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\ begingroup美元

是否有任何公开可用的程序或源代码来模拟全球(或局部)海平面变化,其中包括重力潮汐效应的参数?

我有物理学背景,最近我开始把大型流体动力学作为一个副业。海洋和它们的边界条件非常复杂,在这一点上我已经超出了我的深度。我没有时间也没有动力完全在这上面发明轮子,所以理想情况下,我正在寻找一个程序,它可以让我改变许多参数——包括月球的潮汐潜力——并输出海洋中不同位置或沿海地区海平面的地形数据。然而,只要有一个开源程序,我就可以用额外的参数进行修改。

我主要是从业余爱好者的“玩具模型”角度来研究这个问题。我特别好奇的是,潮汐力是月球潮汐力的100倍,或者月球几乎处于潮汐锁定状态(例如月出月落之间的6个月),海洋潮汐会如何变化。每次涨潮时有多少土地被淹没,每次退潮时有多少土地被填海?如果有人对这个问题有答案,我也很有兴趣听听。

\ endgroup美元

    2答案2

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    \ begingroup美元

    从头开始并建立一个“玩具模型”在这里不太可能成功,因为虽然你当然可以模拟牛顿潮汐,但在大陆架上发生的许多事情与海岸线和测深的形状、潮汐波的惯性和海床摩擦之间的相互作用等等紧密相关——许多非线性效应,其中一些还没有完全理解。

    我的建议是从一个现有的、经过验证的全球海洋模型开始,并调整其输入参数。例如,为了模拟月球引力的变化,你可以改变驱动模型的月球潮汐成分的振幅(如果你想计算出适当的轨道力学,也许还可以改变它们的周期!)。

    请注意,运行这种类型的模型往往计算成本很高,这显然取决于分辨率——但如果您不介意花费一到两周的时间来运行的话,它应该在家用计算机上可行的范围内(我假设,因为这是一个业余项目,所以您无法访问HPC资源)。我不确定是否有人公开提供了一个简单但经过验证的模型——如果有人知道,也许他们可以评论一下。如果没有,您可能必须使用开放源代码构建自己的代码,这将大大增加工作量。

    \ endgroup美元
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    • \ begingroup美元 谢谢你的建议。我担心情况会是这样。至少现在我感觉更自信了,我没有错过任何东西。 \ endgroup美元
      - - - - - -杰弗里
      2016年5月2日22:32
    • \ begingroup美元 在这种情况下,物理学家对球形奶牛的需求是错误的。 \ endgroup美元
      - - - - - -大卫Hammen
      2016年5月3日2:08
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    \ begingroup美元

    我可以试试。欢迎任何比我聪明的人指正。

    第一个问题是,根据你的问题,月球离我们有多近。(我假设你没有考虑地球自转速度或月球质量等其他变化)。

    如果你想让潮汐增大100倍,你必须让月球离地球近10倍。潮汐力等于距离的平方(半径到半径,而不是表面到表面)。把月球放近10倍,它在天空中就会变得巨大,满月就会明亮到足以阅读,潮汐力就会大100倍。

    潮汐力基本上是地球上的一个凸起,一直指向月球。陆地也在膨胀,不仅仅是海洋。

    最佳情况下,潮汐需要大约地球周长的1/4才能充分发挥作用。这就是为什么湖泊基本上没有潮汐。任何比海洋小的东西都没有潮汐可言。现在,如果你把这种联系放大10倍,海洋和大湖的比例仍然是一样的,但是大湖和海洋的潮汐(比如地中海)会变得更加明显。

    潮汐会使整个海洋的海平面上升。当然,事实并非如此,但在局部,这就是实际发生的情况。

    如果现在的潮水是50厘米(高于平均海平面),那么想象一下,在这个地区,如果海平面上升50米会是什么样子。在陆地上,这不是问题,但大多数沿海城市无法承受。潮汐上升100倍几乎会毁灭所有沿海生物。

    见图。

    在这里输入图像描述

    就地球同步而言,这有两个影响。缓慢的移动会产生更多的平衡,更少的变化,你在上面的图表中看到的,地球的一部分可以得到放大的潮汐,可以得到2到3倍于平均的潮汐,潮汐会发生得更慢,因为每次月亮在头顶时你都会有两次高潮。如果月亮有6个月的涨潮间隔,那么每3个月就会有一次涨潮,但你仍然会有50英尺高的潮水问题。月球的地球静止轨道距离非常接近第一个给出的数字,大约36,000公里。

    目前潮汐变化很大,但这是因为太阳和月亮都与潮汐相互作用,所以你会得到相当大的潮汐变化。随着月球到地球距离的变化,你也会得到变化。如果月球离地球近10倍,太阳-潮汐就不会改变,可以说可以忽略不计(变化小于1%的1/2),目前太阳到月球的位置在潮汐计算中很重要。

    你需要考虑到月球的轨道周期和地球的自转来估计潮汐围绕地球移动的速度。目前月球绕地球一周需要29天,所以主要是地球的自转(每24小时一次)决定潮汐。如果你把月球带到36000或37000公里的高度,那么轨道速度就很重要,因为每几千公里就会产生可测量的差异。

    我的回答很笼统。如果我遗漏了什么,我可以试着补充一些细节。你也可以在天文学堆栈交换中询问。江南电子竞技平台潮汐也许比地球科学更接近天文学。江南体育网页版

    潮汐力不应该是距离的立方反比,而不是平方反比吗?考虑到这一点,轨道半径是唯一的变化

    这绝对是平方反比定律。我读了很多关于潮汐力的书,可以确定这一点。这个公式也清楚地表明它是平方反比的乘积。看到在这里或者只是“潮汐力公式”。谷歌是一个查找公式的快捷方式。

    但我明白你的意思。想起来有点复杂。这网站会给我一个更好的解释根据经验,潮汐力等于天空中物体的大小(距离地心的距离,所以附近的物体不算),乘以密度。太阳和月亮在天空中的大小差不多,月球的密度更大,所以月球引起的潮汐更大。

    如此巨大的变化难道不应该被低洼地区洪水导致的流域容量增加部分抑制吗?

    我没有想过这个问题,可能是这样,但我不认为这对它有太大的影响。当潮汐发生时,整个海洋(从陆地的角度来看)都上升了。海洋非常大,所以除非陆地很长一段距离都很平坦,否则我不认为会有很大的差异。我们假设潮汐高潮达到50米。潮汐的“波长”,如果你愿意的话,是10000公里从顶峰到真理。5000公里,从50米到0。虽然这是一个符号波,而不是线性下降,如果我们线性测量,这将是一种夸张,潮汐隆起下降1米每100公里的距离。几乎所有地方的陆地都比海岸线上升得快。有一些低地会永久成为湖泊,但大多数情况下,我想说至少90%-95%,你可以根据海平面以上的米来计算潮汐会到达多远。如果地面长时间保持平坦,你可以向下调整。 That's my best guess anyway. I'm not really an expert.

    更大的问题是海岸线的形状。一些海岸线集中了潮汐,并有效地增加了它。上面的地图给出了一个很好的估计。基本上,当海岸线是凸的时候,潮水会集中并增加,当海岸线是凹的时候,它会减少。唯一的例外是墨西哥湾,它的潮汐非常低,尽管它是一个非常凸的水体,但潮汐被佛罗里达和许多岛屿挡住了。如果你让月球轨道明显减速,就像你说的那样,每6个月一次月出,那么我认为这种影响会在很大程度上减少,因为潮汐移动得慢得多。它会有更多的时间来平衡。

    海洋边界条件能非线性地限制潮汐吗?增加的潮汐质量会增加反应时间并使凸起变平吗?

    我不太清楚你在问什么。

    \ endgroup美元
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    • \ begingroup美元 潮汐力不是应该成反比吗多维数据集距离的倒数,而不是倒数广场?考虑到这一点,轨道半径是唯一的变化,我同意牛顿的潮汐伸长将与潮汐力线性响应。然而,我不清楚这是否会转化为实际沿海潮汐振幅的线性响应。如此巨大的变化难道不应该被低洼地区洪水导致的流域容量增加部分抑制吗?海洋边界条件能非线性地限制潮汐吗?增加的潮汐质量会增加反应时间并使凸起变平吗? \ endgroup美元
      - - - - - -杰弗里
      2016年4月30日20:40
    • \ begingroup美元 它肯定是平方反比。我将在上面解释并给出一两个例子。 \ endgroup美元
      - - - - - -userLTK
      2016年5月1日0点23分
    • \ begingroup美元 它肯定是逆立方。 \ endgroup美元
      - - - - - -大卫Hammen
      2016年5月1日0点47分
    • \ begingroup美元 @DavidHammen我欢迎纠正,但如果你想让来自月球的潮汐力大100倍,你需要把月球移近10倍。公式很清楚。虽然我知道逆立方起着一定的作用,但月球靠近潮汐对潮汐的影响是距离的平方反比。hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tide.html \ endgroup美元
      - - - - - -userLTK
      2016年5月1日0点55分
    • 1
      \ begingroup美元 @userLTK:什么潮汐隆起?physics.stackexchange.com/a/121858/52112 \ endgroup美元
      - - - - - -大卫Hammen
      2016年5月12日17:12

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