|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Судовождение 6 страницаТемпература воздуха и воды является одним из основных факторов воздействия на судоводителя. Суточный и годовой ход температуры воздуха зависит от притока солнечного тепла и характера подстилающей поверхности. Многочисленные наблюдения показали, что над сушей минимум температуры наступает незадолго до восхода Солнца, над водой (при больших площадях) - через 2-3 часа после его восхода. С восходом Солнца температура земной поверхности быстро повышается и передается воздуху. Максимум температуры воздуха обычно наступает над сушей к 14-15 часам, над водой - к 15-16 часам, после чего температура начинает снова медленно понижаться (с 17 часов до захода Солнца - период быстрого понижения температуры). Следует отметить, что такой суточный ход температура характерен только для устойчивой ясной погоды. Линия равных значений температуры, нарисованная на синоптической карте, носит название изотермы. За температуру воздуха у земной поверхности принимают показания термометра, установленного на высоте 2 м от поверхности почвы, вдали от жилых помещений, защищенного от прямой солнечной радиации и хорошо вентилируемым. Шкалы применяемых термометров могут быть разбиты как в градусах Цельсия, так и Фаренгейта, поэтому полезно помнить, что 1°F = 5/9 °С. (Для сведения - градус температурной шкалы Фаренгейта - это 1/180 часть температурного интервала между точкой таяния льда и точкой кипения воды). Температура воздуха в пределах 16° - 22°С и воды 15°- 20°С является наиболее оптимальной для эксплуатации маломерных судов, в то время как высокая температура при большой влажности, равно как и низкая (в весенне-летний и осенне-зимний периоды) сказываются отрицательно и сопряжены с повышенной опасностью, а плавание в ненастную погоду при температуре воды 3°-5°С и воздуха минус 5°- 15°С ведет к обледенению судна и его гибели. Обледенение - это интенсивное (при забрызгивании) нарастание слоя льда на палубе, фальшборте, надстройках, рангоуте, при непринятии соответствующих мер к его удалению - ведет к потере остойчивости и опрокидыванию судна. Интенсивность обледенения зависит от температуры поверхностного слоя воды, температуры воздуха, силы ветра, степени волнения, типа (заливаемое™) судна и его курса по отношению к ветру и волнению. Одним из важнейших факторов безопасного плавания для судоводителя является видимость (дальность видимости) - расстояние, на котором днем исчезают последние признаки наблюдаемого объекта (становятся неразличимыми его очертания), а ночью становится неразличимым нефокусированный источник света определенной интенсивности. Видимость оценивается в баллах, глазомерно по ряду объектов, расположенных на различных расстояниях от наблюдателя, по международной шкале видимости.
Приступая к рассмотрению факторов, оказывающих влияние на видимость, напомним читателю, что вода, поступая в атмосферу в результате испарения с водных поверхностей, находится там в трех состояниях: газообразном (невидимый глазом водяной пар), жидком (дождь) и твердом (снег, град). Туманом называется скопление мельчайших капелек или кристалликов льда в прилегающих к земной поверхности слоях воздуха, вследствие которого горизонтальная видимость становится менее 1 км. При видимости в пределах от 1 до 10 км. это скопление называется дымкой. В зависимости от состояния капелек туман носит название водяного или ледяного. Следует отметить что даже при температуре воздуха до минус 20 °С туман еще будет водяным. В зависимости от условий образования различают радиационные и адвективные туманы. Туманы первого рода характерны для суши, образуются обычно в предутренние часы, часто в понижениях местности, имеют небольшую вертикальную величину (1-2 км), кратковременны, рассеиваются после восхода Солнца с повышением температуры воздуха. Для прибрежных районов морей и материков характерны туманы второго рода. Такие туманы, образующиеся при медленном выносе с моря влажного и еще теплого от воды воздуха на холодную сушу (особенно в осенне-зимний период), отличаются большей устойчивостью, значительной вертикальной величиной, площадью распространения и наблюдаются, как правило, при скорости ветра до Юм/ сек. Существуют еще туманы испарения (парение моря), которые возникают в зимнее время над незамерзающей по каким - либо причинам водной поверхностью и представляют из себя конденсат водяного пара с этой поверхности, обычно малой (несколько метров) высоты. Облака, являясь, как и туманы, конденсатом водяного пара, образуются на определенной высоте над подстилающей поверхностью и основная причина их образования - восходящее движение воздуха. Основные типы облаков: > кучевообразные (могут развиваться на высотах от 1, 5 км до 14, в зависимости от распределения температуры воздуха в атмосфере); > слоистообразные (развиваются на высотах от нескольких десятков метров до нескольких сотен, но занимающие большие, до нескольких сотен километров в ширину, площади); > волнистые ( возникают на любой высоте, длина волн колеблется от 50 до 2000 метров, вертикальная величина мала). Классификации облачности по ярусам
Существующая международная классификация облаков основана на их внешнем виде и состоит из 10 основных форм и двух дополнительных. Кроме того, облака разделяются по ярусам в зависимости от высоты их нижней границы (см. таблицу на стр. 139). Для сведения судоводителей - цветные фотографии самых распространенных форм облаков, в соответствии с указанной международной классификацией собраны в Атласе облаков для судовых наблюдений, которые необходимо производить судоводителям, ибо такие наблюдения зачастую позволяют судить о предстоящей погоде и подтверждают полученный прогноз. Облачность обычно оценивается глазомерно, в баллах (до 10), по степени закрытия неба облаками. Один балл -10% площади небосвода. Воду (в жидком или твердом состоянии), выпадающую из облаков или осаждающуюся из воздуха на поверхности земли или предметов принято называть осадками. По происхождению и характеру выпадения атмосферные осадки подразделяются на ливневые, обложные и моросящие, жидкие (дождь, морось), твердые (снег, град, крупа) и смешанные. Ливневые осадки - начинаются и заканчиваются внезапно, кратковременны (от нескольких минут до 2-3 часов), выпадают из кучево-дождевых облаков в виде дождя, снега, снежной (ледяной) крупы или в сочетании с дождем в виде града. Обложные осадки - продолжительный, умеренной интенсивности, дождь или снег при пасмурной погоде, выпадают, как правило, из слоисто-дождевых облаков на больших площадях. Моросящие осадки (морось) - выпадают из слоистых облаков в виде очень мелких капель или снежных крупинок. Морось отличается от мелкого обложного дождя тем, что образующие ее частицы как бы плавают в воздухе. Количество выпадающих осадков принято измерять толщиной слоя воды (в миллиметрах), который образовался бы от дождя (растаявшего снега) на горизонтальной поверхности, если бы вода никуда не стекала. Когда говорят, что выпал Рис. 133. Барометр-анероид 1 мм осадков - это означает, что на каждый 1 м2. земной поверхности выпал 1 литр воды. Атмосферное давление (давление воздуха, барометрическое давление) определяется весом столба воздуха, который давит на единицу площади горизонтальной поверхности. Давление с давних времен измерялось вы- сотой ртутного столба в миллиметрах (дюймах). В двадцатых годах в практику введена новая единица измерения давления - миллибар (мб) - единица атмосферного давления, равная 1000 дин на 1 см2. Дина (из физики) - сила, сообщающая массе в 1 г ускорение движения на 1 см в сек2. Нормальное давление равно 1013, 25 мб, стандартное - 1000 мб (750 мм). На судах встречаются приборы, измеряющие давление как в одних, так и в других единицах, поэтому для перевода одних в другие следует помнить, что 1 мб приблизительно равен 0, 75 мм рт. ст., а 1 мм рт cm равен 1, 3 мб. Для облегчения перевода существуют специальные таблицы, приведенные, для облегчения судоводителями поиска в приложении к настоящему пособию. Прибор для измерения атмосферного давления носит название барометра. По принципу действия различают жидкостный, анероид, гипсотермометр, газовый барометры. Основным прибором для измерения давления на судах является барометр-анероид (рис. 133). Шкала прибора проградуирована в миллиметрах ртутного столба, на ней встроен термометр. При выполнении наблюдений необходимо слегка постучать по стеклу, после чего отсчитать показания с точностью до 0, 1 мм, которые необходимо исправить тремя поправками - шкалы, на температуру прибора и добавочной поправки, которые все выбираются из паспорта. Для наблюдения за изменениями давления в течение определенного промежутка времени и графической записи показаний служит барограф, который автоматически и непрерывно (в течение суток или недели - в зависимости от оборота барабана) ведет запись атмосферного давления. Общий вид барографа показан на Барограф устанавливается и закрепляется, как правило, на столе в рубке Для использования на судах удобнее барографы с недельным оборотом барабана. По барографу определяется очень важная для прогнозирования погоды характеристика - барическая тенденция, характеризующая изменение давления, особенно за последние 3 часа (рост или падение). Атмосферное давление - одна из основных составляющих, учитываемых при прогнозировании погоды. Существующие кар- ты распределения атмосферного давления называются карта- ми барического поля и представляют из себя нарисованные на т. н. немых географических картах линии изобар - линий, соединяющих места с равным (одинаковым) давлением. Изобары, как правило, проводятся через 5 мб и соответственно подписываются, что позволяет наглядно видеть районы с преобладанием высокого и низкого давления. Основными формами барического рельефа (приведены на рис. 135) являются: > циклоны (барические минимумы) - области низкого атмосферного давления (нарисованы концентрическими замкнутыми изобарами, значение (по величине давления) каждой из которых уменьшается к центру, в центре - самое низкое давление; > антициклоны (барические максимумы) - области высокого атмосферного давления, также рисуются системой концентрических изобар, только величины их значений к центру увеличиваются, в центре - самое высокое давление; > ложбины - вытянутые от циклона области пониженного давления с горизонтальной осью, причем изобары в области ложбины либо приблизительно параллельны, либо имеют вид буквы V; > гребни - вытянутые от антициклона области повышенного давления без замкнутых изобар; > седловины - области барического поля между двумя циклонами или двумя антициклонами, расположенные в шахматном порядке (крест-накрест). > фронты - переходная зона или (условно) поверхность раздела между двумя воздушными массами в атмосфере. Рис. 135. Основные формы барического рельефа: а - циклон; б - антициклон; в • ложбина; г - гребень; д - седловина. Ветром называется горизонтальное перемещение воздуха относительно земной поверхности. Причина возникновения - неравномерное распределение давления на Земле и перемещение масс воздуха из районов с повышенным давлением в районы с низким, причем, большое значение в этом случае имеет температура воздуха, влияющая на плотность массы. Основной характе ристикой ветра является его направление и скорость (сила). В гидрометеорологии за направление ветра принимается то направление по компасу, откуда он дует. Существует мнемоническое правило для судоводителей при определении направления: ветер дует в компас, течение вытекает из компаса. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду, километрах в час или в узлах (морская миля в час). Сила ветра определяется в баллах, глазомерно, по воздействию на предметы и водную поверхность по шкале Бофорта от 0 до 12 баллов (см. приложение к пособию на стр. 360). Распределение воздушных потоков в барических системах представлено на рис 136. В циклоне и ложбине ветер направлен по изобарам, оставляя (в северном полушарии) центр низкого давления слева, т. е. будет вращаться против часовой стрелки, в южном - наоборот (если смотреть сверху). В антициклоне ветер также направлен по изобарам, но по часовой стрелке в северном полушарии и против - в южном. Отсюда вытекает один из практических приемов нахождения центра циклона в северном полушарии - слева и несколько впереди, если встать спиной к ветру. Самым распространенным прибором для измерения скорости ветра на судах являются ручной анемометр (рис. 137). Ручной анемометр МС-13 является 4-чашечным с механическим счетчиком оборотов крестовины. Показания всех счетчиков (стрелок) запоминаются (записываются) перед и после операции по замеру, анемометр включают на 100 сек и, разделив затем полученную разность показаний на 100, получаем скорость ветра в метрах в секунду. Замер производится на наветренной стороне мостика (рубки), палубы. Кстати, борт судна, обращенный к ветру именуется наветренным, противоположный - подветренным. На движущихся судах определяется направление т. н. кажущегося ветра, являющегося векторной суммой истинного и курсового ветра, причем, направление курсового ветра противоположно курсу судна, а скорость равна скорости судна. Для определения истинного ветра существует круг СМО (ветрочет, рис. 138), представляющий из себя круглый планшет с наклеенной миллиметровой бумагой, поверх которой на центральной оси свободно вращается круг из оргстекла с нарисованными на нем градусными делениями, Для определения истинного ветра необходимо: отложить от центра в направлении указателя его скорость в выбранном судоводителем масштабе; обозначив конец вектора точкой, подвести к указателю деление, соответствующее курсу судна и, отложив от центра круга в выбранном масштабе скорость судна, ставим вторую точку; совместив вращением круга обе поставленные точки по одной из вертикальных линий планшета, параллельной диаметру, проходящему через центр круга и указатель таким образом, чтобы вторая точка была выше первой, судоводитель получит против стрелки-указателя направление истинного ветра, а расстояние между точками в выбранном масштабе будет равна его скорости. Вся операция по определению истинного ветра таким способом занимает не более 2 мин. при определенных навыках судоводителя. Кроме скорости и направления, ветер характеризуется по направлению как постоянный или меняющийся, по скорости - ровный, порывистый и шквалистый (резко выраженный порывистый). Ветер скоростью около 5-8 м/сек считается умеренным, выше 14 м/сек - сильным, выше 20 - 25 м/сек - штормом, а свыше 30 - 35 м/сек - ураганом. Резкое кратковременное усиление ветра до значений порядка 20 м/сек и выше носит название шквала, а полное безветрие - штиль. Существуют понятия: местный ветер, бриз (прибрежный ветер с резкой полусуточной периодикой смены направлений берег-море), фен (ветер с гор на Черном и Беринговом морях), бора (почти то же, что и фен, в районе Новороссийска), ледниковый ветер (дует устойчиво с ледника в долину), тайфун - местное (на Тихом океане) название тропических циклонов, смерч {рис. 139) - маломасштабный вихрь с вертикальной осью, возникающий обычно в передней части кучево-дождевого облака, откуда и распространяется до поверхности земли (воды). Средняя скорость перемещения такого смерча 30-40 км/час, диаметр - несколько десятков метров, скорость ветра внутри может достигать 100 м/ сек. Иногда направление ветра определяют: по курсу - встречный, попутный; на внутренних водных путях - по направлению течения реки - верховой (дует по направлению течения), низовой (дует против течения), по расположению берегов - навальный (дует в сторону берега), отвальный (дует от берега). В о л н ы на водных объектах классифицируются по различным признакам. Основная классификация волнения производится по его происхождению, т. е. силам, вызывающим волнение: > ветровые, образующиеся под воздействием ветра, и зыбь - по его окончанию; > приливо - отливные, образующиеся под воздействием сил притяжения Солнца и Луны; > аномобарические, возникающие при сгонах и нагонах воды и при резких изменениях атмосферного давления; > цунами, возникающие при динамических процессах в земной коре (земле и моретрясениях, извержениях вулканов и т. п. ); > корабельные (судовые), возникающие при движении кораблей (судов). Кроме того, волны классифицируются: > по действию силы (свободные и вынужденные); > по изменчивости элементов волн по времени (установившиеся и неустановившиеся); > по расположению в толще воды (поверхностные и внутренние); > по форме (двухмерные, трехмерные, уединенные или одиночные); > по отношению длины волны к глубине водного объекта (короткие и длинные); > по перемещению формы волны (поступательные и стоячие). В данном пособии будет рассматриваться классификация, принятая в гидрометеорологии и только один ее раздел - ветровые волны. Ветровые волны возникают вследствие передачи энергии ветра частицам воды на поверхности водного объекта. Начинаясь с очень малых (т. н. капиллярных волн), волнение, под воздействием ветра приобретает все. Рис. 140 Элементы волн большую энергию, высоту и длину. При усилении ветра появляются барашки, гребни волн опрокидываются и срываются, образуя пенные полосы. С прекращением воздействия ветра ветровое волнение переходит в зыбь- волнение, распространяющееся по инерции в виде свободных волн, причем направление зыби может значительно отличаться от направления ветра. Зыбь при полном штиле носит специфическое название мертвой зыби. Волны состоят из чередующихся между собой валов и впадин и характеризуются следующими элементами (рис. 140): гребень - наивысшая точка волнового профиля; подошва (ложбина) - низшая точка волнового профиля; высота h - расстояние по вертикали от подошвы до гребня; длина - расстояние по горизонтали между соседними гребнями или подошвами; крутизна - наклон волнового профиля в данной точке к горизонту; фронт - линия, проходящая вдоль гребня волн; период - промежуток времени между прохождением двух последовательных гребней (подошв) через одну и ту же точку пространства или, иначе, промежуток времени, в течение которого волна проходит расстояние, равное своей длине; скорость распространения С - расстояние по горизонтали, проходимое гребнем (подошвой) волны в единицу времени в направлении ее перемещения. Основными элементами характеристики волнения являются: высота, длина, период и скорость распространения волн. Ветровое волнение на внутренних водных объектах, в отличие от океанов и глубоких морей, характеризуется меньшей величиной даже при длительном шторме, значительной крутизной волны, быстрым достижением максимальных размеров после начала действия ветра и затуханием по его прекращении. Волнение одно из самых распространенных и опасных для судоходства природных явлений. Вызывая килевую и бортовую качку, значительную потерю в скорости (до 50%) даже при попутной волне, ухудшение и, в ряде случаев, потерю управляемости, смещение груза, разрушение рангоута, надстроек, а иногда и корпуса судна, волнение часто приводит к серьезным авариям, потере людей, груза, зачастую и самого судна. Сильное, как и длительное, волнение отрицательно сказывается на работе экипажа, судовых машин и механизмов, навигационных приборов, состоянии пассажиров. Течения, оказывая непосредственное влияние на скорость и направление движения судна, также имеют важное значение для судовождения. Классификация морских течений: а) по силам, их вызывающим - градиентные течения (из-за разности в уровнях или плотности б) по устойчивости - постоянные, периодические, временные (непериодические); в) по глубине расположения - поверхностные ( в навигационном слое, 0-15 м), глубинные и придонные; г) по физико-химическим свойствам масс воды - теплые и холодные, соленые и распресненные. принимается то направление, куда течет масса воды (еще раз напомним, что течение вытекает из компаса), его скорость измеряется в метрах в секунду, километрах в час либо в узлах (миля в час). Течение определяется несколькими методами: навигационным (сравнением счислимых и обсервованных мест судна при отсутствии ветрового влияния), методом поплавков (инструментальные наблюдения за поплавками или вешками, помещенными в массе воды) и электромагнитным методом (измерением ЭДС соленой воды при пересечении ею силовых линий магнитного поля Земли). Последний способ, как нетрудно догадаться, применим только в морях и океанах. Классификация речных течений: тиховоды - медленные течения, образующиеся за выпуклыми берегами, крупными песчаными отложениями в русле и т. п.; водовороты - постоянное вращательное движение воды на участке водотока со скоростью основного потока, иногда создают глубокие ямы (омуты); суводи - вращательное движение воды на участке реки, как правило, за выступами берегов, мысами, выпуклыми берегами, сильно вдающимися в русло, существуют постоянно или возникают в половодье; майданы - беспорядочное вращательное движение воды на участке реки в виде подвижных вихрей различных размеров, образуются над крупными подводными препятствиями при небольшой глубине над ними, на перекатах, при других резких изменениях формы дна; прижимное течение - течение на участке реки, в котором слои воды направлены к берегу; свальное течение - течение, направленное под углом к судовому ходу, возникают из-за разности уровней воды по ширине реки, перед мостами - из-за подпора воды пойменными дамбами, вызывает смещение судов с судового хода и навал судов; затяжные течения - у входов в протоки, особенно сильны во время половодья; сулой - взброс воды на поверхности акватории при резком уменьшении скорости течения при столкновении разнонаправленных потоков или выходе течения из узкости, наблюдается в проливах или в устьях рек, напоминает по виду поверхность кипящей воды, бывает достаточно высоким, представляет опасность для маломерных судов. Кроме того, судоводитель должен помнить, что любые мосты (опоры), дамбы плотины, другие сооружения в руслах рек вызывают, как правило, течения разного направления и скорости. На водохранилищах течения возникают из-за воздействия ветра (ветровые, сгонно-нагонные) и стока воды. В последнем случае наибольшая скорость течения вблизи плотины при сбросе -представляет опасность для судоводителей малых и гребных судов. По течениям существуют различные навигационные пособия: лоции, карты, атласы, таблицы и т. п. Следует отметить, что они, к сожалению, не обеспечивают судоводителя точными данными, поэтому сведения следует оценивать критически. Правильно поставленный при выборе и прокладке курсов учет течения, при постоянном контроле обсервациями, является одним из важнейших условий безопасного плавания. Несколько слов о прогнозировании погоды на ближайший срок, поскольку от знаний и умения судоводителя решать эту задачу во многом зависит безопасность его плавания. Задача прогнозирования погоды в целом на длительный срок сложна, ее решает большое количество специально созданных ведомств на мощной технической базе, на развитой сети станций наблюдения с использованием спутниковых систем, поэтому мы будем рассматривать этот вопрос в том объеме, который доступен судоводителю. В нашем случае задача составления прогноза погоды решается на основе анализа синоптических карт и карт барической топографии, устанавливающих фактическое состояние погоды. Прогноз обычно выдается в виде карт, на который отображается ожидаемое барическое поле у поверхности земли (воды) на 12, 18, 24, 36, 48 и 72 часа вперед от срока наблюдений, для которого составлена карта. Некоторые основные знаки (символы), используемые при нанесении метеорологических данных на карты. Ниже, также в таблице, приведены обозначения основных фронтов на картах погоды. Несколько пояснений к таблице. Фронт - переходная зона или (условно) поверхность раздела между двумя воздушными массами в атмосфере. Теплый фронт - фронт, перемещающийся в сторону теплого воздуха, холодный - соответственно, в сторону холодного. Окклюзия - процесс изменения состояния циклона, состоящий в смыкании холодного и теплого фронтов, при котором теплый воздух вытесняется холодным в верхние слои тропосферы. Зона конвергенции - зона схождения.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|