Hải dương học đại dương - Phần 2 Các quá trình động lực học - Chương 3 pot

199 200
lên đến 18 phút. Van Đorn (năm 1961) đã thực hiện quan
trắc đầy đủ nhất nhờ các máy sóng ký lắp đặt chuyên dụng
trong thời gian vụ nổ nguyên tử trên đại dơng năm 1956 ở
khu vực đảo san hô Bikini.
Phân tích số liệu bảng 2.12 cho phép rút ra kết luận
rằng, khi đi xa dần khỏi ổ nhiễu, biên độ sóng thần giảm
xấp xỉ tỷ lệ nghịch với khoảng cách.
Trong phổ các sóng trọng lực ở biển, sóng thần chiếm vị
trí trung gian giữa các sóng thủy triều v sóng lừng. Chu
kỳ của chúng thờng nằm trong dải từ 2 đến 200 phút
(thờng xuyên nhất l từ 2 đến 40 phút). ở vùng khơi đại
dơng, tốc độ truyền sóng đợc xác định khá tốt bằng công
thức Lagrange đối với các sóng di
gHC = . Nh vậy, trên
độ sâu trung bình 4 km của Thái Bình Dơng tốc độ sóng
thần bằng khoảng 30100 km/giờ, v độ cao tăng xấp xỉ tỷ
lệ nghịch với căn bậc bốn của độ sâu (xem phơng trình
(2.38)). ần tiến
v
quả
Độ cao sóng tăng đặc biệt mạnh khi sóng th
o các vịnh hẹp dần dạng tam giác hay dạng phễu. Kết
l có thể có sóng cao 1015 m đổ nho vo vùng bờ, có
những xung nớc tới 3050 m. Trận sóng thần nổi tiếng ở
đảo Paramushi có độ cao 10 m. Năm 1983, sóng thần với độ
cao 1820 m xuất hiện do phun núi lửa Krakatau, đã đổ bộ
lên quần đảo Zônđơ lm chết 40 000 ngời.
Ngy nay, dựa trên nghiên cứu các sóng địa chấn v
sóng thần đã thnh lập nghiệp vụ quan trắc v cảnh báo về

sự xuất hiện v lan truyền sóng thần.
Ch~ơng 3 - Thủy triều trong đại dơng
3.1. Những quy luật vật lý cơ bản hình thnh thủy triều
3.1.1. Thủy triều vu các lực tạo thủy triều
Thủy triều trong biển v đại dơng l chuyển động của
nớc đợc gây nên bởi các lực tạo triều Mặt Trăng v Mặt
Trời. Những chuyển động ny biểu hiện trong dao động
mực nớc v dòng chảy có đặc điểm tuần hon. Chuyển
động thủy triều quan trắc thấy không chỉ ở lớp vỏ nớc của
Trái Đất. Còn có cả những biến đạng thủy triều của thể rắn
của Trái Đất v các dao động triều của áp suất khí quyển.
Tuy nhiên, chỉ có các chuyển động triều của nớc Đại dơng
Thế giới mới biểu hiện khá rõ. Thí dụ, ở các vùng ven bờ,
dao động mực nớc thủy triều bằng 56 m không phải l
hiếm. Độ lớn tới hạn của thủy triều đạt tới 18 m (vịnh
Funđy, Canađa). Ngoi ra, ở lân cận bờ quan trắc đợc

201 202
nhữ
c độ dòng triều giảm.
Mặc dù vậy, thủy triều có ảnh hởng nhiều tới trạng thái
ộng lực nớc ở vùng khơi đại dơng. Đó l vì chuyển động
riều bao quát ton bộ bề dy nớc, trong khi những dạng
mặt v tắt dần với độ sâu.
rắc
ợc
việc thu thập những dữ liệu đó bắt đầu từ khi no. Lần đầu
tiên ng vo thế
ng dòng chảy triều mạnh, ở trong các eo, vịnh hẹp có
thể đạt tới tốc độ 510 v thậm chí 12 hải lý một giờ. Xa

dần khỏi bờ dao động mực nớc v tố
đ
t
chuyển động khác ở biển thờng biểu hiện rõ nhất ở trên bề
Hiện nay, đã tích lũy đợc rất nhiều dữ liệu quan t
về thủy triều ở vùng ven bờ các lục địa. Khó m nói đ
ời ta nhắc tới thủy triều ở biển Hồng Hải l
kỷ 5 trớc CN (Gherođôt, năm 484428 trớc CN). Cũng
khoảng thời đó, ngời ta đã nhận ra sự liên hệ giữa các dao
động tuần hon của mực nớc v chuyển động của Mặt
Trăng (Piteas, năm 325 trớc CN). Ngời ta cũng đã nêu ra
những giả thiết về sự liên hệ của các dao động tuần hon
mực nớc với Mặt Trời. Tuy nhiên, nguyên nhân m Mặt
Trăng v Mặt Trời có khả năng tạo ra hiện tợng thủy triều
trên Trái Đất thì cha hiểu đợc cho tới khi Niutơn phát
biểu định luật vạn vật hấp dẫn vo năm 1687 v
chứng
minh rằng hiện tợng thủy triều l hệ quả tất yếu của định
luật ny.
Ta xét các lực có bản chất hấp dẫn tác động lên mỗi
chất điểm khối lợng đơn vị trên mặt Trái Đất.
1) Lực hấp dẫn của Trái Đất
2
1
r
E
kF =
, (3.1)
ở đây
k hằng số hấp dẫn, bằng

8
10670,6


đin.cm
2
/s
2
,
E
khối lợng Trái Đất,
r
bán kính Trái Đất. Bán kính Trái
Đất nói một cách cính xác không phải l không đổi. Tuy
nhiên, các bán kính ở xích đạo v ở cực của Trái Đất chỉ
khác biệt nhau 21,4 km, v vì vậy đối với những mục đích
nghiên cứu của chúng ta, thì có thể xem Trái Đất l hình
cầu lý tởng với bán kính bằng 6371,2 km.
2) Lực ly tâm

cos
2
2
rF = , (3.2)
ở đây


tốc độ góc xoay Trái Đất, bằng
5
1029,7

s,

vĩ
độ điểm quan trắc.
Các lực
1
F v
2
F đối với mỗi điểm của Trái Đất thực tế
không đổi theo thời gian về độ lớn v về hớng v không có
ảnh hởng no tới sự xuất hiện thủy triều. Vì vậy tổng hợp
lực của chúng l trọng lực. Nh đã nói, Trái Đất l hình cầu
lý tởng.
3) Lực thứ ba tác động ở mỗi điểm của mặt Trái Đất l

lực
203 204
hút của Mặt Trăng đối với một đơn vị khối lợng tại
điểm đang xét của bề mặt Trái Đất
2
3
d
M
kF =
,
M
(3.3)
ở đây

M
khối lợng Mặt Trăng, g cách từ
y h
n động xoay của
chí huyển động của Mặt Trăng xung quanh
Trái Đất, cũng nh khoảng cách gi
Mặt Trăng không ngừng thay đổi. Đây l một trong hai lực

4) Để xác lập lực thứ hai hợp thnh lực tạo triều của
Mặ p e
xoay của Trái Đất v Mặt Trăng quanh các trục
của
ay. Từ hình 3.1 suy ra,
muốn cho hệ thống gồm hai vật quay xung quanh trọng
tâm chung của chúng có thể tồn tại đ
điều kiện

M
d khoản
điểm đến tâm Mặt Trăng. Lực n ớng về phía Mặt
Trăng theo đờng thẳng nối từ điểm đang xét trên bề mặt
Trái Đất tới tâm Mặt Trăng. Tại mỗi điểm của Trái Đất,
hớng v giá trị của lực ny khác nhau. Lực ny đối với một
điểm đang xét cũng không giữ nguyên không đổi trong thời
gian. Biến thiên theo thời gian của lực ny đối với ngời
quan sát trên bề mặt Trái đất l do chuyể
nh Trái Đất, c
ữa tâm Trái Đất v tâm
hình th nh nên lực tạo triều của Mặt Trăng trên Trái Đất.
t Trăng, hải x m xét chuyển động của hệ thống Trái

Đất Mặt Trăng. Thông thờng, chúng ta nói Mặt Trăng
quay xung quanh Trái Đất. Nhng trên thực tế, cả hai vật
quay xung quanh một trọng tâm chung. Nếu để đơn giản ta
bỏ qua sự
chúng v chỉ xem xét sự di chuyển của các vật thể đó
xung quanh trọng tâm chung, thì chuyển động nh vậy đôi
khi đợc gọi l quay m không xo
ợc, thì phải thỏa mãn
MD
E
X = (
X
v
D
tuần tự l khoảng cách từ
trọng tâm chung tới những tâm của các tinh tú). Vì
XDD
M
= , ở đây
M
D khoảng cách giữa các tâm Trái Đất
v Mặt Trăng, nên
)( XDMEX
M
= v
ME
MD
X
M
+

=
.
Nếu nhớ rằng
rD
M
3,60= ,
ME 5,81=
, ta có
r
r
X 73,0
5,82
3,60
== , hay 4600X km.
Hon ton dễ hiểu rằng, vì
D
không giữ nguyên không
đổi, nên vị trí trọng tâm cũng sẽ không giữ nguyên không
đổi.
Chuyển động của hệ thống Trái Đất Mặt Trăng xung
quanh trọng tâm chung sẽ lm di chuyển tất cả các bán
kính Trái Đất song song với nhau. Trong chuyển động nh
vậy, mỗi điểm trên bề mặt Trái Đất sẽ vẽ lên một vòng tròn
quỹ đạo của mình, nhng bán kính của các vòng tròn ấy
bằng nhau v bằng bán kính của vòng tròn quỹ đạo của
tâm Trái Đất.

205 206
M, M
1

, M
2
, M
3
, M
4
các vị trí của Mặt Trăng
E, E
1
, E
2
, E
3
, E
4
các vị trí của tâm Trái Đất
A, A
1
, A
2
, A
3
, A
4
các vị trí của điểm trên mặt Trái Đất
vòng tròn quỹ đạo của tâm Trái Đất
vòng tròn quỹ đạo của điểm A trên mặt Trái Đất
r bán kính Trái Đất
0
trọng tâm của hệ thống Trái Đât Mặt Trăng

Hình 3.1. Chuyển động của hệ thống Trái Đất

Mặt Trăng
xung quanh trọng tâm chung
Rõ rng sự quay nh vậy xung quanh trọng tâm chung
phải gây nên trên Trái Đất một lực ly tâm nh nhau tại
điểm bất kỳ của Trái Đất, kể cả tại tâm của nó. Trong đó
thấy rằng, lực ly tâm tác động tại tất cả các điểm của Trái
Đất phải song song với đờng nối các tâm Trái đất v Mặt
Trăng v hớng về phía xa Mặt Trăng. Đơng nhiên, lực ly
tâm ny phải cân bằng với lực m Mặt Trăng hút một đơn
vị khối lợng ở tâm Trái Đất, nếu không thì hệ thống không
thể tồn tại. Do đó
2
4
M
D
M
kF =
. (3.4)
Lực ly tâm ny không giữ nguyên, m biến thiên với
thời gian cả về độ lớn v về hớng. Song tại một thời điểm
xác định, lực ny ở tất cả các điểm của Trái Đất l nh
nhau về độ lớn v về hớng.
Nh vậy, lực tạo triều của Mặt Trăng ở mỗi điểm trên
Trái ể ủa hai lực: lực hú
Mặt lực ly tâm xuất hiện
tron ay quanh trọng
tâm hung (hình
Bởi vì lập úng với

trờng hợp hình thnh lực tạo triều của Mặt Trời trên Trái
Đất, nên ta có thể
Đất có th xem nh l hợp lực c t của
Trăng đối với điểm đang xét v
g khi hệ thống Trái Đất Mặt Trăng qu
c 3.2).
luận trên đây cũng hon ton đ
viết

207 208
2
5
S
d
S
kF =
v
2
6
S
D
S
kF =
, (3.5)
trong đó
S khối lợng Mặt Trời,
S
d khoảng cách từ
điểm trên mặt Trái Đất đến tâm Mặt Trời v

S
D khoảng
cách giữa các tâm của Trái Đất v Mặt Trời.
Hình 3.2. Sơ đồ hình thnh lực tạo triều của Mặt Trăng trên Trái Đất
g thì có hớng đi về phía Mặt Trăng,
bởi
n hơn lực hút về phía Mặt Trăng v
hợp lực của các lực ny sẽ có hớng đi xa khỏi Mặt Trăng.
Chính điều ny giải
hiệu của lực hấp dẫn tại điểm đang xét v lực hấp dẫn tại
của lực tại một điểm no đó l một hm của tọa độ điểm m
đạo hm theo các biến
Để minh họa trực quan, trên hình 3.3 biểu diễn lực tạo
triều của Mặt Trăng v các lực thnh phần tạo nên nó. Lực
tạo triều Mặt Trăng tại những điểm trên bề mặt Trái Đất
quay về phía Mặt Trăn
vì ở đây lực hấp dẫn về phía Mặt Trăng lớn hơn so với
lực ly tâm hớng ngợc lại. Còn đó ở phía khác của bề mặt
Trái Đất, lực ly tâm lớ
thích tính quy luật cơ bản của thủy
triều trên Trái Đất tính chất bán nhật thống trị của nó.
Để tiện rút ra biểu thức giá trị của lực tạo triều nh l
tâm Trái Đất, ta sử dụng khái niệm thế vị. Biết rằng thế vị

,
x
y v
trên các trục tọa độ tơng ứng.
z bằng hình chiếu của lực đó
Hình 3.3. Sơ đồ xuất hiện lực tạo triều của Mặt Trăng

209 210
ất
độn
3.1.2. Thế vị của các lực tạo triều
Trớc hết, ta xét ảnh hởng chỉ riêng của Mặt Trăng.
Đặt gốc tọa độ ở tâm Trái Đất v lấy các trục tọa độ b
g trong vật thể Trái Đất sao cho trục
oz
hớng tới cực
bắc, các trục
ox
v oy nằm trên mặt phẳng xích đạo. Giả sử

P
phần tử nớc đại dơng có khối lợng đơn vị (hình 3.4).
Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống Trái Đất

Mặt Trăng để dẫn lập giá trị thế
vị lực tạo triều của Mặt Trăng
tại t rái Đất,
thế vị lực hấp dẫn tại điểm
Ta đa ra những ký
hiệu sau:
U thế vị lực hấp
dẫn âm T
W
P
, V thế vị lực tạo triều.
Rõ rng

Theo lý thuyết, thế vị
lực hấp dẫn Mặt Trăng tại
điểm
UWV = .
P
đợc biểu diễn bằng
phơng trình đơn giản
M
M
d
M
kW =
. (3.6)
Thế giá trị
đợc từ tam giác
v
M
d xác định
PEM
o công thức (3.6), ta đợc
MMM
ở đây
M
z khoảng thiên đỉnh Mặt Trăng đối với điểm
M
kM
W =
zrDrD cos2
22
+

, (3.7)
P
.
Xuất phát từ lý thuyết v những lập luận hình học, dễ
dng nhận đ c biể thức của đại lợng U :ợu
Czr
D
M
kU += cos , (3.8)
M
M
2
trong đó
Vậy giá trị của lực tạo triề
C hằng số.
u đợc viết nh sau:
Czr
kM
M
cos
2
. (3.
D
zrDrD
kM
V
MMM
M

+

=
cos2
22
9)
Tại tâm Trái Đất
M
M
V phải bằng không: 0=r 0=
M
V . Từ đó
M
D
kM
C =
.
Cuối cùng
M
M
M
MMM
M
DrD
kM
V
+
=
2
22
D
D

zr cos
2
. (3.10)
Để biến đổi biểu thức ny, ta khai triển mẫu số của số hạng
thứ nhất thnh chuỗi, bỏ qua các l ba
cao hơn của tỷ số
kM
zr
kM
cos
ũy thừa bậc v các bậc
Dr / :

211 212
=
ằ

á
ã


2
2
r
z
ằ
ẳ
ô
ô
ơ

ê
á
ạ
ă
ă
â
Đ
=
+
1
2
22
cos
2
1
1
cos2
1
M
M
MM
MMM
D
D
r
D
zrDrD
=
ằ
ẳ

ô
ơ
á
ạ
ă
â
á
ạ
ă
â
82
22
M
M
M
M
M
MM
D
D
D
DD
ằô
ê
+
áă
+
áă
+= coscos1 zz

ãĐãĐ
23211
2
22
rrrr
ằ
ẳ
2
M
D

ô
ơ
+++=
2
cos1
2

M
M
MM
r
z
DD
. (3.11)
Thế đại lợng ny vo công thức (3.10), ta đợc
ê
1cos3
1
2

z
r
á
ạ
ă
â
=
3
cos
2
2
3
MM
z
D
kV .
ãĐ
13
2
M
Mr
(3.12)
Đối với Mặt Trời dễ dạng nhận đ
tơng tự nh (3.12) nếu lặp lại những lập luận nh trên:
ợc một biểu thức
á
ạ
ã
ă
â

Đ
13
2
Sr
=
3
cos
2
2
3
S
S
S
z
D
kV

,
ở đây ợng Mặt Trời, hoảng cách từ tâm
Trời đối với điểm
S khối l
S
D k
Trái Đất đến Mặt Trời,

S
z khoảng thiên đỉnh của Mặt
P
.
3.1.3. Lực tạo triều

Từ biểu thức của hm thế vị lực tạo triều Mặt Trăng
(3.12), dễ dng xá ịnhc đ các thnh phần của lực ny bằng
cách lấy các đạo hm. Ta sẽ tìm các thnh phần lực trên
phơng thẳng đứng v phơng ngang tại điểm
P
. Thnh
phần thẳng đứng tìm bằng cách lấy đạo hm của biểu thức
(3.12) theo
r
.
á
ạ
ã
ă
â
Đ
=


=
3
1
cos
3
2
3
M
M
M
r

z
D
kMr
r
V
F . (3.14)
Để tìm thnh phần phơng ngang của lực, ta lấy đạo hm
"

M
V
, trong đó
M
zr=" . Cuối cùng nhận đợc
M
M
M
M
z
D
kMr
V
3

zr
F 2sin
2
3
=

=
"
. (3.15)
Chúng ta quy ớc xem các lực l dơng nếu chúng
h
Khi
ớng từ tâm Trái Đất v về phía tinh tú.
0=
M
z thì
3
2kMr
M
r
D
F =
v
tức lực thẳng đứng cực đại, hớng từ tâm Trái Đất ra, còn
nh phần ph không.
Khi thì
0=
"
F ,
thơng ngang bằng
$
90=
M
z
3
M

r
D
kMr
F
=
v
tức ngang bằng không, còn thnh phần
thẳng đứng hai lần nhỏ hơn so với giá trị của nó khi
v h
0=
"
F
,
thnh phần phơng
0=z
M
ớng từ ngoi vo tâm Trái Đất.

213 214
"
F sẽ đạt giá trị cực đại
3
2
3
M
D
kMr
F
=
"

khi
$
45z . Lực
0=
r
F khi
=
M
$
54=
M
z . Dễ d
có trị số thuộ
ng theo dõi sự biến thiên của các
c các cung phần t khác.
Vậy trị số lớn nhất của thnh phần thẳng đứng bằng
lực khi
M
z
3
2kMr
v của thnh phần phơng ngang bằng
3
2
3 kMr
.
M
D
M
D

Chúng ta sẽ so sánh những trị số ny với trọng lực
2
r
E
kg =
.
ở đây, chúng ta sẽ không tính đến lực ly tâm. Khi đó
E
gr
2
v nếu thế k vo các biểu thức (3.14) v (3.15), xem
k =
ợc
80/1/ EM
, r , ta đD
M
60
0000009
2
3
3

ED
M
000000122
3
3
3
gMgr
F

r
= v

ED
M
"
Từ đây thấy rằng, các thnh phần c
gMgr
F =
.
ủa lực tạo triều rất
nhỏ so với trọng lực.
Nếu so sánh các hm thế vị lực tạo triều của Mặt Trăng
v của Mặt Trời (3.12) v (3.13), dễ dng nhận đợc
172,2
3
3
==
M
S
S
M
SD
MD
V
V
.
Vì giá trị thế vị lực tạo triều Mặt Trời 2,172 lần nhỏ
hơn thế vị lực tạo triều Mặt Trăng, nên giá trị các thnh
N

rất nhỏ so
với lực trọng trờng. Do đó, các thnh phần phơng thẳng
chút
động nớc đại dơng mạnh mẽ nh chúng ta đã thấy.
phẳng ngang không có mặt lực trọng trờng nên nó có thể
lm xu t
3.2. Cơ sở lý thuyết tĩnh học về thủy triều
Lý thuyết thủy triều đầu tiên do Niutơn xây dựng v
đợ
của thuyết ny l những tiên đề sau:
2) Trái Đất l vật thể rắn tuyệt đối (thuyết ny bỏ qua
những biến dạng đn hồi của vỏ Trái Đất);
3) nớc l chất lỏng không nhớt v không quán tính.
phần lực cũng sẽ nhỏ hơn đúng ngần ấy lần.
h vậy, chúng ta đi đến kết luận rằng cả hai thnh
phần lực tạo triều Mặt Trăng v Mặt Trời đều
đứng của các lực chỉ có khả năng lm biến đổi trọng lực một
v không thể l nguyên nhân gây nên những chuyển
Ngợc lại, thnh phần phơng ngang tác động trong mặt
gây ra những di chuyển đáng kể của các phần tử nớc v
ất hiện thủy riều ở đại dơng.
c gọi l thuyết thủy triều cân bằng, hay thuyết thủy
triều tĩnh học. Cơ sở
1) mặt Trái Đất ở khắp nơi đợc bao phủ bởi đại dơng
có độ sâu vô hạn;

215 216
c động của lực
tạo
Trên cơ sở những tiên đề ny, đã giả thiết rằng đại

dơng có khả năng phản ứng tức thời với tá
triều, tức hiệu thế vị của trọng lực ở mực nớc biển
trung bình v mực thủy triều tại mọi thời điểm cần phải
bằng thế vị lực tạo triều, nghĩa l tại mọi thời điểm phải
thỏa mãn sự cân bằng các lực.
Dới dạng giải tích, điều kiện ny đợc viết nh sau:
=
+

+SM
hr
kE
r
kE
á
ạ
ã
ă
â
Đ
+
á
ạ
ã
ă
â
Đ
=
3
1

cos
2
3
3
1
cos
2
3
2
3
2
2
3
2
S
S
M
M
z
D
kSr
z
D
kMr
. (3.16)
Số hạng thứ nhất ở vế trái chỉ thế vị trọng lực ở mực
trung bình, số hạng thứ hai ở mực thủy triều,
ớc trung bình.

+SM

h độ
dâng mực nớc thủy triều trên mực n
Để ý rằng rh
SM
<<
+
, từ (3.16), ta có
á
ạ
ã
ă
â
Đ
+
á
ạ
ã
ă
â
Đ
=
+
3
1
cos
2
3
3
1
cos

2
3
2
3
2
2
3
2
2
S
S
M
M
SM
z
D
kSr
z
D
kMr
r
kEh
. (3.17)
Vì
2
r
kE
g =
, nên ợc từ biểu thức
SM

h
+
có thể nhận đ
SMSM
Vgh
++
= hay
g
V
h
SM
SM
+
+
=
. (3.18)
ới
tác
Đây l biểu thức tổng quát để tìm độ cao mực nớc d
động của thế vị lực trong lý thuyết tĩnh học. Thế vế trái
của biểu thức (3.17) vo biểu thức (3.18) thay cho
SM
V
+
v
2
r
kE
thay cho
g

, ta đợc
á
ã
ă
Đ
+
á
ã
ă
â
Đ
=
+
1
cos
3
3
1
cos
2
3
2
4
2
3
4
M
M
SM
z

rS
z
D
r
E
M
h
. (3.19)
ạâạ
32
3
S
S
D
E
Biể ế,
bởi vì khoảng thiên đỉnh của tinh tú biến thiên ở mỗi điểm
theo quy luật phức tạp, l hm của nhiều đối số: vĩ độ điểm
quan trắc
u thức ny không thuận tiện cho việc sử dụng thực t

, độ xích vĩ của tinh tú

v góc giờ của tinh tú
A .
Từ lợng giác cầu đợc biết rằng
AZ coscoscossinsincos

+= . .20)
Thế các giá trị tơng ứng của
Zcos
từ (3.20) vo
(3
biểu
thứ ợc biểu thức sau
cho
c của
SM
h
+
, sau một số biến đổi ta đ
SM
h
+
:
ô
ơ
ê
+

=
+
6
)sin31)(sin31(
2
3
22

3
4

M
M
SM
D
r
E
M
h
+
ằ
ẳ
MM
2

++
MM
AA coscoscos
1
cos2sin2sin
2
1
22


217 218
ô
ô

ơ
ê
+

+
6
)sin31)(sin31(
2
3
22
3
4

S
S
D
r
E
S
ằ
ẳ

++
S
cos2sinsin
1

SSS
AA coscoscos
2

1
2
2
22

. (3.21)
Ta xem xét biểu thức ny một cách chi tiết hơ
hết, theo lý thuyết tĩnh học, thủy triều trong đại dơng
v
n. Trớc
phải l một hiện tợng phức tạp, gồm tổng của các dao động
với chu kỳ khác nhau. Nếu chú ý tới những số hạng thứ
nhất trong các dấu ngoặc vuông, ta thấy giá trị của chúng
phụ thuộc o biến thiên của
M

,
M
D ,
S

v
S
D . Những đối
số ny biến thiên chậm. Độ xích vĩ Mặt Trăng biến đổi với
chu g
cách giữa các tâm Trái Đất v b đổi với chu
kỳ bằng một tháng dị thờng (27,55 ng
ứng,
kỳ bằng một tháng chí tuyến (27,32 n

g
y). Một
y), còn khoảng
iến Mặt Trăn
cách tơng
S

biến thiên với chu kỳ bằng một năm thiên văn
(365,24 ng y), còn D với chu kỳ bằng một năm dị thờng
(356,26 ngy). Nh vậy, từ biểu thức (3.21) suy ra rằng,
trong đại dơng phải quan trắc thấy thủy triều với các chu
kỳ lớn hơn một ngy, gọi l các thủy triều chu kỳ dui.
Sự biến thiên các giá trị của các số hạng thứ hai trong
các dấu ngoặc vuông đợc xác định trớc hết bởi sự biến
thiên của góc giờ nh tú cũng nh bởi các
đối số
S
M
A
v
S
A
của các ti
M

,
M
D ,
S

v
ngy Mặt Trăng 24 giờ 50 phút, còn với chu kỳ 24 giờ,
nên các số hạng thứ hai của biểu thức (3.21) chứng tỏ sự
hiện diện các thủy triều ton nhật trong đại d
kiện
S
D . Vì
M
A thay đổi với chu kỳ một
S
A
ơng với điều
M

v
S

không bằng không. Trong đó các chu kỳ của
thủy triều ton nhật Mặt Trăng v thủy triều ton nhật
Mặt Trời không liên quan lẫn nhau v các biên độ của
chúng tuần tự phụ thuộc vo
M

,
M
D
,
S

v

S
D
.
Cuối cùng, những số hạng cuối cùng trong các dấu
ngoặc vuông cho thấy rằng trong đại d ng c ặt các thủy
triều bán nhật Mặt Trăng v bán nhật Mặt Trời, có các chu
kỳ gần bằng nhau, nhng khác nhau v cũng phụ thuộc vo
các độ xích vĩ của các tinh tú v khoảng cách từ Trái Đất tới
chúng.
N vậy, có thể kết luận rằng, thậm chí thủy triều Mặt
Trăng Mặt Trời tĩnh học, tức thủy triều đợc rút ra từ
những quan niệm rất đơn giản v những giả định rất nhân
tạo về bản chất xuất hiện, nếu nh có thực sự tồn tại trong
đại dơng thì cũng l một hiện tợng khá phức tạp.
ơó m
h
,

thủ
Đơng
nhiên thự nh những quy luật y triều c hì thnh theo
phức tạp hơn trong các đại dơng bị chia cắt bởi các lục địa
với hình dạng đờng bờ v độ sâu khác nhau thì phải l
một trong những hiện tợng phức tạp nhất trên Trái Đất.

219 220
của Trái Đất, ở tất cả các điểm của nó phải quan sát thấy
thủy triều bán nhật, ngoi ra các giá trị cực đại phải ở xích
đạo. Khi tăng góc xích vĩ Mặt Trăng, xuất hiện thnh phần
thủy triều ton nhật, ở các vĩ độ thấp thnh phần ny dẫn

tới triều sai ngy về các độ cao triều cực đại, còn ở các vĩ độ
trung nình, nó dẫn tới nhật triều khi giá trị độ xích vĩ cực
đại. Bức tranh sẽ phức tạp hơn nhiều nếu đồng thời xem
xét cả hai ellipsoit xoay của thủy triều Mặt Trăng v thủy
triều Mặt Trời.
Trong thực tế, bề mặt đại dơng dới tác động lực tạo
triều không có hình dạng cân bằng, tuy nhiên thuyết tĩnh
học đã cho phép giải thích nhiều qu
triều trên Trái Đất. Giá trị của thu
cứu thủy triều trên Trái Đất rất lớn.
xem những quy luật biểu hiện thủy triều n
thíc
Hình 3.5. Tổ hợp mặt
ellipsoit xoay của thủy triều
Mặt Trăng tại góc xích vĩ
Mặt Trăng bằng 0 (a) v góc
xích
vĩ nam cực đại (b)
Bây giờ ta xét mực nớc đại dơng sẽ biến dạng nh
thế no trong thủy triều tĩnh học. Dễ dng thấy rằng, các số
hạng ở vế phải biểu thức (3.19) xác định các mặt cân bằng
l những ellipsoit xoay có các trục lớn hớng tới phía tinh
tú. Thí dụ, trên hình 3.5 biểu diễn các thiết diện mặt
ellipsoit xoay của thủy triều Mặt Trăng khi góc xích vĩ Mặt
Trăng bằng 0 v bằng cực đại ở phía nam. Hình vẽ minh
họa rất tốt biểu thức (3.21). Khi
0=
M

, do hệ quả sự xoay

y luật biểu hiện thủy
yết ny trong nghiên
Dới đây chúng ta sẽ
o có thể giải
h đợc bằng lý thuyết ny, còn những quy luật no thì
không thể giải thích đợc.
3.3. Đặc tr~ng tổng quát về thủy triều
3.3.1. Các yếu tố thủy triều chính vu các chuyên từ
Thủy triều lên l sự dâng mực nớc so với vị trí trung
bình của nó khi sóng triều đi qua, còn thủy triều xuống sự

221 222
vị trí mực nớc thủy triều so với số
hạ thấp của mực nớc. Trong các dao động mực nớc trong
sóng triều ngời ta phân biệt một loạt các yếu tố đặc trng
(hình 3.6).
Noớc lớn l mực nớc cực đại trong khoảng thời gian
một chu kỳ dao động triều, còn noớc ròng mực nớc cực
tiểu trong khoảng thời gian đó.
Chu kỳ triều khoảng thời gian giữa hai nớc lớn hoặc
hai nớc ròng liên tiếp nhau.
Độ cao thủy triều
không độ sâu, số không độ sâu mực nớc thấp nhất có thể
theo các nguyên nhân thiên văn;

NL
h độ cao nớc lớn,

NR
h độ cao nớc ròng.

Biên độ triều hiệu giữa độ cao nớc lớn hay nớc ròng
v mực nớc trung bình, việc xác định mực nớc trung bình
sẽ đợc xem xét ở một mục sau đây.
Độ lớn triều
B
hiệu các mực nớc lớn v nớc ròng
lân cận nhau:
Thời gian noớc lớn thời điểm xuất hiện nớc lớn,
thời
NRNL
hhB = .
NL
t
gian noớc ròng
NR
t
thời điểm xuất hiện nớc ròng.
Thời gian dâng mực nớc
d
T khoảng thời gian trong
đó mực nớc dâng lên từ nớc ròng tới nớc lớn.
Hình 3.6. Các yếu tố thủy triều (a

thủy triều đều,
hỗb

thủy triều n hợp)

223 224
n trong đó

mực nớc giảm tới nớc ròng.
Thời gian noớc đứng khoảng thời gian trong đó
mực nớc đạt tới độ cao nhất định v dừng lại.
Nguyệt khoảng hiệu giữa thời điểm thợng đỉnh
Mặt Trăng trên kinh tuyến điểm quan trắc v thời điểm
xuất hiện nớc lớn gần nhất.
Giờ thực dụng trung bình trung bình của các nguyệt
khoảng trong nửa tháng Mặt Trăng.
Giờ thực dụng của cảng trung bình của các nguyệt
khoảng ứng với điều kiện khoảng cách trung bình từ Trái
Đất tới Mặt Trăng v Mặt Trời v độ xích vĩ Mặt Trăng v
Mặt Trời bằng không.
Tuy nhiên, thủy triều biểu diễn trên hình 3.6a thờng
ít gặp thấy. Phổ biến nhất l thủy triều trong đó các nớc
lớn v các nớc ròng lân cận không bằng nhau v thời gian
dâng v rút nớc không nh nhau (hình 3.6b). Trong
trờng hợp ny cần đa ra những chuyên từ bổ sung dới
đây.
Noớc lớn cao, NLC nớc lớn cao hơn trong hai nớc
lớn của mộ
Noớc lớn thấp ớc lớn thấp hơn trong hai nớc
lớn n
c ròng cao hơn trong hai nớc
ròn
ơn trong hai
n
ng một ng
y
y
đại dơng rất đa dạng. Tuy

nhi
nhau, khác biệt về các độ cao các nớc lớn lân cận hay các
nớ
ên ong tháng
trớ
Thời gian rút mực nớc
r
T
khoảng thời gia
C
T
L
T
t ngy, gọi độ cao nớc lớn cao l
NLC
h .
, NLT n
của một ngy, gọi độ cao ớc lớn thấp l
NLT
h .
Noớc ròng cao, NRC nớ
g của một ngy.
Noớc ròng thấp, NRT nớc ròng thấp h
ớc ròng của một ng y.
Biên độ lớn thủy triều trong một ngy
0
AhA =
NLC
.
Biên độ nhỏ thủy triều tro

0
Aha =
NLT
.
Độ lớn thủy triều lớn trong một ngy
NRTNLC
hhB = .
Độ lớn thủy triều nhỏ trong một ng
NRCNLT
hhb =
.
3.3.2. Phân loại thủy triều
Quan trắc dao động mực nớc cho thấy đặc điểm các
hiện tợng triều ở các biển v
ên, trong sự đa dạng đó có thể phân chia các dao động
thủy triều thnh một số kiểu (hình 3.7).
Thủy triều bán nhật. Chu kỳ dao động trong thủy
triều bán nhật bằng nửa ngy Mặt Trăng, tức 12 giờ 25
phút. Thời gian dâng v thời gian rút mực nớc gần bằng
c ròng lân cận không nhiều v biến trình mực nớc gần
giống hình sin. Biên độ thủy triều biến thi tr
c hết theo pha Mặt Trăng: biên độ cực đại vo thời gian

225 226
hi ặt Trăng
nằm ở cung phần t thứ nhất v thứ ba.
n n ật. Chu kỳ dao động mực nớc
trong thủy triều ton nhật bằng một ngy Mặt Trăng, tức
24
trong thủy triều bán nhật. Khác biệt về các

ớc ròng lân cận
khô một thán Mặt
Tră ng gần giốn h
sin. Biên độ phụ thuộc vo độ xích vĩ Mặt Trăng v thờng
cực đại.
Vo các thời kỳ Mặt Trăng đi qua xích đạo Trái Đất
kiểu thủy triều khá phổ
ực đại. Thủy triều
loại
ất nhỏ.
v chỉ thấy ở một số vùng của Đại dơng
Thế
ớc. Thời gian dâng
v thời gian rút mực nớc khác nhau nhiều. Bản thân tên
các ngy trăng tròn v trăng non, cực tiểu k M
Thủy triều to h
giờ 50 phút. Thời gian dâng v rút mực nớc cũng gần
bằng nhau nh
độ cao các nớc lớn lân cận hay các n
ng lớn, ít ra l trong phần lớn thời gian g
ng. Dạng của biến trình mực nớc cũ g hìn
lớn nhất tại hoặc sau các thời điểm độ xích vĩ bắc hoặc nam
hoặc sau đó quan sát thấy xuất hiện sóng bán nhật trong
biến trình mực nớc. Biên độ dao động mực nớc vo thời
kỳ ny cực tiểu.
Thủy triều hỗn hợp. Đây l
biến. Nó chia thnh hai nhóm: thủy triều bán nhật không
đều v thủy triều ton nhật không đều.
Thủy triều bán nhật không đều gần giống thủy triều
bán nhật. Trong vòng một tháng có hai nớc lớn v

hai
nớc ròng một ngy, song độ cao các nớc lớn v các nớc
ròng lân cận khác nhau nhiều. Trong đó khác biệt thờng
l cng tăng nếu độ xích vĩ Mặt Trăng tăng lên v đạt giá
trị lớn nhất vo những ngy độ xích vĩ c
ny giống với thủy triều bán nhật nhất vo thời kỳ Mặt
Trăng chuyển qua mặt phẳng xích đạo.
Thủy triều toun nhật không đều giống với thủy triều
ton nhật về tính chất. Vo những thời điểm độ xích vĩ Mặt
Trăng cực đại thì thủy triều mang tính chất ton nhật điển
hình, trong đó thờng quan sát thấy nớc đứng. Khi Mặt
Trăng chuyển qua mặt phẳng xích đạo xuất hiện nớc lớn
thứ hai trong ngy v thấy tính chất thủy triều bán nhật
trong một số ngy, nhng biên độ thủy triều trong trờng
hợp đó r
Các thủy triều dị thờng. Đó l các kiểu thủy triều
nớc nông, thủy triều bán nhật kép, thủy triều bán nhật thị
sai v thủy triều bán nhật Mặt Trời. Các kiểu thủy triều
ny ít phổ biến
giới.
Nét khác biệt của thủy triều nớc nông l không có
tính đối xứng giữa dâng v rút mực n
gọi nói lên rằng kiểu thủy triều ny quan sát thấy ở những
vùng nớc nông. Thí dụ, ở các biển Bắc Hải v Bạch Hải l
điển hình về kiểu thủy triều n
y. Đôi khi do ảnh hởng của

nớc nông mạnh đến nỗi trong biến trình thủy triều bán
nhật xuất hiện những nớc lớn, nớc ròng phụ v thủy
triều trở thnh bán nhật kép. Thủy triều nh vậy cực kỳ

hiếm. Thí dụ, chúng chỉ gặp trong kênh Anh tại các trạm
Portlen v Southemton.
Thủy triều bán nhật thị sai cũng rất hiếm thấy. Trong
kiểu thủy triều ny biên độ thủy triều bán nhật biến thiên
không tùy thuộc vo pha Mặt Trăng, tức với chu kỳ nửa
tháng, m tùy thuộc vo khoảng cách tới Mặt Trăng. Thủy
triều cực đại vo thời điểm cận điểm Mặt Trăng v cực tiểu
v thời điểm viễn điểm. Kiểu thủy triều ny thấy ở biển
Bering v vịnh Crest.
Chu kỳ của thủy triều bán nhật Mặt Trời bằng 12 giờ.
Do đó các nớc lớn v nớc ròng luôn quan sát thấy vo
cùng những giờ nh nhau. Kiểu thủy triều ny thấy ở
Kotabaru thuộc đảo Bocneo v ở Airow thuộc bờ nam nớc
úc.
227 228
Hình 3.7. Các đ~ờng cong dao động mực n~ớc trong thủy triều bán nhật
(Serra-Leon), hỗn hợp (Hồng Công) v ton nhật (Hòn Dấu) tháng 3/1936
N vw S
độ xích vĩ bắc vw nam cực đại, E Mặt Trăng ở xích đạo,
A vw P
viễn điểm vw cận điểm Mặt Trăng

Hình 3.8. Tính chất v đại c
3.3.3. Những quy luật địa lý của dao động mực noớc
thủy triều
Về những quy luật thủy triều ở các vùng khác nhau của
Đại dơng Thế giới có thể nhận xét chủ yếu theo dữ liệu
quan trắc tại các bờ lục địa v đảo. Năm 1960 A. I.
Đuvanhin đã tổng quan rất nhiều quan trắc kiểu đó v lập
ra bản đồ tính chất v độ lớn cực đại của thủy triều (hình

3.8).
Từ hình (3.8) thấy rằng thủy triều bán nhật thống trị
trên Đại dơng Thế giới. Nó quan trắc thấy hầu nh ở mọi
vùng bờ Đại Tây Dơng, ấn Độ Dơng, Bắc Băng Dơng,
trừ một vi ngoại lệ không lớn. Thủy triều loại hỗn hợp đặc
trng cho các vùng bờ Thái Bình Dơng v theo các dữ liệu
quan trắc những năm gần đây, ở vùng bờ Nam Cực. Thủy
triều ton nhật ít phổ biến nhất. Nó quan trắc thấy chủ yếu
ở khu vực tây nam của Thái Bình Dơng, vịnh Mêhicô, một
đoạn ngắn bờ tây nam nớc úc, trong biển Ôkhôt.
Độ lớn thủy triều, nh đã thấy từ hình 3.8, phụ thuộc
vo hình dạng đờng bờ: trong các vịnh v eo hẹp, độ lớn
thủy triều thờng lớn hơn rõ rệt so với ở các vùng bờ
thoáng. Thông thờng ở các đảo thấy thủy triều tơng đối
yếu (0,51,0 m). Thủy triều lớn nhất, nh đã nói, đợc thấy
ở vịnh Funđy thuộc bờ phía đông Bắc Mỹ (18 m), mũi tây
229 230
độ lớn cực ủa thủy triều (theo Đuvanhin)

231 232
nam đảo Baphin (15,6 m). Thủy triều rất lớn đợc thấy ở bờ
kênh Anh, bờ tây nớc Anh v ở vịnh Aliaska, bờ đông nam
Nam Mỹ, vùng đông bắc biển ả Rập v bờ tây bắc nớc úc
(1015 m). Dọc bờ nớc Nga, thủy triều lớn nhất quan trắc
đợc ở vịnh Mezen (10,0 m) v vũng Peng
chung, thủy triều lớn nhất quan trắc đợc ở bờ bắc bán đảo
Konsky, vùng bờ bán đảo Kanhin v bờ bắc biển Ôk t (47
m). Trong biển Karơ, hầu nh không nơi no có th triều
vợt quá 1,0 m, còn ở khu vực phía đông thủy vực Bắc Cực
0,3 m. Dọc vùng bờ biển Bering, thủy triều bằn

Dọc bờ biển Baltic dao động mực nớc thủy triều không quá
một số cm.
3.4. Triều sai
3.4.1. Triều sai nguy
Chúng ta đã lm quen với triều sai ngy ở mục ớc, vì
nó đặc trng cho sự không bằng nhau về độ cao của hai
nớc lớn v hai nớc ròng kế tiếp nhau trong vòng một
ngy v sự không bằng nhau về thời gian dâng v rút mực
nớc. Đơng nhiên, triều sai ngy chỉ có ý nghĩa đối với
thủy triều bán nhật v thủy triều hỗn hợp.
in (12,9 m). Nói
hô
ủy
g gần 2,0 m.
tr
Hình 3.9. Sự xuất hiện triều sai ngy
Triều sai ngy xuất hiện do hệ quả cộng hai dao động
với nhau: dao động bán nhật v ton nhật (hình 3.9). Còn
những biến thiên về tơng quan giữa các biên độ của những
sóng ny với chu kỳ nửa tháng v nửa năm thì dẫn tới sự
biến thiên của triều sai ngy theo thời gian. Nếu chú ý tới
công thức (3.21), sẽ thấy rằng các biên độ sóng thủy triều
bán nhật v ton nhật phụ thuộc trớc hết vo độ xích vĩ

233 234
Trăng, tức tăng dần khi tăng độ xích vĩ.
phải lu ý rằng, trong đại dơng thực triều sai
ngy phụ thuộc không chỉ vo những nguyên nhân thiên
văn, m còn vo các điều kiện địa lý tự nhiên của trạm
Triều sai ngy còn biểu hiện về thời gian xuất hiện

n ơng ứng so với các thời điểm thợng
3.4.2. Triều sai pha (nửa tháng)
Với cùng độ xích vĩ của Mặt Trăng v Mặt Trời, cứ hai
lần trong thời gian một tháng Mặt Trăng synođic thì Mặt
Trăng, Mặt Trời v tâm Trái Đất lại nằm trên một đờng
thẳng. Điều đó xảy ra vo thời điểm trăng tròn v trăng
non. Tác động của các lực tạo triều Mặt Trăng v Mặt Trời
trong trờng hợp ny cộng lại với nhau (các trục lớn của
những ellipsoit xoay của Mặt Trăng v Mặt Trời trùng với
nhau). Do kết quả cộng các biên độ của thủy triều bán nhật
Mặt Trăng v Mặt Trời m thủy triều tổng có biên độ cực
đại. Thủy triều nh vậy đợc gọi l thủy triều sóc vọng. Vo
các tuần trăng thứ nhất v thứ ba, các trục lớn của các
ellipsoit xoay Mặt Trăng v Mặt Trời vuông góc với nhau.
Biên độ triều Mặt Trời bị trừ khỏi biên độ triều Mặt Trăng
v thủy triều kết hợp có biên độ cực tiểu. Thủy triều nh
vậy đợc gọi l . Sơ đồ chung về vị trí Mặt
Mặt Trời vo các thời điểm sóc vọng v trực thế v
của các tinh tú. V nếu nhớ lại rằng thủy triều Mặt Trăng
lớn hơn thủy triều Mặt Trời hơn hai lần, thì có thể cho rằng
triều sai ngy phải phụ thuộc trớc hết vo độ xích vĩ Mặt
Triều sai ng
y đặc trng cho phần lớn các trạm trên
Đại dơng Thế giới, bởi vì thủy triều bán nhật đều lý tởng
hầu nh không gặp thấy. Đợc biết rằng, thủy triều bán
nhật đều gần lý tởng quan trắc đợc ở Boston, vịnh
Konski, trên đảo Zanziba v một loạt trạm khác. Nh
chúng tôi đã nói, thủy triều ton nhật thuần túy cũng cực
kỳ hiếm.
Nhng

quan trắc.
ớc lớn thủy triều t
đỉnh trên v dới của Mặt Trăng, tức hai nguyệt khoảng
lân cận không bằng nhau.
Nh sẽ thấy trong phần trình by tiếp sau ny, triều
sai ngy liên quan mật thiết với triều sai chí tuyến v triều
sai pha.
thủy triều trực thế
Trăng v
sự hình thnh triều sai pha đợc biểu diễn trên hình 3.10.
Khoảng thời gian giữa các thời điểm thợng đỉnh đồng
thời của Mặt Trăng v Mặt Trời trên kinh tuyến của ngời
quan sát đợc gọi l tháng Mặt Trăng synođic. Độ di của
một tháng Mặt Trăng synođic l 29,53 ngy Mặt Trời. Do
đó, chu kỳ của triều sai pha sẽ bằng 14,77 ngy Mặt Trời, vì

235 236
ớc lớn giữa kỳ sóc
vọn
ngy Mặt Trăng, tức 12 giờ 25 phút. Kết quả l
tại
iểu rằng khi các pha thủy triều trùng nhau, thì
thủ
ng quan thế vị lực tạo triều của
Mặt
vậy m ngời ta gọi triều sai ny l triều sai nửa tháng.
Triều sai pha biểu hiện ở sự biến đổi không chỉ của các
biên độ thủy triều, m cả các thời điểm xuất hiện nớc lớn
v nớc ròng của thủy triều. Trong đó n
g v kỳ trực thế sẽ xuất hiện muộn một chút so với giữa

kỳ trực thế v kỳ sóc vọng mới.
Triều sai pha của thủy triều bán nhật có thể giải thích
bằng một cách hơi khác. Chúng ta biết rằng chu kỳ của
thủy triều bán nhật Mặt Trời bằng đúng nửa ngy Mặt
Trời, tức 12 giờ. Chu kỳ thủy triều bán nhật Mặt Trăng
bằng nửa
điểm đang xét thủy triều bán nhật Mặt Trời sẽ xảy ra
vo cùng một giờ ở các ngy, trong khi nớc lớn thủy triều
bán nhật Mặt Trời sẽ xê dịch về thời gian mỗi ngy l 50
phút. Dễ h
y triều tổng cộng sẽ có biên độ cực đại, còn khi các pha
ngợc nhau, thì biên độ thủy triều tổng cộng sẽ cực tiểu
(hình 3.10b).
Nếu xuất phát từ tơ
Trăng v Mặt Trời, thì triều sóc vọng phải lớn hơn
triều trực thế khoảng 2,7 lần. Theo dữ liệu khảo sát, tỷ số
ny biến thiên từ 2,0 đến 4,0, các trị số lớn hơn rất ít gặp.
Hình 3.10. Vị trí t~ơng đối của Mặt Trời, Mặt Trăng v Trái Đất
trong các ngy sóc vọng v trực thế (a) v sơ đồ hình thnh
thủy triều bán nhật sóc vọng v trực thế (b)

237 238
iều.
Tuổ
u quan trắc, tuổi bán nhật
triều dao động trong khoảng rộng, từ y.
ặt Trăng ton nhật v hệ quả l triều sai ngy
vĩ Mặt Trăng lớn nhất. Thủy triều nhật phân l thủy triều
quan sát đợc khi độ xích vĩ Mặt Trăng bằng không. ở
trờng hợp thứ nhất nhận thấy triều sai ngy biểu hiện rõ

nhất, ở trờng hợp thứ hai không có triều sai ngy.
Trên hình 3.7 những biến thiên triều sai ngy đặc biệt
rõ trên đờng cong thứ hai kể từ trên xuống biểu diễn
thủy triều ở Hồng Kông. ở đây thấy rõ triều sai ngy tăng
lên đột ngột nh thế no khi tăng độ xích vĩ của Mặt Trăng.
Sự xuất hiện triều sai ngy còn biểu hiện rõ trên hình
3.5. Khi độ xích vĩ Mặt Trăng bằng không, trục ngắn của
ellipsoit xoay sẽ trùng với trục xoay của Trái Đất v tại một
điểm cố định bất kỳ của đại dơng sẽ không quan sát thấy
triều sai ngy. Còn khi độ xích vĩ Mặt Trăng cực đại (xem
hình 3.5b), cùng một điểm, trong khi dịch chuyển do sự
xoay trong ngy của Trái Đất tơng đối so với ellipsoit
triều, sẽ tuần tự đi qua đầu tiên l khu vực chênh lệch mực
nớc cực đại so với mực trung bình, sau đó đến khu vực
chênh lệch cực tiểu, v sau đó lại đến khu vực chênh lệch
cực đại.
Còn đối với thủy triều ton nhật thuần túy, m theo lý
thuyết, phải quan sát đợc ở các vĩ độ lớn hơn
khi tă g lên
v đạt nh 3.7
Triều sai pha còn đặc trng bằng tuổi bán nhật tr
i bán nhật triều l
khoảng thời gian từ thời gian kỳ
trăng tròn hay trăng non đến thời gian biên độ triều sóc
vọng lớn nhất diễn ra sau đó. Nh vậy, tuổi bán nhật triều
cho thấy sự trễ của triều sai so với thời điểm nguyên nhân
thiên văn của nó. Theo dữ liệ
5,7 đến 5,7 ng
Tuy nhiên, đa số trờng hợp tuổi bán nhật triều l dới 48
giờ.

3.4.3. Triều sai chí tuyến
Triều sai chí tuyến l kết quả biến thiên biên độ thủy
triều ton nhật Mặt Trăng do biến thiên độ xích vĩ Mặt
Trăng. Theo thuyết tĩnh học, thủy triều Mặt Trăng bán
nhật đều chỉ xảy ra khi độ xích vĩ Mặt Trăng bằng không
(nhớ lại hình 3.5). Tuy nhiên, độ xích vĩ Mặt Trăng thay đổi
về trung bình từ 23
o
27 vĩ bắc đến 23
o
27 vĩ nam. Nếu Mặt
Trăng không nằm trong mặt phẳng xích đạo, thì xuất hiện
thủy triều M
của thủy triều tổng cộng về độ cao v thời gian.
Dựa vo biến trình triều sai ngy, ngời ta chia thủy
triều thnh thủy triều chí tuyến v thủy triều nhật phân.
Thủy triều chí tuyến l thủy triều quan sát đợc khi độ xích


$
90 , thì
ng độ xích vĩ Mặt Trăng, biên độ của nó phải tăn
cực đại ở thời điểm độ xích vĩ cực đại. Trên hì

239 240
(đ
o a
khoảng thời gian giữa hai lần độ xích vĩ Mặt Trăng
cùng dấu. Tháng chí tuyến bằng 27,32 ngy Mặt Trời. Do
y.

tâm sai từ đó suy ra rằng, tại cận điểm M
h đợc
quy ớc xác định bằng một chỉ số góc thị sai phoơng
ngang
hiều.
l kh
ờng cong thứ ba) thấy rõ rằng thực tế trên đảo Hòn Dấu
các cực đại biên độ thủy triều ton nhật quan sát đợc sau
các giá trị cực đại của độ xích vĩ Mặt Trăng. Thực ra phải
nhận xét rằng hòn đảo ny nằm ngay ở lân cận xích đạo,
chứ không phải ở các vĩ độ lớn hơn


$
90 .
Chu kỳ của triều sai chí tuyến về biên độ thủy triều
ton nhật Mặt Trăng không phụ thuộc v dấu củ độ xích
vĩ Mặt Trăng v phải bằng nửa tháng chí tuyến Mặt Trăng,
tức

đó, chu kỳ của triều sai chí tuyến bằng 13,66 ng
Triều sai chí tuyến còn đợc đặc trng bằng tuổi nhật
triều, đó l khoảng thời gian giữa thời điểm độ xích vĩ Mặt
Trăng lớn nhất (bắc hoặc nam) v thời điểm thủy triều ton
nhật cực đại hay triều sai ngy cực đại. Nh vậy, tuổi nhật
triều cho biết sự trễ của triều sai so với nguyên nhân thiên
văn sinh ra nó. Nói chung, tuổi nhật triều biến thiên từ
7
đến 7 ngy. Nhng tại phần lớn điểm quan trắc, tuổi nhật
triều không lớn hơn 48 giờ.

3.4.4. Triều sai tháng thị sai
Theo thuyết tĩnh học, độ cao thủy triều tỷ lệ nghịch với
lũy thừa bậc ba của khoảng cách giữa tâm Trái Đất v tâm
Mặt Trăng. Vì quỹ đạo Mặt Trăng có dạng hình ellip với
05490,0=e
ặt
Trăng nằm ở khoảng cách 57 bán kính Trái Đất, còn tại
viễn điểm
r7,63 . Trong thiên văn học khoảng các
,
. Theo đó triều sai loại ny có tên gọi l triều sai thị
sai.
Căn cứ vo biến thiên khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt
Trăng tại cận điểm v tại viễn điểm, dễ dng xác định rằng
biên độ thủy triều cận điểm phải lớn hơn biên độ thủy triều
viễn điểm khoảng 40 %.
Chu kỳ triều sai thị sai của thủy triều Mặt Trăng bằng
một tháng dị thờng Mặt Trăng, tức 27,555 ngy Mặt Trời
(tháng dị thoờng đó l khoảng thời gian giữa hai cận
điểm hay hai viễn điểm của Mặt Trăng).
Nếu lại xem xét hình 3.7 (đờng cong trên cùng), ta sẽ
thấy rằng, giữa hai thủy triều sóc vọng ở Serra-Leon trong
vòng một tháng, thì thủy triều tại cận điểm có biên độ lớn
hơn rất n
Cũng giống nh các triều sai khác, triều sai thị sai
đợc đặc trng bởi tuổi. Tuổi thủy triều thị sai oảng
thời gian kể từ thời điểm Mặt Trăng nằm ở cận điểm đến
thời điểm độ cao thủy triều thị sai liền sau đó lớn nhất. Giá

241 242

223 t ng synođic, mỗi
thá
uả
ến đổi với thời gian. Nó lớn nhất
khi Mặt Trời có độ xích vĩ nam hoặc độ xích vĩ bắc cực đại
v ở mặt phẳng xích đạo.
y Mặt Tr
12 phải quan sát thấy thủy tr
Giống nh Mặt Trăng, Trái Đất chuyển động quanh
Mặt
g 10 %. Do đó, xuất hiện triều sai
thị sai của thủy triều Mặt Trời. Chu kỳ của triều sai ny
g 6. Tại nhật cận,
òn Trái đất ở nhật cận. Các thủy triều
trị tuổi thủy triều thị sai thờng bằng 24 ngy.
Các pha của ba loại triều sai cơ bản cứ 18,05 năm lại
trùng nhau một lần. Các nh thiên văn học cổ điển gọi chu
kỳ ny l chu trình Saros (nó l chu kỳ lặp lại của các kỳ
nguyệt thực). Chu trình ny gồm há
ng 29,531 ngy (6585,4 ngy), 239 tháng dị thờng, mỗi
tháng 27,555 ngy (6585,6 ngy) v 241 tháng chí tuyến,
mỗi tháng 27,322 ngy (6584,6 ngy). áp dụng vo hiện
tợng thủy triều, điều ny dẫn tới chỗ: những đợt biên độ
thủy triều lớn nhất sẽ lặp lại với chu kỳ 18,05 năm.
3.4.5. Các triều sai chu kỳ dui
Các triều sai chu kỳ di liên quan trớc hết tới Mặt
Trời. Quỹ đạo Trái Đất nghiêng với mặt phẳng xích đạo một
góc 23
o
27, do đó độ xích vĩ Mặt Trời so với mặt phẳng xích

đạo thay đổi từ 23
o
27 đến 23
o
27 (khác với Mặt Trăng, độ
xích vĩ cực đại của Mặt Trời l đại lợng không đổi). Hệ q
l, giống nh trờng hợp với Mặt Trăng, biên độ của thủy
triều Mặt Trời ton nhật bi
nó nhỏ nhất khi Mặt Trời nằm
Chu kỳ của triều sai chí tuyến Mặt Trời l một nửa
năm chí tuyến (khoảng thời gian giữa hai độ xích vĩ cực đại
cùng dấu của Mặt Trời, bằng 365,24 ngy Mặt Trời), tức
182,6 ng ời).
Nh vậy, mùa hè vo tháng 6 v mùa đông vo tháng
iều mặt Trời chí tuyến cực
đại, còn vo tháng 3 v tháng 9 thủy triều Mặt Trời nhật
phân.
Trời theo quỹ đạo ellip với tâm sai bằng 0,01674. Từ
đây lực tạo triều Mặt Trời tại thời gian cận điểm Mặt Trời
so với giá trị lực tại viễn điểm Mặt Trời phải có tỷ lệ 1,106 :
1,000, tức lớn hơn khoản
bằng một năm dị thờng, năm dị thờng di hơn năm chí
tuyến một chút v bằng 365,26 ngy Mặt Trời. Hiện nay,
các nhật cận đối với Trái Đất quan sát thấy vo ngy 2
tháng 1, còn các nhật viễn ngy 5 thán
Mặt Trời ở cách Trái Đất
r22949 , còn tại nhật viễn r23732 .
Những thủy triều lớn nhất trong đại dơng cần phải
quan sát thấy khi Mặt Trời v Mặt Trăng ở sóc vọng, Mặt
Trăng ở nguyệt cận, c

nhỏ nhất khi Mặt Trời v Mặt Trăng ở trực thế, Mặt
Trăng ở nguyệt viễn, còn Trái Đất ở nhật viễn. Trong
trờng hợp thứ nhất, độ lớn thủy triều theo thuyết tĩnh học

243 244
19 cm.
o
i chu kỳ biến
thiê òn biến thiên với chu kỳ
18,6
hủy triều trong Đại dơng Thế giới.
Nó
t
to bán
nhậ
phải bằng gần 90 cm, trong trờng hợp thứ hai
Triều sai tiếp theo l triều sai nhiều năm, liên quan tới
Mặt Trăng. Vì mặt phẳng hong đạo nghiêng với mặt
phẳng xích đạo một góc 23
o
27, còn mặt phẳng quỹ đạo Mặt
Trăng nghiêng với mặt phẳng hong đạo một góc 5
o
08. Do
hệ quả dịch chuyển các tiết điểm của quỹ đạo Mặt Trăng,
nên độ xích vĩ Mặt Trăng biến đổi từ 18
o
19 đến 28
o
35, còn

23 27 nh đã nói ở trên, chỉ l độ xích vĩ trung bình của
Mặt Trăng. Chu kỳ biến thiên độ xích vĩ Mặt Trăng từ cực
tiểu 18
o
19 đến cực đại 28
o
35 bằng 18,6 năm. Nh vậy,
triều sai chí tuyến đã xét ở mục 3.4.3 ngo
n bằng nửa tháng chí tuyến, c
năm.
Ngoi những loại triều sai chính đã liệt kê, còn có một
loạt các triều sai thứ cấp với các chu kỳ 4,65 năm, 8,8 năm,
111 năm v thậm chí 1800 năm. Tuy nhiên, vai trò của các
triều sai đó không đáng kể so với các triều sai đã xem xét
trên đây.
3.5. Khái niệm về thuyết động lực học thủy triều
3.5.1. Những nhoợc điểm của thuyết tĩnh học thủy triều
Thuyết tĩnh học l một đóng góp to lớn cho việc nhận
thức về sự xuất hiện t
có thể giải thích đợc nhiều đặc điểm của thủy triều
thực m ta quan trắc đợc. Trớc hết đó l tính chất bán
nhật của thủy triều, các triều sai, sự hiện diện của các thủy
triều bán nhật, ton nhật v chu kỳ di.
Tuy nhiên, nó đã không thể giải thích đợc nhiều hiện
ợng trong dao động thủy triều của mực nớc Đại dơng
Thế giới. Trớc hết, nó không thể giải thích đợc các biên
độ thủy triều thực rất lớn quan trắc đợc. ở nhiều vùng đại
dơng biên độ thủy triều tỏ ra lớn hơn nhiều so với những
gì suy ra từ lý thuyết tĩnh học. Nó cũng đã không giải thích
đợc những quy luật phân bố không gian của biên độ v

pha cũng nh tính chất thủy triều, triều sai ngy của thủy
triều. ở Thái Bình Dơng, nơi lẽ ra thủy triều phải tuân
theo gần nhất với lý thuyết, thì tại vùng xích đạo lại quan
trắc đợc các thủy triều n nhật chứ không phải l
t. Theo lý thuyết, triều sai ngy phải nh nhau đối với
tất cả các điểm trên cùng một vĩ tuyến, còn tại đờng xích
đạo thì bằng không. Nhng trên thực tế, ở các vĩ độ trung
bình v cao đôi khi gặp thấy thủy triều bán nhật thuần túy,
còn ở đới xích đạo có những vùng với triều sai ngy lớn.
Lý thuyết cũng không giải thích đợc tại sao có các

245 246
đặc
điểm phân bố không gian của chúng.
nên đó sẽ l cơ sở để tiếp tục nghiên cứu trong
lĩnh
duy trì trong đại dơng những dao động của các phần tử
nớc có chuyển động dạng sóng. Các phần tử sẽ vẽ nên
kỳ bằng
chu kỳ của lực kích thích v có bớc sóng lớn.
nằm trong mặt phẳng xích đạo dẫn tới lm biến dạng bề
mặt
y nó phải đuổi kịp
chu
nguyệt khoảng v các tuổi thủy triều cũng nh các
Những nhợc điểm của thuyết tĩnh học l có lý do nếu
nh chúng ta nhớ lại những giả thiết của nó, trớc hết đó l
giả thiết tại thời điểm bất kỳ lớp vỏ nớc của Trái Đất nằm
trong trạng thái cân bằng. Quán tính của lớp vỏ nớc v độ
sâu không đủ lớn không cho phép bề mặt đại dơng nhận

hình dạng cân bằng dới tác động của các lực tạo triều ở
từng thời điểm kế tiếp.
3.5.2. Các quan niệm động lực học trong lý thuyết thủy
triều
Vì lý thuyết tĩnh học không thể sử dụng để dự tính
thủy triều,
vực lý thuyết thủy triều.
Năm 1775, Laplace (17491827) đã xây dựng lý thuyết
động lực học thủy triều. Thực chất của thuyết ny l ở chỗ
các lực thủy triều có đặc điểm tuần hon, liên tục gây nên
v
những quỹ đạo no đó, trong đó các sóng có chu
Giả sử tại thời điểm no đó, tác động của một tinh tú
đại dơng, kết quả l tạo thnh sóng với một đỉnh sóng
song song với đờng kinh tuyến m ở thời điểm đó tinh tú
đang nằm ở bên trên v một đỉnh thứ hai trên kinh tuyến
cách kinh tuyến thứ nhất 180
o
. Bớc sóng của sóng thủy
triều nh vậy tại xích đạo bằng khoảng 20000 km. Nếu
sóng ny l sóng cỡng bức, thì sau n
yển động của tinh tú v tốc độ của nó cần phải bằng
T
r
c


cos2
=

, (3.22)
ở đây

T
số giây trong một ngy,



=cos2 r .
Tuy nhiên, theo thuyết động lực học, những nhiễu động
mực nớc dới tác động của lực tạo triều không thể theo kịp
chuyển động của tinh tú. Khi đó sóng do tinh tú gây nên ở
một thời điểm no đó sẽ tiếp tục lan truyền dới dạng sóng
tiến di tự do với tốc độ
gHc = , ở đây
H
độ sâu không
đổi.
Từ đây có thể xác định đợc độ sâu đại dơng
H
lm
cho các tốc độ của sóng tự do v của sóng cỡng bức trùng
nhau:
gT
r
H
1
cos2
2
á

ạ
ã
ă
â
Đ
=

. (3.23)
Trong bảng 3.1 biểu diễn các độ sâu đại dơng tính

247 248
g bức v độ sâu đại d~ơng
c
theo công thức (3.23).
Bảng 3.1. Tốc độ truyền sóng thủy triều c~ỡn
ần thiết để sóng thủy triều tự do không bị trễ so với sóng c~ỡng bức
$

. . . . . . . .
0 20 40 60 80 90
C m/s . . . . .
463 435 355 226 80 0
H
m . . . . . .
21900 19340 12550 5474 660 0
Từ bảng ny thấy rằng, chỉ có từ khoảng vĩ độ 6070
o
thì độ sâu các đại dơng mới xấp xỉ bằng các độ sâu m
són
độ thấp, sóng tự do sẽ trễ so với sóng cỡng bức, còn ở

các
ng tạo ra những sóng mới với
các
a lực lớn hơn,
thì
của
mình.
Dù sao thì việc lập ra lý thuyết động lực học thủy triều
m tiế ức về vật l ủa một hiện
tợ
biểu hiện tốt nhất ở những vùng đại dơng có hình
dạng gần giống các kênh trải di dọc theo đờng vĩ tuyến.
g tự do lan truyền cùng tốc độ nh sóng cỡng bức. ở
các vĩ
vĩ độ rất cao nó vợt trớc sóng cỡng bức.
Tại mỗi thời điểm nhất định, các lực tạo triều của Mặt
Trăng v Mặt Trời có xu hớ
đỉnh ở trên đờng kinh tuyến m chúng đi qua. Những
sóng đợc tạo thnh nh vậy về sau lan truyền nh các
sóng tự do với tốc độ phụ thuộc vo độ sâu địa điểm.
Từ lý thuyết các dao động cỡng bức suy ra: nếu chu kỳ
của lực gây ra dao động m nhỏ hơn chu kỳ dao động riêng
của hệ thống, thì các dao động của hệ thống diễn ra ngợc
pha với lực tác động. Ngợc lại, nếu chu kỳ củ
các dao động của hệ thống trùng pha với lực cỡng bức.
Từ đây ta hiểu vì sao tồn tại các nguyệt khoảng. ở xích đạo,
tại thời điểm thợng đỉnh của tinh tú phải quan trắc thấy
nớc ròng, chứ không phải nớc lớn. Còn ở các vĩ độ cao các
sóng thủy triều có thể thậm chí vợt trớc các thời điểm
thợng đỉnh của tinh tú.

Tuy nhiên, Laplace cha thu đợc bằng giải tích công
thức tính toán độ cao thủy triều xuất phát từ lý thuyết
đã l n bộ rất nhiều nhận th ý c
ng phức tạp nh hiện tợng thủy triều. Những nghiên
cứu tiếp sau đã đem lại hiểu biết về các đặc điểm khác rút
ra từ những quan niệm động lực học về thủy triều. Chúng
ta sẽ xem xét một số đặc điểm đó.
Từ lý thuyết suy ra rằng, các sóng thủy triều tiến tự do
đợc
Tốc độ của chúng phụ thuộc vo độ sâu, bớc sóng còn phụ
thuộc cả vo chu kỳ:
gH

= . (3.24)
Khi
100=H
m
1400=

km v khi
500=
m
9920=H

km, tức
các sóng thủy triều tự do thực sự l những sóng thủy triều