Лекции по "Навигационной гидрометеорологии"

Лекции по навигационной гидрометеорологии.

Часть 1. Метеорология.

(Составитель: Тунеголовец В.П., 2002 г.) 

 

Введение

Часть 1. Навигационная метеорология

I. ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ МЕТЕОРОЛОГИИ

1.1. Общие сведения об атмосфере

1.1.1. Состав и строение атмосферы

1.1.2. Основные метеорологические величины.

1.1.3. Организация гидрометеорологических наблюдений на судах.

1.2. Тепловой режим атмосферы

1.2.1. Нагревание и охлаждение поверхности Земли и атмосферы.

1.2.2. Суточные и сезонные колебания температур.

1.2.3. Распределение температуры в тропосфере.

1.2.4. Географическое распределение температуры воздуха.

1.2.5. Обледение судов.

1.2.6. Измерение температуры воздуха на судне.

1.3. Пар в атмосфере

1.3.1. Кругооборот воды в природе.

1.3.2. Испарение и характеристики влажности.

1.3.3. Конденсация.

1.3.4. Туманы.

1.3.5. Облака.

1.3.6. Осадки.

1.4. Атмосферное давление и ветер

1.4.1. Формы барического рельефа.

1.4.2. Измерение атмосферного давления на судне.

1.4.3. Ветер. Причины ветра.

1.4.4. Геострофический ветер.

1.4.5. Приземный ветер

1.4.6. Градиентный и циклострофический ветер.

1.4.7. Пассаты, муссоны и местные ветры.

1.4.8. Наблюдения за ветром на судне.

1.5. Оптические, электрические и акустические явления в атмосфере

1.5.1. Оптическая атмосферная рефракция.

1.5.2. Видимость.

1.5.3. Рефракция электромагнитных волн в тропосфере.

1.5.4. Акустические явления в атмосфере.

1.5.5. Грозовое электричество.

II. ОСНОВЫ СИНОПТИЧЕСКОЙ МЕТЕОРОЛОГИИ

2.1. Формирование погоды

2.1.1. Воздушные массы.

2.1.2. Атмосферные фронты.

2.1.3. Циклоны и антициклоны.

2.1.4. Тропические циклоны.

2.2. Прогноз погоды

2.2.1. Синоптический метод изучения погоды.

2.2.2. Метеорологическая информация и ее источники.

2.2.3. Метеорологические коды.

2.2.4. Анализ синоптических карт и вспомогательных материалов.

2.2.5. Прогноз синоптического положения и условий погоды в районе нахождения судна.

2.2.6. Использование спутниковой информации в анализе и прогнозе погоды.

Список литературы 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Навигационные курсы, проложенные по картам ветров и морских течений Мори (1871 ????), позволили морякам на много дней сократить сроки рейсов. Так выявилась навигационная ценность этих карт. Моряки быстро осознали, что в их интересах не только усовершенствование самих карт, но и увеличение сведений обо всех аспектах системы океан—атмосфера. Поэтому они охотно взяли на себя задачу наблюдать и записывать погодные и морские условия и снабжали Мори копиями своих вахтенных журналов в обмен на карты ветров и течений, выдаваемые им гидрографической службой США, которой руководил Мори. Мори считал желательным, чтобы наблюдения производились и записывались согласно единому образцу, и вот в 1853 г. по его инициативе в Брюсселе состоялась конференция представителей нескольких морских держав с целью выработать код наблюдений.

Делегаты решили, что наблюдения следует производить каждые 2 ч и записывать в регистр под следующими заголовками:

широта и долгота (по наблюдениям и навигационному счислению);

течения (направление и скорость);

наблюдаемые магнитные вариации;

ветры (направление и сила по шкале Бофорта);

давление (высота ртутного столба);

туман, дождь, снег и град (время начала и конца);

состояние моря;

вода (температура поверхности, удельный вес, температура на глубине);

состояние погоды;

записи о бурях, торнадо, вихрях, тайфунах, ураганах, смерчах, дожде, граде, росе, тумане, пыли, высоте волн, сулое (Сулой — вид волнения на море, при котором на поверхности сочетаются волновые и вихревые движения. Перемещение частиц воды при сулое сходно с движением на поверхности кипящей воды. Сулой возникает вследствие резкого изменения скорости течения: 1) при встрече двух приливных потоков, 2) при вторжении приливного потока на мелководье, 3) при выходе приливного потока из узости, из-за мыса. Волны в сулое крутые и опасны для плавания небольших судов.), цвете океана, глубине (по измерениям с палубы), льде, падающих звездах, северных сияниях, гало, радугах, метеорах, птицах, насекомых, рыбах, водорослях, плавнике и приливах.

Интервалы между наблюдениями вскоре изменили с 2 на 4 ч, но в остальном схема не претерпела существенных изменений до сегодняшнего дня.

Моряки и ученые в равной мере извлекли пользу из морских наблюдений. Моряки, планируя рейсы, стали учитывать климатические нормы; они также научились распознавать приметы приближающегося шторма. Ученые получили данные для проверки гипотез. Как заметил Ролль, “для морской метеорологии так же, как и для любой естественной науки, необходимы соответствующие измерения, служащие одновременно базисом для эксперимента и пробным камнем для теории”. 

 

Непременное условие накопления географических познаний есть путешествия. География имеет своим предметом изучение всех явлений, совершающихся на поверхности Земли, и, следовательно, этим географические науки отличаются от многих других, которые могут развиваться, не требуя путешествий по земной поверхности.

Древнейшие цивилизации имели место среди народов, не обладавших стремлением к мореходству, и потому никаких сведений о морях и океанах они собрать не могли. Первым мореходным народом древности, сведения о котором дошли до нас (6000 лет до н.э.), были финикияне, поселявшиеся на берегах Сирии. Финикиняне были могущественным морским и торговым народом, который распространял свои колонии далеко на запад по берегам Средиземного моря. Одной из древнейших колоний (около 1100 лет до н.э.) был Гадир (Кадис – по-современному) или Тартесс. Эта колония много способствовала знакомству финикинян с океаном. Другая колония – Карфаген, была основана немного позже там, где лежит теперешний Тунис, ее жители сделали много для изучения географии, и от них до нас дошло описание морского путешествия финикинян.

Когда финикийское владычество в восточной части Средиземного моря стало падать, их место заняли греки (800 лет до н.э.). Будучи другого характера и наклонностей, греки при своих плаваниях по морям и океанам стали изучать природу. Им принадлежит первое изложение идеи о сферичности земли (сама идея, по-видимому, была заимствована Талесом от египтян), первые попытки изображения земной поверхности на плоскости (Гомер – 10 столетие до н.э. и Анаксимандр – 7 столетие до н.э.).

Совокупность накопившихся материалов по различным отраслям наук дала возможность появиться ученому, который впервые их обработал и создал картину сведений, которой владели греки того времени. Геродот (450-420 гг. до н.э.) был не только ученый, но и путешественник и наблюдательный исследователь. Его собственный опыт и все, им собранное от других, позволило ему высказать твердое убеждение в единстве Индийского и Атлантического океанов.

В 5 в до н.э. географическая карта в Греции уже не представляла новости. С этим способом изображения земной поверхности греческих образованный мир был знаком уже настолько, что о географических картах упоминается уже в комедиях Аристофана.

Не дошедшие до нас в оригинале труды греческого философа Эудокса (4 в до н.э.) содержали полное описание земного шара в девяти книгах, что свидетельствует о большом развитии греков и о значительном интересе их к географическим исследованиям.

В знаменитом труде великого греческого ученого Аристотеля (384-321 гг. до н.э.) "Метеорологике" имелась глава, посвященная океану. В ней он говорил о распределении суши и воды. Аристотель считал, что океан, омывающий сушу, един и указывал, что названия Атлантический и Эритрейский (Индийский) только принадлежат различным его частям. Аристотель был современником Александра Македонского, и, несомненно, пользовался массой обстоятельных сведений, которые были собраны при походах этого величайшего завоевателя и государственного деятеля древности.

В 1 в. н.э. александрийский мореплаватель Гиппал открыл существование муссонов и способ ими пользоваться для плавания в Индию и обратно, чем облегчил и ускорил сношения европейцев с востоком.

В 7 в. на юге Средиземного моря появился новый народ-завоеватель – арабы, сумевшие за 100 лет создать империю, простиравшуюся от Индии до Атлантического океана. Однако, несмотря на свои путешествия, арабы на своих картах повторяли ошибку Птолемея, продолжая изображать Индийский океан замкнутым морем.

В 1486 г. португальцами была снаряжена экспедиция под командой Бартоломеу Диаша, который открыл южную оконечность Африки, названную им мысом Бурь (позднее король Португалии изменил это название на мыс Доброй Надежды во имя будущего открытия морского пути в Азию). Таким образом легенда о возможности обогнуть Африку с юга, зародившаяся еще в 4 в. до н.э. (Аристотель), получила подтверждение только в конце 15 в., т.е. через 2000 лет.

Совокупность экономических и политических причин заставляла европейцев искать самостоятельные пути на восток, поэтому неудивительно, что эпоха подготовила человека, выполнившего эту задачу. Таким человеком оказался Христофор Колумб, или Колон родом из Генуи (1456-1506 гг.). Переписка Колумба с Тосканелли, знакомство его с картой, которая определяла ширину Атлантического океана до Азии не более трети окружности земли, известные Колумбу случаи находок разных предметов у берегов Европы – все это доказывало ему существование на западе земли.

3 августа 1492 г. Колумб вышел в  море и пошел прямо на запад. По пути он открыл пассаты, Северное экваториальное течение, Саргассово море и впервые заметил существование склонения магнитной стрелки. Ему принадлежит первая попытка объяснения экваториальных течений: воды океана в своем движении к западу следуют за небесным сводом. Через 70 дней после выхода из Испании была открыта первая земля (средний из группы Багамских островов).

В это же время другой итальянец, сын выходца из Венеции, переселившегося в Англию, Себастьян Кабот, предпринял плавание на запад тоже для открытия пути в Китай. Правильно предположив, что в большей широте переход будет короче, он вышел весной 1497 г. из Бристоля и открыл Лабладор. Во второе плавание 1498 г. Кабот открыл Ньюфаундленд, заметил Лабладорское холодное течение и, обследовав берега Америки до м. Хаттерас, вернулся в Англию. Себастьян Кабот был первым из мореплавателей, который сознательно воспользовался для ускорения плавания течением Гольфстрима.

Магеллан 20 сентября 1519 г. во главе эскадры из пяти судов он вышел в плавание и 27 ноября после многих трудностей дошел до выхода в Тихий океан. Необыкновенно тихая погода за весь огромный переход через океан (99 дней) навели Магеллана на мысль дать этому новому океану название Тихого. 16 марта Магеллан достиг Филиппинских островов и здесь в битве с туземцами 27 апреля он погиб.

Плавание Магеллана заканчивает одну эпоху и начинает другую. Промежуток времени от 1487 по 1522 г., когда было открыто более половины земной поверхности, по заслугам называется Эпохой Великих Географических Открытий.

Плавание Магеллана обратило внимание ученых на океаны. Первым критически рассмотрел существовавшие названия океанов был Варений (1622-1650 гг.). Он окончательно утвердил названия: Атлантический – океан, лежащий между Старым и Новым Светом; Тихий – между Азией и Америкой, Гиперборейский – лежащий около северного полюса, Южный – вокруг южного материка, к нему был отнесен и Индийский океан. Делиль позднее (1700 г.) в своем атласе принял названия: Северного моря (для всего Атлантического океана), Индийского океана и Южного моря или Тихого океана.

Первый атлас, основанный на современных данных, появился в 1579 г., он был составлен фламандцем Ортелием. А его современник и друг Меркатор (Гергарт Кремер) обратил внимание на математическую сторону картографии – способы проекций и изобрел свою проекцию, употребляемую до сих пор.

18 столетие отличается усиленным  развитием наук и вместе с  тем и большей требовательностью  к характеру работ – требуется  серьезное и обстоятельное изучение. К этому времени океаны вообще, а Тихий особенно, оставались  почти на той же ступени  обследования, на какой они были после плаваний Магеллана.

Начало плаваний с научной целью открывается экспедицией Джеймса Кука (1768-1771 гг.). Первое плавание Кука показало, что в умеренных широтах южного Тихого океана нет ожидавшегося Полярного материка. Вторая его экспедиция, которая совершила первое плавание в больших южных широтах, доходила до 71 ю.ш. и убедилась, что Южный материк лежит за пределами полярного круга. Последнее плавание Кука, окончившееся гибелью мореплавателя на Сандвичевых островах при улаживании споров между туземцами 14 февраля 1779 г., прибавило многое для знакомства с берегами Северной Америки от р. Колумбия до Берингова пролива, и далее – части Северного Ледовитого океана, прилегающей к проливу, и берегов Азии до оконечности Камчатки.

Плавания Кука положили начало научным морским экспедициям. В числе этих экспедиций отметим плавания русских судов первой половины 19 в.: Надежда (Крузернштерн), Нева (Лисянский), Диана, Камчатка (Головнин), Рюрик, Предприятие (Коцебу), Восток (Беллинсгаузен), Мирный (Лазарев), Кроткий (Врангель), Сенявин (Литке), Байкал (Невельской) и другие. Из числа 29 кругосветных экспедиций было 11 великобританских, 8 русских, 7 французских, по 1 – германских, США, австрийских. Одними из самых замечательных были экспедиции военных шлюпов Восток и Мирный (1819-1821 гг.) в Антарктику.

В 1845 г. Королевское географическое общество в Лондоне установило границы океанов, которые до начала 20 столетия признавались всеми в науке. Главное отличие от современного состояло в выделении Южного Полярного океана, ныне разделяемого между тремя другими океанами. Большой вклад в установлении границ океанов в 19 в. внесли французские ученые Флерье и Мальте-Бренон.

Рельеф дна океанов, за исключением северной части Атлантики, до плавания Challenger (Великобритания, с 1872 г.) оставался почти неизвестным. Труды Challenger составляли новую эпоху в изучении океанов, результаты, полученные во время плавания корвета, обрабатывались 70-десятью учеными в течение 20 лет и были изданы в 1895 г. объемом в 50 томов. Работы, производимые на Challenger, а затем на Gazelle (1874-1876 гг.) и Tuscarora (1874 г.) дали в совокупности достаточный материал для составления общей физико-географической картины для всего Мирового океана.