Φυσική Ωκεανογραφία, Υδρογραφία και Θαλάσσια Τηλεπισκόπηση ΠΑΛΙΡΡΟΙΕΣ Διάλεξη 4η

Παλίρροιες Η λέξη «παλίρροια» είναι ένας γενικός όρος που χρησιμοποιείται για τον καθορισμό της εναλλασσόμενης ανόδου και πτώσης της στάθμης της θάλασσας σε σχέση με τη γη, που παράγεται από τη βαρυτική έλξη του φεγγαριού και του ήλιου. Οι παλίρροιες συμβάλλουν σημαντικά στη μεταβλητότητα της ταχύτητας, της πυκνότητας και της πίεσης (ή της στάθμης της θάλασσας). Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για την στάθμη της θάλασσας, η οποία είναι σε μεγάλο βαθμό παλιρροιακή.

Οι παλίρροιες είναι ρυθμικές παραλλαγές της στάθμης της θάλασσας με περιόδους περίπου 6 ή 12 ωρών, ανάλογα με την γεωγραφική θέση .

Τα βαροτροπικά παλιρροϊκά ρεύματα είναι οι περιοδικές κινήσεις νερού που συνοδεύουν τις παλιρροιακές μεταβολές της στάθμης της θάλασσας.

Τα παλιρροιακά ρεύματα που ρέουν πάνω από την θαλάσσια τοπογραφία σε ένα στρωματοποιημένο ωκεανό μπορούν να προκαλέσουν ταλαντώσεις παλιρροιακών περιόδων σε ισόπυκνες, γνωστές ως εσωτερικές ή βαροκλινικές παλίρροιες.

Μεγαλύτερη παλίρροια εμφανίζεται στο Fundy Bay (Nova Scotia) Καναδάς 17,5 m

Οι παλίρροιες προκαλούνται από μια ανισορροπία μεταξύ την αδράνεια του νερού Την περιστρεφόμενη Γη. Ανισσοροπία προκαλείται όταν οι δυνάμεις είναι άνισες ή απουσία κίνηση Ο 1ος νόμος του Νεύτωνα F = m × a

F = G mmoon mearth r2 προς τη Σελήνη.

Πώς μπορούμε να εξηγήσουμε την διόγκωση του νερού μακριά από την Σελήνη;

Είναι το αποτέλεσμα του ότι η Γη και η Σελήνη περιστρέφονται γύρω από ένα κοινό κέντρο μάζας. βρίσκεται 1650 χιλιόμετρα μέσα στην Γη.

Just as you seem to feel a force pulling you outward on a merry-go-round, the water on the side away from the Moon experiences the same ‘force’: It is not really a force, but just the tendency of an object to continue in a straight line unless acted on a by a force (Newton’s 2nd law). This is called inertia.

One bulge is due to gravity and the other is due to inertia. Inertia Moon’s gravity pull

Because the Earth-Moon system complete one revolution every 27.3 days, the bulge goes completely around the Earth in 27.3 days. Right? NO!

The 12 hour period seen in tides is due to the spin of the Earth on its axis, one revolution every 24 hours. They are NOT due to the orbit of the Moon.

The lunar tidal period is not exactly 12 hours Complications: The lunar tidal period is not exactly 12 hours In the time it has taken the Earth to complete one revolution, the Moon has moved 360°/(27.3 days)= 13.2° farther along, so the Earth has to rotate 360+13.2=373.2° for a point to move directly beneath the Moon again. This takes the Earth 24 hours * = 24h 53m (50) The tidal period is thus 12h 26.5m (25 min)

MORE complications: The Earth’s spin axis is tilted, so the Moon moves from 28.5° below the equator to 28.5° above the equator every 27.3 days. At one point, day and night tides differ

But the BIGGEST complication is something you see every day -- the Sun! The Sun also exerts a tidal force (gravity ALWAYS sucks), but to understand this we must first examine the equation for the combined gravity-inertia force. Both of these forces depend on the inverse square distance and on the mass of the Moon, so the difference can be shown to be proportional to the inverse cube of distance: Net tidal force  mobject r3

The Sun exerts a tidal force approximately HALF Taking the ratio of the tidal force of the Sun to that of the Moon (msun = 27,000,000mmoon but rsun = 387rmoon): The Sun exerts a tidal force approximately HALF of that of Moon.

Only once every 27.3 days are the tidal forces of the Moon and Sun aligned:

Depending on the time of month, we can have large or small tides: Spring (‘jump’) tide large ht. new,full moon Neap (‘hardly disturbed’)tide short ht. waxing,waning moon

Another complication: There is a seasonal dependence. Earth is 3,700,000 km farther from the Sun in summer than in Winter: Winter tides in the northern hemisphere tend to be larger than summer tides.

Now, let’s consider the wave properties of tides*: Period? 12 h 25 m (=43,518 s) 1/2 circumference of Earth = 20,000 km Wavelength? Speed? Governed by rotation rate of Earth - 1600 km/hr at Equator (444 m/s) Does C=L/T? L/T = 460 m/s *Remember, tides ARE waves! Not quite!

Tides are shallow water waves! Are tidal waves deep water or shallow water waves? Consider wavelength = 20000 km For deep water, ocean depth > 20000/2 km Max ocean depth = 11 km and average ~3.8 km For shallow water, depth < 20000/20 = 1000 km Tides are shallow water waves!

Tides have lots of energy! solar lunar 0.24 m 0.55 m But small wave height: (theoretical max)

Why are tides so much larger than theory predicts? (Compare 2 m in open ocean versus theoretical maxima of 0.55 m and 0.24 m predicted for lunar and solar tides) This led to Laplace proposing the “Dynamic Theory of Tides”

Dynamic Theory of Tides Tides are shallow water waves and are forced waves because the driving forces are always there Tidal waves get reflected and refracted by land masses, and these waves constructively and destructively interfere with each other. This leads to…

.. a complicated pattern of tides. Semidiurnal tides - 2 high and 2 low per day (12 hr period) Diurnal tides - 1 high and 1 low per day (24 hr period) Mixed tides - unequal high and low (12 hr periods)

Tides get amplified in confined basins if the resonant period in the basin (remember seiches?) is close to the tidal period: tidal waves in open ocean = 2 m coastal tides as large as 8 m but usually only 1 m tidal bore = true tidal wave moving up river inlet

Tidal bore = true tidal wave 1-8 m high (this one is 2-3 m)

Neap Tide and Spring Tide Beat period TSM M2 S2 NB: you have to observe a signal for at least the beat period to be able to resolve the 2 contributing frequencies. mvc

Equator – mi-latitude – pole Equator: no diurnal ½ diurnal maximum Mid-latitude: diurnal maximum Poles: long period only

Tides acquire gravitational potential energy Energy flow in tides Tides acquire gravitational potential energy from pull of Sun and Moon (water higher) Tidal waves transmit energy to coasts Energy dissipated as heat and turbulence at shores + slowing Earth’s rate of rotation!! (22 hours/day 450 My ago)

https://www.youtube.com/watch?v=y4mpoi3TEMc https://tides4fishing.com/gr/egeo/aegean

Παλίρροια στον Ευβοϊκό Κόλπο- Στενό Ευρίπου Η εξήγηση του συγκεκριμένου φαινομένου του ρεύματος του Ευρίπου απασχόλησε και τους αρχαίους Έλληνες και ειδικότερα τον Αριστοτέλη και τον Ερατοσθένη καθώς και πολλούς άλλους επιστήμονες από τον προηγούμενο αιώνα και μετά. Σημαντική συνεισφορά στη μελέτη του φαινομένου κατέχουν οι Έλληνες Δημήτριος Αιγινήτης (1926), ο Υποπλοίαρχος Ανδρέας Α. Μιαούλης, και ο Βρετανός Υποναύαρχος Αρθούρος Μένσελ (Arthur Mansel). Η έρευνα συμπληρώθηκε από μετρήσεις του Πανεπιστημίου Αθηνών στη Γλύφα (1981-1984).

Η εξήγηση που έχει δοθεί και έχει γίνει σήμερα αποδεκτή για το συγκεκριμένο χώρο είναι ότι το φυσικό παλιρροιακό κύμα στο Αιγαίο φθάνοντας στην Εύβοια ανατολικά, ένα μέρος του εισέρχεται στο Βόρειο Ευβοϊκό (από Β. της Εύβοιας) και ένα άλλο εισέρχεται στο Νότιο Ευβοϊκό (από Ν. της Εύβοιας). Λόγω όμως του διαφορετικού μήκους της διαδρομής, το μεν φυσικό παλιρροϊκό κύμα που έρχεται από το Νότο φθάνει στο δίαυλο του Ευρίπου σε 1 ώρα και 15 λεπτά νωρίτερα του ερχόμενου από Βορρά. Έτσι, φυσικό είναι οι νότιοι εισερχόμενοι υδάτινοι όγκοι ν΄ ανεβάζουν εκεί τη στάθμη κατά 30-40 εκατοστά και να δημιουργείται θαλάσσιο ρεύμα από Νότο προς Βορρά. Μετά από 6 ώρες, καθώς η άμπωτη διαδέχεται τη πλημμυρίδα, αντιστρέφονται οι συνθήκες και δημιουργείται αντίθετο ρεύμα, αφού στο βόρειο μέρος έχουν συσσωρευθεί μεγαλύτεροι υδάτινοι όγκοι. Όταν λοιπόν συμβαίνουν συζυγίες (spring tides), οπότε η ένταση της παλίρροιας είναι μεγάλη, το ρεύμα του Ευρίπου παρουσιάζεται κανονικό. Όμως στους τετραγωνισμούς (neap tides), όπου το ρεύμα είναι ασθενέστερο, τόσο η διαμόρφωση των ακτών, ο βυθός, οι υφιστάμενες καιρικές συνθήκες καθώς και άλλα βαρομετρικά αίτια, συντελούν ώστε το ρεύμα να παρουσιάζεται ακανόνιστο.

Ας κάνουμε ένα πρόχειρο παράδειγμα για εξάσκηση Ας κάνουμε ένα πρόχειρο παράδειγμα για εξάσκηση. Ας υποθέσουμε ότι βρισκόμαστε σε μία περιοχή όπου η ρηχία στις 17:05 είναι 1,2 μέτρα και η πλημμυρίδα στις 22:13 είναι 13,3 μέτρα. Θέλουμε να βρούμε ποιο θα είναι το ύψος της παλίρροιας στις 17:55 μμ. Για να γίνει το παράδειγμά μας πιο κατανοητό, διαλέξαμε τα χαρακτηριστικό μιας περιοχής με μεγάλο εύρος, στις ακτές της Γαλλικής Βρετάνης. O πρόχειρος υπολογισμός μας γίνεται ως εξής: Το εύρος της παλίρροιας είναι:  13,3 -1,2 = 12,1 μέτρα, ας πούμε χονδρικό 12 μέτρα.   Η διάρκεια της παλίρροιας είναι:  2213 – 1705 = 308 πρώτα λεπτά, ας πούμε 300 λεπτά.  Το 1/12 του εύρους είναι 1 μέτρο. Το 1/6 της διάρκειας είναι 50 πρώτα λεπτά.

https://www. google. com/url https://www.google.com/url?sa=i&source=images&cd=&ved=2ahUKEwjjvq-1563iAhUELewKHT4gB6gQjRx6BAgBEAU&url=https%3A%2F%2Fantonios-antoniou.gr%2Fen%2Ftides-and-the-euripus-phenomenon&psig=AOvVaw311ZlIwKkYi86v7RmvVFdJ&ust=1558568784227202