Под воздействием сил притяжения Луны и Солнца в океанах непрерывно создаются волновые колебания, при которых частицы воды описывают замкнутые, очень растянутые в горизонтальном направлении и наклонные к линии отвеса орбиты. Происходящие при этом вертикальные периодические колебания водных масс называются приливо-отливными колебаниями уровня моря. Они сопровождаются горизонтальными перемещениями водных масс – приливо-отливными течениями.
Основные элементы прилива:
- малая вода (МВ) - наинизший уровень во время приливного колебания;
- полная вода (ПВ) - наивысший;
- продолжительность роста уровня (Тр) - время между моментами наступления малой и полной воды;
- продолжительность падения уровня (Тп) - время между моментами наступления полной и малой воды;
- период прилива -промежуток времени между моментами двух соседних полных или двух соседних малых вод;
- величина прилива (В) - разность высот полных и малых вод.
Правильный прилив имеет продолжительность роста и падения, а также высоты последующих малых и полных вод, почти одинаковыми. При изменяющихся характеристиках имеет место неправильный прилив. По периодичности приливы делятся на полусуточные, суточные и смешанные. При полусуточном приливе в течение лунных суток (24ч50мин) повторяются по два прилива и отлива. При суточном по одному.
Первая научно обоснованная теория приливов была выдвинута Ньютоном. Она состоит в следующем:
Приливообразующая сила в каждой точке на поверхности Земли является геометрической суммой:
1)центробежной силы, возникающей при вращении системы Земля-Луна;
2)силы притяжения между данной точкой Земли и массами Луны и Солнца.
Первая из них равна по величине для всех точек Земли. Сила же притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между точкой Земли и центром светила. Следовательно, разная в ближайшей точке (максимальная), в центре (среднее значение) и в противоположной от светила (наименьшая). Геометрическая сумма обеих сил создает равновесие в центре и превышение над равновесием с обеих сторон. Отсюда возникновение в гидросфере приливного эллипсоида.
Для практических задач судовождения весьма важным является правильное понимание причин и особенностей неравенств прилива. Наиболее важные из них: полумесячное, параллактическое и суточное.
Полумесячное (фазовое) неравенство - самое большое. Солнце и Луна в видимом движении не равны. Солнце нагоняет Луну на 50 минут в сутки. Поэтому взаимное положение Земли, Луны и Солнца в пространстве все время меняется. В моменты новолуния и полнолуния Луна, Земля и Солнце располагаются на одной прямой (астрономическая сизигия). В этом случае суммарный прилив становится максимальным. Промежуток от новолуния и полнолуния до наступления сигизийного прилива есть возраст полусуточного прилива. В первую и последнюю четверть Луны Солнце, Земля и Луна располагаются по отношению друг к другу под прямым углом (астрономическая квадратура). Через некоторое время после этого (примерно через 1,5 суток) большие оси приливных эллипсоидов располагаются также под прямым углом. Поэтому в тех местах, где Луна будет производить максимальный подъем уровня, Солнце будет вызывать максимальный спад. Суммарный прилив будет минимальным (квадратурным). Различия в величине прилива по указанным причинам и называются полумесячными неравенствами. С ним связана величина лунного промежутка, то есть времени между моментом верхней кульминации Луны в данном месте и моментом наступления полной воды.
Параллактическое неравенство создается изменением расстояний от Земли до Луны и Солнца. Луна возвращается в свой перигей через каждые 27,55 средних суток, Солнце - через каждые 365,26 средних суток. Величина перигейного лунного прилива приблизительно на 40% больше апогейного, а солнечного на 10%. Наибольшие приливы случаются тогда, когда Солнце и Луна находятся в сизигии и перигее. В это время максимальный отлив дает значение наинизшего уровня или нуля глубин в данном месте.
Суточное неравенство определяется склонением Луны (угол между плоскостью экватора и направлением на Луну) в течение месяца, достигающего величины ±28035. Когда Луна имеет склонение, не равное 00, большая ось эллипсоида прилива наклонена к плоскости экватора. В это время две полные воды за данные сутки имеют различные высоты и неодинаковые соответствующие величины приливов. Возникает суточное неравенство по высоте, которое сопровождается суточным неравенством по времени, вследствие чего одна малая вода наступает позже, чем через 6ч12мин после предшествующей полной, а другая - раньше. Солнечное склонение (±230) в течение года также создает суточное неравенство, но оно менее существенно.
Сочетание перечисленных влияний и факторов, с учетом рельефа дна и очертания берегов, создает весьма различные по величине и ритму (полусуточный, суточный, смешанный) приливы в различных районах Мирового океана. В отдельных заливах и бухтах возникает резонанс приливной волны, создающий аномально низкие или высокие уровни. В заливе Фанди (полуостров Новая Шотландия), например, в результате резонансного прилива возникают самые большие по высоте полусуточные приливы в Мировом океане, достигающие 18м. Во внутренних морях высота прилива минимальная - в Черном море 12 см, в Балтийском 5см.
Суточные, полусуточные и смешанные приливы обозначены по районам на специальных картах. Приливные карты и таблицы приливов, издаваемые на каждый год, содержат все необходимые сведения и исходные параметры для выполнения предвычислений: гармонических постоянных, астрономических аргументов.
Характеристика приливов и специальная терминология приводятся в первом разделе каждой книги «Таблицы приливов».