Слайд 5

УЧЕТ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРИ ВЫБОРЕ ПУТИ СУДНА

При планировании рейса судоводитель обязан учесть гидро­метеорологические условия предстоящего плавания. К ним, в пер­вую очередь, относятся:

- общая циркуляция атмосферы на поверхности Земли;

- направление и сила постоянных и сезонных ветров (пассаты,муссоны, местные ветры);

- направление и скорость устойчивых поверхностных течений, образованных ветрами;

- погодные условия, присущие данному району в период плани­руемого плавания (дожди, видимость, прохождение обычных и тропических циклонов, местные антициклоны, волнение, лед и др. явления).

Под погодой понимают состояние земной атмосферы с учетом температуры, влажности, осадков, видимости, облачности и др. Кли­мат - это многолетние, осредненные преобладающие или характер­ные метеорологические условия в определенном месте или регионе.

Стандартная атмосфера (The standard atmosphere) явля­ется принятая условно вертикальная структура строения атмос­феры, характеризующаяся стандартным давлением на уровне моря в 1013,25 миллибар (760 мм ртутного столба) при температуре 15°С. Скорость уменьшения температуры с высотой (standard lapse rate) 2°С на каждые 300 метров до высоты 11 км, а затем сохраняет по­стоянную минусовую температуру (- 56,5°С).

Общая циркуляция атмосферы. (General circulation of the atmosphere) Тепло, которое обогревает Землю, исходит от Солн­ца. Чем ближе к перпендикулярному к поверхности Земли направ­ление лучей Солнца, тем больше тепловой энергии приходится на каждую единицу земной поверхности. Наблюдения показывают, что наибольшее количество тепловой энергии приходится на тро­пическую зону, и меньше тепла получают места, расположенные в более высоких широтах. Наименьшее количество тепла прихо­дится на полярные регионы.

Вместе с тем, существуют процессы, перемещающие тепло из тропиков в более высокие широты к полюсам. Такой перенос тепла в значительной степени осуществляют ветры, перемещаю­щие воздушные массы, и в меньшей степени океанские течения.

Если бы поверхность Земли была однородной и Земля не вра­щалась вокруг своей оси, то циркуляция атмосферы происходила бы по поверхности Земли в направлении меридианов от полюсов к экватору. Затем нагревалась, поднималась вверх и перемещалась к полюсам, завершая цикл. Но поверхность Земли не однородна. Мас­сы земной суши, разные по высоте, перемежаются с водными про­сторами океанов и морей. Земля вращается вокруг своей оси, совер­шая полный оборот приблизительно за 24 часа, отчего в разное вре­мя поступает на поверхность Земли разное количество тепла. Дви­жение Земли по орбите вокруг Солнца проявляется в сезонных по­ступлениях количества тепла. Эти факторы, совместно с другими, вызывают устойчивое перемещение воздушных масс по поверхнос­ти Земли. Например, вращение Земли вызывает действие сил, из­вестное как сила Кориолиса (Coriolis force), которая вызывают от­клонение масс воздуха от прямого движения из районов высокого давления в районы низкого давления. Отклонение происходит по ходу вправо в Северном полушарии и влево в Южном полушарии.

В некотором расстоянии над земной поверхностью преобла­дающие ветры дуют вдоль изобар, их называют геострофические ветры (geostrophic wind) если изобары имеют форму дуг больших кругов (т.е. сферических прямых), и градиентных ветров (gradient wind) если их движение искривлено. Вблизи поверхнос­ти Земли трение о земную поверхность отклоняет ветер от направ­ления изобар в сторону центра низкого давления. На море, где тре­ние о водную поверхность меньше, чем над поверхностью суши, ветер располагается ближе к изобарам. Слайд 6

Общее направление ветров над Земной поверхностью показа­но на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Упрощенная схема общей циркуляции атмосферы.

Экваториальная полоса низкого давления (The Doldrums). Пояс низкого давления на поверхности Земли вблизи экватора занимает место приблизительно на половине пути между поясами высокого дав­ления, расположенными в широтах 30-35° с каждой стороны. Атмос­ферное давление вдоль малых широт экватора почти неизменно, с ми­нимальным градиентом давления, минимальными скоростями ветра переменных направлений. Как правило, здесь стоит жаркая, влажная и душная погода. Большую часть времени небо затянуто облаками, сравнительно часто идут дожди и грозы. В этом регионе с неустойчи­вой атмосферой иногда случаются периоды с сильными ветрами.

Регион, охватываемый этим поясом вдоль экватора, в восточ­ных частях как Атлантического, так и Тихого океана, шире, чем в западных. Вместе с тем, положение и ширина пояса низкого дав­ления изменяются в зависимости от долготы и сезона. Центр по­яса низкого давления не совпадает с экватором и под влиянием значительных масс суши в среднем размещается севернее линии экватора. Среднее положение пояса низкого давления на 5°N на­зывают метеорологическим экватором.

Пассаты (The trade winds) - ветры на поверхности Земли, дующие из пояса высокого давления к экваториальному поясу низкого давления. В связи с вращением земли движущийся воз­дух отклоняется к западу. Поэтому пассаты в Северном полуша­рии дуют от NE и называются северовосточными пассатами, в то время как в Южном полушарии они дуют от SE и называются юго-восточными пассатами. Пассатные ветры наиболее устойчиво про­являются над восточными районами океанов.

Пассаты считаются очень устойчивыми ветрами, дующими дни и даже недели с очень незначительными изменениями на­правления и скорости. Однако, время от времени они ослабевают или несколько меняют направление. Существуют места, в кото­рых общее направление и скорость ветров могут отличаться от обычных. Ярким примером может служить район среди группы островов в южной части Тихого океана, где пассаты в январе и феврале практически отсутствуют. Наиболее яркое проявление пассатов наблюдают в Южной Атлантике и в южной части Ин­дийского океана. В основном, пассаты действуют сильнее в зим­нее, чем в летнее время.

В июле и августе, когда пояс низкого экваториального давле­ния смещается несколько к северу от экватора, юго-восточные пас­саты передувают через экватор в Северное полушарие, где враще­ние Земли разворачивает их вправо, образуя южные или юго-за­падные ветры. «Юго-западный муссон» на побережье Африки и Центральной Америки частично обязан своим происхождением такому повороту юго-восточного пассата.

Циклоны средних широт редко проникают в район пассатов, в то время, как тропические циклоны возникают в пределах этих районов.

Конские широты (The horse latitudes). Вдоль ближней к полю­су стороне пояса пассата и, приблизительно, на границе пояса высо­кого давления, в каждом полушарии существует другой район со сла­быми градиентами и соответственно легкими, переменными ветра­ми. Этот район называется конскими широтами (horse latitudes). Такое название он получил в те времена, когда в XVI - XVII веках, на парусных судах перевозили лошадей в Америку. Попадая в штиле­вую полосу, суда подолгу вынуждены были лежать в дрейфе. В этих местах первыми погибали кони, оставаясь без пищи и воды.

Погода здесь, в основном, хорошая, хотя часто присутствует низкая облачность. По сравнению с поясом экваториальной деп­рессии, периоды штилей менее постоянны и имеют нерегулярный характер. Разница, в основном, в том, что восходящий поток теп­лого воздуха в экваториальных низких широтах несет с собой боль­шое количество влаги, которая конденсируется при охлаждении воздуха в более холодных верхних слоях атмосферы и выпадает обильными осадками. В конских широтах воздух опускается и ста­новится менее влажным по сравнению с воздухом более низких слоев атмосферы. Осадки здесь бывают крайне редко.

Преобладающие западные ветры (The prevailing westerlies). Со стороны полюсов на границе высокого давления в обоих полу­шариях атмосферное давление снова снижается. Потоки воздуха, которые устремляются вдоль этих градиентов к полюсам, разво­рачиваются под действием вращения Земли к востоку, образуя юго-западные ветра в Северном полушарии и северо-западные в Юж­ном полушарии. Эти две системы ветров известны как преоблада­ющие западные в зонах средних широт.

В Северном полушарии это сравнительно простое образование нарушается циркуляцией вторичных ветров, возникающих под влиянием больших масс суши. В Северной Атлантике между па­раллелями широт 40 и 50°N ветры дуют с некоторых направлений между югом и северо-западом в течение 74% времени, будучи кое-где более устойчивы в зимнее по сравнению с летним временем. Они также более сильные зимой, в среднем имея скорость 25 узлов (6 баллов по шкале Бофорта) по сравнению с 14 узлами (4 балла) в летнее время.

В Южном полушарии западные ветры дуют устойчиво в тече­ние всего года, приближаясь к пассатам. Скорость, хотя и колеб­лется, сохраняет в основном свое значение в пределах от 17 до 27 узлов (5-6 баллов по шкале Бофорта). Широты от 40 до 50°S, где особенно устойчиво действуют эти неистовые ветры, называют ре­вущие сороковые (roaring forties). Такие ветры особенно сильны в широтах около 50° (иногда до 55°S), где их называют неистовые пятидесятые.

Более сильные ветры и их устойчивость в западном направле­нии в Южном полушарии объясняется различием в состоянии ат­мосферного давления и отличием Южного от Северного полуша­рия. Сравнительно однородная водная поверхность и отсутствие суши в Южном полушарии способствуют разгону западных вет­ров. Среднегодовое атмосферное давление в южной полосе высо­кого давления снижается более быстро со стороны, обращенной к Южному полюсу, и более устойчиво по сравнению с Северным по­лушарием, где больше влияет суша.

Ветры полярных регионов (Winds of polar regions). Частич­но оттого, что вблизи географических полюсов Земли температу­ра воздуха наиболее низкая, атмосферное давление здесь остается более высоким по сравнению с окружающими их районами. По­этому ветры дуют со стороны полюсов, и, отклоняясь к западу под влиянием вращения Земли, образуют северовосточные в Арктике и юго-восточные в Антарктике ветры. В местах, где полярные вос­точные ветры встречаются с преобладающими западными ветра­ми, в среднем около параллели 50° южной и северной широты, су­ществует неоднородность в температуре воздуха, силе и направле­нии ветров. Эта неоднородность называется полярным фронтом (polar front). В этих местах сравнительно теплый воздух из более низких широт встречается с холодным полярным воздухом, обра­зуя зону облачности и осадков.

В Арктике общая циркуляция воздуха значительно смягча­ется в связи с окружением водного пространства сушей. Ветры над Северным полярным океаном местами переменные, сильные при­земные ветры наблюдаются редко.

В Антарктике, в отличие от Арктики, массы суши в высо­ких широтах расположены в центре, и окружены водным про­странством. Такие условия скорее увеличивают, чем снижают общую циркуляцию атмосферы. Высокое атмосферное давление, хотя и ниже, чем в конских широтах, больше чем в Арктике, и особенно преобладает в восточной части Антарктики. Холодный воздух с горных плато стекает к морю и уклоняется к западу под влиянием вращения Земли. Катабатические ветры остаются зна­чительными в течение всего года, часто достигая ураганной силы у подножия гор. Здесь наблюдаются самые мощные приземные ветры из всех существующих в мире, уступая только хорошо раз­витым тропическим циклонам.

Сезонные изменения в общей циркуляции (Modification of the general circulation). Муссоны (Monsoons). В летнее время суша континентов становится теплее, чем прилегающей к ней океан. Поэтому низкое атмосферное давление образуется над сушей. Если климатический пояс высокого давления проходит над сушей, то в таких местах происходит нарушение обычного состояния давле­ния. Зимой происходит обратный эффект. Пояс высокого давле­ния усиливается над континентами, воздух над океанскими вода­ми становится сравнительно теплее, движение воздуха поворачи­вает в обратную сторону.

Наиболее яркий пример сезонного перераспределения атмос­ферного давления наблюдают в Китайском море и Индийском океа­не. В летнее время возникает низкюе атмосферное давление над на­гретым Азиатским материком и сравнительно высокое давление со­храняется над прилегающей океанской поверхностью. Между эти­ми двумя системами образуется достаточно устойчивый ветер в сто­рону Азиатского континента. В Южном полушарии в этом районе зона низкого давления простирается до широты 10°S. С мая по сен­тябрь юго-восточный пассат передувает через экватор, после прохо­да экватора разворачивается вправо и действует от юго-западного направления, усиливая муссонный ветер Северной части Индийс­кого океана такого же направления. Во время работы юго-западно­го муссона в Аравийском море и Северной части Индийского океа­на возникает штормовая зона, в которой особенно сильные ветры и высокие волны образуются в районе Африканского рога (мыс Гвар-дафуй) и острова Сокотра. С сентября по май в этих районах дей­ствует серо-восточный муссон, при котором наблюдаются легкие или умеренные ветры от NE, отсутствует волнение, малооблачное небо, редкие осадки, сравнительно прохладный воздух, хорошая види­мость.

У восточных берегов Азии зимний муссон имеет северо-запад­ное направление, летний - юго-восточное. Муссоны также действу­ют в северной части Австралии, у восточных и западных берегов Африки (в Северном полушарии). Муссонные ветры действуют в районах Новой Гвинеи и Малайского архипелага. В средних ши­ротах на западных берегах материков, муссоны, как правило, не наблюдаются. Слайд 7

Океанские ветровые течения. Основная причина возникно­вения океанских течений - устойчивые ветры (пассаты, муссоны). Главная причина образования поверхностных течений, идущих вдоль экватора в западном направлении - NE и SE пассаты. Они приводят в движение огромные массы воды. Между этими, т.е. Северным и Южным экваториальными течениями в противопо­ложную сторону, к востоку, идет узкий поток противотечения.

Рис. 1.2. Схема поверхностных течений в Мировом океане

В Северном полушарии океанские течения циркулируют по часовой стрелке, в Южном - против часовой стрелки (см. рис. 1.2). Так, Северное экваториальное течение переходит в Гольфстрим, которое, в свою очередь, дает начало Северному Атлантическому течению, идущему на восток. Достигая Европейских берегов, оно поворачивает на юг, образуя Португальское течение, которое, в свою очередь, под воздействием сил Кориолиса, разворачивается на запад, переходя снова в Северное экваториальное течение.

Мощные течения возникают в Южном полушарии в сороковых пятидесятых широтах, образуемые западными ветрами.

В Индийском океане под воздействием сильных SW ветров во время юго-западного муссона образуются мощные северо-восточ­ные и восточные течения. Слайд 8

Все течения в океанах идут потоками, как реки в большой массе вод, отличаясь от них скоростью движения и температурой. Современ­ные факсимильные карты поверхностных течений позволяют судово­дителям установить их границы и учесть при планировании перехода.

Не существует ни одного района Мирового океана, где ско­рость течения не достигала бы одного узла. Пассатные течения могут достигать 2-3-х узлов.

Наиболее сильные течения (в скобках дано время достижения ими максимального значения):

Гольфстрим -5,7 уз. (февраль); • Куросио - 5,7 уз. (ноябрь);

Восточно-Австралийское - 4 уз. (апрель);

Мыса Игольного — 5 уз. (апрель);

Сомалийское, вблизи берегов Африки, - 4,5 уз. (сентябрь) Сомалийское, к югу от о.Сокотра, - 6 уз (август), - 7 уз. (сентябрь).

При планировании рейса необходимо учитывать и местные течения, которые также могут достигать значительных величин, например, поверхностное течение в проливе Босфор. Нельзя упус­кать из виду сгоннонагонные течения, возникающие вблизи бере­гов под действием сильных ветров. У этих течений направление зависит от направления ветра и глубины бассейна в этом месте. У приглубых берегов в Северном полушарии течение направлено вправо от направления действия ветра и влево - в Южном, на мел­ководных местах течение совпадает с направлением ветра.

ТУМАНЫ. Туманом называют скопление мельчайших капель воды или кристаллов льда в прилегающих к земной поверхности слоях возду­ха, вследствие которого горизонтальная видимость становится меньше одного километра. В зависимости от причин его образования различают несколько типов тумана, описание которых приводится ниже.

Морской, или адвективный туман. Возникает при перемеще­нии воздушной массы с теплых участков морской поверхности на холодные. Является наиболее распространенным видом тумана. Чаще всего такой туман образуется в конце весны или летом.

Морской туман особенно часто образуется в районе холодных течений (напр., Калифорнийского, Лабрадорского, Курильского), а также там, где холодные и теплые течения проходят близко друг к другу, напр. к юго-востоку от м. Игольный, где теплое течение граничит с относительно холодным течением Западных ветров.

Фронтальный туман. Возникает вследствие испарения теп­лых капель дождя в холодном воздухе. Он наблюдается сплошной полосой перед теплым фронтом или фронтом окклюзии. Этот ту­ман отмечают в средних и высоких широтах. Как правило, он ог­раничивается зоной шириной не более 50 миль.

Туман испарения («парение моря»). Наблюдают в холодное время года над арктическими морями у кромки льда, над полынь­ями и над внутренними морями (Черным, Балтийским), когда очень холодный воздух распространяется над относительно теп­лой поверхностью моря. В результате испарения водяной пар по­падает в холодный воздух и начинает конденсироваться. Туман испарения обычно клубится. Он строго локализован над теплой испаряющей поверхностью и не достигает большой высоты.

Радиационный туман. Образуется в результате охлаждения подстилающей поверхности и прилегающего к ней слоя воздуха под влиянием излучения и турбулентного перемешивания. Над морем такой туман возникает в устойчивых антициклонах в хо­лодное время года, главным образом вследствие длительного вы­холаживания воздуха в нижних его слоях. Вследствие турбулент­ного переноса водяного пара вверх сначала развиваются слоистые облака на высоте нескольких сот метров. Затем эти облака посте­пенно распространяются сверху вниз до земной поверхности, и тогда их уже называют туманом. Такой туман может сохраняться продолжительное время над большими районами.

Прогноз тумана. При прогнозе возникновения тумана следует прежде всего руководствоваться климатическими характеристика­ми данного района. Образование тумана всегда следует ожидать:

• вблизи кромки льда;

при перемещении теплого воздуха над холодным течением; при резком потеплении;

• в зоне теплого фронта.

ВОЛНЕНИЕ. Ветер образует на поверхности моря волны. Их можно подразделить на ветровые (трехмерные) и зыбь (двухмерное волнение). Трехмерное волнение находится непосредственно под воздействием вызвавшего их ветра. Волны такого волнения имеют длину, высоту и ограничены по фронту, каждая волна движется отдельно. Волны зыби не ограничены по фронту, идут вал за валом от горизонта до горизонта. Они распространяются в области волно­образования после ослабления ветра и/или изменения его направ­ления более чем на 45°, либо приходят из области волнообразова­ния в область, где дует ветер с другой скоростью и/или в другом на­правлении, или же вообще ветер отсутствует. Зыбь, которая распро­страняется при отсутствии ветра, называют мертвой зыбью.

В море часто наблюдается смешанное волнение, при котором одновременно существуют ветровые волны и зыбь. Ветровые вол­ны по своей форме большей частью являются высокими, коротки­ми, крутыми с небольшими гребнями. Для зыби характерны длин­ные, низкие и пологие волны с длинными гребнями.

Волнение в каждом районе зависит от многих факторов, в пер­вую очередь от силы ветра, его продолжительности, разгона вол­ны и глубины моря. В Северной части Атлантического океана были отмечены волны высотой 15 м. Наиболее высокие волны, 21 м и больше, наблюдались в Северной части Тихого океана, наиболее длинные, до 340 м, зарегистрированы в Южной части Индийского океана. Последние наблюдения со спутников и станций, установ­ленных на нефтяных платформах, показали, что существуют так называемые волны-солитоны, отдельные волны, значительно пре­вышающие по высоте преобладающее в этом районе волнение. Природа возникновения таких волн еще не объяснена, существу­ют только отдельные гипотезы. Волнение силой 6 баллов и более в океанах составляет примерно 20%, в Северном море - 12%, в Бал­тийском и Черном морях примерно 1 %.

Волнение характеризуется высотами волн определенной обес­печенности. Под обеспеченностью понимают вероятность встречи с волнами указанной или большей высоты. В Украине и странах СНГ принята оценка высот волн 3% обеспеченностью, которую обозна­чают как h_3%. Во многих западных странах принята оценка высоты волн по среднему значению из 1/3 наиболее высоких волн. Такая высота обозначается знаком h.„ и соответствует высоте волн обес-печенностью около 14%. Высота волн h_1/3 соответствует примерно глазомерной оценке высоты волн опытным наблюдателем с мости­ка судна. Зависимость между оценками h_3% = l,4h_1/3, т.е. оценен­ная, например, глазомерно высота волны в 4 м будет соответство­вать трехпроцентной обеспеченности высоты волны в 5,6 м. Поэто­му, когда из разных источников на одно и то же время для одного и того же места сообщают разные высоты волн, то это не ошибка, а оценка волн в разной обеспеченности.

В открытом море, для того, чтобы волны достигли максималь­но возможной высоты для данной силы ветра, необходим разгон волн на акватории не менее 750 миль и действие ветра не менее суток. На ограниченной акватории, например в Черном море, вол­ны при любой силе ветра не превышают 7 м. На мелководье волне­ние имеет характерные особенности. Здесь волны быстрее дости­гают максимальных размеров и быстрее затухают после прекра­щения действия ветра. Так, на мелководном Азовском море при скорости ветра 20 м/с волны достигают максимальных размеров примерно в течение часа. Даже при очень сильных ветрах разме­ры волн на мелководье меньше, чем в глубоководных районах, но зато они отличаются значительной крутизной. Максимальная высота волн на мелководье не может быть больше 0,8 глубины моря в этом месте. Скорость и длина волн на мелководье уменьшаются, а период волны остается постоянным. Высота волны на мелково­дье растет и при достижении крутизны волны a = h/A,«l/ll, вол­на разрушается.

Глубина моря начинает существенно влиять на высоту волн в тех случаях, когда она меньше 6-7 значений высоты волны. Та­ким образом мелководные районы моря с точки зрения деформа­ции волн не имеют постоянных морских границ. В каждом отдель­ном случае границей будет служить изобата, соответствующая шести-семикратной высоте преобладающих волн.

В прибрежной мелководной зоне наблюдается изменение на­правления движения волн. Разнообразные местные условия могут существенно влиять на характер волнения в мелководных райо­нах. Так, например, на Ньюфаундлендской банке, где глубина со­ставляет около 160 м, при глубинах в прилегающих районах Ат­лантического океана до 2000 м, отмечается резкое изменение ха­рактера волнения и толчея. Об особенностях волнения в различ­ных районах сообщают в лоциях. Эти особенности судоводителям следует учитывать и при прокладке пути стараться избегать мел­ководных районов во время шторма.

Дата добавления: 2014-01-03