Seiche

редактировать
Стоячая волна в замкнутом или частично замкнутом водоеме

A seiche () - стоячая волна в замкнутом или частично замкнутом водоеме. Сейши и связанные с ними явления наблюдались на озерах, водохранилищах, плавательных бассейнах, заливах, гаванях и морях. Ключевым требованием для формирования сейши является то, чтобы водоем был хотя бы частично ограничен, что позволяло бы образование стоячей волны.

Этот термин продвигал швейцарский гидролог Франсуа-Альфонс Форель в 1890 году, который первым провел научные наблюдения за эффектом в Женевском озере., Швейцария. Слово происходит от швейцарско-французского диалектного слова, означающего «раскачиваться взад и вперед», которое, по-видимому, долгое время использовалось в этом регионе для описания колебаний в альпийских озерах. Согласно Уилсону (1972), это швейцарско-французское диалектное слово происходит от латинского слова «siccus», означающего «высыхать», т. Е. По мере того, как вода отступает, пляж высыхает. Этот термин, вероятно, также связан с французским словом «sèche».

Сейши в гаванях могут быть вызваны длиннопериодными или инфрагравитационными волнами, которые возникают из-за взаимодействия субгармонических нелинейных волн с ветровые волны, имеющие периоды больше, чем у сопутствующих ветровых волн.

Стоячая волна (черная) изображена как сумма двух распространяющихся волн, распространяющихся в противоположных направлениях (синяя и красная).

Содержание

  • 1 Причины и природа
  • 2 Возникновение
    • 2.1 Сейши на озерах
    • 2.2 Сейши на море и в заливах
    • 2.3 Подводные (внутренние) волны
  • 3 Технические средства защиты от сейш
  • 4 См. Также
  • 5 Примечания
  • 6 Дополнительная литература
  • 7 Внешние ссылки

Причины и природа

Сейши часто незаметны невооруженным глазом, и наблюдатели в лодках на поверхности могут не заметить, что происходит сейш из-за чрезвычайно длинных волн.

Эффект вызван резонансами в водоеме, который был нарушен одним или несколькими факторами, чаще всего метеорологическими эффектами (ветер и колебания атмосферного давления), сейсмической активностью или цунами. Гравитация всегда стремится восстановить горизонтальную поверхность тела с жидкой водой, поскольку это представляет конфигурацию, в которой вода находится в гидростатическом равновесии.

в результате возникает вертикальное гармоническое движение, производящее импульс, который проходит по длине бассейна со скоростью, которая зависит от глубины воды. Импульс отражается от конца бассейна, создавая помехи. Повторяющиеся отражения создают стоячие волны с одним или несколькими узлами или точками, которые не испытывают вертикального движения. Частота колебаний определяется размером бассейна, его глубиной и контурами, а также температурой воды.

Самый длинный естественный период сейши - это период, связанный с фундаментальным резонансом для водоема, соответствующий самой длинной стоячей волне. Для поверхностной сейши в замкнутом прямоугольном водоеме это можно оценить с помощью формулы Мериана:

T = 2 L gh {\ displaystyle T = {\ frac {2L} {\ sqrt {gh}}}}T = \ frac {2L} {\ sqrt {gh}}

где T - самый длинный естественный период, L - длина, h - средняя глубина водоема, а g - ускорение свободного падения.

Также наблюдаются гармоники более высокого порядка. Период второй гармоники будет составлять половину собственного периода, период третьей гармоники будет составлять треть собственного периода и так далее.

Происшествие

Сейши наблюдались как на озерах, так и на морях. Ключевым требованием является то, что водоем должен быть частично ограничен для образования стоячих волн. Не требуется регулярности геометрии; даже гавани чрезвычайно неправильной формы обычно колеблются с очень стабильными частотами.

Озерные сейши

Низкие ритмические сейши почти всегда присутствуют на более крупных озерах. Обычно они незаметны среди обычных волновых паттернов, за исключением периодов необычного затишья. Гавани, заливы и эстуарии часто подвержены небольшим сейшам с амплитудой в несколько сантиметров и периодами в несколько минут.

Первоначальные исследования Женевского озера, проведенные Франсуа-Альфонсом Форелем, обнаружили, что продольный период имеет цикл 73 минуты, а поперечная сейша имеет период около 10 минут. Другие озера, хорошо известные своими регулярными сейшами, - это новозеландское озеро Вакатипу, высота поверхности которого изменяется в Квинстауне на 20 сантиметров за 27-минутный цикл. Сейши могут образовываться и в полузамкнутых морях; Северное море часто испытывает продольные сейши с периодом около 36 часов.

Разница в уровне воды, вызванная сейшой на озере Эри, зафиксированная между Буффало, Нью-Йорк (красный) и Толедо, Огайо (синий) на 14 ноября 2003 г.

Национальная метеорологическая служба выпускает предупреждения о низком уровне воды для частей Великих озер, когда возможны сейши высотой 2 фута или больше. Озеро Эри особенно подвержено к сейшам, вызванным ветром, из-за его мелководности и вытянутости по оси северо-восток-юго-запад, которая часто совпадает с направлением преобладающих ветров и, следовательно, максимизирует выборку этих ветров. Это может привести к сильным сейшам на глубине до 5 метров (16 футов) между краями озера.

Эффект похож на штормовой нагон, подобный тому, который вызван ураганами вдоль побережья океана, но эффект сейши может вызывать колебания взад и вперед через озеро в течение некоторого времени. В 1954 году остатки урагана Хейзел накапливали воду вдоль северо-западной береговой линии озера Онтарио около Торонто, вызвав обширное наводнение и образовав сейшу, которая впоследствии вызвала наводнение. вдоль южного берега.

Сэйши на озере могут произойти очень быстро: 13 июля 1995 года большая сейша на Верхнем озере вызвала падение уровня воды, а затем его повышение снова на три фута (один метр) в пределах пятнадцати минут, оставив несколько лодок свисающими с доков на своих швартовных тросах, когда вода отступила. Та же штормовая система, которая вызвала сейшу 1995 г. на озере Верхнее, произвела аналогичный эффект в озере Гурон, в котором уровень воды в Порт-Гурон изменился на 6 футов (1,8 м) за два. часов. На озере Мичиган восемь рыбаков были сметены с пирсов на пляжах Монтроуз и Норт-авеню и утонули, когда 10-футовая (3,0 м) сейша ударила по набережной Чикаго 26 июня 1954 г..

Озера в сейсмически активных районах, таких как озеро Тахо в Калифорнии / Невада, в значительной степени подвержены риску сейш. Геологические данные указывают на то, что берега озера Тахо могли быть поражены сейшами и цунами высотой до 10 метров (33 фута) в доисторические времена, и местные исследователи призвали учитывать этот риск в планах действий в чрезвычайных ситуациях для региона. 276>Землетрясения, вызванные сейшами, можно наблюдать за тысячи миль от эпицентра землетрясения. Бассейны особенно подвержены сейшам, вызванным землетрясениями, так как подземные толчки часто соответствуют резонансным частотам небольших водоемов. Землетрясение в Нортридже в Калифорнии 1994 года вызвало переполнение бассейнов на юге Калифорнии. Сильное землетрясение в Страстную пятницу, поразившее Аляску в 1964 году, вызвало сейши в бассейнах даже в Пуэрто-Рико. Землетрясение , поразившее Лиссабон, Португалия в 1755 году, вызвало сейши на расстоянии 2000 миль (3200 км) в Лох-Ломонд, Лох-Лонг, Лох-Катрин и Лох-Несс в Шотландии и в каналах. в Швеции. Землетрясение 2004 года в Индийском океане вызвало сейши в стоячих водоемах во многих штатах Индии, а также в Бангладеш, Непале и северном Таиланде. Сейши снова наблюдались в Уттар-Прадеш, Тамил Наду и Западной Бенгалии в Индии, а также во многих местах в Бангладеш во время Кашмирского землетрясения 2005 года.

Известно, что Ассам-Тибетское землетрясение 1950 года вызвало сейши в Норвегии и южной Англии. Другие землетрясения на Индийском субконтиненте, которые, как известно, вызвали сейши, включают Кумаон-Барахат 1803, 1819 Аллах Бунд, 1842 Центральную Бенгалию, 1905 Кангра, 1930 Дхубри, 1934 Непал-Бихар, 2001 Бхудж, 2005 Ниас, 2005 г. Землетрясения на острове Тереза. 27 февраля 2010 г. землетрясение в Чили вызвало сейшу на озере Пончартрейн, Луизиана высотой около 0,5 фута. Землетрясение 2010 года в Сьерра-эль-Майор вызвало большие сейши, которые быстро стали интернет-феноменом.

Сейши глубиной не менее 1,8 м (6 футов) наблюдались в Согне-фьорде, Норвегия во время землетрясения Тохоку в 2011 году в Японии.

Сейши в море и заливах

Наблюдались сейши в таких морях, как Адриатическое море. Море и Балтийское море. Это приводит к затоплению Венеции и Св. Санкт-Петербург соответственно, так как оба города построены на бывшей заболоченной местности. В Санкт-Петербурге осенью на реке Неве часто бывает наводнение, вызванное сейшами. Сейшу движет область низкого давления в Северной Атлантике, движущаяся к берегу, вызывая циклонические минимумы в Балтийском море. Низкое давление циклона втягивает большее, чем обычно, количество воды в Балтийский регион, практически не имеющий выхода к морю. По мере того как циклон продолжается вглубь суши, в Балтийском море устанавливаются длинные низкочастотные сейшевые волны с длинами волн до нескольких сотен километров. Когда волны достигают узкой и мелкой Невской губы, они становятся намного выше и в конечном итоге затопляют набережные Невы. Подобные явления наблюдаются в Венеции, в результате чего проект MOSE, система из 79 мобильных заграждений, предназначенная для защиты трех входов в Венецианскую лагуну.

залив Нагасаки является типичным районом. в Японии, где время от времени наблюдались сейши, чаще всего весной, особенно в марте. 31 марта 1979 года приливная станция Нагасаки зафиксировала максимальное смещение уровня воды 2,78 метра (9,1 фута) в этом месте из-за сейши. Предполагается, что максимальное смещение уровня воды во всем заливе во время этого сейшевого явления достигло 4,70 м (15,4 фута) на дне залива. Сейши в Западном Кюсю, включая залив Нагасаки, часто возникают из-за низкого атмосферного давления, проходящего к югу от острова Кюсю. Сейши в заливе Нагасаки имеют период примерно от 30 до 40 минут. На местном уровне сейче (副 振動, фукусиндō) называется абики (あ び き). Считается, что слово абики произошло от 網 引 き (амибики), что буквально означает: утаскивание (引 き (бики)) рыболовной сети (網 (ами)). Сейши не только наносят ущерб местному рыболовству, но и могут привести к затоплению побережья вокруг залива, а также к разрушению объектов порта.

Иногда цунами могут вызывать сейши в результате местных географических особенностей. Например, цунами, обрушившееся на Гавайи в 1946 году, имело пятнадцатиминутный интервал между фронтами волн. Естественный резонансный период залива Хило составляет около тридцати минут. Это означало, что каждая вторая волна была в фазе с движением залива Хило, создавая сейшу в заливе. В результате Хило пострадал больше, чем любое другое место на Гавайях: цунами и сейша достигли высоты 26 футов вдоль набережной Хило, убив 96 человек в одном только городе. Волны сейш могут продолжаться несколько дней после цунами.

Внутренние уединенные волны, генерируемые приливом (солитоны ), могут возбуждать прибрежные сейши в следующих местах: остров Магуэ в Пуэрто-Рико, Пуэрто-Принсеса на острове Палаван, заливе Тринкомали в Шри-Ланке и в заливе Фанди на востоке Канады, где сейши вызывают одни из самых высоких зарегистрированных приливных колебаний в мире. Существует динамический механизм генерации прибрежных сейш глубоководными внутренними волнами. Эти волны могут генерировать ток, достаточный для возбуждения прибрежных сейш.

Иллюстрация возникновения поверхностных и подземных термоклинных сейш.

Подводные (внутренние) волны

Сейши также наблюдаются под землей. поверхность озера, действующая вдоль термоклина в стесненных водоемах.

По аналогии с формулой Мериана ожидаемый период внутренней волны может быть выражен как:

T = 2 L c {\ displaystyle T = {\ frac {2L} {c}}}T = \ frac {2L} {c} с c 2 = g ρ 2 - ρ 1 ρ 2 h 1 h 2 h 1 + h 2 {\ displaystyle c ^ {2} = g {\ frac {\ rho _ {2} - \ rho _ {1}} {\ rho _ {2}}} {\ frac {h_ {1} h_ {2}} {h_ {1} + h_ {2}}}}c ^ 2 = g \ frac {\ rho_2- \ rho_1} {\ rho_2} \ frac {h_1 h_2} {h_1 + h_2}

где T - естественное период, L - длина водоема, h 1, h 2 {\ displaystyle h_ {1}, h_ {2}}h_1, h_2 средняя толщина двух слои, разделенные стратификацией (например, эпилимнион и гиполимнион ), ρ 1, ρ 2 {\ displaystyle \ rho _ {1}, \ rho _ {2}}\ rho_1, \ rho_2 плотности этих двух одинаковых слоев и g ускорение свободного падения.

Поскольку термоклин перемещается вверх и вниз по наклонной дно озера, это создает «зону перекоса» на дне озера, где температура может быстро меняться, потенциально влияя на использование среды обитания рыб. Когда термоклин поднимается вверх по наклонному дну озера, он также может вызывать усиление бентосной турбулентности из-за конвективного опрокидывания, тогда как падающий термоклин испытывает большую стратификацию и низкую турбулентность на дне озера. Внутренние волны также могут переходить в нелинейные внутренние волны на наклонных днах озер. Когда такие нелинейные волны разбиваются о дно озера, они могут быть важным источником турбулентности и иметь потенциал для повторного взвешивания наносов

Инженерные решения для защиты от сейш

Инженеры учитывают сейшевые явления при проектировании работ по защите от наводнений (например, плотина Санкт-Петербург ), водохранилищ и плотин (например, плотина Гранд-Кули ), бассейнов для хранения питьевой воды, гаваней и даже бассейны хранения ядерного топлива.

См. Также

Примечания

Далее чтение

  • Джексон-младший (1833). «На сейшах озер». Журнал Лондонского королевского географического общества. 3 : 271–275. DOI : 10.2307 / 1797612. JSTOR 1797612.

Внешние ссылки

Найдите seiche в Wiktionary, бесплатном словаре.

Генерал

Отношение к водным «монстрам»

Последняя правка сделана 2021-06-07 09:01:27
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте