Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Ноября 2013 в 10:46, курс лекций
Почти все природные явления имеют в первооснове солнечную энергию, ее накопление в океане и атмосфере, неравномерность поступления этой энергии в различные районы и разное время года. Солнечная радиация – основа всего живого на Земле, движущая сила и источник энергии всех процессов на нашей планете. Но особенно велика роль солнечной энергии в процессах, происходящих в океане, во взаимодействии океана с атмосферой. Это происходит потому, что, во-первых: поверхность океана занимает 71% поверхности земного шара; во-вторых: солнечная радиация поглощается водой в два раза интенсивнее, чем сушей, и в четыре раза интенсивнее, чем воздухом.
Изучение физических явлений, происходящих в океанах и морях, составляет предмет океанография.
Океанография изучает глубины, соленость и температуру морских вод, волнение, приливы, течения и льды. Явления, происходящие в океанах и морях, связаны как друг с другом, так и метеорологическими факторами. Под влиянием ветров возникают волнение и поверхностные океанические течения; течения влияют на климат и вызывают, в свою очередь, перемещение воздушных масс и т.д.
Температура вод океанов и морей зависит от широты места, но на ее распределение влияет близость материков и главным образом океанические течения.
Годовые колебания температуры воды Мирового океана ввиду большой теплоёмкости воды сравнительно невелики, порядка нескольких градусов, за исключением районов, где посезонно перемещаются границы теплых и холодных течений; это наблюдается, например, в районе Ньюфаунленда. Суточные амплитуды температуры на поверхности воды в открытых океанах нигде не превышает 1-2°.
Температура воды на поверхности морей находится под большим влиянием суши и имеет годовую амплитуду большую, чем в океанах в тех же широтах. Наиболее высокая температура, доходящая до 35°, наблюдается летом в Персидском заливе, зимой она там понижается до 22°.
Глубинное распределение температуры зависит главным образом от ветрового перемешивания вод и конвекции, т.к. теплопроводность воды очень мала, и солнечное тепло непосредственно поглощается лишь ничтожным слоем воды.
В Тихом, Атлантическом и Индийском океанах понижение температуры с глубиной происходит довольно резко. На глубине 2000 метров температура составляет около 3°, а на глубинах 4000 метров понижается до 1,5-2°.
Солёность морской воды выражается в промиллях (‰).
НАПРИМЕР: 25 ‰ означает, что на каждый килограмм воды 25 грамм составляют растворённые в ней соли.
Общая соленость открытых океанов составляет в среднем 35‰.
Солёность поверхностных вод в морях ниже, чем в океанах; она зависит от широты, осадков и поступления пресных вод от рек, тающих снегов и льдов. Солёностью, превосходящей океаническую, обладают субтропические моря – Средиземное, Красное и др. Арктические моря имеют соленость 30 – 33 ‰ со значительным понижением у берегов, происходящим вследствие опресняющего действия рек.
Плотность морской воды выражается отношением ее удельного веса к удельному весу дистиллированной воды при температуре 4°С и атмосферном давлении 760 мм. Плотность морской воды зависит от солёности и температуры. При уменьшении солености плотность уменьшается, и наоборот.
При понижении температуры плотность сначала увеличивается до определенного наибольшего значения, а с дальнейшим понижением температуры начинает уменьшаться.
От плотности, а, следовательно, от солёности и температуры воды зависит осадка судна. Поэтому грузовая марка учитывает как зону плавания, так и время года.
Изменение осадки с переходом судна из речной воды в морскую с соленостью около 35‰ и наоборот может достигать у больших судов 0,3 метра .
В случае сильной распреснённости в поверхностном слое морской воды- на небольшой глубине образуется резкое изменение плотности, так называемый скачёк плотности.
Судно, находящееся над скачком плотности резко теряет ход. Поэтому вода над скачком плотности называется « мертвой водой », а слой, в котором имеется скачек плотности – « жидким грунтом » .
Цвет морской воды зависит от количества находящихся в ней примесей. Тропические воды Мирового океана отличаются тёмно-голубой или синей окраской; в умеренных и полярных широтах цвет морской воды зеленоватый. Массовое развитие растительных и животных организмов в поверхностном слое вызывает изменение цвета и прозрачности морской воды.
Относительная прозрачность морской воды определяется средней глубиной исчезновения видимости погруженного в воду белого диска диаметром 30 см. Наибольшая прозрачность морской воды наблюдается в Саргассовом море (66,5 м.), наименьшая – в Северном море (от 22 до 6,5 м ).
Лёд – общее наименование твердой фазы воды. В начале льдообразования на поверхности моря возникают ледяные иглы (кристаллы), которые, смерзаясь образуют с а л о . В штилевую погоду из сала образуется сначала н и л а с – матовый слой льда, переходящий затем в м о л о д и к - лед толщиной до 20 см .
При слабом волнении из отдельных пятен сала образуется блинчатый лёд, толщина которого достигает 5 – 6 см . Отдельные « блины » достигают 2 м. в диаметре.
При беспорядочном волнении из сала образуются бесформенные куски льда – шуга . В шуге суда двигаются легко, тонкий лёд или корку суда проходят с затруднением.
Если на охлажденную ниже нуля поверхность моря выпадает снег, то на ней образуется кашеобразный слой – с н е ж у р а . Плотный эластичный покров снежуры так же затрудняет движение, т.к. он не колется форштевнем , а только сжимается.
Лёд классифицируется по различным признакам:
а) по месту образования – лёд материкового происхождения (фирн, глетчерный лед, айсберг) и морской;
б) по степени подвижности – лед неподвижный (заберег, припай, стамуха, лед, севший на мель) и дрейфующий;
в) по возрасту – лед начальных видов (см. сало, снежура, шуга и т.д.), лед молодой, однолетний и старый;
г) лёд деформированный (торосистый и многолетний торосистый);
д) лёд дрейфующий – морской лёд, свободно плавающий и перемещающийся под действием ветра и течения.
По степени сплоченности лед оценивается по 10-балльной шкале (соответственно площади, занятой льдом). Различают сплошной лёд (10 баллов); очень сплочённый лёд (9 баллов) ; сплочённый лёд (7 – 8 баллов); разреженный лёд (4 – 6 баллов) ; редкий лёд (1 – 3 балла).
Сжатие льда – уплотнение его под влиянием ветров и течений представляет самое большое затруднение для плавания. Во время смены приливо-отливных течений сжатие происходит даже при полном отсутствии ветра.
Торошение – разломы, столкновения, и сжатия льда образуют торосы, представляющие собой нагромождение льдин, обычно смерзшиеся .
Айсберги (ледяные горы) – крупные обломки глетчерного льда, встречающиеся в море и обычно возвышающиеся более чем на 5 метров над поверхностью воды.
Айсберги южного полушария достигают огромных размеров. Встречаются гиганты протяженностью до 175 км и высотой 30 – 70 метров. Отношение высоты надводной и подводной частей айсберга составляет примерно 1 : 6.
Продолжительность существования айсберга в среднем 3 – 5 лет, но может достигать 10 – 13 лет.
Наиболее известными районами зарождения айсбергов являются побережье Антарктиды, берега Гренландии и Канадский Арктический Архипелаг. Значительное число айсбергов встречается в море Баффина, откуда они выносятся в район острова Ньюфаундленд и к югу от него, где проходят основные пути из Европы в Северную Америку.
По данным ИСЗ, ледовой разведки и судов международного ледового патруля в море Баффина одновременно может находиться до 40 000 айсбергов различного размера.
Для нанесения ледовой обстановки на карту приняты специальные условные обозначения.
Акустические и оптические явления в море.
СКОРОСТЬ ЗВУКА В ВОДЕ - зависит от её температуры, солёности и гидростатического давления . Таблицы для ее расчета приведены в МТ – 75.
СВЕЧЕНИЕ МОРСКОЙ ВОДЫ – вызывается бактериями и другими мелкими простейшими организмами, а также отдельно светящимися большими медузами, гребнёвками и др.
ЦВЕТЕНИЕ МОРСКОЙ ВОДЫ – обуславливается массовым развитием растительных и животных организмов в поверхностном слое и наблюдается в тропическом поясе зимой а в умеренных и полярных поясах в течение весны и лета.
В море под воздействием ряда природных сил происходят волновые колебания водных масс. Наиболее часто в морях и океанах судоводителям приходится встречаться с ветровыми волнами, которые вызывают качку судна, заливаемость палубы, уменьшают скорость хода, а при сильном шторме наносят повреждения, которые зачастую приводят к гибели судна.
Волновые колебания, происходящие под воздействием природных сил, называются вынужденными; когда действие сил прекращается, наблюдаются свободные (инерционные) колебания.
Различают несколько типов морских волн в зависимости от вызывающих их причин:
Волны трения ( ветровые ), барические (сейши или стоячие волны, вызванные изменениями атмосферного давления), сейсмические (возникающие при подводных землетрясениях) и приливно-отливные (вызываемые приливообразующими силами Луны и Солнца).
ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ВОЛН ЯВЛЯЮТСЯ:
Гребень – наивысшая точка волнового профиля;
Подошва ( ложбина ) – наинизшая точка волнового профиля;
Высота h - расстояние от гребня волны до ее подошвы по вертикали (в метрах);
Длина L - расстояние между соседними гребнями или подошвами (в метрах);
Крутизна - отношение высоты h к длине L волны.
Кроме таких элементов, определяющих геометрические характеристики волны, выделяют также ее кинематические элементы – период, скорость и направление распространения.
Период Т - промежуток времени в секундах между прохождениями двух последовательных гребней через одну и ту же точку, т.е. время, за которое волна проходит расстояние, равное ее длине.
Скорость V - расстояние, проходимое любой точкой волнового профиля волны в единицу времени (в метрах в секунду).
Направление - истинный румб, от которого движутся волны (в градусах).
Связь между отдельными элементами волны определяется следующей группой формул:
V = L / T L = 1,525 T2 V = 1,525 T h = 0,073 W D – ( h / L )
W - максимальная скорость ветра (в метрах в секунду);
D - длина пути ветра над морем (в км)
На самом деле элементы морских волн зависят не только от скорости ветра, но и от продолжительности его действия, длины разгона волны и рельефа дна.
Поэтому ветер одной и той же скорости в различных конкретных условиях может вызывать различные волны.
Высоту волны на прибрежных глубинах можно рассчитать по формулам:
h ср = 0,5 Б (при ветре в 5 баллов)
h ср = 0,1 Б2 (при ветре более 5 баллов)
где Б - скорость ветра (в баллах)
Наибольшие волны в океанах достигают высоты 20 метров и длины до 400 метров. Зыбь может обладать еще большей длиной волны. Зыбью называется волнение, продолжающееся после ветра, уже затихшего или изменившего свое направление.
Мертвой зыбью называется зыбь, распространяющаяся при полном безветрии.
При прохождении волн над банками, камнями или рифами образуются буруны.
Если волны в своем движении встречаются с различных направлений, то на некоторой площади образуется толчея. Набегающие и опрокидывающиеся у берега волны называются прибоем. У крутых и приглубых берегов прибой образует взбросы. Сила ударов волн достигает 400 кН на 1 квадратный метр; высота взброса – 45 метров.
Состояние поверхности моря оценивают в соответствии с 9-балльной шкалой, приведенной в МТ- 75 .
Горизонтальные перемещения масс воды, характеризуемые направлением и скоростью, называют течениями; вертикальные движения масс воды (апвеллинги) при исследовании морских течений обычно не учитываются.
Морские (океанические) течения можно классифицировать по причинам, их вызвавшим, на ветровые, приливные, волновые, сейшевые; по устойчивости – на постоянные , периодические , непериодические ; по глубине прохождения – на поверхностные , глубинные , придонные; по физико – химическим свойствам – на теплые и холодные, соленые и распресненные .
Течения градиентные обуславливаются: горизонтальным градиентом давления (бароградиентные); плотностные – обусловленные горизонтальным градиентом плотности воды; компенсационные – компенсирующие нарушения равенства уровней в различных районах моря (океана).
Течения ветровые обуславливаются как непосредственно увлекающим действием ветра, так и наклоном уровенной поверхности. Течения, обусловленные только влекущим действием ветра – называются дрейфовыми (например течения муссонные и пассатные).
Приливо-отливные течения вызываются приливообразующими силами Луны и Солнца.
Наибольший интерес судоводителя вызывают ветровые (дрейфовые) течения. Реальная картина таких течений достаточно сложна и практических методов расчета ветровых течений для любых реальных условий пока нет .