Seiche - Seiche

Pro jiná použití, vidět Seiche (disambiguation) .

Seiche ( / s eɪ ʃ / SAYSH ) je stojatá vlna v uzavřené nebo částečně uzavřené vodního toku. Seiche a jevy související se seiche byly pozorovány na jezerech, nádržích , bazénech, zátokách, přístavech a mořích. Klíčovým požadavkem pro tvorbu seiche je, aby vodní plocha byla alespoň částečně ohraničena, což umožňuje vznik stojaté vlny.

Termín byl propagován švýcarským hydrologem François-Alphonse Forelem v roce 1890, který jako první provedl vědecká pozorování účinku v Ženevském jezeře . Slovo se v této oblasti zjevně dlouho používalo k popisu oscilací v alpských jezerech. Podle Wilsona (1972) pochází toto švýcarské francouzské nářeční slovo z latinského slova siccus znamenající „suchý“, tj. Jak voda ustupuje, pláž vysychá. Francouzské slovo sec nebo sèche (suché) pochází z latiny.

Seiche v přístavech mohou být způsobeny dlouhými periodickými nebo infračervenými vlnami , které jsou způsobeny subharmonickou nelineární vlnovou interakcí s větrnými vlnami , které mají období delší než doprovodné vlny generované větrem.

Stojatá vlna (černá) znázorněná jako součet dvou šířících se vln cestujících v opačných směrech (modrá a červená).

Příčiny a příroda

Seiche jsou často pouhým okem nepostřehnutelné a pozorovatelé v lodích na hladině si nemusí všimnout, že k seiche dochází kvůli extrémně dlouhým obdobím.

Účinek je způsoben rezonancemi ve vodě, která byla narušena jedním nebo více faktory, nejčastěji meteorologickými efekty (kolísání větru a atmosférického tlaku), seismickou aktivitou nebo tsunami . Gravitace se vždy snaží obnovit vodorovný povrch tělesa kapalné vody, protože to představuje konfiguraci, ve které je voda v hydrostatické rovnováze .

Výsledkem je vertikální harmonický pohyb, který vytváří impuls, který cestuje po délce pánve rychlostí, která závisí na hloubce vody. Impuls se odráží zpět od konce pánve a vytváří rušení. Opakované odrazy vytvářejí stojaté vlny s jedním nebo více uzly nebo body, které nezaznamenávají žádný svislý pohyb. Frekvence kmitání je dána velikostí pánve, její hloubkou a obrysy a teplotou vody.

Nejdelší přirozené období seiche je období spojené se základní rezonancí vodního útvaru - což odpovídá nejdelší stojaté vlně. Pro povrchový seiche v uzavřeném obdélníkovém těle vody to lze odhadnout pomocí Merianova vzorce:

kde T je nejdelší přírodní období, L je délka, h průměrná hloubka těla vody, a g gravitační zrychlení .

Rovněž jsou pozorovány harmonické vyšších řádů. Období druhé harmonické bude polovina přirozeného období, období třetí harmonické bude třetina přirozeného období atd.

Výskyt

Seiches byly pozorovány jak na jezerech, tak na mořích. Klíčovým požadavkem je, aby vodní plocha byla částečně omezena, aby umožnila tvorbu stojatých vln. Pravidelnost geometrie není vyžadována; i přístavy s mimořádně nepravidelnými tvary jsou běžně pozorovány kmitat s velmi stabilními frekvencemi.

Jezero seiches

Nízké rytmické seiche jsou téměř vždy přítomny na větších jezerech. Obvykle jsou mezi běžnými vlnovými vzory nepostřehnutelné, s výjimkou období neobvyklého klidu. Přístavy , zálivy a ústí řek jsou často náchylné k malým seichům s amplitudou několika centimetrů a periodami několika minut.

Původní studie u Ženevského jezera od Françoise-Alphonse Forela zjistily, že podélná perioda má 73minutový cyklus a příčná seiche periodu kolem 10 minut. Dalším jezerem dobře známým pro své pravidelné seiches je novozélandské jezero Wakatipu , které mění svou povrchovou výšku v Queenstownu o 20 centimetrů v 27minutovém cyklu. Seiches mohou také tvořit v polouzavřených mořích; Severního moře často prožívá podélný Seiche se po dobu asi 36 hodin.

Rozdíly ve vodní hladině způsobené seiche na jezeře Erie , zaznamenané mezi Buffalo, New York ( červená ) a Toledo, Ohio ( modrá ) 14. listopadu 2003

Národní meteorologická služba vydá nízké vodní informační zprávy pro části Velkých jezer, kdy je pravděpodobné, že dojde k Seiches 2 nohy nebo větší. Jezero Erie je obzvláště náchylné k seichům způsobeným větrem kvůli své mělkosti a prodloužení na severovýchodní-jihozápadní ose, která často odpovídá směru převládajících větrů, a proto maximalizuje aport těchto větrů. Ty mohou vést k extrémním seichům až 5 metrů (16 ft) mezi konci jezera.

Účinek je podobný nárůstu bouře, jaký způsobují hurikány podél oceánských pobřeží, ale efekt seiche může nějakou dobu způsobovat oscilaci přes jezero. V roce 1954 zbytky hurikánu Hazel nahromadily vodu podél severozápadního pobřeží Ontarijského pobřeží poblíž Toronta , což způsobilo rozsáhlé záplavy, a zavedlo seiche, které následně způsobilo záplavy podél jižního břehu.

Jezero seiches může nastat velmi rychle: 13. července 1995 způsobil velký seiche na jezeře Superior pokles hladiny vody a poté se během patnácti minut opět zvýšil o tři metry (jeden metr), takže některé lodě visely z doků na jejich kotvišti linky, když voda ustoupila. Stejný bouřkový systém, který způsobil v roce 1995 seiche na Lake Superior, vyvolal podobný účinek v Lake Huron , ve kterém se hladina vody v Port Huron během dvou hodin změnila o 1,8 metru. U jezera Michigan bylo osm rybářů smeteno z mola na plážích Montrose a North Avenue a utopilo se, když 26. června 1954 zasáhlo 10 stop (3,0 m) seiche chicagské nábřeží.

Jezera v seismicky aktivních oblastech, jako je Lake Tahoe v Kalifornii / Nevadě , jsou seiches výrazně ohrožena. Geologické důkazy naznačují, že břehy jezera Tahoe mohly být v prehistorických dobách zasaženy seiches a tsunami až do výše 10 metrů (33 ft) a místní výzkumníci vyzvali k zahrnutí rizika do nouzových plánů pro region.

Seiche generované zemětřesením lze pozorovat tisíce mil daleko od epicentra zemětřesení. Bazény jsou obzvláště náchylné na otřesy způsobené zemětřesením, protože zemní otřesy často odpovídají rezonančním frekvencím malých vodních ploch. Zemětřesení v Northridge v Kalifornii v roce 1994 způsobilo přetékání bazénů přes jižní Kalifornii. Mohutné zemětřesení na Velký pátek, které postihlo Aljašku v roce 1964, způsobilo seiches v bazénech až do Portorika . Zemětřesení, které postihlo portugalském Lisabonu v roce 1755 způsobené Seiches 2,000 míle (3,200 km) pryč v Loch Lomond, Loch Long, Loch Katrine a Loch Ness ve Skotsku a v kanálech ve Švédsku . 2004 Zemětřesení v Indickém oceánu způsobily Seiches ve stojatých vod v mnoha indických státech, stejně jako v Bangladéši , Nepálu a severní Thajska . Seiches byly opět pozorovány v Uttar Pradesh , Tamil Nadu a Západním Bengálsku v Indii , stejně jako na mnoha místech v Bangladéši během zemětřesení v Kašmíru 2005 .

O zemětřesení Assam – Tibet v roce 1950 bylo známo, že generovalo seiche tak daleko, jako je Norsko a jižní Anglie . Mezi další zemětřesení na indickém subkontinentu, o nichž je známo, že generovaly seiche, patří zemětřesení 1803 Kumaon-Barahat, 1819 Allah Bund , 1842 Central Bengal, 1905 Kangra, 1930 Dhubri, 1934 Nepal-Bihar, 2001 Bhuj, 2005 Nias, 2005 Teresa Island. 27.února 2010 Chile zemětřesení vytvořila Seiche na jezera Pontchartrain , Louisiana s výškou asi 0,5 stop. 2010 Sierra El Mayor zemětřesení vyvolaly velké Seiches, který rychle se stal internetový fenomén.

Seiches až do nejméně 1,8 m (6 stop) byly pozorovány v Sognefjorden , Norsko během zemětřesení Tōhoku 2011 v Japonsku.

Mořské a zálivové seiche

Seiches byly pozorovány v mořích, jako je Jaderské moře a Baltské moře . To má za následek záplavu Benátek a Petrohradu , protože obě města jsou postavena na bývalé bažině. V Petrohradě jsou záplavy způsobené seiche na podzim na řece Něvě běžné . Seiche je poháněno regionem nízkého tlaku v severním Atlantiku pohybujícím se na pevnině, což vede k cyklonálním minimům v Baltském moři . Nízký tlak cyklónu čerpá větší než normální množství vody do prakticky uzavřeného Baltského moře. Jak cyklón pokračuje do vnitrozemí, v Baltském moři vznikají dlouhé, nízkofrekvenční vlny seiche s vlnovými délkami až několik set kilometrů. Když vlny dosáhnou úzké a mělké zátoky Neva, stanou se mnohem vyšší - nakonec zaplaví Něvské nábřeží. Podobné jevy jsou pozorovány v Benátkách, což má za následek projekt MOSE , systém 79 mobilních zábran navržených k ochraně tří vchodů do benátské laguny .

Záliv Nagasaki je typickou oblastí v Japonsku, kde byly čas od času pozorovány seiche, nejčastěji na jaře - zejména v březnu. Dne 31. března 1979 zaznamenala přílivová stanice Nagasaki maximální výtlak vodní hladiny 2,78 metru (9,1 ft), v tomto místě kvůli seiche. Předpokládá se, že maximální výtlak vodní hladiny v celé zátoce během této akce seiche dosáhl 4,70 metru (15,4 ft) na dně zálivu. Seiches v západním Kyushu - včetně Nagasaki Bay - jsou často vyvolány nízkým atmosférickým tlakem procházejícím jižně od ostrova Kyushu. Seiches v zálivu Nagasaki mají dobu asi 30 až 40 minut. Místně se seiche (副 振動, fukushindō ) říká abiki (あ び き) . Slovo abiki se za to, že byly odvozeny z網引き( amibiki ) , který doslovně znamená: přetahování-pryč (引き( biki ) ) na rybářské sítě (網( ami ) ). Seiches nejenže poškozují místní rybolov, ale mohou také vést k zaplavení pobřeží kolem zálivu a také ke zničení přístavních zařízení.

Příležitostně mohou tsunami produkovat seiche v důsledku místních geografických zvláštností. Například tsunami, které zasáhlo Havaj v roce 1946, mělo mezi frontami vln patnáctiminutový interval. Přirozená rezonanční doba zálivu Hilo je asi třicet minut. To znamenalo, že každá druhá vlna byla ve fázi s pohybem Hilo Bay a vytvářela seiche v zálivu. Výsledkem bylo, že Hilo utrpělo horší poškození než kterékoli jiné místo na Havaji, přičemž tsunami a seiche dosáhly výšky 26 stop podél Hilo Bayfront a jen ve městě zahynulo 96 lidí. Po vlně tsunami mohou vlny Seiche pokračovat ještě několik dní.

Vnitřní osamocené vlny ( solitony ) generované přílivem mohou vzrušit pobřežní seiche na následujících místech: ostrov Magueyes v Portoriku, Puerto Princesa na ostrově Palawan, záliv Trincomalee na Srí Lance a v zálivu Fundy ve východní Kanadě, kde seichy způsobují určité z nejvyšších zaznamenaných přílivových výkyvů na světě. Existuje dynamický mechanismus pro generování pobřežních seiches hlubinnými vnitřními vlnami. Tyto vlny mohou generovat dostatečný proud na polici, aby vzrušily pobřežní seiche.

Ilustrace zahájení povrchových a podpovrchových termoklinických seiches.

Podvodní (vnitřní) vlny

Seiche jsou také pozorovány pod hladinou jezera působící podél termoklin v omezených vodních plochách .

Analogicky s Merianovým vzorcem lze očekávanou periodu vnitřní vlny vyjádřit jako:

s

kde T je přírodní období , L je délka těla vody, průměrné tloušťky obou vrstev odděleny stratifikace (např epilimnion a hypolimnion ), jsou hustoty těchto dvou stejných vrstev a g gravitační zrychlení .

Když se termoklinika pohybuje nahoru a dolů po šikmém jezeře, vytváří na jezeře „výkyvnou zónu“, kde se teploty mohou rychle měnit, což může mít vliv na využívání stanovišť ryb. Když se termoklina zvedá do šikmého koryta jezera, může také způsobit zesílení bentické turbulence konvektivním převrácením, zatímco padající termoklina zažívá větší stratifikaci a nízké turbulence na dně jezera. Vnitřní vlny mohou také degenerovat do nelineárních vnitřních vln na šikmých korytech jezer. Když se takové nelineární vlny rozbijí na dně jezera, mohou být důležitým zdrojem turbulencí a mají potenciál pro resuspendaci sedimentů

Inženýrství pro ochranu seiche

Viz také: Pobřežní inženýrství

Inženýři zvažují seiche jevy při navrhování protipovodňových prací (např. Petrohradská přehrada ), nádrží a přehrad (např. Přehrada Grand Coulee ), nádrží na pitnou vodu, přístavů a ​​dokonce i nádrží na vyhořelé jaderné palivo.

Viz také

Poznámky

Další čtení

  • Jackson, JR (1833). „Na Seiches of Lakes“. Journal of the Royal Geographic Society of London . 3 : 271–275. doi : 10,2307/1797612 . JSTOR  1797612 .

externí odkazy

Všeobecné

Vztah k vodním „příšerám“