2014-02-24
1439
План лекции
1. Общая оценка гидрометеорологических условий плавания в мировом океане.
2. Зоны распределения давления и преобладающих ветров и погода в них
3. Циклоны.
4. Тропические циклоны и правила расхождения судна с тропическим циклоном.
5. Антициклоны.
Рекомендованная литература:1,2,3,6,9.
Основные теоретические положения
1. Общая оценка гидрометеорологических условий плавания в мировом океане.
Изучение условий плавания в Мировом океане или его районах сводится к рассмотрению физико-гидрологических процессов, протекающих в воздушной и водной средах, и степени их воздействия на судно. В основе методов изучения лежит непременное условие рассматривать все элементы, характеризующие эти явления, в комплексе.
Погода в том или ином районе Мирового океана формируется под
влиянием климатологических центров действия атмосферы. Основополагающим фактором формирования таких погодных условий, как ветер, облачность осадки является температура воздуха тропосферы, т.к. от температуры зависят удельный вес воздуха и поэтому в районах с холодным воздухом атмосферное давление – повышенное, а в районах с теплым воздухом – пониженное. Температура воздуха зависит от степени нагрева поверхности Земли, которая в свою очередь зависит от двух основных факторов:
1. от угла наклона солнечных лучей к поверхности Земли;
2. от теплоемкости земной поверхности (теплоемкость – это количество тепла, при котором температура вещества повышается на 1°С).
Угол наклона солнечных лучей к поверхности Земли зависит от времени года и от широты места. Величина угла наклона лучей колеблется от 0° на полярных кругах (параллели 66°33´ N и 66°33´ S)до 90° на тропических кругах (параллели 23°27´N и 23°27´S). Поэтому в зависимости от широты места – поверхность Земли состоит из следующих физико-географических полюсов:
1. ЭКВАТОРИАЛЬНЫЙ пояс – между параллелями 8°N и 11°S$
2. СУБЭКВАТОРИЛЬНЫЕ пояса – между параллелями 8°N и 20°N, а так же между параллелями 11°S и 20°S
3. ТРОПИЧЕСКИЕ пояса -.между параллелями 20°N и 30°N, а так же между параллелями 20°S и 30°S.
4. СУБТРОПИЧЕСКИЕ пояса – между параллелями 30°N и 40°N, а так же между параллелями 30°S и 40°S.
5. УМЕРЕННЫЕ пояса – между параллелями 40°N и 65°N, а так же между параллелями 40°S и 58°S
6. СУБАРКТИЧЕСКИЙ пояс между параллелью 65°N и северным полярным кругом (66°33´N).
7. СУБАНТАРКТИЧЕСКИЙ пояс – между параллелью 58°S и южным полярным кругом (параллель 66°33´S).
8. АРКТИЧЕСКИЙ И АНТАРКТИЧЕСКИЙ пояса – полярные районы, ограниченные северным и южным полярными кругами.
Поскольку теплоемкость суши значительно больше, чем теплоемкость воды, то в летний период поверхность материка нагревается быстрее, чем морская поверхность, а в зимний период поверхность материка остывает так же быстрее, чем морская поверхность. Поэтому температура воздуха над материком выше, чем над океанами и наоборот.
Туманы, осадки и видимость – факторы, тесно связанные между собой. Сами по себе они не влияют на движение судна, но при большой интенсивности создают зоны плохой видимости, вынуждая судно значительно снижать скорость движения из-за возрастающей опасности столкновения со встречными судами, плавучими льдами, айсбергами и другими опасностями.
Туманом называется скопление мельчайших капель воды или кристаллов льда в прилегающих к земной поверхности слоях воздуха, вследствие которого горизонтальная видимость становится меньше 1 км. В зависимости от причин его образования различают несколько типов тумана:
- Морской, или адвективный, туман возникает при перемещении воздушной массы с теплых участков морской поверхности на холодные и является наиболее распространенным. Чаще всего этот туман наблюдается в конце весны и летом. Морской туман особенно часто образуется в районе холодных течений (например. Калифорнийского, Лабрадорского и Курильского), а также гам, где холодные и теплые течения проходят близко друг к другу, например к юго-востоку от мыса 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 отмечается в умеренных и высоких широтах и ограничивается зоной шириной обычно не более50 миль.
- Туман испарения («парение моря») наблюдается в холодное время года над арктическими морями у кромки льда, над полыньями и над внутренними морями (Черное, Балтийское), 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, но строго локализован над теплой испаряющей поверхностью. Этот туман невысокий.
- Радиационный туман образуется в результате охлаждения подстилающей поверхности и прилегающего слоя воздуха под влиянием излучения и турбулентного перемешивания. Над морем этот 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 на холодное течение;
-при резком потеплении;
-в зоне теплого фронта.
При наличии фактических данных о температуре воздуха и воды, точке росы и относительной влажности можно провести ориентировочную оценку вероятности образования тумана.
ОСАДКИ. Осадки (дождь, снег, крупа, град и т.д.) подобно туманам ухудшают видимость. При изучении осадков обращают внимание не только на их количество, но и на число дней выпадания в определенный срок (например, в месяц).
Обеспечение судов современными радионавигационными приборами снижает их зависимость от некоторых природных явлений, но не исключает необходимости их учета.
Сезонное колебание температуры воздуха приводит к изменению атмосферного давления. Среднее атмосферное давление на уровне моря –760 мм. рт. ст., или1013 мбар. Распределение атмосферного давления на поверхности земли неравномерно. Это обусловлено тем, что давление воздуха зависит от его плотности и от широты места, так как с широтой изменяется сила тяжести.
Атмосферное давление изменяется с высотой; оно не везде одинаково на одном и том же уровне и в каждой точке атмосферы непрерывно меняется с течением времени; стало быть, непрерывно меняется и распределение его в атмосфере. Изменения давления в любой точке связаны с изменениями всей массы воздуха над этой точкой, а изменения массы воздуха обусловлены, в свою очередь, движением воздуха.
Учитывая разницу изменений температуры в атмосфере над материком и океаном в летнее время над сушей возникает область пониженного давления, а над океаном – область повышенного давления, и наоборот.
По результатам многолетних наблюдений на поверхности Земли образовались устойчивые зоны повышенного и пониженного атмосферного давления, которые оказывают основное влияние на климат и поэтому называются – Климатологическими центрами действия атмосферы.
Рисунок 1.- Общая циркуляция атмосферы
По степени устойчивости – климатологические центры действия атмосферы делятся на круглогодичные и сезонные.
К круглогодичным климатологическим центрам относятся следующие районы земного шара:
1. Полярные максимумы атмосферного давления – области высокого давления (В) в Арктике и Антарктике;
2. Экваториальный минимум атмосферного давления – область низкого давления (Н) в районе экватора;
3. Азорский максимум атмосферного давления (Азорский максимум) – область высокого давления (В) в районе Азорских островов (Азорский антициклон).
4. Исландский минимум атмосферного давления (Исландский минимум) область низкого давления (Н) в районе Исландии (Исландский циклон).
5. Южно-полярный минимум атмосферного давления – область низкого давления (Н) вдоль южного полярного круга (вдоль параллели 66°33´S);
6. Южно-Американский максимум атмосферного давления (Южно-Американский макс.) – область высокого давления (В) в районе южной оконечности континента Южной Америки (Южно-Американский антициклон);
7. Южно-Африканский максимум атмосферного давления (Южно-Африканский макс.) – область высокого давления (В) в районе Южной оконечности Африки (Южно-Африканский антициклон).
8. Австралийский максимум атмосферного давления (Австралийский максимум) – область высокого давления (В) в районе Австралии (Австралийский антициклон).
9. Гавайский (Гонолульский) максимум атмосферного давления (Гавайский максимум) – область высокого давления (В) в районе Гавайских островов (Гавайский антициклон).
Рисунок 2.- Среднее распределение атмосферного давления: а – январь; б – июль;
К сезонным климатологическим центрам относятся области повышенного и пониженного давления, которые имеют место только в летний или зимний периоды времени:
1. Зимний канадский максимум атмосферного давления (Канадский макс.) – область высокого давления (В) в районе Канады и США в зимнее время года (Канадский антициклон).
2. Летний Канадский минимум атмосферного давления (Канадский мин.) – область низкого давления (Н) в районе Канады и США в летнее время года (Канадский циклон);
3. Зимний сибирский (азиатский) максимум атмосферного давления (сибирский max) – область высокого давления (В) в районе Сибири в зимнее время года (Сибирский антициклон);
4. Зимний Алеутский минимум атмосферного давления (Алеутский min) – область низкого давления (Н) в районе Алеутских островов в зимнее время года (Алеутский циклон);
5. Летний Аравийско-Индийский минимум (Аравийско-Индийский min) – область низкого давления (Н), которая простирается от Аравийского полуострова до Индии в летнее время года (Аравийско-Индийский циклон);
6. Зимний средиземноморский минимум – область низкого давления, которая простирается в районе Средиземного и Черного морей (Средиземноморский циклон).
Основной причиной возникновения ветра является неравномерное распределение атмосферного давления: воздушные массы всегда стремятся переместиться из области высокого атмосферного давления в область низкого атмосферного давления. На движение воздушных масс оказывает влияние несколько сил, среди которых наиболее значительны сила барического градиента, отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса) и сила трения.
Сила барического градиента является основной силой, сообщающей ускорение воздуху, т. е. вызывающей ветер и меняющей его скорость. Если бы на воздушные частицы действовала только эта сила, то направление ветра совпадало бы с направлением барического градиента, т. е. от высокого давления к низкому. В действительности все гораздо сложнее.
Под влиянием отклоняющей силы вращения Земли воздушные потоки отклоняются от направления барического градиента и северном полушарии вправо, а в южном – влево. В результате этого в северном полушарии в области низкого давления циркуляция воздуха происходит против направления движения часовой стрелки, в южном – по направлению движения часовой стрелки. Такая циркуляция воздушных масс называется циклонической.
В области высокого давления циркуляция воздуха происходит по направлению движения часовой стрелки в северном полушарии и против направления движении часовой стрелки – в южном. Такая циркуляция называется антициклонической.
Так как сила барического градиента и отклоняющая сила вращения Земли направлены в противоположные стороны и уравновешиваются, то воздушные частицы движутся вдоль изобар (линий одинакового давления). Это происходит в том случае, если движение воздуха прямолинейное и равномерное. Такой ветер называется геострофическим; скорость его прямо пропорциональна величине горизонтального барического градиента: чем гуще изобары на картах давления, тем больше горизонтальный барический градиент давления и тем сильнее ветер. Чисто геострофический ветер практически не наблюдается, но на высоте около 1 км и выше ветер дует приблизительно вдоль изобар с незначительными отклонениями.
Сила трения направлена в сторону, противоположную движению воздушного потока. Она уменьшает скорость и изменяет направление его движения. Влияние этой силы велико у поверхности земли, где она отклоняет воздушный поток влево от изобар, в результате чего он движется не вдоль изобар, а под некоторым углом (20–30°) к ним в сторону низкого давления. Поэтому в северном полушарии в нижних слоях циклона воздушный поток направлен против движения часовой стрелки от периферии к центру, а в антициклоне – по часовой стрелке от центра к периферии. Над морем сила трения меньше, чем над сушей. Исчезает сила трения лишь на высоте около 1 км.
