Plūdmaiņas

Paisuma izraisīts ūdens virpulis

Plūdmaiņas ir periodiskas jūras vai okeāna ūdens līmeņa svārstības, kuras rodas Saules un Mēness un dažreiz arī jūras straumju ietekmē. Lielākajā daļā pasaules katru dienu ir divi plūdmaiņas cikli, kas sastāv no diviem paisumiem un diviem bēgumiem, bet ir vietas tikai ar vienu plūdmaiņu ciklu dienā. Plūdmaiņas ir iemesls ūdens līmeņa mainīgumam jūrās.

Par paisumu sauc ūdens līmeņa pacelšanos, bet par bēgumu — pazemināšanos.

Kaut arī Zemeslodei Saules pievilkšanās spēks ir aptuveni 200 reizes lielāks par Mēness pievilkšanās spēku, tomēr plūdmaiņas Mēness ietekmē ir divreiz stiprākas par tām, kuras ietekmē Saule. Tas ir tāpēc, ka plūdmaiņu stiprums ir atkarīgs nevis no ķermeņa gravitācijas lauka lieluma, bet no tā gradienta (nevienmērības). Palielinoties attālumam līdz gravitācijas lauka avotam, gradients samazinās ātrāk, nekā paša lauka lielums. Tā kā Saule ir 400 reizes tālāk no Zemes, nekā Mēness, tad arī plūdmaiņu spēks, ko izraisa Saule, ir mazāks.

Visaugstāko paisumu (18 metri) var novērot Fandi līcī Kanādas austrumu piekrastē Atlantijas okeānā pie Jaunskotijas. Stiprākā no plūdmaiņu straumēm pasaulē ir Saltstraumenas straume Norvēģijas ziemeļos.

Cēloņi

Augšējā attēlā attēlots gravitācijas spēks dažādās ķermeņa vietās, kuru izraisa cits ķermenis pa labi. Apakšējā attēlā redzams rezultējošais spēks, kurš iegūts atņemot no visiem trijiem spēkiem gravitācijas spēku ķermeņa centrā

Gravitācijas spēks starp diviem ķermeņiem ir proporcionāls šo ķermeņu masām un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp šiem ķermeņiem:

$F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{R^{2}}}$.

Ja apskata Zemes un Mēness sistēmu, pastāv atšķirība starp gravitācijas spēku, kādu izraisa Mēness Zemes centrā un to, kādu Mēness izraisa ūdens masā tieši zem sevis. Zemes rādiuss, salīdzinot ar attālumu no Zemes centra līdz Mēness centram, tomēr ir pietiekoši liels, lai radītu atšķirību gravitācijas spēkos Zemes centrā un uz tās virsmas. Tas rada ūdens pieplūdumu Zemes rajonā tieši zem Mēness un to sauc par plūdmaiņu vilni. Līdzīgi gravitācijas spēks, kādu izraisa Mēness Zemes centrā, ir lielāks par to, kādu Mēness izraisa ūdens masā pretējā Zemes pusē, un arī tur veidojas tāds pats plūdmaiņu vilnis. Tā kā Zeme rotē ap savu asi, tā rotē arī attiecībā pret Mēnesi un abiem tā izraisītajiem plūdmaiņu viļņiem, tādēļ katrā vietā uz Zemes diennakts laikā būs divi paisumi un divi bēgumi.

Plūdmaiņas izraisa arī Saule, bet tā kā attālums no Zemes līdz Saulei ir nesalīdzināmi lielāks par Zemes rādiusu, tad arī atšķirības Saules izraisītajā gravitācijas spēkā Zemes centrā un ūdens masā zem Saules, nav tik lielas kā Mēness gadījumā. Tomēr vislielākās plūdmaiņas (augstākie paisumi un zemākie bēgumi) ir tad, kad Mēness un Saules plūdmaiņu viļņi sakrīt un tas notiek, kad Saule, Mēness un Zeme izkārtojas vienā līnijā jeb sizigijā. Tas notiek jauna mēness un pilnmēness laikā. Plūdmaiņas šajā laikā sauc par sizigiju plūdmaiņām (spring tides - angļu val.). Pirmajā un trešajā ceturksnī, kad Mēness un Saules plūdmaiņu viļņi ir pretēji, tie daļēji dzēš viens otru un veido vismazākās plūdmaiņas (zemākie paisumi un augstākie bēgumi). Tas notiek, kad Saule, Mēness un Zeme izkārtojas kvadratūrā (skatoties no Zemes atrodas 90° leņķī viens no otra). Plūdmaiņas šajā laikā sauc par kvadratūras plūdmaiņām (neap tides - angļu val.).

Tomēr sauszemes masas traucē plūdmaiņu viļņu pārvietošanos un plūdmaiņu ietekme nebūtu tik izteikta, ja šādas modificējošas zemes masas nebūtu vispār. Iespaidu atstāj arī okeānu pašsvārstību frekvence, kura rezonē ar plūdmaiņām. Paisumi izteikti augsti ir ziemeļu Atlantijas okeāna piekrastē. Vēl augstāki tie ir piekrastes rajonos, kur sauszeme veido tuneļa formas līčus. Samazinoties jūras dziļumam, liela ūdens masa tiek dzīta seklumā starp abiem krastiem un veido augstu paisumu. Pastāv arī tādi ūdens baseini, kuru dabīgais pašsvārstību periods ir ļoti atšķirīgs no plūdmaiņu perioda, tad plūdmaiņas ir mazas. Pie šādiem ūdens baseiniem pieskaita Baltijas jūru un Vidusjūru.

Plūdmaiņu tabulas

Paisuma un bēguma augstumus un laikus prognozē analizējot daudzgadīgu novērojumu rezultātus. Ilgais novērojumu veikšanas periods ļauj atfiltrēt klimata un laikapstākļu ietekmi, kā arī prognozēt paisuma un bēguma augstumus un laikus nākotnē, ņemot vērā debess ķermeņu izvietojumu vajadzīgajā datumā.

Plūdmaiņu tabulās katrai gada dienai doti paisuma un bēguma augstumi un laiki virknei tā saucamo standarta un sekundāro ostu. Paisumu un bēgumu augstumiem un laikiem praktiska nozīme ir ostās vai to tuvumā, kur bēgumu laikā kuģošanas drošību var apdraudēt sēkļi.

Standarta ostas

Paisuma un bēguma laiku un augstumu nolasīšana standarta ostai

Par standarta ostām sauc tādas ostas, kurām plūdmaiņu tabulās katrai gada dienai doti paisuma un bēguma augstumi un laiki. Laiki doti tās laika joslas laikā, kurā atrodas attiecīgā standarta osta. Katrā lapaspusē dots laika joslas numurs ar tādu zīmi, lai to pieskaitot pie tabulās uzrādītā paisumu vai bēgumu laika, iegūtu Griničas laiku. Ja valstī izmanto vasaras laiku, pie tabulās uzrādītā laika jāpieskaita viena stunda. Paisumu un bēgumu augstumi plūdmaiņu tabulās uzrādīti metros virs zemākā astronomiskā bēguma (lowest astronomical tide (LAT) - angļu val.), kas ir zemākais iespējamais bēgums visā plūdmaiņu ciklā. Tā kā kartes nulle, attiecībā pret kuru uz jūras kartes uzrādīti dziļumi, arī sakrīt ar zemāko astronomisko bēgumu, tad, lai iegūtu patieso jūras dziļumu konkrētā vietā paisuma vai bēguma laikā, atliek pieskaitīt plūdmaiņu tabulās iegūto paisuma vai bēguma augstumu uz kartes dotajā vietā uzrādītajam dziļumam.

Tomēr praktiska nozīme ir laika loga atrašanai, kurā ūdens līmenis būs pietiekami augsts, lai droši ienāktu ostā vai šķērsotu seklu vietu. Šāda uzdevuma veikšanai, katrai standarta ostai ir dotas plūdmaiņu līknes. Viena no līknēm ir novilkta ar nepārtrauktu līniju un to izmanto sizigiju plūdmaiņām. Otra līkne ir novilkta ar pārtraukumiem un to, savukārt, izmanto kvadratūru plūdmaiņām. Laikā starp sizigiju un kvadratūru var interpolēt un novilkt līkni starp abām minētajām. Virs līknēm dotas vidējās sizigiju un vidējās kvadratūru plūdmaiņu dubultās amplitūdas vērtības. Lai izlemtu, kuru līkni jāizmanto, vajadzīgā datuma plūdmaiņu dubultās amplitūdas vērtība jāsalīdzina ar vidējo sizigiju un vidējo kvadratūru plūdmaiņu dubultās amplitūdas vērtību.

Plūdmaiņu līknei ir zvanveida forma. Tās maksimums atbilst paisuma brīdim. Abscisu ass zem līknes sadalīta stundās pirms paisuma un pēc tā līdz vietām, kur līkne šķērso abscisu asi. Šie punkti atbilst bēgumu brīžiem pirms un pēc paisuma. Ārpus līknes abscisu ass sadalīta metru iedaļās un uz tās atliek bēguma lielumu metros no plūdmaiņu tabulām pirms tā paisuma, kuru plāno izmantot, lai šķērsotu seklo rajonu. Vēl viena iepriekšējai paralēla abscisu ass ar analogu iedalījumu metros novilkta līknes augšpusē un tā pieskaras līknes maksimumam. Uz šīs ass atliek paisuma lielumu metros, kura laikā paredzēts šķērsot seklo rajonu. Kad abus punktus uz augšējās un apakšējās ass savieno ar taisnu līniju, plūdmaiņu līkne ir sagatavota darbam. Uz augšējās vai apakšējās abscisu ass atliek plūdmaiņu līmeņa augstumu, kāds nepieciešams drošai seklā rajona šķērsošanai. No šī punkta velk vertikālu līniju līdz krustojumam ar iepriekš novilkto palīglīniju. Pēc tam, no iegūtā krustpunkta, velk horizontālu līniju līdz krustojumam ar zvanveida plūdmaiņu līkni. Un pēc tam atkal vertikāli uz leju pirms un pēc paisuma jeb līknes maksimuma. Iegūtie punkti atbilst laika intervālam pirms un pēc paisuma brīža, kad plūdmaiņu līmenis nebūs mazāks par iepriekš izvēlēto drošai bīstamā rajona šķērsošanai.

Sekundārās ostas

Plūdmaiņu tabulās katrai standarta ostai dota virkne sekundāro ostu, kurās paisuma un bēguma iestāšanās laiki un to augstumi gan atšķiras no standarta ostas laikiem un augstumiem, bet ūdens līmeņa celšanās un krišana ir pietiekami līdzīga standarta ostai. Sekundārajām ostām plūdmaiņu tabulās katrai gada dienai paisuma un bēguma augstumi un laiki nav doti, bet ir dotas korekcijas, kuras jāpieskaita standarta ostas paisuma un bēguma augstumiem un laikiem.

Sekundārajām ostām dotas pavisam četras dažādas laika starpības. Divas no tām izmanto paisuma laikam un divas bēguma laikam. Katrai laika starpībai doti divi dažādi standarta ostas paisuma vai bēguma laiki, kad var izmantot konkrēto laika starpību. Tā kā standarta ostas paisuma vai bēguma laiks vajadzīgajā datumā visticamāk nesakritīs ar to laiku, kuram dota sekundārās ostas laika starpība, tad jāatrod starp kuriem diviem tabulās dotajiem standarta ostas paisuma vai bēguma laikiem atrodas vajadzīgā datuma paisuma vai bēguma laiks un tad jāinterpolē, lai iegūtu meklējamo laika starpību. Iegūto laika starpību pieskaita standarta ostas paisuma vai bēguma laikam un iegūst sekundārās ostas paisuma vai bēguma iestāšanās laiku. Standarta ostas paisuma un bēguma laiki, kuriem dotas sekundāro ostu laika starpības, var būt atšķirīgi atkarībā no standarta ostas.

Paisuma un bēguma korekcijas sekundārajām ostām

Vieta	Laika starpības				Augstuma korekcijas (metros)
	Paisums		Bēgums		MHWS	MHWN	MLWN	MLWS
Standarta osta	0100	0800	0200	0700	2,6	1,9	0,9	0,4
	un	un	un	un
	1300	2000	1400	1900
Sekundārā osta Nr.1	+0126	-0112	-0053	+0128	-1,3	-0,9	-0,2	0,0
Sekundārā osta Nr.2	-0039	-0041	-0104	-0050	-0,7	-0,5	-0,1	0,0

Sekundāro ostu paisumu un bēgumu augstumu korekcijas dotas standarta ostas vidējam sizigiju (lielākajam) paisumam (mean high water spring (MHWS) - angļu val.), vidējam kvadratūras (mazākajam) paisumam (mean high water neap (MHWN) - angļu val.), vidējam kvadratūras (mazākajam) bēgumam (mean low water neap (MLWN) - angļu val.) un vidējam sizigiju (lielākajam) bēgumam (mean low water spring (MLWS) - angļu val.). Pieņem, ka korekcijas starp sizigiju un kvadratūras līmeņiem mainās lineāri. Tā kā standarta ostas paisuma vai bēguma augstums vajadzīgajā datumā visticamāk nesakritīs ar to standarta ostas paisuma vai bēguma augstumu, kuram dota sekundārās ostas augstuma korekcija, tad jāinterpolē, lai iegūtu meklējamo korekciju. Iegūto augstuma korekciju pieskaita standarta ostas paisuma vai bēguma augstumam un iegūst sekundārās ostas paisuma vai bēguma augstumu.

Plūdmaiņu tabulu apakšā dota sekundāro ostu sezonālā korekcija visiem gada mēnešiem. Standarta ostu uzrādītajos paisumu un bēgumu augstumos sezonālā korekcija jau ir iekļauta. Tādēļ, lai iegūtu īsto sekundārās ostas paisuma vai bēguma augstumu, ja sezonālā korekcija standarta un sekundārajā ostā atšķiras, no standarta ostas paisuma vai bēguma augstuma jāatņem tās sezonālā korekcija ar visu zīmi un jāpieskaita augstuma korekcija, kā arī sekundārās ostas sezonālā korekcija ar attiecīgo zīmi.

Laika loga atrašana, kurā ūdens līmenis būs pietiekami augsts, lai droši ienāktu ostā vai šķērsotu seklu vietu, notiek analoģiski standarta ostām uz attiecīgās standarta ostas plūdmaiņu līknes. Vienīgā atšķirība ir tāda, ka virs līknēm esošās vidējās sizigiju un vidējās kvadratūru plūdmaiņu dubultās amplitūdas vērtības jāizmaina uz sekundārās ostas vidējām sizigiju un vidējām kvadratūru plūdmaiņu dubultās amplitūdas vērtībām. To izdarīt ir samērā vienkārši. Sekundārās ostas MHWS, MHWN, MLWN un MLWS vērtības iegūst pie standarta ostas MHWS, MHWN, MLWN un MLWS vērtībām pieskaitot tabulās dotās augstumu korekcijas. Vidējo sizigiju plūdmaiņu dubultās amplitūdas vērtību iegūst atņemot MLWS no MHWS. Bet vidējo kvadratūru plūdmaiņu dubultās amplitūdas vērtību iegūst atņem MLWN no MHWN.

Straumes

Plūdmaiņu rombu tabula

Tā kā plūdmaiņas saistītas ar periodisku ūdens pieplūdumu un atplūšanu, veidojas straumes. Plūdmaiņu straumju virziens un ātrums (angļu valodā set un rate) salīdzinoši labi izpētīti piekrastes rajonos. Šajos rajonos uz pārgājiena kartēm dažādās vietās uznesti rombi ar tajos ierakstītiem burtiem. Uz kartes ārpus kuģojamajiem rajoniem dota informācija par plūdmaiņu straumēm, katram rombam. Tur dots straumes virziens un divi ātrumi. Lielākais ātrums, kad Saule un Mēness atrodas vienā līnijā (sizigijā) un mazākais, kad Saule un Mēness, skatoties no Zemes atrodas 90° leņķī viens no otra. Plūdmaiņas straumes virziens un ātrumi doti sešas stundas pirms un pēc paisuma noteiktā standarta ostā ik pēc stundas.

Straumes virziens dots grādos pieņemot, ka tā izplūst no kompasa. Datus par plūdmaiņu straumi var izmantot straumes trijstūra konstruēšanai, lai iegūtu īsto kursu, kurš jāietur, lai straume nonestu kuģi uz iepriekš izvēlētās sagaidāmās kustības līnijas.

Ārējās saites

• Animācija, kas izskaidro okeāna plūdmaiņas plūdmaiņas (angliski)
• Таблицы приливов на 1963 год. Том I. Воды Европейской части СССР Arhivēts 2019. gada 5. maijā, Wayback Machine vietnē. (krieviski)