Лекции по "Навигационной гидрометеорологии"

Но движение перисто-слоистых облаков служит признаком более близких и более серьезных возмущений в атмосфере (теплый фронт, циклон) и изменений погоды. Если же перисто-слоистые облака проходят стороной, ухудшение погоды бывает непродолжительным и незначительным (циклон прошел стороной)-

По окончании ветреной и дождливой погоды также часто бывают видны уходящие перисто-слоистые облака и т.п.

Использование наблюдений за влажностью воздуха на судне. Определение влажности воздуха в настоящее время не входит в программу судовых наблюдений, однако систематические наблюдения за влажностью позволяют судоводителю выявить некоторые признаки изменения погоды. Так, например, быстрое возрастание упругости водяного пара вместе с понижением температуры и давления свидетельствуют о приближении циклона или грозы. Постепенный рост упругости водяного пара с одновременным ростом относительной влажности и понижением температуры предупреждает о возможности возникновения тумана. При плавании в тумане всегда необходимо знать степень его устойчивости, как долго он продержится. Высокая относительная влажность с незначительным суточным ходом и умеренная температура воздуха без тенденции к повышению свидетельствуют об усилении тумана и его устойчивости. Наоборот, уменьшение относительной влажности и повышение, температуры —  признаки ослабления тумана и наступления ясной погоды.

Высокая абсолютная влажность вызывает коррозию металлов. В приводном слое воздуха всегда в большом количестве присутствуют различные соли, поступающие сюда непосредственно из морской воды. Растворяясь в пленке воды, покрывающей металлические изделия, эти соли ускоряют коррозионные процессы. Поэтому на судне необходимо всегда следить за сохранностью лакокрасочных покрытий корпуса, надстроек и механизмов, предохраняющих поверхность металлов от коррозии.

Высокое влагосодержание воздуха понижает сопротивление изоляции электрооборудования. В целях защиты электрооборудования от влаги на судах применяют специальные изоляционные материалы. Линии электропроводки необходимо периодически проверять, измеряя сопротивление изоляции, особенно при плавании в тропических широтах, где влажность воздуха очень велика.

Сочетание высокой относительной влажности (80—90%) с высокой температурой воздуха (более 25°С) создает трудно переносимую духоту, понижает работоспособность экипажа. Для автоматического поддержания определенной температуры и влажности воздуха в жилых и служебных помещениях на ряде судов устанавливают системы кондиционирования воздуха.

Влажность воздуха влияет на работу дизельных судовых установок. Повышение влажности воздуха ведет к уменьшению содержания сухого воздуха и кислорода в цилиндрах двигателя, что вызывает ухудшение сгорания: топлива, а следовательно, к уменьшению коэффициента полезного действия двигателя, индикаторного давления и мощности.

Знание физических процессов, связанных с изменением температуры и влажности, очень нужно командному составу судов, в частности, для соблюдения требований по сохранению груза. Каждый вид груза имеет различные, присущие ему гигроскопические свойства. Например, металлы негигроскопичны, а бумага, джут, мука, зерно, табак, какао, сахар и другие товары и продукты обладают высокой гигроскопичностью. Сахар, например, впитывая влагу, не только портится, но и заметно увеличивает свой вес. Кроме того, появление сырости. в трюме благоприятствует развитию плесневых грибков и других микроорганизмов, наносящих вред перевозимым грузам.

При рейсах из холодных районов в теплые, например из высоких широт в низкие, особенно зимой, судно попадает в районы с теплым влажным воздухом. Температура перевозимых грузов вследствие их тепловой инерции меняется постепенно. В течение некоторого времени грузы сохраняют температуру, которую они имели: в пункте отправления. Если теплый и влажный воздух проникает в трюм и температура поверхности грузов ниже точки росы притекающего воздуха, то на этой поверхности образуется пленка воды, она растет тем интенсивнее, чем сильнее проветривается трюм и чем быстрее, следует судно, ибо при этом уменьшается время, в течение которого температура груза могла бы прийти в соответствие с новыми окружающими условиями. Сухой холодный груз может быстро увлажниться при разгрузке его в теплой зоне.

При рейсах из теплых районов в холодные, например из низких широт в высокие, пленка воды может появиться на бортах, переборках и палубных перекрытиях трюмов. Температура трюмного воздуха и, следовательно, его точка росы высоки, и при охлаждении внешних поверхностей трюма их температура быстро достигает точки росы воздуха в трюме. Поэтому при переходе из теплой зоны в холодную вентиляция обычно приводит к осушке трюмов. Однако интенсивное проветривание может вызвать охлаждение поверхности гигроскопического груза, и тогда в прилегающих к этой поверхности внутренних слоях груза может образоваться новая поверхность конденсации.

В каждом конкретном случае задачу вентилирования трюмов следует решать, учитывая свойства груза, его температуру, а также параметры наружного воздуха и воздуха в трюме. В настоящее время появляется все больше судов, оборудованных системами кондиционирования воздуха в трюмах. 

 

Связь облачных структур с типом погоды.

По причине образования облака подразделяются на кучево-образные (облака конвекции), слоистообразные (восходящего скольжения) и волнисто-образные. Генетический тип облаков зависит от процессов, происходящих в атмосфере. Различают облака внутримассовые и фронтальные. Первые зарождаются внутри определенной воздушной массы, а вторые — на границах между воздушными массами с различными физическими свойствами.

В неустойчивых воздушных массах при развитии конвективных движений развиваются кучево-образные облака, которые достигают в умеренных широтах высоты 13—14 км, а в тропиках — 15— 20 км.

При развитии восходящего движения теплого влажного воздуха по клину холодного (теплый фронт) образуются слоистообразные облака, представляющие собой огромные облачные системы, вытянутые в длину вдоль фронта на тысячи километров и в ширину на сотни километров.

В устойчивых воздушных массах при наличии высотных инверсионных слоев могут образовываться слоистые, слоисто-кучевые и высококучевые облака, имеющие волнистую структуру. Они сравнительно тонки и растянуты в горизонтальном направлении.

Кучево-образные облака интенсивно развиваются при неустойчивой стратификации атмосферы, т. е. когда вертикальные градиенты температуры в ней до уровня конденсации выше сухоадиабатических, а над уровнем конденсации — выше влажноадиабатических. Особенно интенсивно развиваются кучево-образные облака в холодных воздушных массах над теплой морской поверхностью как летом, так и зимой. В тропических широтах кучево-образные конвективные облака являются преобладающими. Более подробно турбулентные движения и ветер в грозовом облаке представлены на рис. 1.10.

Слоистообразная облачность наиболее типична для теплого атмосферного фронта. Самая мощная часть этой облачной системы располагается вблизи линии фронта (т. е. вблизи линии пересечения фронтальной поверхности с подстилающей поверхностью) и представляет собой слоисто-дождевые облака в несколько километров толщиной. По мере удаления от линии фронта облака переходят в менее мощные высокослоистые и перисто-слоистые облака. Летом осадки из высокослоистых облаков не достигают земной поверхности. Слоисто-дождевые облака дают обложные и моросящие осадки полосой, ширина которой 200—300 км и более.

Появление на западной и южной частях горизонта вытянутых (сходящихся в перспективе) полос перистых (особенно когтевидных) облаков часто может служить признаком приближения теплого фронта с последующей более или менее мощной облачностью и осадками.

В слоях высотных инверсий и по обеим сторонам от них нередко возникают воздушные волны длиной 50—2000 м, обусловленные разрывом скорости ветра и плотности воздуха. Вследствие этого облачный слой может расчленяться на отдельные валы, характерные для внешнего вида слоисто-кучевых или высококучевых облаков.

       

Рис. 1.10. Ветер и турбулентные движения грозового облака 

 

Кроме свободных волн, в атмосфере могут возникать и вынужденные стоячие волны над горами, через которые перетекает воздух. На гребнях таких стоячих волн могут возникать облака, называемые облаками препятствий. Нередки такие облака с подветренных сторон гористых островов, например Гренландии, Исландии, Кергелена и др.

Таким образом, вид и форма облаков находятся в зависимости от характера преобладающих процессов в атмосфере, от сезона года и времени суток. Вот почему наблюдениям за развитием облачности над морем уделяется большое внимание при плавании.

Молниевый разряд в судно может вызвать пожар, вывести из строя антенны или радиоприемные и передающие устройства, вызвать перемагничивание магнитных приборов и т. д. Для защиты от молний на судах применяют различной конструкции молниеотводы. 

 

Вопросы для самопроверки

1. При каких условиях начинается  конденсация пара в атмосфере? Какое количество воды испаряется  в атмосферу за год?

2. Перечислите характеристики влажности  воздуха. Как они связаны друг  с другом?

3. Объясните суточный ход упругости водяного пара над морем и материками, а также суточный ход относительной влажности воздуха.

4. При каких условиях возникают  туманы в море? Приведите их  классификацию.

5. Объясните генетическую и морфологическую  классификацию основных форм  облаков и их связь с осадками.

6. В каких облаках образуются  гало, венцы?

7. Какое количество осадков выпадает  в экваториальной и тропической  зонах за год?

К оглавлению. 

 

 

 

Тема 1.4. Атмосферное давление и ветер.

Атмосферное давление — это гидростатическое давление вертикального столба атмосферы в точке измерения, численно равное весу вертикального столба воздуха единичного сечения, простирающегося от измеряемого уровня до верхней границы атмосферы.

Атмосферное давление выражается либо в гектопаскалях (гПа), численно равных миллибарам (мб), либо в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.).

Распределение атмосферного давления называют барическим полем. Атмосферное давление есть величина скалярная: в каждой точке атмосферы оно вполне характеризуется одним числовым значением, выраженным в миллибарах или миллиметрах ртутного столба. Следовательно, и барическое поле есть скалярное поле. Как всякое скалярное поле, его можно наглядно представить в пространстве поверхностями равных значений данной величины, а на плоскости — линиями равных значений. В случае атмосферного давления это будут изобарические поверхности и изобары.

Изобарическая поверхность со значением 1000 мб проходит вблизи уровня моря. Иногда давление на уровне моря ниже 1000 мб; в таких случаях изобарическая поверхность 1000 мб как бы переходит из атмосферы под уровень моря.

Изобарическая поверхность 700 мб располагается на высотах, близких к 3 км, изобарическая поверхность 500 мб—на высотах, близких к 5 км. Изобарические поверхности 300 и 200 мб располагаются соответственно на высотах около 9 и около 12км, т.е. вблизи тропопаузы.

Изобарические поверхности наклонены относительно поверхностей уровня, в том числе и уровня моря. Поэтому в разных своих точках каждая изобарическая поверхность в каждый момент находится на различных высотах над уровнем моря.

Например, изобарическая поверхность 500 мб в один и тот же момент может располагаться над одной частью Европы на высоте около 6000 м„ а над другой частью Европы—на высоте около 5000 м. Это зависит, во-первых, от того, что и на уровне моря давление в каждый момент в разных местах разное; во-вторых, от того, что средняя температура атмосферного столба в разных местах также различная. А известно, что чем ниже температура воздуха, тем быстрее давление падает с высотой. Поэтому даже при одинаковом давлении на уровне моря вышележащие изобарические поверхности будут снижены в холодных участках атмосферы и напротив, повышены в теплых.

Барометрические формулы.

Формула, описывающая закон распределения давления с высотой, в общем виде определяется как:

, где: р0 – приземное давление, pz – давление на уровне z, g – ускорение свободного падения, R – универсальная газовая постоянная, T – температура воздуха в градусах Кельвина.

В связи с тем, что изменение температуры воздуха с высотой нельзя выразить простой аналитической зависимостью, интегрирование уравнения можно выполнить лишь приближенно или для отдельных частных случаев, задаваясь распределением температуры по высоте, например, для изотермической (температура на всех высотах постоянная) или политропной (температура с высотой убывает по линейному закону) атмосфер и т.п. Полученные таким образом формулы носят общее название барометрических. На их основе рассчитывают распределение давления и плотность по высоте, определяют высоту полета различных летательных аппаратов, приводят давления к уровню моря, проводят барометрическое нивелирование.

Приведение давления к уровню моря. Приняв на уровне моря g = 9,8 м/с2, ρ (плотность воздуха) = 1,23 кг/м3, находят величину вертикального градиента давления.

Эта величина используется для приведения давления к уровню моря, когда наблюдения проводят на небольшой высоте. В практике судовождения давление приводят к уровню моря простым прибавлением к отсчету 0,1 мм на 1 м высоты барометр над ватерлинией. Чтобы получить сопоставимые результаты, давление к уровню моря приводят на всех гидрометеорологические станциях и постах.

Для приближенной оценки изменения давления с высотой на практике часто используется величина, обратная вертикальному градиенту давления - барическая ступень. Под барической ступенью понимается высота, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 мбар., с увеличением высоты барическая ступень растет. Так, для наземных условий она в среднем составляет 8 м, а для высот 5 и 10 км — 15 и 30 м соответственно.