Влияние гидрометеорологических факторов на судоходство

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины Одесская национальная мореходная академия Измаильский филиал

Реферат по предмету: Океанские пути мира

на тему: «Влияние гидрометеорологических факторов на судоходство»

Судовождение, будучи прикладной наукой, включает в себя, наряду с навигацией, лоцией, мореходной астрономией, радионавигацией, океанографией и д.р., такую дисциплину, как гидрометеорология, являющуюся, в свою очередь, комплексом наук о подвижных оболочках Земли - гидросфере и атмосфере. Знание судоводителем элементарных вопросов гидрометеорологии - как показывает опыт, зачастую сможет оградить его от попадания в сложные (форс-мажорные) условия плавания и обеспечить, тем самым, безопасность экипажа, пассажиров и судна в целом.

Для судоводителей наиболее важными вопросами из гидрометеорологии являются:

· основы физических процессов и явлений, происходящих в атмосфере и в водных объектах;

· влияние гидрометеоусловий на безопасность плавания и, соответственно, производство гидрометеонаблюдений, анализ фактической погоды и ее прогноз с его уточнением по местным признакам.

Земной шар окружен слоем газообразного воздуха -- атмосферой, физическое состояние которой в определенном месте и в определенный момент или промежуток времени характеризуется такими метеорологическими элементами, как температура, давление, ветер, влажность, облачность, видимость и т. д., а также особыми атмосферными явлениями, какими являются гроза, дождь, туман и т. п. Сочетание таких элементов и явлений формирует понятие о погоде, определяющей гидрометеорологическую обстановку. Экономические исследования работы морского транспорта показывают, что ходовое время в значительной степени зависит от правильности учета гидрометеорологической обстановки во время плавания. Поэтому знание фактической гидрометеорологической обстановки на трассе перехода и прогноза ее изменения совершенно необходимо.

Атмосфера и Мировой океан представляют собой неразрывную систему, в которой непрерывно зарождается тепловое и динамическое воздействие их друг на друга, настолько сильное и сложное, что отделить причину от следствия оказывается, как правило, невозможным. Взаимодействие Мирового океана и атмосферы оказывает решающее влияние и играет главную роль в формировании погоды над океанами и морями.

Судно, находящееся в пограничном слое атмосферы и моря, непрерывно подвергается воздействиям гидрометеорологических условий, которые оказывают неблагоприятные и благоприятные влияния на безопасность плавания, сохранность перевозимых грузов, а также на пребывание пассажиров на его борту. Так, неблагоприятные гидрометеорологические факторы могут снизить экономические показатели работы судна, а также влиять на условия или создавать предпосылки для возникновения аварий и даже гибели судов. Это наносит большой материальный ущерб и создает угрозу для жизни людей, а иногда приводит к их гибели. В этой связи качественная и количественная оценки неблагоприятных влияний гидрометеорологических условий на судно и их учет представляют собой одну из актуальных задач современного судовождения. Необходимо добавить также, что различные грузы, находящиеся на территории порта в тех или иных условиях хранения, в большей или меньшей степени подвергаются неблагоприятному влиянию отдельных гидрометеорологических факторов.

Для удобства изучения явлений, наблюдаемых в атмосфере, единого понимания, с учетом характера изменения температуры с высотой и особенностей теплового режима внутри каждого слоя, атмосферу делят на пять основных слоев (сфер) и четыре переходных слоя между ними. Для судоводителей представляет интерес только первый, нижний, прилегающий непосредственно к земном поверхности слой атмосферы - тропосфера, поскольку все (факторы воздействия на судно и его экипаж (метеоэлементы), влияющие непосредственным образом на безопасность плавания возникают и развиваются в ней. Вертикальная протяженность ее незначительна: в полярных широтах - 9 км, в тропических - 18 км. Характерной особенностью тропосферы является падение температуры с высотой, которое составляет 6° - 7°С, на 1 км высоты. На верхней границе тропосферы над экватором температура около минус 70°С, над северным полюсом минус 45°С - минус 65°С в зависимости от времени года. В тропосфере находится почти весь водяной пар, при конденсации которого образуются облака и осадки. Ветер в тропосфере имеет преимущественно западное направление, с высотой усиливается, достигая максимальных значений на верхней кромке, давление падает, достигая на. высоте 10 км примерно четверти приземного.

Температура 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 е- 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 (заливаемости) 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.

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 адвентивные 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 10 м/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 причинаих 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, вертикальна^ величина мала).

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.

Для сведения судоводителей - цветные фотографии самых распространенных форм облаков, в соответствии с указанной международной -классификацией собраны в Атласе облаков для судовых наблюдении, 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 1 мм осадков - это означает, что на каждый 1 м 2. 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 высотой 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 см 2. Дина (из физики) - сила, сообщающая массе в 1 г ускорение движения на 1 см в сек 2. 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.

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. 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 карты распределения атмосферного давления называются картами 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 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.

На картах изобар в центре циклона ставится буква Н (низкое), на иностранных карах - L ( low), в центре антициклона - буква В (высокое), на иностранных картах - Н ( high). Поверхность с одинаковым давлением в любой точке называется изобарической.

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 характеристикой 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 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- мало масштабный вихрь с вертикальной осью, возникающий обычно в передней части кучево-дождевого облака, откуда и распространяется до поверхности земли (воды).

Волны н a водных объектах классифицируются по различным признакам. плавание атмосфера гидрометеоусловия судоводитель

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).

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 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. При встрече нескольких систем волнения возникает толчея, волнение, представляющее большую опасность для судов, т.к. волны при этом очень круты, с конусообразными гребнями, обладают большой силой удара. Ветровые волны или последующая зыбь вблизи берегов (когда глубина водоема становится меньше половины их длины) носят название прибоя. Прибойные волны очень опасны, поскольку обладают огромной разрушительной силой; поэтому плавание в зоне прибоя и особенно прием и высадка людей (погрузка и выгрузка грузов) становятся проблематичны, а в ряде случаев - невозможны. Буруны возникают при разрушении волн у подводных (надводных) каменных гряд или отмелей, расположенных на некоторым удалении от берега и, как правило, служат предупреждением судоводителям об опасности.

Волны состоят из чередующихся между собой валов и впадин и характеризуются следующими элементами гребень - наивысшая точка волнового профиля;

подошва (ложбина) - низшая точка волнового профиля;

высота h - расстояние по вертикали от подошвы до гребня;

длина А - 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, харакгеризуется 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 воды в разных районах одного или нескольких соединяющихся водных объектах), сгонно-нагонные течения, бароградиентные течения (из-за большой разницы в давлении над различными районами), сточные (речной сток), плотностные течения (при неравномерном распределении плотности воды), приливо-отливные течения;

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.

За направление течения (в градусах от 0" до 360" или румбах), как указывалось выше, 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.

Использованная литература

1. Варбанец Т.В. Метеорология. 2008.

2. Ермолаев Г.Г., Зотеев Е.С. Основы морского судовождения. 1988.

3. Шарлай Г.Н. Наставление по борьбе за живучесть судов. 2004.

Размещено на Allbest.ru