セイシュ

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副振動（/ ˈseɪʃ / SAYSH）は、密閉された、または部分的に密閉された水域の定在波です。セイシュおよびセイシュ関連の現象は、湖、貯水池、プール、湾、港、および海で観察されています。副振動を形成するための重要な要件は、水域が少なくとも部分的に制限され、定在波の形成を可能にすることです。

この用語は、1890年にスイスの水文学者 フランソワアルフォンスフォレルによって推進されました。フランソワアルフォンスフォレルは、ジュネーブ湖での影響を最初に科学的に観察した人物です。[1]この言葉は、高山湖の振動を表すためにこの地域で長い間使用されていたようです。Wilson（1972）によると、[2] [3]このスイスフランス語の方言は、 「乾燥」を意味するラテン語のsiccusに由来します。つまり、水が後退すると、ビーチは乾燥します。フランス語のsecまたはsèche（ドライ）はラテン語に由来します。

港の副振動は、長周期波または無重力波によって引き起こされる可能性があります。これは、付随する風によって生成される波よりも周期が長い、風波との分数調波非線形波の相互作用によるものです。[4]

反対方向（青と赤）に進行する2つの伝播波の合計として描かれた定在波（黒）。

原因と性質

セイシュは肉眼では認識できないことが多く、水面にいるボートの観察者は、非常に長い期間のためにセイシュが発生していることに気付かない場合があります。

この影響は、1つまたは複数の要因、ほとんどの場合、気象影響（風と大気圧の変動）、地震活動、または津波によって乱された水域の共鳴によって引き起こされます。[5] 重力は、水が静水圧平衡にある構成を表すため、常に液体の水の本体の水平面を復元しようとします。

垂直方向の調和運動が生じ、水深に依存する速度で流域の長さを移動するインパルスを生成します。インパルスは盆地の端から反射され、干渉を生成します。反射が繰り返されると、垂直方向の動きがない1つまたは複数のノードまたはポイントを持つ定在波が生成されます。振動の周波数は、盆地のサイズ、その深さと等高線、および水温によって決まります。

セイシュの最長の自然周期は、水域の基本的な共振に関連する周期であり、最長の定在波に対応します。囲まれた長方形の水域の表面副振動の場合、これはメリアンの式を使用して推定できます。[6] [7]

ここで、Tは最長の自然周期、Lは長さ、hは水域の平均深さ、gは重力加速度です。[8]

高次高調波も観察されます。2次高調波の周期は自然周期の半分になり、3次高調波の周期は自然周期の3分の1になります。

発生

セイシュは湖と海の両方で観察されています。重要な要件は、定在波の形成を可能にするために水域を部分的に拘束することです。ジオメトリの規則性は必要ありません。非常に不規則な形状の港でさえ、非常に安定した周波数で振動することが日常的に観察されています。

湖の副振動

低リズミカルな副振動は、ほとんどの場合、大きな湖に存在します。それらは通常、異常な穏やかな期間を除いて、一般的な波のパターンの中で目立たない。港、湾、河口は、振幅が数センチメートルで周期が数分の小さな副振動を起こしやすいことがよくあります。

François-AlphonseForelによるジュネーブ湖での最初の研究では、縦方向の周期は73分周期であり、横方向の副振動は約10分の周期であることがわかりました。[9]定期的な副振動でよく知られている別の湖は、ニュージーランドのワカティプ湖で、クイーンズタウンの水面の高さが27分周期で20センチメートル変化します。セイシュは半閉鎖海でも形成されます。北海はしばしば約36時間の長さの副振動を経験します。

2003年11月14日にニューヨーク州バッファロー（赤）とオハイオ州トレド（青）の間で記録された、エリー湖の副振動によって引き起こされた水位の違い

国立気象局は、2フィート以上の副振動が発生する可能性がある場合に、五大湖の一部に対して低水位勧告を発行します。[10] エリー湖は、卓越風の方向と頻繁に一致し、したがってそれらの風の取り込みを最大化する、その浅さと北東-南西軸上の伸長のために、風によって引き起こされる副振動を特に起こしやすい。これらは、湖の端の間で最大5メートル（16フィート）の極端な副振動につながる可能性があります。

この効果は、海岸沿いのハリケーンによって引き起こされるような高潮に似ていますが、セイシュ効果は、しばらくの間、湖を横切って前後に振動を引き起こす可能性があります。1954年、ハリケーンヘイゼルの残骸がトロント近くのオンタリオ湖の北西の海岸線に沿って水を積み上げ、大規模な洪水を引き起こし、その後、南岸に沿って洪水を引き起こした副振動を確立しました。

スペリオル湖での大規模な副振動は、非常に迅速に発生する可能性があります。1995年7月13日、スペリオル湖での大規模な副振動により、水位が低下し、15分以内に再び3フィート（1メートル）上昇し、一部のボートが係留中のドックからぶら下がっていました。水が後退したときのライン。[11]スペリオル湖で1995年の副振動を引き起こした同じ嵐システムは、ヒューロン湖でも同様の影響を及ぼし、ポートヒューロンの水位は2時間で6フィート（1.8 m）変化しました。[12]ミシガン湖では、1954年6月26日に10フィート（3.0 m）の副振動がシカゴのウォーターフロントに衝突したときに、8人の漁師がモントローズビーチとノースアベニュービーチの桟橋から流され、溺死した。[13]

カリフォルニア/ネバダ州のタホ湖など、地震活動が活発な地域の湖は、重大な危険にさらされています。地質学的証拠によると、タホ湖の湖岸は先史時代に高さ10メートル（33フィート）もの地震や津波に襲われた可能性があり、地元の研究者はこの地域の緊急計画にリスクを考慮に入れるよう求めています。[14]

地震によって発生した副振動は、地震の震源地から数千マイル離れた場所で観察できます。地面の揺れはしばしば小さな水域の共振周波数と一致するため、スイミングプールは地震によって引き起こされる副振動を特に起こしやすいです。1994年にカリフォルニアで発生したノースリッジ地震により、南カリフォルニア全体にプールが溢れ出しました。1964年にアラスカを襲った大規模な聖金曜日の地震は、プエルトリコまで遠く離れたプールで副振動を引き起こしました。[15]ポルトガルのリスボンを襲った地震1755年に、スコットランドのローモンド湖、ロング湖、カトリーン湖、ネス湖[16]と、スウェーデンの運河で、 2,000マイル（3,200 km）離れた場所で副振動が発生しました。2004年のインド洋地震は、バングラデシュ、ネパール、タイ北部だけでなく、多くのインドの州で立っている水域に副振動を引き起こしました。[17] Seichesは、 2005年のカシミール地震の際に、インドのウッタルプラデーシュ州、タミルナドゥ州、西ベンガル州、およびバングラデシュの多くの場所で再び観測された。[18]

1950年のアッサム・チベット地震は、ノルウェーやイングランド南部まで遠く離れた場所で副振動を発生させたことが知られています。地震を発生させたことが知られているインド亜大陸の他の地震には、1803年のクマオン-バラハット、1819年のアッラー外灘、1842年の中央ベンガル、1905年のカングラ、1930年のドゥブリ、1934年のネパール-ビハール、2001年のブジ、2005年のニアス、2005年のテレサ島の地震が含まれます。2010年2月27日のチリ地震により、ルイジアナ州ポンチャートレイン湖で高さ約0.5フィートの副振動が発生しました。2010年のシエラエルマヨール地震は、すぐにインターネット現象になった大きな副振動を生み出しました。[19]

2011年に東北地方太平洋沖地震が発生した際、ノルウェーのソグネフィヨルデンで少なくとも1.8 m（6フィート）までの副振動が観測されました。[20] [21]

海と湾の副振動

アドリア海やバルト海などの海で副振動が観測されています。これにより、ヴェネツィアとサンクトペテルブルクはそれぞれかつての湿地帯に建設されたため、洪水が発生しました。サンクトペテルブルクでは、秋にネヴァ川に沿ってセイシュによって引き起こされる洪水がよく見られます。セイシュは、北大西洋の低気圧が陸上に移動することによって駆動され、バルト海に低気圧を引き起こします。サイクロンの低圧は、事実上内陸国のバルト海に通常よりも多くの水を引き込みます。サイクロンが内陸に続くにつれて、バルト海では最大数百キロメートルの波長を持つ長くて低周波の副振動が確立されます。波が狭くて浅いネヴァ湾に到達すると、波ははるかに高くなり、最終的にはネヴァ堤防に氾濫します。[22]同様の現象がヴェネツィアでも観察され、その結果、ヴェネツィアのラグーンへの3つの入り口を保護するように設計された79の可動バリアのシステムであるMOSEプロジェクトが生まれました。

日本では、長崎湾で、ほとんどの場合春に副振動が観察されています。1979年3月31日の副振動イベント中に、長崎の潮汐観測所で2.78メートル（9.1フィート）の水位変位が記録されました。ベイ全体の最大変位は4.70メートル（15.4フィート）に達したと考えられています。長崎湾を含む西九州の副振動は、九州南部を通過する気圧の低下によって引き起こされることがよくあります。[23] 長崎湾のセイシュの周期は約30分から40分です。地元では、セイシュは洪水を引き起こし、港湾施設を破壊し、漁業に損害を与えました。したがって、網引き（からセイシュの地元の言葉、あびき（abiki ））amibiki）、「漁網の引きずり出し」を意味します。

時折、津波は地域の地理的特性の結果として副振動を生み出す可能性があります。たとえば、1946年にハワイを襲った津波は、波面の間隔が15分でした。ヒロ湾の自然共鳴周期は約30分です。つまり、1つおきの波が湾と同相であり、副振動が発生していました。その結果、ヒロはハワイの他のどの場所よりも深刻な被害を受け、津波とセイシュの組み合わせがベイフロントに沿って26フィート（7.9 m）の高さに達し、市内だけで96人が死亡しました。津波後、副振動の波は数日間続く可能性があります。

潮汐によって生成された内部孤立波（ソリトン）は、プエルトリコのマゲエス島、 [24] [25] [26] パラワン島のプエルトプリンセサ、[27] スリランカのトリンコーマリー湾、 [28 ] ] [29] とカナダ東部のファンディ湾では、セイシュが世界で最も高い記録された潮汐変動のいくつかを引き起こします。[30] 深海の内部波による沿岸の副振動の生成には動的なメカニズムが存在します。これらの波は、沿岸の副振動を励起するのに十分な電流を棚割れ時に生成する可能性があります。[31]

表面および地下の水温躍層の開始の図。

水中（内部）波

拘束された水域の表面の下でも、水温躍層に沿って作用する副振動が観察されます。[32]

メリアンの公式と同様に、内部波の予想される周期は次のように表すことができます。[33]

と

ここで、Tは自然周期、Lは水域の長さ、層化によって分離された2つの層の平均厚さ（例：エピリムニオンとハイポリムニオン）、これらの2つの同じ層の密度とg重力加速度。

水温躍層が傾斜した湖底を上下に移動すると、温度が急速に変化する可能性のある「スワッシュゾーン」が作成され[ 34] 、魚の生息地に影響を与える可能性があります。サーモクラインが傾斜した湖底を上昇するにつれて、対流転倒によって底生乱流を引き起こす可能性もありますが、下降するサーモクラインは湖底でより大きな成層と低い乱流を経験します。[35] [36] 内部波は、傾斜した湖底で非線形の内部波に縮退することもあります。[37]このような非線形波が湖底で砕けると、それらは乱流の重要な原因となり、堆積物の再懸濁の可能性があります[38]。

副振動保護のためのエンジニアリング

エンジニアは、洪水防御工事（サンクトペテルブルクダムなど）、貯水池 とダム（グランドクーリーダムなど）、飲用貯水池、港湾、さらには使用済み核燃料 貯水池の設計において、副振動現象を考慮します。

も参照してください

メモ

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