Getijden-Oorzaken en Verschijnselen 2011

Getijden 1
Oorzaken en
verschijnselen
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
18 januari 2011
Arend Jan Klinkhamer 1
Inhoud
Oorzaken en effecten
• Getij is een golf
• Zon en maan als oorzaken van getij
• De getijkromme, allerlei vormen
•
•
•
•
Effect van continentmassa’s
Effect van bassins (Noordzee)
Effect van ondiep water
Bijzondere gevallen
Waterstanden en getijstromen
• Rekenen aan waterstanden en getijstromen
Wat wordt niet behandeld: tochtvoorbereiding
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
2
Oorzaken en effecten
• Getij is een golf
• Zon en maan als oorzaken van getij
– Daags, twee maal daags, maandelijks, jaarlijks
• De getijkromme, allerlei vormen
• Effect van continentmassa’s
• Effect van bassins
• Effect van ondiep water
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
3
Het ‘gewone’ getij
• Twee keer per dag hoog water
• Opvolgende hoog en laagwaters weinig verschillend
• Duidelijk verschillend spring- en doodtij
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
4
Het ‘andere’ getij
Dit lijkt bijna op
zeegolven! Zou
getij een golf zijn?
• (Soms) een keer per dag hoog water
• Verschillende waterhoogten bij hoog- en laagwaters
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
5
Wat is een golf ?
golfrichting
golfhoogte
golftop
golfdal
golftop
golflengte
•
•
•
•
•
Het eenvoudigste model: elk waterdeeltje maakt een cirkelbeweging
De diameter van de cirkel is de golfhoogte
De afstand van golftop tot golftop is de golflengte
De golf beweegt in de richting van de golftop
Zijstapje: Waarom loopt de golf met de top mee?
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
6
Zijstap: Waarom loopt een golf ?
top
dal
stijgend water
dalend water
• De draaiing rond de cirkel is constant; de horizontale snelheid is de horizontale
afbeelding van de snelheid langs de cirkel
• In golftop en golfdal is beweging alleen horizontaal
• Halverwege top en dal alleen verticale beweging
• Tussen de top en het dal rechts ervan stroomt er in elk blokje meer water in dan uit:
hier moet het waterniveau dus stijgen
• Tussen het dal en de volgende top stroomt er in elk blokje meer uit dan in:
niveaudaling!
• Het gezamenlijk effect is dat de golf zich van links naar rechts verplaatst
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
7
Dieptewerking van golven
L
½L
plaats
• Hoe dieper, hoe minder het water beweegt
• Op een diepte van een halve golflengte is er geen beweging meer
• Omgekeerd: als het ondieper is dan een halve golflengte, wordt de waterbeweging
beïnvloed door de bodem
Deep
waterArend
waves
Getijden,
Jan Klinkhamer, maart 2009
8
Golfbewegingen:diep en ondiep water
Diep water
Diepte
Ondiep water
groter dan
golflengte / 2
er tussenin
kleiner dan golflengte / 20
cirkels
ellipsen
Praktisch alleen horizontaal;
op alle dieptes dezelfde snelheid
Water beweegt in
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
9
Golf: samenvatting
golfdal
golftop
•
•
•
•
De golf loopt in de richting van de top
Elk waterdeeltje beweegt in een cirkel of een platte ellips
De horizontale snelheid is maximaal op top en in dal van de golf
Halverwege de top en het dal is de horizontale beweging nul;
er is dan alleen verticale beweging
We gaan nu een getijvoorbeeld bekijken om te zien
of er overeenkomst is met een golf
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
10
HW Cherbourg: maximale E stroom
(Franse getijatlas, SHOM)
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
11
HW Cherbourg +3h:
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
kentering (stroom ~ nul)
12
HW Cherbourg +6h (≈LW): maximale W stroom
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
13
HW Cherbourg -3h:
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
kentering
14
Samenvatting getij Cherbourg
• De stroom is maximaal tijdens HW en LW
(op de top en in het dal van de golf)
• De kentering is HW-3 en HW + 3; halverwege HW en LW
• Dit zijn de karakteristieken van een vrij lopende watergolf die we hiervoor hebben
gezien
• Het getij gedraagt zich blijkbaar (bij Cherbourg!) als een gewone golf
• We zullen verderop zien dat het getij overal als een golf kan worden
beschouwd
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
15
Samenvatting: Getij is een golf
HW
300-2000 mijl
LW
plaats
stijgend water
dalend water
Let op de verhoudingen:
• Het water in de getijgolf beweegt over bijna de volle diepte
in heel erg platte ellipsen
Voorbeeld: verschil HW en LW (verval) 6m, stroom gemiddeld 2 knopen:
Horizontale verplaatsing door getijstroom: 6h x 2kn ≈ 12 mijl.
Verhouding verval : getijverplaatsing ≈ 6m : 24 000m = 1: 4 000
• De golflengte van het getij (600-4000 mijl) is 200 à 800 x de getijverplaatsing
• Dit voorbeeld is voor een vrije getijgolf, zonder invloed van land!
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
16
PM Wat is eb en vloed?
HW
LW
HW
• Eb en vloed kan slaan op stroom en op waterstand
• Er is geen internationaal aanvaarde definitie;
Bowditch (USA) zegt: vloed is de getijstroom naar de kust, eb die er vanaf.
• Voor verticale beweging zijn de termen rijzend water en zakkend water beter
• Stroom: de vloedstroom begint voor hoog water, de eb begint voor laag water
• De termen vloedstroom en ebstroom kunnen verwarring opleveren als de
kentering niet samenvalt met HW of LW
Bijvoorbeeld als een zeemansgids stelt:
• De vloedstroom begint 2 uur voor lokaal hoogwater
• De betere gidsen schrijven dan: De NW-gaande stroom begint …
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
17
Wat veroorzaakt getij?
• Getij is een golf
• Zon en maan als oorzaken van getij
– Daags, twee maal daags, maandelijks, jaarlijks
• De getijkromme, allerlei vormen
• Effect van continentmassa’s
• Effect van bassins
• Effect van ondiep water
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
18
Oorzaak van getij
• Bekijk maan, aarde en zon
• De massa’s van aarde, zon en
maan trekken elkaar aan
• De aantrekkingskrachten worden
gebalanceerd door de
centrifugaalkrachten van de
draaiingen:
– de maan om de aarde
– de aarde om de zon
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
19
Aarde en zon
• We nemen eerst aan dat er geen
continenten zijn
• De aarde draait in 365 dagen om de zon
• De aantrekkingskracht van de zon is in
stabiel evenwicht met de middelpuntvliedende kracht van de ellipsbeweging van
de aarde
Maar…
• Op aarde is dat evenwicht er alleen in het
zwaartepunt van de aarde:
– De centrifugaalkracht ten gevolge van
de draaiing om de zon is overal op
aarde dezelfde
– De aantrekkingskracht van de zon
neemt af met toenemende afstand van
de zon (in het kwadraat)
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
20
Balans aantrekking en centrifugaal
eeuwig LW
zon
De verschilkracht
staat scheef ten
opzichte van het
aardoppervlak
A kleiner
HW
A groter
HW
De horizontale
component brengt
het water in
beweging
eeuwig LW
Centrifugaalkracht van de
draaiing om de zon
Aantrekkingskracht
van de zon (A)
Horizontale component
van de verschilkracht
Verschil van de twee
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
21
Het resultaat: twee getijdebulten
Z
• Door het verschil van de variërende aantrekkingskracht en de constante
middelpuntvliedende kracht ontstaan er twee getijdebulten op aarde
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
22
Krachtenveld zonsgetij rond de aarde
LW
• Als de zon boven het punt Z staat
trekt het water naar dat punt en naar
het tegenovergestelde punt op aarde
• Dat zijn de hoogwaterpunten
• Op de meridiaan er tussen in is het
rondom de aarde laag water
Doorsnede
vorige plaatje
zon
Z
HW
LW
HW
Lowestoft getij zon 24h
3.00
2.50
2.00
h(m
eters)
• Deze waterverdeling is altijd
geörienteerd op de lijn aarde-zon:
een bult naar de zon en een er vanaf
• De aarde draait hier in 24 uur
onderdoor
• Dit veroorzaakt het zonsgetij:
elke 12 uur hoog water
1.50
1.00
0.50
0.00
1
6
11
Dag
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
23
Maan draait om de aarde
EK (‘p’)
• Plaatje van boven de Noordpool bekeken
• De aarde draait linksom, tegen de klok
in, om zijn eigen as
• De maan draait in dezelfde richting om
de aarde
• De maan draait in 27,5 dag om de aarde
• Op de aangegeven tijd staat de
maan op haar hoogste punt
VM
LK (‘d’)
EK
VM
LK
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
24
Aarde en maan draaien om gezamenlijk
zwaartepunt
• Het gemeenschappelijk zwaartepunt van aarde en maan ligt binnen de aarde
op 1700 km diep, ongeveer een kwart van de aardstraal ( 6000 km)
• Ook de aarde slingert rond: centrifugaalkracht en aantrekkingskracht zijn in het
zwaartepunt van de aarde weer in evenwicht
• De aantrekkingskracht neemt af met de afstand vanaf de maan
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
25
Balans van krachten
Hetzelfde verhaal als bij de zon:
• De maan trekt aan de binnenkant harder
dan de centrifugaalkracht
• De maan trekt aan de buitenkant minder
dan de centrifugaalkracht
• Daardoor ontstaat er aan elke kant van
de aarde een ‘bult’ in het water
• Hoog water aan beide kanten van de
aarde in de richting van de maan
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
26
De maan draait om de aarde
• De aarde draait in 24 uur om haar as
• De maan draait in 29 dagen om de aarde
• Na 24 uur aardrotatie (A naar A) is de maan
dus een stukje verder gedraaid
• De aarde moet nog 50 minuten doordraaien
naar B voordat we de maan weer op haar
hoogst zien
Daarom duurt het 24 h 50 min totdat
het de volgende dag weer hetzelfde hoog
water is tgv de maansinvloed
Het maansgetij is dan:
elke 12h 25 min hoogwater
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
27
Springtij en doodtij
• De aarde draait om haar as: zonsgetij elke 12h
• De maan is na 24h 50 min weer op haar hoogste punt:
maansgetij 12h 25m
• De invloed van de maan is circa 2,2 keer zo groot als die
van de zon
• Het maansgetij en het zonsgetij zijn twee golven die
onafhankelijk van elkaar ‘rond de aarde lopen’
• Het verschil van de twee periodes veroorzaakt springtij en
doodtij: elke 29,5 dagen staan zon en maan weer in
(ongeveer) dezelfde positie. Daar tussenin versterken en
verzwakken ze elkaar
• Grafiek: ML (mean level) + M2 (dubbeldaags maansgetij)
+ S2 (dubbeldaags zonsgetij)
Zon en maan
tegengesteld: doodtij
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
Zon en maan
gelijk: springtij
28
Springtij en doodtij
NM
springtij
EK
doodtij
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
VM
LK
springtij
doodtij
29
Verschuiven van tijdstip HW en LW
Als zon en maan niet in lijn of loodrecht staan, treedt een bijeffect op
• De getijbulten worden tussen spring en neap tussen zon en maan getrokken, het
tijdstip van hoogwater is niet in fase met zon en maan
• Daardoor is de tijd tussen opvolgende hoog en laagwaters niet
constant 6h 12 min
• Van spring tot doodtij is het HW wat vroeger, van doodtij tot springtij wat later
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
30
De hoogte van de zon (declinatie)
• Op 21 maart en 21 september staat de zon boven
de evenaar; de getijbulten liggen dan op de
evenaar
• In onze zomer staat de zon boven het noordelijk
halfrond (tot 23.5°N)
• De getijbult verschuift mee. De ene bult komt op
het N halfrond, de andere op het Z halfrond
• HW1 is dus hoger dan HW2
21 mrt,
23 sept
HW2
• Deze ongelijkheid komt elke 24 uur terug; een
eenmaal daagse getijcomponent.
21 juni
HW1 22 dec
– Dit effect varieert in de loop van het jaar; op
21 mrt en 23 sept is het afwezig
• Ook de maan staat meestal niet boven de
evenaar: deze dagelijkse ongelijkheid
herhaalt zich elke 24h50m
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
31
De hoogte van de maan (en meer)
• De maan draait in een vlak dat een hoek van
circa 5 graden maakt met het vlak waarin de
aarde om de zon draait;
• Deze hoek telt op bij de hoogte van de zon
(tussen plus en - 23°26’)
• Daardoor varieert ook de dagelijkse
ongelijkheid van het maansgetij
• De as van de maanbaan draait in 18,6 jaar
een keer rond
• De hoek van de maanbaan schommelt elke
173 dagen tussen 5°0’ en 5°17’
• Het getij is dus pas na 18,6 jaar weer gelijk
(en zelfs dat niet helemaal)
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
32
De declinaties van zon en maan
• De hoogtes van zon en maan boven de
horizon veroorzaken elk hun eigen
dagelijkse ongelijkheid; deze zijn meestal
niet in fase. Soms versterken ze elkaar
• Omlooptijden en declinaties van zon en
maan bepalen ca. 90% van de getijbeweging
(meestal zijn 37 effecten voldoende)
• Als in maart en september de zon in het
vlak van de evenaar staat, zijn de getijden
het sterkst
Getijdeplots Lowestoft gemaakt met het UKHO programma
Simplified Harmonic Method en NP160 Harmonic constants
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
33
De ellipsbeweging
• De afstand van de aarde tot de maan varieert
tijdens de omloop tussen 356 000 km in januari
en 406 000 km in juli, verschil 10%
• Als de maan dichtbij staat, beweegt hij sneller,
veraf langzamer
• De omloopsnelheid van de getijbult om de aarde
is dan dus ook navenant anders
• Als de maan dichterbij staat, is de
getijveroorzakende kracht max. 49% groter!
(varieert met de derde macht van de afstand)
• Als de maan bij een springtij toevallig in het
verste punt van de baan staat, is het een zwakke
spring; het daaropvolgende springtij staat de
maan in het nabije punt en hebben we een sterk
springtij
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
34
Andere effecten
• De omloopbanen van aarde en maan zijn ellipsen. De
afstand van aarde tot maan en zon varieert in de
maand en het jaar
• Volle maan en nieuwe maan vallen soms samen met
het meest nabije punt van de ellipsbaan rond de
aarde: een versterkt springtij!
• In ondiep water vertraagt de snelheid van de
getijgolf; bij laagwater sterker dan bij hoogwater
• En zo voort….
NM
jul
VM
dec
Verschil zichtbare grootte van de maan door verschil in afstand
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
35
Samenvatting aarde, maan en zon
• Maan en zon bepalen getij; verhouding 2/3 maan : 1/3 zon
• Verschil van de omlooptijden 24h50m en 25h bepaalt springtij en doodtij
• Verschillen in maximumhoogtes van maan en zon boven horizon bepalen de
dagelijkse ongelijkheid
• Door diverse onregelmatigheden, vooral in de omloop van de maan om de
aarde en in de afstand van de maan vanaf de aarde, is het astronomisch getij
elke dag weer anders
• Op een vaste lokatie valt bij een bepaalde maanstand het hoogwater op een
vaste tijd
(vb. bij springtij is het in Vlissingen altijd hoogwater rond 0230 en 1400 UT)
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
36
Hoe vind je het getij van een haven
Plaatjes van een voordracht van Lord Kelvin in 1882
• Het getijverloop van havens wordt al lang geregistreerd
• We kennen de componenten: bijv M2 (maan 2 x daags), S2 (zon 2x daags), K1 (1x
daags effect van de declinatie van maan), etc etc
• Je kunt de componenten met de diverse herhalingstijden (12h, 24h, 12h25m, 24h50m,
etc) isoleren uit getijregistraties (harmonische of Fourieranalyse)
• Uit die componenten kun je dan de toekomstige waterhoogten berekenen
(elke component is een zuivere sinusfunktie)
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
37
Getijtafels
• Getijtafels worden nu berekend uit de getijcomponenten die voor die haven
meer dan 1 mm amplitude hebben (voor de Noordzee 94, voor Brest 104 componenten)
• Er treden ook ‘vreemde’ componenten op met periodes van vier of zes uur;
deze hebben geen directe astronomische oorzaak, het zijn wiskundige vertalingen
(Fourierreeksen) van lokale effecten van waterdiepte en kustvorm
• Van elke component ligt de periode vast, de amplitude en de tijdverschuiving (fase) zijn
voor elke haven verschillend
• De bijdragen van alle (37 tot 43) componenten worden apart uitgerekend en dan
opgeteld
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
38
De oude tijd: mechanisch rekenen
Kelvin tide calculator (1876)
leverde in vier uur zwengelen
een getijcurve voor een jaar
Mechanische getijcalculator (1938) van het Deutsches
Hydrographisches Institut voor 64 componenten.
Engeland en USA hadden eenzelfde machine voor 42 en
37 componenten. In gebruik tot ca. 1965.
Getijtafels werden ook met de hand uitgerekend!
William Thomson (Lord Kelvin) noemde iemand die dat deed een ‘calculator’.
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
39
Inhoud
• Getij is een golf
• Zon en maan als oorzaken van getij
– Daags, twee maal daags, maandelijks, jaarlijks
• Getijkrommes in allerlei vormen
• Effect van continentmassa’s
• Effect van bassins
• Effect van ondiep water
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
40
Het totaal: de getijkromme
• De getijcurve is elke dag weer een
beetje anders
• De almanakken geven de gemiddelde
getijkromme van een haven
• Omdat het een gemiddelde is, heb je
bijna elke dag afwijkingen
– In vorm van de kromme
– In de tijdsduren LW – HW - LW
Reeds Lowestoft
Reeds Poole
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
41
Verwachting en waarneming
Binnen 100 mijl kan de vorm van de
getijkromme al anders zijn
Felixstowe
Waarneming en verwachting kloppen
wel erg goed met elkaar: de modellen
voor elke haven afzonderlijk zijn
betrouwbaar
Site: http://live.actuelewaterdata.nl/
Dover
Hoek v Holland
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
asymmetrisch!
42
De hoofdgroepen getijkrommes
Twee maal
daags
Twee maal
daags ongelijk
Gemengd twee
en een maal
daags
Een maal daags
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
43
Weersinvloeden…
Blauw = verwacht
Rood = waargenomen
Groen = verschil
ras t 19810325t . x ls
2. 5
obs erved
predic t ed
res idual
2
W
a
t
e
r
L
e
v
e
li
n
f
e
e
t
1. 5
1
0. 5
0
-0. 5
80
85
90
95
Julian
Day
100
1981
105
110
115
s fnp19810325t . x ls
2
obs erved
predic t ed
res idual
1. 5
W
a
t
e
r
L
e
v
e
li
n
f
e
e
t
1
0. 5
0
-0. 5
-1
80
85
90
95
Julian
Day
100
1981
105
110
115
Twee havens aan de Perzische Golf, 100 mijl van elkaar; op korte afstand groot
verschil in gedrag van het getij
Verschil tussen verwachting en waarneming ligt tussen + 0.5m en – 0.5m;
een gevolg van zware stormen in deze periode
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
44
Samenvatting
• We kunnen getij voor een groot deel verklaren uit de omlopen
van zon en maan
• We kunnen het getij voor één haven goed voorspellen
(afgezien van meteorologische invloeden)
• We hebben het verschil tussen havens nog niet verklaard
• We hebben niet verklaard dat springtij twee dagen na volle maan is
De oorzaken daarvan:
• Continenten
• Ondiep water
• Coriolis effect door draaiing van de aarde
• Reflectie en buiging van golven
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
45
Inhoud
• Getij is een golf
• Zon en maan als oorzaken van getij
– Daags, twee maal daags, maandelijks, jaarlijks
• Getijkrommes in allerlei vormen
• Effect van continentmassa’s
• Effect van bassins: reflectie etc
• Effect van ondiep water
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
46
De continenten
• Continenten
verhinderen dat de
getijbulten vrij om de
aarde draaien zoals tot
nu toe aangenomen
• In één gebied op aarde
kan dat wel (ongeveer):
de Zuidelijke IJszee
• Vorm en diepte van
oceanen en zeeën zijn
vast: daarom is de
verstoring constant en
kun je voorspellen
• De ‘vrij’ draaiende getijgolf rond Antarctica stuurt getijgolven
de Atlantische Oceaan in
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
47
De getijgolf rond continenten
• De lijnen zijn de plaats van hoog
water in uren na de doorgang van de
maan door haar hoogste punt in
Greenwich (alleen het maansgetij)
• De afstand van hoog water naar hoog
water is 60 breedtegraden = 60 x 60
mijl = 3600 mijl
• De oceaan is 3 – 5 km diep
• De diepte is dus 1/900 golflengte,
de getijgolf is dus een echte
ondiepwatergolf
• Theoretische snelheid
v = √(9.8 x diepte) m/s;
voor 3000 m diepte 330 knopen;
afstand 330 x 12h50m = 4200 mijl
(simpele formule klopt aardig!)
• De maat van de Atl. Oc. past goed bij
het maansgetij; daardoor hogere
getijen aan de kusten
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
Positie van HW van het dubbeldaags maansgetij
48
Getijgolf in de Noordzee
• De Atlantische getijgolf loopt om de
Shetlands heen de Noordzee in
(golfbuiging)
• De halve golflengte 0h-6h is nu 4
breedtegraden = 4 x 60M = 240M, dus
de golflengte is 500M
• De getijgolf is dus enorm veel korter
geworden: de snelheid is afgenomen
door ondieper water
• In de Zuidelijke Noordzee zie je verdere
vertraging, want daar is het nog ondieper
• Check: voor 60 m diepte vind je
√(9.8 x diepte) x12h50m = 600 mijl
• Door ondieptes (bv Doggersbank)
onstaat onregelmatige voortplanting
– Dubbel HW in Den Helder is
hiervan een gevolg
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
Rode lijnen: Uurposities van HW dubbeldaags maansgetij
Blauwe lijnen: gemiddeld verschil HW en LW (verval)
49
Effecten tussen golven en kust
• Bij getijden dezelfde effecten als bij gewone
golven:
– Buiging: de golf buigt om een landpunt
– Weerkaatsing tegen een kust
– Resonantie als (halve) golflengte ongeveer
gelijk is aan een bassinmaat
– Breken op ondiep water
• Afbuiging door de draaiing van de aarde:
Corioliskracht
– veroorzaakt op N halfrond afwijking naar
rechts
– Draagt bij aan hoger verval aan de
zuidelijke kant Het Kanaal tov noordelijke
kant
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
50
Buiging windgolven aan een kaap
(Wind)golven komen van
linksboven, buigen om de kaap heen
en gaan op ondieper water langzamer
lopen
(Cancale – oestergebied –
ten E van St. Malo)
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
51
Buiging achter Cabo Finisterre
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Lagos
Lisboa
Vigo
La Coruña
Santander
Bayonne
Oleron
Lorient
Brest
Cherbourg
Dover
-0050
+0000
+0050
+0110
+0120
+0100
+0200
+0200
+0220
+0620
+0930
800m
2000m
1000m
80m
80m
70m
60m
40m
Het getij loopt als een golf!
De getijgolf buigt af en vertraagt op ondiep water
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
52
Getijgolf in de Golf van Biscaye
• Continentaal plat gaat binnen 30 mijl van 4000 m naar 1000 m diepte
• Dezelfde massa blijft in beweging;
de diepte wordt 1/4, de stroomsnelheid dus 4 x zo groot
• De amplitude van het getij wordt op ondiep water ook hoger:
oceaan < 1 m, Brest 5 m
• Op de helling wordt water opgestuwd; dit levert veel turbulentie.
Daarom is de Biscaye op de rand van het continentaal plat zo gevaarlijk bij storm
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
53
Wrijving kost energie
• De wrijving tussen de getijgolf en de zeebodem kost energie:
– Effect: de aardrotatie vertraagt
• In de lucht in de atmosfeer worden door zon en maan ook getijden opgewekt
• Zelfs de aardkorst zelf beweegt met een uitslag van ongeveer 30 cm!
• Ook roteert de aarde niet de hele dag even snel
• GPS houdt hier rekening mee!
• Door deze effecten samen wordt de dag in 100 jaar 2,3 milliseconden langer
– Ten tijde van de dinosauriërs duurde de dag 20 uur (65 miljoen jaar geleden)
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
54
Coriolis effect in baai
• Het getij stroomt een gesloten
baai over de volle breedte
in en uit
• Instromend: afwijking naar
rechts: links stuwing = HW,
rechts LW
• Uitstromend:
afwijking naar rechts:
links LW, rechts HW
• De stroom neemt ook nog eens
toe en af, het resultaat is een
ronddraaiend getij
• Dit treedt op in de Noordzee
tussen Den Helder/Cromer
en Dover
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
instromend
uitstromend
resultaat:
roterend vlak
9
LW
HW
LW
HW
8
10
11
0
1
7
6
5
2
4
3
Tijden in twaalfden
van een maansgetij
T=0/12
T=6/12
dwarsdoorsnedes
Het getij draait om het
amfidromisch punt
daar is wel stroom, maar
geen verandering van
waterhoogte
55
Een rondlopend vlak
• Op plaatsen tegenover elkaar is het HW en LW
• Het vlak draait tegen de wijzers van de klok in
• In elke kustplaats is de waterhoogte een sinus!
(openklappen van de cylinder)
9
8
10
11
0
1
7
6
5
2
• Plaatje is van overheersend maansgetij; het
zonsgetij is soortgelijk!
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
4
3
Maansgetij in de Z Noordzee
56
Vol- en leegstromen Z Noordzee
HW Dover -6
HW Dover -4
HW Dover -2
HW Dover
HW Dover
HW Dover +2
HW Dover + 4
HW Dover + 6
Dit is een vol en leeg lopend bassin,
geen vrij lopende golf zoals bij Cherbourg
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
57
Linksom oplopende tijden van HW = lopende golf
Bij de havens
staan de
verschillen in de
hoogwatertijden
t.o.v. HW Dover.
Het HW-moment
loopt zuidwaarts
van Lowestoft
naar Dover en dan
noordwaarts naar
Den Helder
Stroomkaart is
voor HW Dover-6
(=LW Dover); de
Noordzee is net
begonnen met
leegstromen.
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
58
Getijcurves Nederlandse kust
• Het hoog water loopt van zuid naar noord
• De waterhoogte en de vorm van de curve varieert
• Oorzaken van de afwijkingen:
– Vlissingen:
de Westerschelde
– Hoek van Holland:
de afvoer van de Nieuwe Waterweg (dubbel laagwater)
– Den Helder:
diepteverschil Noordelijke Noordzee en Wadden
(dubbel hoogwater)
• Het verval is bij Den Helder het kleinst omdat je daar het dichtst bij het amfidromisch punt bent
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
59
Coriolis in de Noordzee
• De getoonde situatie is een gemiddelde voor het maansgetij
• Het zonsgetij en het maansgetij hebben elk hun eigen rotatiepatroon: de
amfidromische punten liggen meestal niet op hetzelfde punt
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
60
Noordzee: om te onthouden
• Tot aan HW Dover loopt de stroom ten zuiden van Cromer-Den Helder naar het
Zuiden
• Na HW Dover loopt de stroom naar het Noorden
• Het HW loopt van Hull langs de kust naar Ramsgate
• HW Lowestoft = HW Dover-1½
• Aan de Belgisch-Nederlandse kant loopt het HW
van Calais naar Den Helder
• HW Vlissingen
HW Dover + 2
• HW Scheveningen HW Dover + 3
• HW IJmuiden
HW Dover + 4
• Je gaat aan de Oostkust niet van Z naar N naar een hoogwaterhaven (met drempel);
je moet dan tegenstrooms varen om op HW daar te kunnen zijn
• Dit is gunstig om uit Zeeland naar Gravelines te gaan!
Met stroom mee naar S, aankomen bij HW
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
61
Details Thamesmonding (stroomatlas UKHO)
HW tijdsverschil bij spring
HW range verschil bij spring
70%
- 30 min
Walton on the Naze
+ 30 min
100%
0
120%
De verschillen zijn aangegeven ten opzichte van de standaardhaven.
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
62
De almanak (lezen!): Great Yarmouth
• Uitgebreid in het deel
Waterstanden
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
63
Dynamisch getij
0.7m
0.3m
cm
Getij bijna overal minder dan een meter
In delen Atlantische Oceaan, speciaal rond W
Europa meer: waarom daar?
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
64
Het Kanaal: de getijhoogtes
2m
9m
12m
5m
Bron: SHOM getijatlas (Franse Hydrografische dienst)
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
65
Gebied St.Malo: getij 9 -12 meter
• Einde-badkuip effect: de
getijgolf loopt in een trechter
• De vorm van de trechter is net
zo dat er resonantie optreedt
(vergelijk golven in een
badkuip: bij sommige
frequenties loopt het hoog op,
bij alle andere niet)
• Omdat er door de grote
verschillen in waterhoogte een
groot watervolume in en uit
gaat, zijn de stroomsterktes
groot; de vernauwing van
Alderney veroorzaakt daar de
Race
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
66
De Baie de |Somme
• Soortgelijk effect als in de Baie de St. Malo
• Minder sterk ook in de Baie de Seine
• Honfleur heeft bij springtij en bij doodtij
geheel verschillende hoogwatercurves:
verschillende resonantie van maansgetij en
zonsgetij
•Honfleur
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
67
Het Kanaal: de stroomsterktes
4.5kn
8kn
Vooral bij Cherbourg, Kanaaleilanden en Cap Gris Nez sterke stroom
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
68
Getijgolf in het Kanaal
• De getijgolf loopt in 8 h van Ouessant naar Boulogne, vertraagt bij Cherbourg
• Straat van Dover is te nauw voor het doorgeven van de volle getijgolf;
het is toeval dat het bij Dover aan beide kanten tegelijk hoog water is
• Als het Kanaal een andere maat zou hebben, zou het getijgedrag bij Dover ook heel
anders zijn
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
69
Getijgolf in het Kanaal: praktijkeffecten
• Door het Kanaal naar Dover varende
vaar je met de getijgolf mee
• De getijgolf vertraagt E van de lijn
Brighton – Le Havre, aan de Engelse
kant sterker dan aan de Franse kant
• Daardoor heb je relatief lang stroom
mee; andersom heb je dus meer
tegenstroom
• Door dit effect kun je met 5 knopen door
het water varend op één tij van Brighton
naar Dover en zelfs naar Nieuwpoort;
andersom lukt dat nooit
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
70
Dover
Getijgolf in het Kanaal: wrijving
• Door wrijving wordt de golf steiler aan de
stijgende kant (hetzelfde effect als een
steiler wordende golf naar een ondiepere
bodem)
• Daardoor wordt de tijd van LW naar HW
korter (linkerhelft curve)
• In Calais is de verhouding 5h / 7h30
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
71
Verschil van spring en doodtij
Honfleur heeft bij springtij en bij doodtij
geheel verschillende hoogwatercurves:
verschillende resonantie van maansgetij en
zonsgetij
Springtij
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
Ook Den Helder heeft zoiets;
boven bij spring, onder bij doodtij
Doodtij
72
Getij als golf: een paar bijzondere effecten
•
•
•
•
Grote waterbergingen met een nauwe toegang
Effect van banken
Resonantie
De brekende getijdegolf: de bore of mascaret
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
73
Nauwe toegangen van estuaries
• In het kanaaltje van Southwold kan tot 5
knopen stroom staan
• Oorzaak: Grote waterberging in het meer
direct er achter
Southwold en Breydon Water
• Le Morbihan en Etel in Bretagne hebben
hetzelfde effect
• Op veel andere plaatsen gemakkelijk te
herkennen
Etel
Morbihan
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
74
Stroom over de banken
• In een bankengebied stroomt het
boven de bank minder hard dan in de
geulen
– Bij tegenstroom zo veel mogelijk
boven de bank varen of aan rand
van de geul
– Met stroom mee in de geulen
• Bij een bank dwars op de stroom zit
de stroomrafeling vaak ná de bank
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
75
Effecten van wind en luchtdruk
sluiting
• Harde NW storm 9-11-2007:
Roompotsluis buiten: LW is
hoger dan normaal HW
• De Oosterscheldedam werd net
voor LW gesloten en ongeveer
12 uur later weer geopend
• Bij de Krammer ontstond door
het ontbreken van de normale
hoogwatergolf een resonantie in
het bekken ten N van het Zijpe:
amplitude 0.5m, periode 2h
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
76
Extreem effect: de tidal bore
• Als een golf een geleidelijk glooiend
strand oploopt kan een steile voorkant
ontstaan: het getij kan hetzelfde doen
• De foto rechts is geen strandgolf: het is
de springtij golf bij Mont St. Michel
(Eng bore, Frans mascaret)
De bore kan er ook anders uitzien:
De mascaret van Tancarville aan de Seine
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
Huangzhou rivier (China)
77
Samenvatting: getij is gecompliceerd
Wat hebben we gezien?
• De maan heeft de grootste invloed: getij van 12h 50min
• Invloed van de zon is kleiner; door combinatie zon en maan ontstaan springtij en doodtij
• Hoogte (declinatie) van zon en maan veroorzaken dagelijkse ongelijkheid
• Getij is een golf.
• Door lokale effecten kunnen getijcurven van plaats tot plaats sterk verschillen (van
dubbeldaags tot eenmaal daags getij, resonantie, dubbele hoog- en laagwaters)
• Op de oceaan en in zeeën ontstaan roterende patronen rond amfidromische punten
•
•
•
•
•
•
In West-Europa komt de getijgolf uit de Atlantische Oceaan
Deze golf buigt de Biscaye in: overal aan de Franse Atlantische kust tegelijk HW en LW
De getijgolf loopt het Kanaal in: voordeel van Brighton naar Dover
In de Noordzee loopt de getijgolf rond de Shetlands naar het zuiden
In Z Noordzee loopt stroom Z tot aan HW Dover; daarna tot LW naar N
Tijdstip van HW loopt langs de Oostkust van N naar Z en vanaf Dover langs Be/Ne kust
naar de wadden
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
78
Websites
• http://live.getij.nl/
Rijkswaterstaat met heldere uitleg. Zie ook ‘Links’
• http://www.math.sunysb.edu/~tony/tides/index.html
•
Uitleg van harmonische analyse
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
79
Vragen?
Getijden, Arend Jan Klinkhamer, maart 2009
80