Гидрометеорологическое обеспечение мореплавания

9

Реферат на тему: Гидрометеорологическое обеспечение мореплавания

Гидрометеорологическое обеспечение мореплавания состоит в обеспечении судоводителей всеми видами справочных и расчетных климатических гидрометеопособий, а также в передаче для них по радио метеорологических бюллетеней и факсимильных карт (фактических и прогностических) погоды и состояния моря. Капитан судна может обратиться в ближайший метеоцентр для получения дополнительной информации (уточненный прогноз погоды, ледовая обстановка и т. д.). Разновидностью такого обеспечения является обслуживание судов рекомендациями по наивыгоднейшим путям плавания, осуществляемое метеослужбами Украины, России, Великобритании, Франции, ФРГ, Нидерландов и США.

Метеорологический (морской) бюллетень состоит из трех частей.

Часть I. Штормовое предупреждение. Она содержит информацию о предстоящем в ближайшее время усилении ветра и волнения до опасных для судоходства значений. Большинство метеоцентров передают такие предупреждения немедленно по получении текста от метеослужбы и не реже чем через каждые 12 ч (в районах действия тропических циклонов -- через каждые 2--3 ч). Предупреждения передаются полным текстом на языке спины, составившей его, и по-английски, либо кодом FM 61--IV MAFOR.

Морские страны Африки вместо термина «тропическая депрессия» используют термин «слабое тропическое возмущение»; вместо термина «шторм» -- «возмущение» или «депрессия»; вместо термина «ураган» -- «интенсивный тропический циклон». Морские страны Азии вместо термина «умеренный тропический шторм» используют термин «тропический шторм». В странах Северной и Центральной Америки ураганом называют сильный шторм, образующийся над тропическими водами поблизости от побережья Центральной Америки и Мексики.

Часть II. Обзор основных элементов приземной карты погоды. Обзор передается на языке страны, его составляющей, и на английском языке открытым текстом. Метеослужбы Канады, Великобритании и США регулярно включают в обзоры сведения о распределении льда и айсбергов. Такие обзоры условий погоды и состояния моря дают характеристику синоптической обстановки в обслуживаемом районе и тенденцию ее изменения в ближайшее время.

Часть III. Прогнозы погоды и состояния моря. Прогнозы имеют, как правило, заблаговременность 12--24 ч. Метеослужбы Украины, России, Великобритании, ФРГ, Японии и США передают прогнозы с заблаговременностью 72 ч.

Прогнозы передаются на языке страны, осуществляющей передачу, и на английском языке; могут передаваться и кодом FM 61 D MAFOR.

Дополнительные части. Они не обязательно включаются в морской бюллетень (МБ), причем преимущественно они представляют собой анализы н/или прогнозы погоды, а также выборочные сводки с судовых и береговых гидрометеостанций, передаваемые, как правило, 2-:-4 раза в сутки кодом FM 45 IAC FLEET. Последний вид информации представляет ценность при плавании вблизи побережья, где погода может существенно отличаться от условий, передаваемых в обзоре и прогнозе погоды для открытой части моря. Кроме того, используя, например, данные судовых наблюдений, можно уточнить гидрометеообстановку, даваемую в обзорах и прогнозах, особенно над обширными океаническими районами южного полушария.

В настоящее время информация МБ перекрывает всю океаническую акваторию северного полушария и только часть южного полушария. Передачи в полном объеме ведутся для сектора севернее 50° ю. ш. между 20° з. д. и 180° в. д. В юго-западной части Атлантического океана н в Тихом океане к северо-востоку от Новой Зеландии прогнозы передаются по прибрежным зонам; для открытых районов океана передаются только обзоры погоды или штормовые предупреждения. В Тихом океане от 150° в. д. до берегов Южной Америки между экватором и Антарктидой бюллетени не передаются, за исключением Полинезии (штормовые предупреждения) и прибрежных вод Чили (штормовые предупреждения и прогнозы). В приантарктических районах сводки морского бюллетеня передаются только в теплую часть года (октябрь -- март).

Сводки передаваемого по радио морского бюллетеня позволяют на судне самостоятельно составить синоптическую карту. Однако более эффективным средством являются ежедневные факсимильные карты, передаваемые по радио; они дают более полное представление о гидрометеообстановке и экономят время, затрачиваемое на составление о радиоданным карты погоды и состояния моря и на ее анализ. Факсимильные радиопередачи содержат приземные и высотные фактические и прогностические карты погоды и карты состояния моря.

Карты погоды. В метеоцентрах составляются как фактические (анализ) приземные карты погоды за основные сроки наблюдения,

так и будущие (прогностические) карты на 12, 24, 36, 48, 72 ч и на 5 сут. Судно может получать факсимильные карты погоды; фактические-- через каждые 6 ч, прогностические -- на ближайшие 12 ч и до 5 сут.

Карты волнения. На фактических и прогностических факсимильных картах волнения наносятся высоты волн в метрах (или в футах) и направления их движения, изолинии равных высот волн и области максимальных и минимальных высот. Иногда на такие карты наносят также данные о периоде волн и показывают положения фронтальных разделов, центров циклонов и антициклонов с указанием давления в их центрах и т. д.

Ледовые карты. Как правило, они дают расшифровку применяющихся на них условных обозначений, так как ледовые символы еще не носят единого международного характера.

В настоящее время все страны мира располагают национальными метеорологическими службами, в состав которых входят наблюдательные станции, научно-исследовательские учреждения и прогностические подразделения Службы погоды.

Задача прогностических органов -- оперативное обслуживание прогнозами погоды и штормовыми предупреждениями отраслей промышленности, сельского хозяйства и транспорта.

В Украине Службы погоды -- часть гидрометеорологической службы. В состав гидрометеорологической службы Украины входят метеорологические, аэрологические, гидрологические, агрометеорологические станции, «корабли погоды», гидрометеорологические обсерватории, научные институты и другие подразделения Службы погоды.

Оперативное гидрометеорологическое обслуживание народного хозяйства на местах выполняют подразделения межобластных управлений гидрометеорологической службы: бюро погоды (БП), гидрометеорологические бюро (ГМБ), гидрометеорологические обсерватории (ГМО), радиометеорологические центры (РМЦ), авиационные метеорологические станции (АМСГ) и другие подразделения. В гидрометеорологическом обслуживании морского флота и флота рыбной промышленности также участвуют российский Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ) И его филиалы и Дальневосточный научно-исследовательский гидрометеорологический институт (ДВ НИГМИ).

Гидрометеорологическое обслуживание перегонов плавучих доков и речных судов через моря, промысловых экспедиций, китобойных флотилий (и т. п.) осуществляется оперативными гидрометеорологическими группами УГМС, которые размещаются непосредственно на судах.

Метеорологические станции, информация которых используется в Службе погоды, подразделяются на сухопутные и морские. В свою очередь сухопутные делятся на основные, которые входят в международную синоптическую сеть, и дополнительные, сведения с которых используются внутри страны. Станции, где осуществляются радиозондовые, раднопилотные и шаропилотиые наблюдения, принято называть аэрологическими.

Морские транспортные, промысловые и рыболовецкие суда, с которых передаются метеорологические наблюдения, указывают координаты своего местоположения: квадрант земного шара, широту и долготу.

Атмосфера по физическим свойствам неоднородна не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Большие количества воздуха в тропосфере, в горизонталь ном направлении измеряемые тысячами километров, обладают относительно однородными физическими свойствами и перемещающиеся из одних районов Земли в другие, называются воздушными массами.

Горизонтальные размеры воздушных масс в тропосфере могут достигать нескольких тысяч километров, т. е. быть соизмеримыми по площади с континентами и океанами; вертикальные размеры значительно меньше -- от нескольких сот метров до одного-полутора десятков километров.

Эти огромные массы воздуха отличаются общностью свойств, которые в горизонтальном направлении хотя и меняются, но медленно и непрерывно, без скачков. О свойствах воздушных масс обычно судят по ряду характеристических значений метеорологических элементов, наиболее типичных для данной воздушной массы. Среди этих характеристик имеются как мало меняющиеся во времени (в суточном ходе) и в пространстве (при вертикальном перемещении воздушных частиц), так и достаточно быстро изменяющиеся в течение суток, но вполне различимые.

К характеристикам, обычно называемым консервативными, относят удельную и абсолютную влажности, точку росы, дальность горизонтальной видимости. Наиболее изменчивы во времени и пространстве температура воздуха и относительная влажность.

Каждая воздушная масса имеет свои определенные числовые значения этих характеристик, обусловленные условиями того района Земли, где происходит ее формирование.

Свойства воздушной массы зависят не только от характера подстилающей поверхности, но и от погодных условий, при которых она формируется.

Формирование -- это процесс приобретения воздушной массой характерных свойств.

Благоприятные условия для формирования создаются в областях малоподвижных антициклонов и циклонов, в размытом барическом поле. Здесь воздух может длительное время находиться над одним и тем же географическим районом. Такой район называется очагом формирования воздушной массы.

Тепловой баланс подстилающей поверхности в очаге формирования должен быть почти однообразным. Такими районами могут быть поверхности океанов (открытые или покрытые льдом), континенты с однообразным покровом (например, пустыни, степи). Воздух, длительное время циркулирующий над районами с одинаковой подстилающей поверхностью, постепенно приобретает свойства, типичные для данного очага формирования воздушной массы.

Формирование воздушной массы в нижних слоях тропосферы продолжается несколько суток (от 3 до 10). Чем Дольше время пребывания воздуха над одним и тем же районом, тем свойства воздушной массы выражены наиболее четко.

В зависимости от состояния погоды (количества облаков, скорости лотра и т. д.) в одном и том же очаге формирования воздушная масса может приобрести несколько иные характерна ческис значения метеорологических элементов.

Точно определить время сформирования воздушной массы не представляется возможным, так как, строго говоря, она формируется непрерывно.

Трансформация воздушной массы. При изменении интенсивности по направленности воздушных потоков в атмосфере воздушная масса покидает очаг своего формирования и движется в другие районы. В процессе перемещении она подвергается новым воздействиям окружающей среды и изменяет физические свойства. Изменение свойств воздушной массы с течением времени под воздействием атмосферной циркуляции и подстилающей поверхности называется трансформацией воздушной массы.

Воздушные массы проходя над морями и океанами, увлажняются, а над сушей высыхают, двигаясь в сторону тропиков нагреваются, и сторону полюса охлаждаются. Это необходимо учитывать для предсказания погоды. Важно знать, какая и откуда движется воздушная масса и как могут изменяться ее свойства, т. е. какие условия погоды можно ожидать. Для этого воздушные массы классифицированы по различным признакам. Кратко рассмотрим две классификации воздушных масс, а именно: термодинамическую (термическую) и географическую.

Термодинамическая (г е р м н ч е с к а я) классификация разделяет воздушные массы на три основных типа: холодные устойчивые и неустойчивые, теплые устойчивые и неустойчивые и местные (нейтральные) устойчивые и неустойчивые.

Холодной называется воздушная масса, которая перемещается из более холодного района в более теплый. Приход холодной воздушной массы обычно приводит к похолоданию в данном районе При этом она постепенно прогревается.

Теплой называется воздушная масса, которая перемещается из более теплого района В более холодный. Ее приход приводит к потеплению в данном районе, Эта воздушная масса постепенно, ото дня ко дню, охлаждается.

Местной называется воздушная масса, длительное время и находящаяся в одном и том же районе и сохраняющая свои основные свойства без существенных изменений. Такая масса может быть и относительно холодной и относительно теплой в зависимости от типа соседней воздушной массы и условии радиационного баланса.

Холодные, тёплые и местные воздушные массы по своему энергетическому состоянию могут быть устойчивыми и неустойчивыми.

Устойчивой называют воздушную массу, которая имеет в нижнем слое (от нескольких сот метров до нескольких километров) вертикальный градиент температуры g меньше влажноадиабатического Гs. При этих условиях ее нижние слои становятся настолько устойчивыми, что конвективные вертикальные движения не развиваются. В результате облака кучевых форм не образуются.

Устойчивое состояние воздушной массы типично для теплой массы, когда, перемещаясь на более холодную поверхность, она приносит потепление. Но в то же время сама воздушная масса охлаждается снизу, при этом создаются малые вертикальные градиенты (g<Гs).

Неустойчивой называется воздушная масса, имеющая верти кальны и градиент температуры у больше влажноадиабатического Гs. При этих условиях ее нижние слои настолько малоустойчивы, что возникающая конвекция (при достаточном запасе влаги в Воздушной массе) приводит к образованию облаков кучевых форм и даже выпадению осадков. Если воздух очень сухой (уровень Конденсации располагается на достаточно большой высоте), то образование облаков может и не происходить.

Обычно неустойчивое состояние воздушной массы типично для холодных масс, поступающих на теплую подстилающую поверхность. На пути движения такая воздушная масса постепенно прогревается снизу. Возникают большие вертикальные градиенты температуры (g>Гs).

В отличие от туманов облака, являясь также скоплением продуктов конденсации (или сублимации) водяного пара, образуются на некоторой высоте от подстилающей поверхности. Основная причина образования облаков -- восходящее движение воздуха, которое приводит к его адиабатическому охлаждению.

В зависимости от строения облака делятся на три класса.

I. Водяные, состоящие только из капелек. Чисто капельное строение они могут сохранить и при отрицательных температурах до --15°, иногда и при более низких температурах. В летнее время з умеренных широтах образуются на высотах до 5--6 км.

II. Смешанные, состоящие из смеси переохлажденных капель ледяных кристаллов, наблюдаются обычно при температурах от --10 до --30°. В умеренных шпротах в теплое время года они находятся на высотах 5--8 км.

III. Ледяные -- состоят только из ледяных кристаллов и обычно бывают на высотах выше 8 км.

Зимой смешанные и ледяные облака могут возникать вблизи земной поверхности.

Размеры капелек в облаках примерно такие же, как и в туманах, они настолько малы, что их вес не может преодолеть силу сопротивления воздуха и капельки свободно в нем плавают, увлекаясь любыми его движениями.

В зависимости от количества воды, содержащейся в облаке в жидком или твердом виде, определяется их водность. В водных облаках водность от 0,2 до 5 г воды на каждый кубический метр облачного воздуха. В ледяных облаках водность значительно меньше -- сотые и тысячные доли грамма на 1 м³.

Облачность уменьшает освещенность, тем самым несколько ухудшает видимость и возможность опознавания удаленных объектов.

Особенно сильно снижается степень освещенности при наличии мощных кучево-дождевых облаков или низкой сплошной слоистой облачности.

Классификация облаков основана на их внешнем виде и состоит из 10 основных форм (родов) И двух дополнительных. Кроме того, облака разделяются по ярусам, в зависимости от высоты нижней границы.

Цветные фотографии самых распространенных форм облаков собраны в сокращенном Атласе облаков для судовых наблюдений (22 таблицы). Краткие характеристики основных форм, со ссылками на соответствующие таблицы этого Атласа, приводятся ниже.

Облака нижнего яруса. Слоисто-кучевые облака (Sc), если они расположены на небольшой высоте (0,3--0,5 км), обычно представляют собой сплошной слоистообразный серый покров с параллельными темными облачными валами и с более светлыми промежутками между ними. Это будут слоисто-кучевые плотные (Sc opacus). Па высотах выше 0,6 км наблюдаются слоисто-кучевые просвечивающие (Sc translucidus). Они также серого цвета, но обычно имеют форму галек, пластин, между которыми просвечивает небо, Это водяные облака.

Слоистые облака (St) представляют собой бесформенный, однородный серый покров, низко нависающий над морем или сушей.

Слоисто-дождевые облика (Ns) но внешнему виду напоминают слоистые, по более темного цвета; из них выпадают осадки, тогда как из слоистых облаков лишь иногда выпадает морось Слоисто-дождевые облака, как правило, сопровождаются разорванно-дождевых (Frnb).

Облака вертикального развития. Кучевые облака

(Сu) имеют вид отдельных ярко-белых куч с серыми основаниями,

между которыми видно голубое небо. У мощнокучевых облаков (Сucongestus) вершины достигают высоты 3--4 км и имеют округлую форму.

Кучево-дождевые (ливневые, или грозовые) облака (Сb) в отличие от мощнокучевых облаков вершинами достигают верхних слоев тропосферы и представляют собой мощные горообразные облачные нагромождения с ярко-белыми вершинами и очень темным основанием. Поскольку вершины облаков находятся в области очень низких температур, они обычно состоят только из ледяных кристаллов и приобретают форму распространяющихся в сторону от вершины метел, полое. В средней части облако имеет смешанную структуру.

Из хорошо развитых кучево-дождевых облаков, особенно с наковальней, летом выпадают сильные ливневые дожди, часто с грозой, а иногда с градом, зимой -- густой хлопьеобразный снег. Перед началом выпадения осадков наблюдаются сильные шквалы.

Облака среднего яруса. Высококучевые облака (Ас) по внешнему виду напоминают слоисто-кучевые просвечивающие, по более светлого цвета, с очень небольшим затенением в центре пластин, галек, полос или хлопьев, которые по своим размерам значительно меньше, чем у слоисто-кучевых просвечивающих. Высококучевые облака бывают также плотными (часто в сочетании с высокослоистыми), чечевицеобразные, башенкообразные, хлопьевидные. Высококучевые облака обычно состоят из мелких переохлажденных капелек воды.

Высокослоистые облака (As) представляют собой ровный светло-серый или синеватый покров. Сквозь просвечивающие высокослоистые облака бывают видны расплывчатые диски Солнца или Луны. Состоят они либо из мелких переохлажденных капелек, либо из смеси капелек и ледяных кристаллов. Из них выпадают осадки, летом не достигающие земной поверхности. Зимой может выпадать мелкий снег.

Облака верхнего яруса. Перистые облака (Ci) -- нежные белые волокна, часто в форме перьев или с загнутыми копнами (когтевидные). Эти облака, образовавшиеся из кучеводождевых облаков, более плотные и не имеют правильной формы.

Перисто-кучевые облика (Сс), или «барашки», имеют вид мелкой ряби, состоят ИЗ небольших хлопьев без теней. Обычно они наблюдаются, совместно с перистыми облаками.

Перисто-слоистые облика (Cs) -- прозрачная белесая однородная пелена. Солнце и Луна сквозь них хорошо видны и от земных предметов образуют тень. При этих облаках вокруг Солнца и Луны образуется большой разноцветный круг - гало. Все облака верхнего яруса состоят из ледяных кристаллов.

Наблюдения над облаками на судах важны не только для органов службы погоды, но и непосредственно для судоводителей, так как во многих случаях позволяют судить о предстоящей погоде.

В программу наблюдений над облаками на судах входит определение их форм, общего количества всех облаков, отдельно количества облаков нижнего яруса и вертикального развития, а также глазомерное определение высоты основания. Формы облаков рекомендуется определять с помощью специального Атласа. Количество облаков (или облачность) оценивают глазомерно по степени покрытия неба облаками. Эту оценку дают в десятых долях покрытия неба -- в баллах. Одни балл - это 10% площади небосвода. Следовательно, если все небо (на 100%) закрыто облаками, т. е. пасмурно, то облачность оценивается в 10 баллов;

если облака покрывают небосвод на 80% -- 8 баллов;

если площадь, занятая облаками, и площадь просветов между ними (или площадь чистого неба) приблизительно одинакова (по 50%) -- 5 баллов И т. д.

При определении количества сначала оценивают общее количество облаков (N) независимо от их формы и высоты основания, а затем отдельно дают оценку количества облаков с высотой основания менее 2 км (нижняя облачность -- Nh).

Высоту основания облаков определяют лишь для облаков ниже 2500 м, руководствуясь их внешним видом, видимой скоростью перемещения (чем ниже облако, тем быстрее кажется его перемещение).

Наблюдения над облачностью записывают в журнале КГМ-15 «Журнал для записи судовых гидрометеорологических наблюдений, производимых штурманским составом» цифрами кода КН-09С (код для передачи ежедневных гидрометеорологических данных с судов, сокращенный объем наблюдении).

Морскими течениями называется поступательное перемещение масс воды в море, характеризующееся направлением и скоростью.

Основные силы (причины), вызывающие морские течения, подразделяются на внешние и внутренние. К внешним относятся ветер, атмосферное давление, приливообразующпе силы Луны и Солнца; к внутренним -- силы, возникающие вследствие неравномерного распределении но горизонтали плотности водных масс. Кроме внешних и внутренних сил, вызывающих морские течения, сразу же после возникновения движения водных масс появляются вторичные силы. К ним относятся отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса) и сила трения, замедляющая всякое движение. На направление течения оказывают влияние также конфигурация берегов и рельеф дна.

Морские течения классифицируются по следующим признакам:

1. По силам или факторам, их вызывающим, т. е. по происхождению. Классификация по этому признаку является главной, здесь различают течения ветровые, или дрейфовые, градиентные, в том числе плотностные, и приливо-отливные. Ветровые, или, дрейфовые, течения возникают под действием силы трения ветра о водную поверхность. Градиентные течения вызываются действием градиента гидростатического давления, возникающего при наклоне поверхности моря относительно уровненной поверхности; наклон поверхности моря может происходить вследствие ветрового нагона, изменения атмосферного давления, речного стока, неравномерного распределения плотности морской воды в горизонтальном направление. Приливо-отливные течении вызываются приливными волнами, возникающими в результате воздействия на водные массы приливообразующих сил Луны и Солнца.

Течения, наблюдаемые после прекращения действия силы, вызвавшей течения, называются инерционными.

2. По устойчивости выделяют постоянные, периодические и временные течения.

Постоянными называются течения, мало изменяющиеся по направлению и скорости в течение длительного периода времени (за сезон или год). Примером таких течений служат пассатные течения Атлантического, Тихого и Индийского океанов, обусловленные действием постоянных ветров -- пассатов. Однако в действительности в строгом смысле постоянных течений нет. Все течения в той или иной мере подвержены изменениям. Поэтому под постоянными течениями обычно понимают течения, всегда наблюдающиеся в одних И тех же районах океанов и морей. Они зависят от характера распределения относительной плотности воды и преобладающего направления действия .ветра в данном районе.

Периодическими течениями называются такие течения, направление и скорость которых изменяются с определенным периодом (повторяются через равные промежутки времени и в ойре-делелнон последовательности). Характерным примером этих течений служат приливо-отливные течения.

Временными течениями называются течения, изменение которых имеет непериодический характер. Они вызываются непериодическим воздействием внешних сил и в первую очередь кратковременным действием ветра.

3. По глубине расположения выделяют течения:

поверхностные, наблюдаемые, в так называемом навигационном слое, т. е. в слое, соответствующем Осадке надводных судов (О - 15 м);

глубинные, наблюдаемые на некоторой глубине между поверхностными придонным течениями;

придонные, наблюдаемые в слое, прилегающем ко дну, большое влияние оказывают трение о дно.

4. По характеру движения течения подразделяются на прямолинейные и криволинейные. В последние входят и так называемые циклонические, представляющие собой круговые течения против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой -- в южном, и антициклонические, движущиеся наоборот.

5. По физико-химическим свойствам течения подразделяют на теплые и холодные, соленые и распресненные. Характер течений определяется соотношением температуры или соответственно солености масс воды, формирующих течение, и окружающих вод. Если их температура выше температуры окружающих вод, течения называются теплыми, а если ниже -- холодными. Таким же образом определяются соленые и распресненные течения.

Данные о течениях помещены в различных навигационных пособиях: лоциях, атласах течений океанов и .морей или отдельных их районов; сведения о них содержат путевые навигационные карты, руководства для плавания, таблицы и т. п.

В лоциях сообщаются подробные сведения о течениях описываемого района. В них указывается, под воздействием каких причин образуются течения и какой характер они носят, приводятся карты суммарных, постоянных или приливо-отливных течений в зависимости от того, какие из них являются преобладающими, даются сведения о скорости и направлениях течений в наиболее важных навигационных районах моря и изменение этих величин по характерным сезонам года.

Карты и атласы течений могут быть с успехом использованы при изучении района плавания с целью выбора наивыгоднейшего и безопасного пути, однако не все такие карты и атласы обеспечивают данными о течениях, которые можно было бы использовать для ведения точного счисления. Кроме того, данные о скорости и направлений течений, выбранные из некоторых таких пособий, могут значительно расходиться с действительностью.

Для приливо-отливных течений, кроме атласов, имеются таблицы. На навигационных картах элементы приливо-отливных течений помещаются в специальных табличках с указанием района и времени действия этих течений.

Литература

1. Стехновский Д.И., Зубков А.Е. «Навигационная гидрометеорология» Москва, Транспорт, 1977

2. Гордиенко А.И. Дримлюг В.В. «Гидрометеорологическое обеспечение судовождения», Москва, Транспорт, 1989.