ГЛАВА 3. Приливы и приливные потоки

ГЛАВА 3. Приливы и приливные потоки

В предыдущей главе мы познакомились с некоторыми особенностями течений. Хотя ситуации были очень сильно упрощены, в большинстве случаев путем сочетания нескольких простых примеров можно получить по крайней мере приблизительное представление о том, что происходит на большинстве водных просторов, где имеются течения.

Все рассмотренные примеры справедливы независимо от того, вызвано ли течение приливными силами или стоком реки. Во всех этих примерах показаны направление и интенсивность потока воды, движущейся с постоянной скоростью. Но, прежде чем перейти к дальнейшему изложению, следует указать, что между приливными потоками и течением реки имеется существенная разница: скорость течения в бесприливной реке достаточно долго остается примерно неизменной (если не преобладают исключительные обстоятельства), а скорость и генеральное направление приливного потока все время изменяются. Поэтому при плавании в приливных водах надо учитывать измененные скорости и направления течения.

Типы приливов

Приливы на земном шаре бывают разные и зависят от относительного влияния центробежной силы Земли, силы тяготения Солнца и Луны. Приливы бывают полусуточные, суточные и смешанные.

Полусуточные приливы. Как следует из названия, эти приливы наблюдаются дважды в сутки. Между приливами имеется довольно постоянный промежуток времени (примерно 12 часов), соседние полные воды тесно связаны с квадратурными и сизигийными колебаниями прилива в зависимости от фаз Луны. Полусуточные приливы наблюдаются на большей части восточного побережья Северной Америки и всем побережье Англии.

Суточные приливы. В некоторых местах бывает только одна заметная полная и малая вода в сутки, вторая полная и малая вода немного больше, чем высота прилива при смене вод. Объяснение этого явления выходит за рамки настоящей книги, отметим только, что оно связано со склонением Солнца и Луны. Суточные приливы наиболее часто наблюдаются в тропиках, например на Филиппинах.

Смешанные приливы. Наконец, имеются приливы, которые сочетают черты каждого из двух названных типов. Они имеют два приливных цикла в сутки, но между высотами последовательных полных или малых вод может быть большая разница. Тихоокеанское побережье Северной Америки и большая часть побережья Австралии подвержены влиянию смешанных приливов.

Полусуточный приливный цикл

Наиболее распространенный вид приливов — полусуточный, поэтому я остановлюсь на нем; однако последующие выводы будут во многом применимы и для двух других типов прилива.

Примерно каждые 24 часа наблюдаются две полные и, соответственно, две малые воды. Временной интервал между последовательными полными водами составляет не 12 часов, а 12 часов 26 минут, поэтому полная вода в каждый последующий день наступает на 52 минуты позже, чем в предыдущий.

За полной водой, когда прилив наибольший, следует отлив, продолжающийся 6 часов. После отлива наступает малая вода, которая является наинизшей точкой приливного цикла. За малой водой следует прилив, который также продолжается около 6 часов; уровень постепенно повышается, и наконец снова наступает полная вода. В полную и малую воду уровни могут оставаться неизменными в течение различного времени, обычно постоянного для данного места. Это время известно как «стояние прилива».

Около времени стояния прилива, как в полную, так и в малую воду, приливное течение отсутствует. Это состояние называется сменой течений, или сменой вод.

Скорость приливных потоков

Рассмотрим приливный цикл с момента полной воды. Когда наступает отлив, вначале вода уходит очень медленно, но постепенно течение набирает силу и примерно посредине между полной и малой водой достигает наибольшей скорости.

После достижения максимальной скорости поток постепенно замедляется и примерно во время стояния малой воды останавливается. Затем поток разворачивается и начинается прилив: течение идет в противоположном направлении, вначале медленно (как при отливе), с наибольшей скоростью — посредине между малой и полной водой и потом опять медленнее, пока не наступает положение покоя при полной воде. Схематически это явление изображено на рис. 10.

Достаточно точную оценку скорости потока на любой стадии приливного цикла можно получить по простой формуле 1: 2: 3: 2: 1, максимальной скорости и временному интервалу после последней смены течений. Полагая, что интервал между полной и малой водой составляет 6 часов (что не всегда имеет место), и принимая максимальную скорость потока в 3 узла (что для нашего примера самое простое), по нижеприведенной таблице можно достаточно точно предсказать скорость приливного (или отливного) течения. Разумеется, аналогичная таблица может быть применена и для приливного потока.

Эту же формулу можно использовать и для оценки скорости потока, когда интервал между полной и малой водой переменный или не составляет 6 часов. В этом случае время, для которого в таблице дана скорость, не соответствует интервалам в один час и будет больше или меньше.

Рис. 10. Стрелками показана сила течения в разные периоды приливного цикла.

Формулой 1: 2: 3: 2: 1 можно пользоваться независимо от величины максимальной скорости течения. Например, если прилив мчится с бешеной скоростью, достигающей 6 узлов (что крайне маловероятно), то нижняя строчка в таблице читается следующим образом: 0, 2, 4, 6, 4, 2, 0. Если максимальная скорость приливного течения умеренная и составляет, скажем, всего ³/₄ узла, то нижняя строчка будет выглядеть так: 0, ¹/₄, ¹/₂, ³/₄, ¹/₂, ¹/₄, 0.

Зная период, за который как прилив, так и отлив достигают максимальной скорости (которая, естественно, не будет одинаковой), легко составить таблицу скоростей потока для приливного цикла данного района.

Сама по себе таблица скоростей течений не дает какого-либо значительного преимущества. Однако очень важно знать, когда происходит смена прилива, когда вода убегает при отливе и когда наступает при приливе. Другими словами, нужно знать, движется вода или нет, а если движется, то каково генеральное направление этого движения. Путешествие будет нелегким, если заранее не позаботиться об информации о времени наступления полной и малой воды.

Яхтсмену следует помнить также, что чем больше скорость генерального приливного потока, тем четче различия в скорости приливных течений вдоль берега, над банками и у других характерных форм рельефа. Следовательно, характеристики этих течений (то есть скорость и направление) в середине отлива и в середине прилива более важны, чем в другие периоды приливного цикла, хотя и в этом случае о них не следует забывать.

Сизигийные и квадратурные приливы

Известно, что приливы вызываются силами притяжения Луны и Солнца. При полнолунии и новолунии-примерно каждые две недели — силы притяжения Солнца и Луны действуют вдоль одной и той же линии, в эти моменты наблюдаются наивысшие приливы. Примерно в первую и четвертую четверти Луны силы притяжения Солнца и Луны действуют под прямым углом друг к другу, в это время отмечаются наинизшие приливы. Большие приливы называются сизигийными, а малые — квадратурными.

Само собой разумеется, что в сизигию приливные течения быстрее, чем в квадратуру, так как движением охвачен больший объем воды. По этой причине в сизигию необходимо уделять больше внимания тактике плавания на течении.

Различия в уровне

То, что приливные течения образуются из-за разницы уровней воды при подъеме и падении прилива, — очевидный и всем известный факт. Однако не столь широко известно, что высота прилива в различных местах существенно колеблется. Если между двумя пунктами, расположенными достаточно близко друг от друга, имеются различия в уровне, то приливное течение вызывается потоком, стремящимся установить один и тот же уровень. Например, сизигийный подъем уровня у входа в устье составляет только 2, 5 метра, а в порту, находящемся всего в 50 милях, подъем может быть в два раза больше. Поэтому точное представление о местных условиях имеет огромнейшее значение.

Разница уровней вдоль побережья вызывает сильные приливные потоки, но многие из них настолько сложны, что до сих пор не получили объяснения, поэтому не пытайтесь изучить их самостоятельно, полагайтесь на данные, которые можно получить у специалистов.

Смена потока

Обычно направление приливного потока у берега изменяется немного раньше, чем в середине приливного устья реки.

Рис. 11. Типичная картина течений около момента полной воды.

Довольно часто на одном и том же участке приливное и отливное течения одновременно направлены в противоположные стороны, а между ними находится полоса спокойной воды. Этот случай схематически показан на рис. 11.

Обычно чем выше по реке, тем позже поворачивает прилив. Например, в устье прилив может повернуть на 10 минут раньше, чем в 5-б милях вверх по течению. Эта разница будет изменяться от места к месту и может составить час или более для пунктов, расположенных всего в 25–30 милях друг от друга.

В коротких эстуариях эти различия могут быть менее выражены, но важно помнить, что публикуемое время полных и малых вод обычно относится ко входу в гавань или реку. Если вы участвуете в соревнованиях, которые проводятся выше устья реки, надо учитывать, что изменение прилива наступит немного позже, чем указано в опубликованных таблицах приливов. Это также показано на рис. П.

Использование приливных таблиц

Детальные приливные таблицы для большинства портов имеются у соответствующих представителей портовых властей. В Англии наиболее удобными и компактными приливными таблицами являются таблицы, в которых указаны время наступления и высоты полной воды в Дувре на каждый день года, и «Список постоянных прилива в Дувре». Приливные постоянные дают разность времени наступления полной воды в Дувре и некотором пункте. Разность времени необходимо добавить или вычесть, что показано стоящим перед временем знаком «плюс» (+) или «минус» (-). В таблицах всегда используется среднее время по Гринвичу, для перехода к британскому летнему времени надо добавить один час.[2]

Для примера определим состояние прилива в 11 часов 14 июня 1974 г., в момент начала соревнований в Лоустофте. Вначале посмотрим время полной воды в Дувре: 14. 39. Для перехода к британскому летнему времени добавим один час, имеем 15. 39. Теперь найдем постоянную для Лоустофта, она равна -1, 44; вычтем эту величину из времени полной воды в Дувре, получаем: 15. 39- 1. 44=13. 55, или 1 час 55 минут после полудня. Таким образом, в этот день полная вода наступит через 2 часа 55 минут после старта, назначенного на 11 часов; в момент старта скорость течения будет почти максимальной.

Иногда в таблицах даются высоты прилива в Дувре, это помогает представить, какой наступит прилив — сизигийный или квадратурный. Если в Дувре большие сизигийные приливы, то они, конечно, наблюдаются и вокруг всего побережья Британских островов, при этом приливные потоки будут быстрее, чем в квадратуру.

Дувр взят в качестве примера, но сказанное справедливо для всего Мирового океана. Американцы ведут отсчет от Нью-Йорка (Санди Хук), Сан-Франциско или одного из других портов. В Австралии берутся Сидней, порт Аделаида или какой-нибудь наиболее подходящий для этой цели пункт[3].

Ветер и барометрические эффекты

Ветер и даже атмосферное давление могут влиять на высоту приливов и, следовательно, на силу приливных течений. Сильный ветер, дующий против слабого приливного потока, может уменьшить его почти до нуля, но даже самый сильный шторм не может погасить течение, идущее против ветра со скоростью 2 узла и более. Обычно при западных штормах вокруг Британских островов, особенно на южном и западном побережьях, наблюдаются приливы выше обычных. Северо-восточные штормы заставляют приливное течение продвигаться вверх по устьям рек, ориентированным на восток, и вызывают в таких реках необычно высокие приливы. В некоторых местах влияние ветра на прилив очень существенно. Например, в Вильгельмсхафене западные и восточные штормы могут изменить уровень по сравнению с обычным приливом или отливом почти на 3 метра. На высоту прилива влияют сильные ветры, дующие на некотором расстоянии от пункта наблюдений; это явление иногда можно использовать для прогноза погоды.

При ветре против приливного потока время поворота прилива наступает раньше, и, соответственно, если ветер дует в одном направлении с приливным потоком, то поворот прилива происходит позже.

В равноденствие, в конце марта и сентября, как правило, наблюдаются необычно высокие приливы. Для этого времени года характерны сильные штормы, которые также воздействуют на прилив. Высокое атмосферное давление может уменьшить высоту прилива, а низкое — увеличить.