواحل جنوبی بریتانیا شایع است. با این حال، تأثیر آن بیشتر در منطقه بین جزیره وایت و پورتلند آشکار است، عمدتاً به این دلیل که جزر و مد M§14_{15§ به حداقل دامنه خود در این منطقه خاص می رسد.}

دریای مدیترانه و دریای بالتیک بزرگترین پیامدهای جزر و مدی خود را در نزدیکی جزر و مد خود نشان می دهند. حالت های نوسان آنها با هیچ دوره اجباری نجومی قابل توجهی هماهنگ نیست. به طور مشابه، خلیج مکزیک و دریای ژاپن به دلایل مشابه جزر و مد بسیار کم را تجربه می کنند. در سایر زمینه های جغرافیایی، مانند در امتداد خط ساحلی جنوب استرالیا، کاهش دامنه جزر و مد ممکن است به نزدیکی یک نقطه آمفیدروم نسبت داده شود.

تجزیه و تحلیل

نظریه گرانشی اسحاق نیوتن چارچوب اولیه ای را برای توضیح وقوع معمولی دو جزر و مد روزانه، به جای یک جزر و مد، فراهم کرد، در نتیجه چشم اندازهایی برای درک جامع نیروهای جزر و مد و دینامیک آنها ایجاد کرد. در حالی که ممکن است به نظر برسد که پدیده های جزر و مدی را می توان تنها از طریق دانش دقیق اجبارهای نجومی آنی پیش بینی کرد، رفتار جزر و مدی واقعی در هر مکان خاص تحت تأثیر نیروهای نجومی است که در طول چند روز در بدنه آبی تجمع می کنند. علاوه بر این، دستیابی به پیش‌بینی‌های دقیق نیاز به اطلاعات دقیق در مورد مورفولوژی تمام حوضه‌های اقیانوسی، از جمله عمق‌سنجی و پیکربندی‌های خط ساحلی آن‌ها دارد.

روش‌شناسی معاصر برای تجزیه و تحلیل جزر و مد از تکنیک آنالیز هارمونیک استفاده می‌کند که ویلیام تامسون در دهه 1860 معرفی کرد. این رویکرد فرض می‌کند که تئوری‌های نجومی در مورد حرکات خورشید و ماه، فرکانس‌های مؤلفه‌های متعددی را تعریف می‌کنند که هر کدام با یک جزء نیرویی مرتبط هستند که حرکت جزر و مدی را القا می‌کند. مهم این است که در هر مکان جغرافیایی خاص روی زمین، جزر و مد به هر یک از این فرکانس ها با دامنه و فاز منحصر به فرد آن مکان خاص پاسخ می دهد. در نتیجه، در هر مکان مورد علاقه، ارتفاع جزر و مد به دقت در مدت زمان طولانی اندازه گیری می شود - معمولاً بیش از یک سال برای بنادر تازه بررسی شده - برای تسهیل تمایز تحلیلی پاسخ ها در هر فرکانس مهم تولید جزر و مد. این فرآیند امکان استخراج ثابت های جزر و مدی را برای تعداد کافی از برجسته ترین اجزای شناخته شده نیروهای جزر و مدی نجومی فراهم می کند و در نتیجه پیش بینی عملی جزر و مد را ممکن می سازد. پیش‌بینی می‌شود که ارتفاع جزر و مد مطابق با نیروی جزر و مد باشد و دامنه و تاخیر فاز ثابتی را برای هر جزء نشان می‌دهد. با توجه به اینکه فرکانس ها و فازهای نجومی را می توان با دقت تعیین کرد، زمانی که پاسخ به اجزای هارمونیک نیروهای مولد جزر و مد نجومی مشخص شد، ارتفاعات جزر و مدی آینده را می توان با دقت پیش بینی کرد.

الگوهای اولیه مشاهده شده در پدیده های جزر و مدی عبارتند از:

• تغییر نیمه روزانه؛
• نابرابری روزانه؛
• چرخه نپ بهار؛
• تغییر سالانه.

بالاترین جزر و مد نجومی (HAT) به عنوان جزر و مد بهار حضیض تعریف می شود، که زمانی رخ می دهد که خورشید و ماه هر دو در نزدیکترین فاصله مداری خود با زمین قرار دارند.

در تجزیه و تحلیل توابع متناوب متغیر، روش مرسوم شامل استفاده از سری فوریه است. این تکنیک تحلیلی از توابع سینوسی به عنوان یک مجموعه پایه با فرکانس هایی که مضرب صحیح (صفر، یک، دو، سه و غیره) فرکانس یک چرخه اساسی خاص هستند، استفاده می کند. این مضرب ها به عنوان هارمونیک فرکانس بنیادی تعیین می شوند و کل فرآیند به عنوان تحلیل هارمونیک نامیده می شود. هنگامی که مجموعه پایه انتخاب شده از توابع سینوسی به طور دقیق رفتار مدل شده را نشان می دهد، تعداد نسبتا کمی از عبارت هارمونیک کافی است. با توجه به اینکه مسیرهای مداری تقریبا دایره ای هستند، تغییرات سینوسی به ویژه برای مدل سازی پدیده های جزر و مدی مناسب هستند.

در تحلیل عملی ارتفاعات جزر و مدی، روش سری فوریه نیاز به کاربرد پیچیده تری نسبت به استفاده از یک فرکانس منفرد و هارمونیک های مرتبط با آن دارد. الگوهای جزر و مدی در نتیجه به سینوسی های متعددی تجزیه می شوند که هر کدام دارای فرکانس های اساسی مجزا هستند. این فرکانس‌ها، مشابه نظریه ماه، با ترکیب‌های مختلفی از حرکات زمین و ماه، همراه با پارامترهای زاویه‌ای که پیکربندی و موقعیت مدارهای مربوطه را مشخص می‌کنند، مطابقت دارند.

برای تجزیه و تحلیل جزر و مد، تحلیل هارمونیک فراتر از هارمونیک های مشتق شده از فرکانس منفرد است. در نتیجه، هارمونیک‌های تشکیل‌دهنده از فرکانس‌های بنیادی متعدد مشتق شده‌اند، که از مشخصه فرکانس بنیادی منفرد یک روش پایه سری فوریه جدا می‌شوند. نمایش این پدیده‌ها صرفاً از طریق یک سری فوریه با یک بسامد اساسی واحد و مضرب‌های صحیح آن، مستلزم تعداد زیادی عبارت است و محدودیت‌های زمانی قابل‌توجهی را در مورد کاربرد آن نشان می‌دهد.

بررسی ارتفاع جزر و مد از طریق تحلیل هارمونیک توسط لاپلاس، ویلیام تامسون (لرد کلوین) و جورج داروین آغاز شد. A.T. Doodson متعاقباً این تحقیق را گسترش داد و نماد Doodson Number را برای دسته‌بندی سیستماتیک عبارات حاصله متعدد ایجاد کرد. این روش متعاقباً به استاندارد بین المللی رسیده است. پیچیدگی‌های ذاتی در این مدل از نمایش مفهومی نیروی افزایش جزر و مد به‌عنوان مجموعه‌ای از چند عبارت تشکیل‌دهنده ناشی می‌شود. به طور خاص، هر عبارت به ساختار ریاضی زیر پایبند است:

${\displaystyle A_{o}\cos(\omega t+p),}$

که در آن

A_o نشان دهنده دامنه است؛

ω نشان‌دهنده فرکانس زاویه‌ای است که معمولاً بر حسب درجه در ساعت بیان می‌شود و مطابق با متغیر t در ساعت اندازه‌گیری می‌شود.

p نشان دهنده تغییر فاز نسبت به شرایط نجومی در زمان t = 0 است.

این فرمول شامل یک اصطلاح خاص برای ماه و یک اصطلاح دوم متمایز برای خورشید است. پارامتر فاز p مرتبط با هارمونیک اولیه عبارت ماه به‌عنوان بازه‌ی قمری یا به‌طور متناوب، بازه آب بالا تعیین می‌شود.

تصفیه‌های بعدی شامل ترکیب اصطلاحات هارمونیک است که پیکربندی‌های بیضوی مدارها را به حساب می‌آورند. برای دستیابی به این، دامنه یک کمیت متغیر زمانی در نظر گرفته می‌شود که به جای ثابت، حول دامنه میانگین A_o نوسان می‌کند. به طور خاص، A_o در معادله قبلی با A(t) جایگزین می‌شود، که در آن A خود یک تابع سینوسی اضافی را نشان می‌دهد، که از لحاظ مفهومی شبیه به چرخه‌های چرخه‌ای استرونومی است. این جایگزینی عبارت زیر را ایجاد می کند:

31§ + A a cos ⁡ ( ω a t + p a ) ) ، {\displaystyle A(t)=A_{o}{\bigl (}1+A_{a}\cos(\omega _{a}t+p_{a}){\bigr )}،}

این عبارت نشان‌دهنده یک مقدار متوسط A_o است که با تغییر سینوسی قدر A_a مدوله شده است، که با فرکانس ω_a مشخص می‌شود. p_a. جایگزینی این عبارت برای A_o در معادله اولیه منجر به یک محصول متشکل از دو عامل کسینوس می شود:

21§ + A a cos ⁡ ( ω a t + p a ) ) cos ⁡ ( ω t + p ) . {\displaystyle A_{o}{\bigl (}1+A_{a}\cos(\omega _{a}t+p_{a}){\bigr )}\cos(\omega t+p).}

مشخص شده است که برای هر متغیر x و y،

26§ §2728§ cos ⁡ ( x + y ) + §5253§ §5455§ cos ⁡ ( x − y ) ، {\displaystyle \cos x\cos y={\tfrac {1}{2}}\cos(x+y)+{\tfrac {1}{2}}\cos(x-y),}

مشخص است که یک عبارت مرکب، که از حاصل ضرب دو جمله کسینوس که هر یک دارای بسامد مجزا هستند، تشکیل شده است، معادل سه عبارت کسینوس ساده است. این عبارت‌ها متعاقباً در فرکانس اصلی و همچنین در فرکانس‌هایی که مجموع و تفاوت دو فرکانس تشکیل‌دهنده از عبارت محصول را نشان می‌دهند، اضافه می‌شوند. این به جای دو عبارت، سه را به دست می‌دهد، زیرا عبارت کامل با ${\displaystyle (1+\cos x)\cos y}$. علاوه بر این، نیروی جزر و مدی اعمال شده در یک مکان خاص نیز به موقعیت ماه (یا خورشید) نسبت به صفحه استوایی (یعنی بالا یا پایین) بستگی دارد. این ویژگی‌های مداری دوره‌های اضافی را معرفی می‌کنند که هم با یک روز و هم با یک ماه غیرقابل قیاس هستند و منجر به ترکیب‌های متعددی می‌شوند. از طریق یک انتخاب دقیق از بسامدهای نجومی بنیادی، عدد دودسون به طور سیستماتیک اضافات و تفاوت‌های خاص مورد نیاز برای استخراج فرکانس برای هر عبارت کسینوس ساده را تعیین می‌کند.

توجه به این نکته ضروری است که جزر و مدهای نجومی صراحتاً تأثیرات هواشناسی را نمی وارد می کنند. علاوه بر این، تغییرات در شرایط محیطی محلی، مانند مهاجرت ساحل شنی یا لایروبی ورودی های بندر، می تواند به طور قابل توجهی بر زمان و اندازه واقعی جزر و مد تأثیر بگذارد، به ویژه زمانی که این شرایط از شرایط موجود در طول اندازه گیری منحرف شود. موجودیت هایی که "بالاترین جزر و مد نجومی" را برای یک مکان مشخص منتشر می کنند ممکن است این مقدار را افزایش دهند. این اغراق اغلب به عنوان یک حاشیه ایمنی برای محاسبه عدم قطعیت‌های تحلیلی، فاصله از نزدیک‌ترین نقطه اندازه‌گیری، تغییرات زمانی از آخرین مشاهده، فرونشست زمین و سایر عوامل عمل می‌کند، و در نتیجه مسئولیت احتمالی را در صورت غلبه بر یک سازه مهندسی کاهش می‌دهد. در نتیجه، احتیاط خاصی در هنگام تعیین بزرگی یک "موج آب و هوا" با کسر جزر و مد نجومی از جزر و مد مشاهده شده تجربی ضروری است.

تحلیل دقیق فوریه داده‌ها، در بازه‌ای نوزده ساله (که به‌عنوان دوران مبدأ جزر و مد ملی در ایالات متحده تعیین می‌شود)، از فرکانس‌های معروف به مواد هارمونیک جزر و مدی استفاده می‌کند. این دوره نوزده ساله به دلیل عود تقریباً دقیق موقعیت‌های نسبی زمین، ماه و خورشید در چرخه متونیک مطلوب است، دوره‌ای که برای دربرگرفتن اجزای جزر و مدی گره‌ای قمری 18.613 ساله کافی است. چنین تحلیلی را می توان صرفاً با آگاهی از دوره اجباری، بدون درک دقیق مشتقات ریاضی انجام داد. در نتیجه قرن ها جداول جزر و مدی کاربردی تهیه شده است. دامنه‌ها و فازهای مشتق‌شده متعاقباً پیش‌بینی جزر و مد پیش‌بینی‌شده را تسهیل می‌کنند. در حالی که ترکیبات تقریباً 12 ساعته (که اجزای نیمه روزانه نامیده می شوند) معمولاً تأثیر اولیه را اعمال می کنند، اجزای مهم نیز در حدود 24 ساعت (روزانه) وجود دارند. اجزای طولانی مدت اضافی شامل مواردی است که هر 14 روز (یا دو هفته یکبار)، ماهانه و شش ماه یکبار رخ می دهند. اگرچه جزر و مد نیمه روزانه در اکثر خطوط ساحلی غالب است، مناطق خاصی مانند دریای چین جنوبی و خلیج مکزیک، الگوهای جزر و مدی عمدتاً روزانه را نشان می دهند. در مناطق نیمه روزانه، اجزای اصلی، M§1415§ (قمری) و S§1819§ (خورشیدی)، دارای دوره‌های کمی واگرا هستند. این اختلاف منجر به تغییرات دو هفته ای (دوره 14 روزه) در مراحل نسبی آنها و در نتیجه، در دامنه جزر و مد ترکیبی حاصل می شود. جزر و مد در فاز تعادل در گرینویچ. در نیمکره شمالی، این خطوط چرخش خلاف جهت عقربه‌های ساعت حول نقاط آمفیدرومی نشان می‌دهند که باعث می‌شود جزر و مد M§6_{7§ به سمت شمال از شبه جزیره باخا کالیفرنیا به آلاسکا و از فرانسه به ایرلند منتشر شود. برعکس، در نیمکره جنوبی، این جهت انتشار در جهت عقربه های ساعت است. با این حال، جزر و مد M§1011§ در خلاف جهت عقربه‌های ساعت در اطراف نیوزیلند انتشار می‌یابد، پدیده‌ای که به اثر سد جزایر نسبت داده می‌شود، که اجازه می‌دهد ارتفاعات جزر و مدی متفاوتی را در طرف‌های مقابل آنها ایجاد کند. (به ویژه، جزر و مد به سمت شمال در امتداد ساحل شرقی و به سمت جنوب در امتداد ساحل غربی منتشر می شود، مطابق با پیش بینی های نظری.)}

یک استثنا در تنگه کوک رخ می دهد، جایی که جریان های جزر و مدی به طور دوره ای آب زیاد را به آب کم متصل می کند. این پدیده به این دلیل به وجود می‌آید که خطوط جزرخی واقع در 180 درجه در اطراف آمفیدروم‌ها در فازهای متضاد هستند، که نمونه‌ای از آن است که آب زیاد در مقابل آب کم در هر انتهای تنگه کوک رخ می‌دهد. با توجه به اینکه هر جزء جزر و مدی دارای پیکربندی مشخصی از دامنه ها، فازها و نقاط آمفیدرومیک است، الگوهای مشاهده شده برای M₂ قابل انتقال به سایر اجزای جزر و مدی نیستند.

جدول جزر و مد

جدول جزر و مد زمان ها و دامنه های پیش بینی شده (یا "محدوده جزر و مد") را برای مکان های جغرافیایی خاص ارائه می دهد. این پیش‌بینی‌ها تحت تأثیرات متعددی قرار دارند، مانند هم‌ترازی خورشید و ماه، فاز و دامنه جزر و مد (نماینده الگوی جزر و مدی اعماق اقیانوس)، سیستم‌های آمفیدرومی اقیانوسی، و مورفولوژی خط ساحلی و آب‌سنجی نزدیک به ساحل.

در حالی که جداول پیش‌بینی می‌کنند، زمان و ارتفاع واقعی جزر و مد تحت تأثیر عوامل هواشناسی مانند باد و فشار اتمسفر است. مناطق ساحلی متعددی جزر و مد نیمه روزانه را نشان می دهند که با دو جزر و مد تقریباً مساوی در روز مشخص می شود. برعکس، سایر مکان‌ها جزر و مد روزانه را تجربه می‌کنند که شامل یک جزر و مد در هر روز است. سومین طبقه بندی متداول "جندر مختلط" است که شامل دو جزر و مد با بزرگی نابرابر است که در یک روز رخ می دهد.

محاسبه گویا

با توجه به حرکت مداری ماه به دور زمین در جهتی مشابه با چرخش زمین، یک نقطه زمینی باید فاصله بیشتری بچرخد تا دوباره مرتب شود، که در نتیجه یک دوره بین جزر و مد نیمه روزانه 12.4206 ساعت، تقریباً بیست و پنج دقیقه بیشتر از دوازده ساعت ایجاد می شود. دو قله جزر و مدی روزانه از نظر قدر معادل نیستند. دو جزر و مد روزانه حداکثر ارتفاع‌های متناوب را نشان می‌دهند: ارتفاع پایین‌تر (کمی کمتر از سه فوت)، به دنبال آن ارتفاع بالاتر (کمی بیش از سه فوت)، و سپس ارتفاع دیگر پایین‌تر. الگوی مشابهی برای جزر و مد مشاهده شده است.

هنگامی که زمین، ماه و خورشید در یک راستا قرار دارند (سیزیژی، به عنوان مثال، پیکربندی خورشید-زمین-ماه یا خورشید-ماه-زمین)، تأثیرات گرانشی ترکیبی آنها باعث ایجاد جزر و مد بهاری می شود. برعکس، هنگامی که این دو نیرو با یکدیگر مخالفت می کنند، مانند زمانی که زاویه ماه-زمین-خورشید به نود درجه نزدیک می شود، جزر و مد ناب رخ می دهد. ماه در طول حرکت مداری خود از مواضع شمال استوا به جنوب استوا عبور می کند. این تغییر مداری باعث می شود که تناوب در ارتفاعات جزر و مد کاهش یابد و در نهایت برابر شود (در اعتدال قمری، زمانی که ماه در بالای استوا قرار می گیرد). متعاقباً، تناوب دوباره با قطبیت مخالف ظاهر می‌شود و قبل از اینکه دوباره به تدریج کاهش یابد، به حداکثر اختلاف افزایش می‌یابد.

جریان جزر و مدی

تجزیه و تحلیل تأثیر جزر و مد بر جریان یا جریان، مانند جمع آوری داده های مرتبط، چالش های مهمی را به همراه دارد. ارتفاع جزر و مد، یک کمیت اسکالر، تنوع نرمی را در مناطق وسیع جغرافیایی نشان می دهد. برعکس، جریان یک کمیت برداری را تشکیل می‌دهد که هم مقدار و هم جهت دارد، که می‌تواند به طور قابل‌توجهی با عمق و در فواصل کوتاه، عمدتاً تحت تأثیر عمق‌سنجی محلی، نوسان داشته باشد. علاوه بر این، در حالی که محور مرکزی یک کانال آب سودمندترین مکان را برای اندازه گیری ها ارائه می دهد، استقرار تجهیزات اندازه گیری جریان اغلب به دلیل انسداد بالقوه راه های آبی با مخالفت دریانوردان مواجه می شود. جریانی که از یک کانال منحنی عبور می کند ممکن است علیرغم تغییرات مداوم جهت در طول مسیر خود، مقدار ثابتی را حفظ کند. به طور متناقض، جریان های سیل و جزر اغلب جهت های کاملاً متضاد را نشان نمی دهند. مورفولوژی کانال بالادست به جای پیکربندی پایین دست، جهت جریان را دیکته می کند. به طور مشابه، تشکیل گرداب‌ها ممکن است به یک جهت جریان محدود شود.

علی‌رغم این پیچیدگی‌ها، تحلیل جریان‌های جزر و مدی معمولاً با ارتفاعات جزر و مدی موازی است. در یک سناریوی ساده شده، در یک مکان خاص، جریان سیل عمدتا در یک جهت حرکت می کند، در حالی که جریان جزر در یک جهت جایگزین ادامه می یابد. سرعت سیل به طور معمول علامت مثبت است، در حالی که سرعت جزر و مد علامت منفی دریافت می کند. این رویکرد تحلیلی این سرعت‌ها را به طور مشابه با ارتفاعات جزر و مدی رفتار می‌کند.

در سناریوهای پیچیده‌تر، جزر و مد اولیه و جریان سیل ممکن است عوامل غالب نباشند. در عوض، جهت و بزرگی جریان یک مسیر بیضوی را در طول یک چرخه جزر و مدی کامل زمانی که بر روی یک نمودار قطبی رسم می‌شود، ترسیم می‌کند، که از یک پیشروی خطی ساده در امتداد محورهای جزر و مد و سیل متفاوت است. در نتیجه، تجزیه و تحلیل در چنین مواردی ممکن است شامل جفت جهت متعامد باشد که به عنوان اولیه و ثانویه تعیین می شود. یک رویکرد روش‌شناختی جایگزین شامل نمایش جریان‌های جزر و مدی به‌عنوان اعداد مختلط است، با توجه به اینکه هر مقدار ذاتاً دارای بزرگی و جهت است.

اطلاعات مربوط به جریان جزر و مدی معمولاً از طریق نمودارهای دریایی منتشر می‌شوند، جایی که در قالب جدولی ارائه می‌شوند و جزئیات سرعت جریان و یاتاقان‌ها را در جدول‌های جزر و مد ساعتی ارائه می‌کنند. ارجاع زمانی برای این داده‌ها نسبت به آب زیاد در یک بندر تعیین‌شده با الگوی جزر و مدی قابل مقایسه، صرف نظر از فاصله جغرافیایی آن، ایجاد می‌شود.

مشابه پیش‌بینی‌های ارتفاع جزر و مد، پیش‌بینی‌های مربوط به جریان جزر و مدی که صرفاً از پارامترهای نجومی به دست می‌آیند، شرایط هواشناسی را که دارای ظرفیت کاملا تغییر نتایج پیش‌بینی‌شده هستند، در نظر نمی‌گیرند.

تنگه کوک

جریان جزر و مدی که از تنگه کوک، واقع بین دو جزیره اصلی نیوزیلند، عبور می‌کند، یک مطالعه موردی قابل‌توجه را به دلیل رابطه تقریباً خارج از فاز جزر و مد در هر دو طرف ارائه می‌دهد، که منجر به همخوانی آب زیاد یک طرف با کم آب طرف دیگر می‌شود. این پدیده جریان های قدرتمندی را تولید می کند که با تغییر تقریباً ناچیز ارتفاع جزر و مد در نقطه مرکزی تنگه همراه است. با این حال، در حالی که یک موج جزر و مدی معمولاً یک جریان یک جهته را به مدت شش ساعت قبل از معکوس کردن برای مدتی معادل حفظ می‌کند، نوسان‌های خاص می‌توانند برای هشت یا ده ساعت ادامه داشته باشند و موج معکوس بعدی به طور قابل‌توجهی کاهش یابد. تحت شرایط شدید هواشناسی، موج معکوس ممکن است کاملاً سرکوب شود و باعث شود جریان در یک جهت در سه یا چند دوره موج متوالی ادامه یابد.

ویژگی‌های چرخه جزر و مدی تنگه کوک نیز تغییرات ساحلی را نشان می‌دهند. در امتداد سواحل غربی و در خلیج تاسمان/گلدن، دامنه‌های جزر و مدی معمولاً به یک چرخه معمولی دو هفته‌ای بهار-نیپ می‌پیوندند که با دامنه‌های تقویت‌شده در طول جزر و مد بهاری و کاهش دامنه‌ها در طول جزر و مد، پدیده‌ای که عمدتاً تحت تأثیر سیزیژی ماه و خورشید است، مشخص می‌شود. برعکس، در برخی مناطق ساحلی شرقی، از جمله مناطق نزدیک به ولینگتون و ناپیر، الگوی جزر و مد مدولاسیون ماهانه بارزتری را نشان می‌دهد که با سیگنال‌های حومه-آخرین (تغییرات در فاصله مداری ماه) مرتبط است، و در نتیجه به‌عنوان یک سیگنال دو هفته‌ای بهار

نمایش گرافیکی جزر و مد تنگه کوک، که تا نوامبر 2007 را در بر می گیرد، ارتفاعات و زمان های آب بالا و پایین را مشخص می کند. این نقاط داده اندازه‌گیری مستقیم نیستند، بلکه محاسباتی هستند که از پارامترهای جزر و مدی به دست آمده‌اند که از طریق اندازه‌گیری‌های تاریخی چندین ساله ایجاد شده‌اند. نمودارهای دریایی مربوط به تنگه کوک اطلاعات جامع جریان جزر و مدی را ارائه می دهد. به عنوان مثال، نسخه ژانویه 1979، که مختصات 41°13.9′S 174°29.6′E(Capoudrawwesti) را پوشش می دهد. زمان بندی به Westport، در حالی که نسخه ژانویه 2004 از ولینگتون به عنوان نقطه مرجع استفاده می کند.

نزدیک کیپ تراوهیتی، واقع در تنگه کوک مرکزی، تغییرات ارتفاع جزر و مد ناچیز است، در حالی که جریان جزر و مدی به اوج سرعت خود، به ویژه در اطراف ریپ برجسته کاروری، می رسد. فراتر از تأثیرات هواشناسی، جریان های غالب از طریق تنگه کوک توسط اختلاف ارتفاع جزر و مدی بین دو انتهای تنگه شکل می گیرند. به طور قابل توجهی، تنها یکی از دو جزر و مد بهاری در انتهای شمال غربی تنگه نزدیک نلسون توسط جزر و مد بهاری مربوطه در انتهای جنوب شرقی (ولینگتون) منعکس شده است. در نتیجه، دینامیک جزر و مد با ویژگی های هر یک از درگاه های مرجع مطابقت ندارد.

Nantucket Shoals

در منطقه Nantucket Shoals در اقیانوس اطلس، جریان‌های جزر و مدی ماهیت چرخشی دارند، که در آن جهت جریان به تدریج در تمام نقاط قطب نما در طول یک چرخه جزر و مدی تغییر می‌کند، برخلاف نوسانات خطی صرف. این جریان‌ها در سراسر سوله‌ها معمولاً چرخشی در جهت عقربه‌های ساعت نشان می‌دهند، با حداکثر سرعت معمولاً از 1.5 تا 2.5 گره و حداقل‌ها تقریباً 0.5 گره. با این حال، سرعت در معرض تغییرات قابل توجهی بر اساس موقعیت جغرافیایی و فاز جزر و مدی است. با توجه به تغییر چرخشی پیوسته در جهت جریان، به جای یک برگشت ناگهانی، یک دوره شلی متمایز - مشخصه جریان های معکوس ساده - وجود ندارد. در عوض، سرعت جریان در طول چرخه در نوسان است، در حالی که بردار جهت آن دستخوش تغییر دائمی می شود.

تولید برق

انرژی جزر و مدی را می توان از طریق دو روش اصلی مهار کرد: استقرار توربین های هیدروکینتیک در جریان جزر و مد، یا ساخت حوضچه های آبگیری که جریان آب را از طریق توربین ها تنظیم می کند. برای اولی، بازده انرژی صرفاً به دینامیک زمانی و بزرگی جریان جزر و مدی بستگی دارد. با این وجود، مکان‌های فعلی بهینه ممکن است به دلیل انسداد بالقوه ناوبری دریایی توسط تاسیسات توربین غیرقابل دسترسی باشد. برعکس، رویکرد اخیر مستلزم هزینه‌های قابل‌توجهی برای ساخت سدها است، منجر به اختلال قابل توجهی در چرخه‌های هیدرولوژیکی طبیعی می‌شود و ناوبری کشتی را مختل می‌کند. با این وجود، استفاده از حوضه های آبگیری متعدد انعطاف پذیری را برای تولید برق در فواصل از پیش تعیین شده ارائه می دهد. تا به امروز، پیاده‌سازی سیستم‌های تولید نیروی جزر و مدی محدود باقی مانده است (با تاسیسات La Rance در سنت مالو، فرانسه، که نمونه‌ای قابل توجه است)، و این پروژه‌ها با چالش‌های متعددی روبرو هستند. فراتر از ملاحظات زیست محیطی، مشکلات ذاتی مقاومت در برابر خوردگی و کاهش رسوب زیستی موانع مهندسی قابل توجهی را ایجاد می کند.

قدرت جزر و مدی در مقایسه با انرژی باد قابلیت پیش بینی بیشتری را نشان می دهد. با این حال، راندمان توربین در سرعت های جریان پایین به طور قابل توجهی کاهش می یابد، و با توجه به اینکه توان خروجی متناسب با مکعب سرعت است، دوره های تولید پیک ذاتا کوتاه مدت هستند. چنین نوسان‌هایی را می‌توان از طریق راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی، سیستم‌های پیچیده کنترل توربین، آرایه‌های انرژی جزر و مدی توزیع شده، یا از طریق هیبریداسیون با سایر منابع انرژی تجدیدپذیر بهبود بخشید.

ناوبری

جریان های جزر و مدی برای ناوبری دریایی بسیار مهم هستند و عدم توجه به این جریان ها می تواند منجر به عدم دقت موقعیتی قابل توجهی شود. علاوه بر این، ارتفاعات جزر و مدی اهمیت قابل توجهی دارد. به عنوان مثال، رودخانه‌ها و بندرهای متعدد دارای یک "نوار" کم عمق در ورودی خود هستند که مانع از ورود کشتی‌هایی با پیش‌روی قابل توجه در هنگام جزر می‌شود.

قبل از پذیرش گسترده سیستم‌های ناوبری خودکار، مهارت در محاسبه اثرات جزر و مدی یک مهارت ضروری برای افسران نیروی دریایی بود. از نظر تاریخی، گواهی امتحان ستوان نیروی دریایی سلطنتی نشان دهنده توانایی یک نامزد در "تغییر جزر و مد" است که نشان دهنده تسلط آنها بر محاسبات جزر و مد است.

اطلاعات مربوط به زمان بندی و سرعت جریان جزر و مد معمولاً در نمودار جزر و مد یا یک اطلس جریان جزر و مدی اختصاصی ارائه می شود. این نمودارها معمولاً در مجموعه های متوالی صادر می شوند. هر نمودار مجزا میانگین جریان جزر و مدی را برای یک فاصله زمانی یک ساعته بین آبهای بلند متوالی به تصویر می کشد و دوره 24 دقیقه ای باقیمانده را حذف می کند. یک فلش جهت روی نمودار جزر و مدی هم جهت و هم سرعت متوسط ​​جریان (که معمولاً به صورت گره بیان می شود) را برای جزر و مدهای فنری و جزر و مدی نشان می دهد. در غیاب نمودار جزر و مد اختصاصی، اکثر نمودارهای دریایی دارای "الماس های جزر و مدی" هستند، که مکان های نمودار خاص را با ارائه جدولی جهت و سرعت جریان جزر و مد مرتبط می کند.

روش مرسوم برای جبران تأثیرات جزر و مدی در طول ناوبری شامل سه مرحله است: (1) محاسبه یک مسیر (موقعیت DR) بر اساس مسیر "مستحدثه، DR) (موقعیت سنجی شده بر اساس مسیر 2)". علامت گذاری این موقعیت در نمودار با یک ضربدر عمودی، و (3) طرح یک خط از DR در جهت جریان جزر و مدی. جابجایی کشتی در امتداد این خط پیش‌بینی شده، ناشی از جریان جزر و مدی، سپس با استفاده از سرعت جزر و مد محاسبه می‌شود و یک "موقعیت تخمینی" (EP) به دست می‌آید که به طور معمول با یک نقطه محصور در یک مثلث نشان داده می‌شود.

نمودارهای هیدروگرافی، اعماق آب ترسیم شده را در نقاط خاص از طریق صداگذاری و از طریق خطوط کانتور عمق سنجی نشان می دهند، که مورفولوژی کف دریا غوطه ور را مشخص می کند. این اندازه‌گیری‌ها به یک «مقصد نمودار» خاص ارجاع می‌شوند، که معمولاً به عنوان سطح آب در پایین‌ترین جزر و مد نجومی (LAT) تعریف می‌شود. با این حال، داده های جایگزین از لحاظ تاریخی به کار گرفته شده اند، و عوامل هواشناسی می توانند تغییرات جزر و مدی را بیش از پیش بینی های نجومی یا پایین تر از آن ایجاد کنند. در نتیجه، اعماق نمودار نشان دهنده حداقل ستون آب موجود در طول یک چرخه جزر و مدی است. علاوه بر این، ممکن است "ارتفاع خشک شدن" نشان داده شود، که نشان دهنده ارتفاع بستر دریا در پایین ترین جزر و مد نجومی است.

جدول جزر و مد داده‌های روزانه را در مورد ارتفاعات کم و زیاد آب و زمان‌های مربوط به آنها ارائه می‌کند. تعیین عمق واقعی آب مستلزم افزودن عمق نمودار شده به ارتفاع جزر و مد پیش بینی شده است. برای زمان های میانی، عمق آب را می توان با استفاده از منحنی های جزر و مدی درون یابی کرد، که معمولاً برای بنادر قابل توجهی در دسترس هستند. در غیاب منحنی های جزر و مدی دقیق، "قاعده دوازدهم" تقریب کافی را ارائه می دهد. این روش فرض می کند که افزایش عمق در طول دوره شش ساعته بین کم و زیاد آب از توزیع خاصی پیروی می کند: 1/12 در ساعت اول، 2/12 در طول دوم، 3/12 در طول سوم، 3/12 در طول چهارم، 2/12 در طول پنجم، و 1/12 در طول ساعت ششم.

ملاحظات بیولوژیکی

اکولوژی بین جزر و مدی

اکولوژی بین جزر و مدی بر بررسی اکوسیستم‌های واقع بین نشانه‌های کم و پرآب محیط‌های ساحلی تمرکز دارد. در طول دوره‌های جزر و مد، این ناحیه در معرض (یا غوطه‌ور شدن) قرار می‌گیرد، در حالی که در جزر و مد، زیر آب می‌رود (یا غوطه‌ور می‌شود). در نتیجه، بوم شناسان جزر و مدی، تعاملات پیچیده بین موجودات و محیط فیزیکی آنها را در کنار روابط بین گونه ای تجزیه و تحلیل می کنند. فعل و انفعالات اکولوژیکی غالب مشروط به ویژگی های خاص جامعه جزر و مدی است. طبقه‌بندی اولیه این جوامع معمولاً بر اساس نوع بستر تعیین می‌شود و بین سواحل صخره‌ای و زیستگاه‌های کف نرم تمایز قائل می‌شود.

جانداران ساکن در مناطق جزر و مدی با محیطی بسیار متغیر و اغلب چالش‌برانگیز مواجه هستند که نیاز به سازگاری‌های تخصصی برای بقا و حتی رشد در این شرایط دارد. یک ویژگی برجسته پهنه بندی عمودی است، که در آن جامعه بیولوژیکی به نوارهای افقی مجزا از گونه های خاص جدا می شود، که هر کدام ارتفاع خاصی را بالای علامت کم آب اشغال می کنند. حد بالای توزیع یک گونه در درجه اول به دلیل تحمل آن در برابر خشک شدن تعیین می شود، در حالی که رقابت بین گونه ای معمولاً مرز پایینی آن را ایجاد می کند.

جمعیت های انسانی از مناطق جزر و مدی هم برای فعالیت های تغذیه و هم برای فعالیت های تفریحی استفاده می کنند. آسیب مستقیم به اکوسیستم های جزر و مدی می تواند ناشی از بهره برداری بیش از حد باشد. علاوه بر این، سایر اثرات انسانی، از جمله معرفی گونه های مهاجم و اثرات تغییرات آب و هوایی، تأثیرات مخرب قابل توجهی را اعمال می کنند. ایجاد مناطق حفاظت‌شده دریایی نشان‌دهنده راهبردی مناسب برای جوامع برای حفاظت از این زیستگاه‌های حیاتی و تسهیل تحقیقات علمی است.

ریتم های بیولوژیکی

چرخه‌های جزر و مدی تقریباً 12 ساعته و دو هفته‌ای به شدت بر موجودات جزر و مدی و دریایی تأثیر می‌گذارد. در نتیجه، ریتم‌های بیولوژیکی آن‌ها اغلب به صورت مضرب تقریبی از این تناوب‌های جزر و مدی ظاهر می‌شوند. بسیاری از گونه های جانوری دیگر، از جمله مهره داران، ریتم شبانه روزی مشابهی از خود نشان می دهند. نمونه‌های گویا شامل دوره‌های حاملگی و تخم‌گذاری است. در انسان، چرخه قاعدگی تقریباً یک ماه قمری است که مضربی از دوره جزر و مدی است. این شباهت‌های مشاهده‌شده نشان‌دهنده یک اصل و نسب تکاملی مشترک بالقوه برای همه حیوانات است که از یک اجداد دریایی سرچشمه می‌گیرد.

دیگر پدیده های جزر و مدی

جزر و مد داخلی

جریان‌های جزر و مدی نوسانی در یک اقیانوس طبقه‌بندی شده، هنگام تعامل با توپوگرافی نامنظم بستر دریا، باعث تولید امواج داخلی می‌شوند که با فرکانس‌های جزر و مدی مشخص می‌شوند.

جزر و مد دریاچه

دریاچه‌های مهم، از جمله سوپریور و ایری، ممکن است دامنه جزر و مدی بین 1 تا 4 سانتی‌متر (0.39 تا 1.6 اینچ) را نشان دهند. با این حال، این نوسانات ظریف اغلب توسط پدیده های هواشناسی مانند سیچ ها پنهان می شوند. به عنوان مثال، دامنه جزر و مد در دریاچه میشیگان بین 1.3 تا 3.8 سانتی متر (0.5 تا 1.5 اینچ) یا 4.4 سانتی متر (1+3⁄§56§ اینچ) گزارش شده است. چنین اندازه‌های جزر و مدی حداقلی کاملاً تحت الشعاع سایر تأثیرات اساسی‌تر قرار می‌گیرند و منجر به دسته‌بندی این دریاچه‌ها به‌عنوان عملاً غیر جزر و مدی می‌شوند.

جزر و مد اتمسفر

در سطح زمین و ارتفاعات معمولی هوانوردی، جزر و مدهای جوی ناچیز در نظر گرفته می‌شوند، زیرا اثرات آن‌ها توسط پدیده‌های هواشناسی مهم‌تر پنهان می‌شوند. این جزر و مد از نیروهای گرانشی و حرارتی سرچشمه می گیرند و فرآیندهای دینامیکی اولیه را در مزوسفر و ترموسفر پایینی، تقریباً 80 تا 120 کیلومتری (50 تا 75 مایلی) از سطح زمین تشکیل می دهند، که فراتر از آن، چگالی مولکولی برای حفظ رفتار سیال مانند کافی نیست.

کشندهای زمین

جزر و مدهای زمینی، که به عنوان جزر و مد زمین نیز شناخته می شوند، بر کل جرم سیاره تأثیر می گذارند، که رفتاری شبیه به یک ژیروسکوپ سیال محصور شده در پوسته ای بسیار نازک دارد. پوسته زمین در نتیجه نیروهای گرانشی ماه و خورشید، اثرات جزر و مد اقیانوسی و تغییرات فشار اتمسفر، به صورت عمودی، طولی و عرضی دچار جابجایی می شود. اگرچه به طور کلی برای بسیاری از تلاش‌های بشری ناچیز است، دامنه نیمه روزانه جزر و مدهای زمینی می‌تواند تقریباً به 55 سانتی‌متر (22 اینچ) در استوا برسد که 15 سانتی‌متر (5.9 اینچ) به تأثیر خورشید نسبت داده می‌شود. این پدیده برای کالیبراسیون سیستم های موقعیت یاب جهانی (GPS) و اندازه گیری های تداخل سنجی خط پایه بسیار طولانی (VLBI) اهمیت قابل توجهی دارد. اندازه‌گیری‌های زاویه‌ای نجومی دقیق نیاز به داده‌های دقیقی در مورد سرعت چرخش و حرکت قطبی زمین دارد، که هر دو توسط جزر و مد زمین مدوله می‌شوند. جزر و مدهای نیمه روزانه M₂ زمین یک فاز تقریباً همزمان با ماه را نشان می‌دهند و یک تاخیر در جزر و مد نیمه روزانه ماه اولیه زمین 0.047±0.204 درجه را نشان می‌دهند که به تأخیر زمانی تقریبی 25 ثانیه ترجمه می‌شود. در نتیجه، تخمین زده می‌شود که این جزر و مد جامد حداقل 110 گیگاوات (150،000،000 اسب بخار) انرژی جزر و مدی را از بین می‌برد که تقریباً 5 درصد از انرژی تلف شده توسط جزر و مد اقیانوس را نشان می‌دهد.

جزر و مد کهکشانی

جزر و مد کهکشانی به نیروهای گرانشی اطلاق می شود که کهکشان ها بر ستارگان تشکیل دهنده آنها و کهکشان های ماهواره ای در مدار اطراف آنها اعمال می کنند. در منظومه شمسی، تأثیر جزر و مد کهکشانی بر ابر اورت فرض می شود که مسئول پیدایش 90 درصد دنباله دارهای دوره طولانی است.

نامهای اشتباه

سونامی‌ها، که امواج قابل توجهی هستند که توسط فعالیت‌های لرزه‌ای ایجاد می‌شوند، گاهی اوقات به اشتباه به عنوان امواج جزر و مدی نامگذاری می‌شوند. با این حال، این نامگذاری از شباهت آنها به پدیده های جزر و مدی ناشی می شود تا هر رابطه علی مستقیم. پدیده‌های دیگری که از اصطلاح جزر و مد استفاده می‌کنند، اما با جزر و مد گرانشی ارتباطی ندارند، عبارتند از جزر و مد، جزر و مد طوفانی، جزر و مد طوفان، و جزر و مد سیاه یا قرمز. بسیاری از این کاربردها ریشه تاریخی دارند و منعکس کننده یک تعریف قدیمی از "جندر" به عنوان "بخشی از زمان، یک فصل" یا "یک جریان، نهر یا سیل" هستند.

اهمیت فرهنگی

فراتر از پیامدهای علمی، جزر و مد از نظر تاریخی دارای اهمیت فرهنگی عمیقی بوده و بر روایات اساطیری، آثار ادبی، عبارات زبانی و دیدگاه‌های انسانی در مورد جهان تأثیر گذاشته است. محققان و مورخان مشاهده می کنند که جزر و مد ریتمیک اقیانوس به عنوان یک استعاره فراگیر برای مفاهیمی مانند زمان، دگرگونی و شرایط انسانی در سنت های فرهنگی متنوع عمل کرده است. همزمان، مورخان فرهنگی به‌دقت روش‌های پیچیده‌ای را ثبت کرده‌اند که در آن پدیده‌های جزر و مدی با فولکلور و گفتمان ادبی درهم می‌آمیزند.

قبل از ظهور روشنگری علمی، بسیاری از جوامع باستانی اغلب حرکات جزر و مدی را از طریق چارچوب‌های کیهانی تفسیر می‌کردند یا آنها را به مداخلات الهی نسبت می‌دادند. این رویکرد بر حس احترام و عنصری از رمز و راز در درک بشر از ریتم‌های اقیانوس تأکید می‌کند.

در طول تاریخ، هنرمندان و شاعران پیوسته از تصاویر جزر و مد برای بررسی مضامین دگردیسی و درون‌نگری استفاده کرده‌اند. جزر و مد اغلب در استعاره های فولکلور و ادبی نشان داده می شود که نماد چرخه های زندگی، سرنوشت و ماهیت متغیر احساسات است. علاوه بر این، تأثیر گرانشی ماه در آیین‌های تشریفاتی ساحلی و سنت‌های دریایی مشهود است و رابطه پیچیده بین دوره‌های تناوب طبیعی و روایت‌های فرهنگی را برجسته می‌کند.

یادداشت‌ها

یادداشت ها

مراجع

• تاریخچه پیش بینی جزر و مد آرشیو شده در 09-05-2015 در Wayback Machine
• بریتانیا ایزی تاید دریاسالاری
• پیش‌بینی جزر و مد برای استرالیا، اقیانوس آرام جنوبی و amp; قطب جنوب
• پیش بینی جزر و مد و جریان، برای ایستگاه های سراسر جهان