Tides

Tides Are the Longest of All Ocean Waves Tides are periodic, short-term changes in the height of the ocean surface at a particular place, caused by a combination of the gravitational force of the moon and sun and the motion of Earth . With a wavelength that can equal half of Earth’s circumference, tides are the longest of all waves.

Tides สามารถแบ่งออกเป็น Astronomical Tides - Tides caused by inertia and the gravitational force of the sun and moon Meteorological Tides - Storms can affect tide height—a phenomenon known as a meteorological tide. เราจะเน้นความสนใจไปที่ Astronomical Tides เพราะ ?

Tide Generating Force คลื่นเป็นพลังงาน, Tides เป็นคลื่น

The energy is a result of the gravitational pull of the moon and sun and the rotations of the earth, moon, and sun; These rotations produce a centrifugal force which balances the gravitational forces, so that the planets do not fly away from or crash into each other

Tides are cyclical, but they do not come and go at the same times each day, and the height to which the water rises or recedes varies from day to day. To answer these questions, we must first learn some basic information about gravity and the motions of the moon around the Earth and the Earth around the sun.

Newton’s law of gravitation

for spherical objects, the entire mass can be considered to be at the object's center of gravity and the distance d is measured between the centers of the two masses; ถึงแม้ว่าดวงอาทิตย์จะมีมวลมากกว่าดวงจันทร์มากก็ตาม แต่ด้วยระยะทางที่ห่างไกลจากโลกเมื่อเทียบกับดวงจันทร์ อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์ที่มีต่อน้ำขึ้นน้ำลงจึงมีผลน้อยกว่าดวงจันทร์มาก (ประมาณ 46% ของอิทธิพลจากดวงจันทร์เท่านั้น)

Lunar Day

Lunar Days Lunar days เป็นผลเนื่องมาจาก ดวงจันทร์หมุนรอบโลก (จุดหมุนร่วมระหว่างโลกกับดวงจันทร์) โดยใช้เวลา 27.3 วัน ในทิศทางเดียวกับที่โลกหมุนรอบตัวเอง โดยคาบการหมุนรอบตัวเองของโลกเมื่อเทียบกับดวงจันทร์แล้วจะกินเวลา 24 ชั่วโมง 50 นาที โดย 50 นาทีที่เกินมา คือเวลาที่โลกจ้องตามดวงจันทร์ซึ่งเคลื่อนที่ไปให้ทัน นี่คือสาเหตุที่ว่าทำไมน้ำขึ้นน้ำลงในหลายๆพื้นที่ถึงช้าลงครั้งละเกือบหนึ่งชั่วโมงในทุกๆวันถัดมา และเป็นสาเหตุเดียวกันที่ทำให้เราเห็นพระจันทร์ขึ้นและตกช้าลงประมาณเกือบหนึ่งชั่วโมงทุกวัน

Solar Day Solar Day มีความยาวกี่ชั่วโมง 24 ชั่วโมง เท่ากับเวลาที่โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์

Venus ถัดจากดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ ดาวศุกร์คือดาวในระบบสุริยะที่ส่งอิทธิพลต่อน้ำขึ้นน้ำลงบนโลกมากที่สุด ทำไม ? เหตุผลง่ายๆก็คือ ดาวศุกร์เป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดนั่นเอง โดยดาวศุกร์จะส่งผลต่อการเพิ่มความสูงของน้ำขึ้นน้ำลงบนโลกในระดับที่น้อยกว่า 0.005 cm.

Jupiter ถึงแม้ว่าดาวพฤหัสจะมีมวลมากกว่าดาวศุกร์ถึง 388 เท่า แต่อิทธิพลของดาวพฤหัสต่อน้ำขึ้นน้ำลงบนโลกนั้น น้อยกว่าดาวศุกร์ถึง 10 เท่า ทำไม ? ระยะทางนั่นเอง ระยะทางที่ใกล้ที่สุดจากดาวพฤหัสถึงโลกไกลกว่าระยะทางจากดาวศุกร์ถึงโลกอยู่ประมาณ 14 เท่า

อิทธิพลของดวงดาวต่างๆในระบบสุริยะต่อน้ำขึ้นน้ำลงบนโลก

diurnal tides (daily tides) have one high tide and one low tide in each tidal day semidiurnal tides (semidaily tides) have two hi and two low tides each tidal day thus a period of 12 hrs and 24.5 minutes; the tides are equal in height during each period mixed tides have two high tides and two low tides each tidal day, but the heights of the two high tides/low tides are not equal -- there is a higher high tide, a lower high tide, a higher low tide and a lower low tide

รูปแบบการเกิดน้ำขึ้นน้ำลง 1) แบบน้ำคู่ (semidiurnal tide) ถ้าเราอยู่บริเวณเส้นศูนย์สูตร และดวงจันทร์ปรากฏอยู่ตำแหน่งใดก็ตาม จะทำให้ตำแหน่งที่เรายืนสังเกตการณ์ถูกพาผ่านจุดที่โป่งออกทั้งสองข้างวันละ 2 ครั้ง ทำให้ในแต่ละวันเราจะเห็นน้ำขึ้น 2 ครั้งและน้ำลง 2 ครั้ง เรียกว่าน้ำขึ้นน้ำลงแบบน้ำคู่หรือ semidiurnal tide โดยน้ำขึ้นทั้งสองครั้งจะสูงสุดเท่ากันและน้ำลงทั้งสองครั้งก็จะต่ำสุด เท่ากันด้วย นอกจากนี้การเกิดน้ำขึ้นแต่ละครั้งจะไม่ได้ห่างเท่ากับ 12 ชั่วโมงพอดี เพราะ Lunar day หรือ Tidal day ยาวนานกว่า solar day ประมาณ 50 นาทีด้วย ดังนั้นวัฎจักรการเกิดน้ำขึ้นน้ำลงก็ จะใช้เวลาประมาณ 24 ชั่วโมง 50 นาที (the tidal day) โดยน้ำขึ้นแต่ละครั้งจะห่างกันประมาณ 12 ชั่วโมง 25 นาที(half a tidal lunar day) ตัวอย่างเช่น วันนี้น้ำขึ้นเวลา 06:00 น. น้ำขึ้นครั้งต่อไปจะเป็นเวลา 18:25 น.เป็นต้น

2) แบบน้ำเดี่ยว (diurnal tide)      ในพื้นที่บริเวณละติจูดตั้งแต่ 28.5 องศาเหนือขึ้นไปหรือ 28.5 องศาใต้ลงมาจากเส้นศูนย์สูตรจะเกิดน้ำ ขึ้นเพียง 1 ครั้งและน้ำลง 1 ครั้ง (one tidal cycle per day) สาเหตุเนื่องจากแนวมหาสมุทรที่โป่งออก (the ocean’s  tidal bulges)ไม่จำเป็นต้องอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรเสมอไป แต่ขึ้นกับตำแหน่งของดวงจันทร์ เนื่องจากระนาบการโคจรของดวงจันทร์เอียงจากระนาบเส้นศูนย์สูตรของโลกไป ประมาณ 5 องศา ทำให้ตำแหน่งปรากฏของดวงจันทร์สามารถเคลื่อนที่จากเส้นศูนย์สูตรไปอยู่สูง สุดที่ละติจูด 28.5 องศาเหนือ และสามารถเคลื่อนผ่านเส้นศูนย์สูตรไปอยู่ต่ำสุดที่ละติจูด 28.5 องศาใต้ ขณะที่ดวงจันทร์อยู่ที่ตำแหน่งละติจูดสูงสุด (เอียงไปทางซีกโลกเหนือ) จะทำให้จุดที่โป่งออกมากที่สุดด้านเดียวกับดวงจันทร์เอียงไปทางซีกโลกเหนือ สุดด้วย แต่ขณะเดียวกันจุดที่โป่งออกมากที่สุดด้านตรงข้ามกับดวงจันทร์ก็จะ เอียงไปทางซีกโลกใต้สุดด้วย ทำให้ผู้สังเกต การณ์ที่อยู่บริเวณดังกล่าวถูกนำผ่านจุดที่มหาสมุทร หรือน้ำทะเลโป่งออกเพียงวันละหนึ่งครั้งจากการหมุนรอบตัวเองของ โลก ดังนั้นในหนึ่งวันเราจึงมองเห็นน้ำขึ้นเพียง 1 ครั้งและน้ำลง 1 ครั้ง โดยน้ำขึ้นแต่ละครั้งจะห่างกันประมาณ 24 ชั่วโมง 50 นาที ตัวอย่างเช่น วันนี้น้ำขึ้นเวลา 06:00 น. น้ำขึ้นครั้งต่อไปจะเป็นเวลา 06:50 น.ของวันใหม่ เป็นต้น

แบบน้ำผสม (mixed tide)      การเกิดน้ำขึ้นน้ำลงแบบน้ำผสมหรือ mixed tideจะเกิดขึ้นที่บริเวณเหนือหรือใต้เส้นศูนย์สูตรไม่เกิน 28.5 องศา โดยเกิดคล้ายกับ semidiurnal tideคือเกิดน้ำขึ้น 2 ครั้งและน้ำลง 2 ครั้ง แต่น้ำขึ้นทั้งสองครั้งสูงไม่เท่ากัน ส่วนน้ำลงก็ลงต่ำสุดไม่เท่ากัน บางครั้งเรียก mixed tideว่า tropic tidesส่วนน้ำขึ้นแต่ละครั้งจะห่างกันประมาณ 12 ชั่วโมง 25 นาทีเช่นเดียวกัน

The moon's orbit is not in the plane of the earth's equator but is inclined at an angle of 28° on either side of the equator The angle between the equatorial plane and the moon varies over a period of 27.2 from this maximum of 28° to 0° and back to 28°

สาเหตุของน้ำเดี่ยว น้ำคู่และน้ำผสม

จากทฤษฎีการเกิดน้ำขึ้นน้ำลงดังกล่าวข้างต้นกับข้อมูลน้ำขึ้นน้ำ ลงบริเวณชายฝั่งท้องถิ่นของประเทศต่างๆที่วัดได้จริงไม่สอดคล้องกัน และการขึ้นลงของน้ำยังไม่ตรงกับตำแหน่งของดวงจันทร์อีกด้วย สาเหตุมาจากปัจจัยหลายอย่าง เช่น -          ผลของตำแหน่งโลก ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ ตัวอย่าง เช่น ระหว่างขึ้น 1 ค่ำ (new moon) กับ ขึ้น 7-8 ค่ำ (first-quarter) และระหว่างขึ้น 15 ค่ำ กับ แรม 7-8 ค่ำ (third-quarter) จะทำให้เกิดการเปลี่ยนขนาดและทิศทางของแรงส่งผลให้น้ำขึ้นมาเร็วก่อนเวลาที่ ดวงจันทร์จะปรากฏ ณ บริเวณนั้น (เมอริเดียนของผู้สังเกต) แต่ถ้าเป็นช่วงระหว่าง ขึ้น 7-8 ค่ำ (first-quarter) กับขึ้น 15 ค่ำ และระหว่างแรม 7-8 ค่ำ (third-quarter) กับขึ้น 1 ค่ำ (new moon) จะทำให้น้ำขึ้นมาช้ากว่าเป็นเวลาหลายชั่วโมงหลังจากดวงจันทร์มาปรากฏ ณ บริเวณนั้นแล้ว (เมอริเดียนของผู้สังเกต) และนอกจากนี้ รูปแบบการเกิดน้ำขึ้นน้ำลงในแต่ละพื้นที่จะกลับมาซ้ำรอยเดิมเวลาเดิมอีก ครั้งในทุกๆ 18.6 ปี ซึ่งเป็นผลมาจากรูปแบบการวางตัวของโลก ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์นั่นเอง

บริเวณตามแนวขอบชายฝั่งของมหาสมุทรซึ่งเป็นทะเลน้ำตื้น คลื่นของไทด์จะสูญเสียพลังงานจากการเสียดทาน กับพื้นมหาสมุทรซึ่งมีทั้งภูเขาใต้น้ำ ร่องทะเลลึกและพื้นผิวที่ขรุขระ สามในสี่ของพลังงานไทด์ของโลกสูญเสียไปตามทะเลน้ำตื้น เช่น ที่ทะเลรอยต่อของยุโรปเหนือ  ผลดังกล่าวทำให้น้ำขึ้นน้ำลง มาช้ากว่าที่คาดการณ์ไว้ Tide is shallow water wave ซึ่งจากความยาวคลื่นของ Tide มีการคำนวณว่าจะไล่ตามดวงจันทร์ทันที่ความลึกมากกว่า 20 km อุปสรรคจากแผ่นดินที่กีดขวาง

-          แรงเสียดทานภายในหรือระหว่างอนุภาคของน้ำ (viscosity) ในช่วงที่ถูกแรงไทดัลเหนี่ยวนำอยู่ ก็ทำให้น้ำขึ้นน้ำลงมาช้ากว่าที่คาดการณ์ไว้ -          ผลของเรโซแนนซ์ (resonance) ที่เกิดจากคาบธรรมชาติการสั่นของอ่าว (ขึ้นกับลักษณะการวางตัว ความกว้าง และความยาวของอ่าว) ไปสอดคล้องกับคาบไทดัลของดวงจันทร์ เช่น คาบธรรมชาติการสั่นของอ่าวฟันดี้ (Bay of Fundy, Nova Scotia)ประเทศแคนาดา มีค่าประมาณ 12 ชั่วโมง ซึ่งใกล้เคียงกับคาบไทดัลของดวงจันทร์ คือ 12 ชั่วโมง 25 นาที ส่งผลให้น้ำขึ้นสูงมากได้ถึง 16 เมตร) -          สภาพภูมิอากาศ  เช่น พายุฝนฟ้าคะนอง ทำให้มีลมแรงพัดต่อเนื่อง ส่งผลให้น้ำขึ้นสูงหรือลงต่ำกว่าปกติ อีกทั้ง  ความกดอากาศสูงจะไปลดความสูงของคลื่นไทด์ แต่ความกดอากาศต่ำจะไปเพิ่มความสูงของคลื่นไทด์

the rotation of the earth on its axis is too rapid for the inertia of the water masses to be overcome in sufficient time to establish an equilibrium tide; thus there is a time lag in the ocean's response to the tractive forces lateral water movements induced by tide generating forces are subject to the Coriolis force which deflects tidal flows with the sun (to the right in the Northern Hemisphere; to the left in the Southern Hemisphere)

น้ำขึ้นน้ำลงในประเทศไทย การที่ประเทศไทยมีพื้นที่ติดกับทะเลสอง ฝั่ง คือ ทะเลอ่าวไทยด้านตะวันออกกับทะเลอันดามันด้านตะวันตก จากกราฟการขึ้นลงของระดับน้ำรายชั่วโมงจากกรมอุทกศาสตร์ กองทัพเรือ โดยเลือกบริเวณอ่าวสัตหีบ จ.ชลบุรี หัวหิน จ.ประจวบคีรีขันธ์ และที่เกาะตะเภาน้อย จ.ภูเก็ต พบว่าที่ จ.ชลบุรีจะเป็นน้ำขึ้นน้ำลงแบบผสม (Mixed tide)ส่วน จ.ประจวบคีรีขันธ์เป็นแบบน้ำเดี่ยว (Diurnal tide)และ จ.ภูเก็ตเป็นแบบน้ำคู่ (Semidiurnal tide) สรุปได้ว่าชายหาดหรือแม่น้ำแถวทะเล อ่าวไทยมีรูปแบบการเกิดน้ำขึ้นน้ำลง 2 ลักษณะ คือ แบบน้ำผสม กับ แบบน้ำเดี่ยว ส่วนภาคใต้ฝั่งทะเลอันดามันจะเป็นแบบน้ำคู่

Spring Tides และ Neap Tides   ถ้าโลก ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน (new and full moon phases) จะทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลง  แตกต่างกันมากที่สุด โดยน้ำขึ้นจะสูงมาก ส่วนน้ำลงก็ต่ำมากเช่นกัน เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า น้ำเป็น (spring tides) แต่ถ้าโลก ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่ในแนวตั้งฉาก (first and third quarter phases of the moon) จะทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงแตกต่างกันน้อยที่สุด  โดยน้ำขึ้นจะน้อยมาก ส่วนน้ำลงก็ลงน้อยมากเช่นกัน เรียก ปรากฏการณ์นี้ว่า น้ำตาย (neap tides)

the tides produced by both are added together; these tides have the greatest range between high and low water -- these are called spring tides and occur when the sun and moon are in conjunction (new moon) or in opposition (full moon); the moon is in syzygy here 7.38 days after the full or new moon, the moon, earth, and sun are aligned at right angles (moon's first and third quarters) the crests produced by the moon's tide will coincide with the troughs produced by the sun's tide; these will cancel each other and the range between high and low water will be low; these are the neap tides and occur when the moon is in quadrature the cycle of solar and lunar tides is 29.5 days (7.38 days * 4)

Energy from Tides