Лекции по "Навигационной гидрометеорологии"

— анемометра судового М-61;

— анемометра чашечного МС-13 или его модификации типа АП 1 (анемометр цифровой переносной);

— анемометра контактного М-92;

— анемометра ручного индукционного АРИ-49.

Независимо от используемых приборов измерение параметров кажущегося ветра должно производиться при устойчивых характеристиках движения судна. При этом:

— скорость кажущегося ветра измеряют с точностью до 0,1 м/с, его направление — до 1°;

— курс судна отмечают с точностью до 1°, а скорость хода до 0,5 уз;

— если ветроизмерительный прибор измеряет мгновенное и среднее значения скорости и направления ветра, то в срок наблюдения измеряют средние значения скорости и направления кажущегося ветра. 

 

Определение направления кажущегося ветра по компасу и вымпелу

Для определения направления ветра по компасу и вымпелу необходимо в течение 2—3 мин наблюдать за направлением, в котором вытягиваются (развеваются под действием ветра) вымпелы, флаги, ручной флажок, дым из трубы судна, ветровой конус (сильно вытянутый конус, сшитый из легкого материала, который крепится на такелаже, грузовой колонне или переносном штоке), и по компасу определить это направление с точностью до 5° по отношению к географическому меридиану.

Визуальные оценки скорости кажущегося ветра. В аварийных ситуациях (при выходе из строя ветроизмерительных приборов, при обесточивании судна) скорость кажущегося ветра следует определять с помощью таблицы 6, оценивая визуально действие ветра на судно и его оснастку.

Определение скорости и направления истинного ветра на ходу судна

Скорость и направление истинного ветра на ходу судна не измеряются, а рассчитываются по скорости и направлению кажущегося ветра, по курсу и скорости движения судна. Расчет осуществляется с помощью вычислительных средств либо с помощью ветрочета КСМО-1М.

В аварийных ситуациях (при выходе из строя измерительных приборов), когда невозможно измерить скорость и направление кажущегося ветра, направление и скорость истинного ветра следует определять визуально: скорость — по состоянию поверхности моря (океана), направление — по направлению перемещения ветровых волн.

Расчет скорости V и направления d истинного ветра осуществляется по формулам

где Vc — скорость хода судна, уз;

Vk — скорость кажущегося ветра, м/с;

dс — курс судна, град.,

dk — направление кажущегося ветра, отсчитываемое от курса судна, град.

Если направление кажущегося ветра определялось по отношению к географическому меридиану dкс (например, по ветровому конусу и судовому компасу), то вместо dк в формулах следует подставить разность dкс - dс .

Для расчета значений скорости V и направления d истинного ветра с помощью ветрочета КСМО-1М (далее — ветрочет) необходимо:

— перевести среднюю скорость хода судна из узлов в метры в секунду с округлением до 0,1 м/с;

— рассчитать направление кажущегося ветра относительно географического меридиана dкс , если оно определено по отношению к курсу судна (например, по анеморумбометру): dкс = dк + dс

— повернуть верхний прозрачный круг ветрочета таким образом, чтобы градусное деление, соответствующее направлению кажущегося ветра, определенному по отношению к географическому меридиану d , совпало с неподвижной стрелкой-указателем ветрочета (рисунок 18);

— от центра круга отложить по направлению к стрелке-указателю в определенном масштабе расстояние, соответствующее измеренной на судне средней скорости кажущегося ветра Vкс (м/с) и на конце этого расстояния поставить точку В (обычно одно деление круга принимается равным 1 м/с, а при больших скоростях ветра — 2 м/с);

— вновь повернуть верхний прозрачный круг ветрочета так, чтобы у стрелки-указателя находилось градусное деление, соответствующее значению истинного курса dс ;

— от центра круга в выбранном масштабе отложить по направлению к стрелке-указателю расстояние, соответствующее измеренной скорости хода судна Vс (м/с) и на конце этого расстояния поставить точку К;

— вновь повернуть прозрачный круг так, чтобы точка В оказалась под точкой К на линии, параллельной вертикальному диаметру нижнего круга, как показано на рисунке 1.4.15;

— отсчитать градусное деление у стрелки-указателя и измерить расстояние между точками В и К в делениях круга: отсчитанное градусное деление у стрелки-указателя будет соответствовать направлению истинного ветра, а измеренное расстояние ВК — скорости истинного ветра (м/с) с учетом выбранного масштаба.

Рис. 1.4.15. Определение направления и скорости истинного ветра на ходу судна при помощи ветрочета КСМО-1

Примечание: Истинный ветер отклоняется от курса больше, чем кажущийся ветер, и дует с того борта, с которого дует кажущийся ветер. Это правило полезно запомнить для самопроверки при вычислении направления истинного ветра.

Определение направления истинного ветра по компасу или пеленгатору

При выходе из строя ветроизмерительных приборов направление истинного ветра оценивается по направлению перемещения ветровых волн, наблюдаемых вдали от судна, где они не искажены волнами, вызываемыми самим судном, а также волнами, отраженными от его корпуса: в течение нескольких секунд следует определить направление, откуда перемещаются ветровые волны, после чего с помощью компаса или пеленгатора измерить это направление относительно географического меридиана с точностью до 5°, которое и будет соответствовать направлению истинного ветра. При использовании пеленгатора необходимо его визир установить параллельно фронту гребней ветровых волн, а затем повернуть визир на 90° навстречу движению волн и по картушке компаса отсчитать направление истинного ветра.

Необходимо помнить, что пенистые гребни ветровых волн всегда располагаются перпендикулярно направлению истинного ветра, поэтому при наличии пены на гребнях волн также с помощью компаса можно оценивать направление истинного ветра.

Визуальные оценки скорости истинного ветра. При визуальных оценках скорость истинного ветра следует определять с помощью таблиц по наблюдаемому состоянию поверхности моря (океана). Визуально оценивать скорость истинного ветра с помощью таблиц можно при определенном навыке и только в открытом море (океане) и нельзя при наличии с наветренной стороны судна берега, островов, рифов.

Определение скорости и направления истинного ветра при нахождении судна в дрейфе или при стоянке на якоре

При нахождении судна в дрейфе или при стоянке на якоре скорость ветра, определяемая по прибору, принимается равной скорости истинного ветра.

Направление ветра, определяемое по компасу и вымпелу, принимается равным направлению истинного ветра относительно географического меридиана.

Направление ветра, определенное по ветроизмерительному прибору, принимается равным направлению истинного ветра относительно курса судна (относительно положения носа судна при его стоянке на якоре); для определения направления истинного ветра относительно географического меридиана необходимо в этом случае к направлению, измеренному по ветроизмерительному прибору, прибавить показание курса судна.

Определение скорости и направления истинного ветра в штормовых условиях

В условиях, когда скорость ветра (мгновенная, средняя, максимальная) устойчиво приближается к тем критическим значениям, при которых необходимо давать штормовые сообщения, скорость и направление истинного ветра следует определять через каждые 30 мин. Результаты определений вместе с данными о скорости и направлении кажущегося ветра, курсе судна и его скорости, если они определялись не в срок наблюдения, следует записывать в журнал КГМ-15 в таблицу „Дополнительные сведения о СГЯ". 

 

 

 

Вопросы для самопроверки

1. В каких единицах измеряется  величина атмосферного давления?

2. Каковы закономерности изменения  давления с высотой?

3. Вычислите высоты, на которых  в изотермической атмосфере давление будет составлять 1|2, 1|4, 1/8, 1/16 часть наземного давления, если последнее равно 760 мм рт. ст., а температура воздуха 073 К. .

4. Что такое барометрическая  тенденция?

5. Дайте определение понятия  барометрической ступени. Как она зависит от температуры и давления?

6. Выведите размерность барического  градиента.

7. Что называется центрами действия  атмосферы? Назовите их в северном  и южном полушариях.

8. Каковы закономерности суточного  хода давления в низких и  высоких широтах?

9. В чем различие между континентальным и океаническим типами годового хода давления?

10. Сравните распределение давления  над северным и южным полушариями. Где лучше сохранились черты  «идеальной» схемы распределения  давления?

11. Какие силы принимают участие в формировании воздушных потоков?

12. Выведите формулу скорости  геострофического ветра.

13. Почему в области низкого  давления у поверхности Земли  происходит «затекание» воздуха  к ее центру, а в области  высокого давления, наоборот - «выбрасывание»  воздуха к периферии?

14. Чем объяснить движение воздуха  в циклонах северного полушария  против часовой стрелки, в антициклонах  — по часовой стрелке, а в  южном полушарии — наоборот?

15. В чем заключается барический  закон ветра?

16. Дайте характеристику пассатов.

17. В каких районах России наблюдаются муссонные ветры.

К оглавлению. 

 

 

 

1.5. Оптические, электрические и  акустические явления в атмосфере

Голубой цвет неба — это цвет самого воздуха, обусловленный рассеянием в нем солнечных лучей. Воздух прозрачен в тонком слое, как прозрачна в тонком слое вода. Но в мощной толще атмосферы воздух имеет голубой цвет, подобно тому, как вода уже в сравнительно малой толще, в несколько метров, имеет зеленоватый цвет. Голубой цвет воздуха можно видеть не только глядя на небесный свод, но и рассматривая отдаленные предметы, которые кажутся окутанными голубоват дымкой. С высотой, по мере уменьшения плотности воздуха, т. е. количества рассеивающих частиц, цвет неба становитс темнее и переходит в густо-синий, а в стратосфере—в черно-фиолетовый.

Чем больше в воздухе помутняющих примесей более крупных размеров по сравнению с молекулами воздуха, тем боль доля длинноволновых лучей в спектре солнечной радиации - и тем белесоватее становится окраска небесного свода. Частицами тумана, облаков и крупной пыли диаметрами боль 1—2 мкм лучи всех длин волн диффузно отражаются одинаково, поэтому отдаленные предметы при тумане и пыльной мгле обволакиваются уже не голубой, а белой или серой завесой. Облака, на которые падает солнечный свет, поэтому же кажутся белыми.

Рассеяние меняет окраску прямого солнечного света. Вследствие рассеяния особенно понижается энергия наиболее коротковолновых солнечных лучей видимой части спектра — них и фиолетовых; поэтому «уцелевший» от рассеяния прямой солнечный свет становится желтоватым. Солнечный диск кажется тем желтее, чем он ближе к горизонту, т. е. чем длиннее путь лучей через атмосферу и чем больше рассеяние. У горизонта солнце становится почти красным, особенно когда в воздухе много пыли и мельчайших продуктов конденсации (капель или кристаллов). Точно так же и солнечный свет, отраженный облаками, рассеиваясь по пути к земной поверхности, становится беднее синими лучами. Поэтому, когда облака близки к горизонту и путь отраженных лучей света, идущих от них сквозь атмосферу к наблюдателю, велик, они приобретают вместо белой желтоватую окраску.

Рассеяние солнечной радиации в атмосфере обусловливает рассеянный свет в дневное время. В отсутствие атмосферы на Земле было бы светло только там, куда попадали бы прямые солнечные лучи или солнечные лучи, отраженные земной поверхностью и предметами на ней. А вследствие рассеяния света вся атмосфера днем служит источником освещения: днем светло также и там, куда солнечные лучи непосредственно падают, и даже тогда, когда солнце скрыто за облаками.

После захода солнца вечером темнота наступает не сразу. Небо, особенно в той части горизонта, где зашло солнце, остается светлым и посылает к земной поверхности постепенно убывающую рассеянную радиацию. Аналогичным образом утром небо светлеет и посылает рассеянный свет еще до восхода солнца.

Это явление неполной темноты носит название сумерек, вечерних или утренних. Причиной его является освещение солнцем, находящимся под горизонтом, высоких слоев атмосферы.

Так называемые астрономические сумерки продолжаются вечером до тех пор, пока солнце не зайдет под горизонт на 18°; к этому моменту становится настолько темно, что различимы самые слабые звезды. Утренние сумерки начинаются с момента, когда солнце имеет такое же положение под горизонтом. Первая часть вечерних астрономических сумерек или последняя часть утренних, когда солнце находится под горизонтом не ниже 8°, носит название гражданских сумерек.

Продолжительность астрономических сумерек изменяется в зависимости от широты и времени года. В средних широтах она от полутора до двух часов, в тропиках меньше, на экваторе немногим дольше одного часа. В высоких широтах летом солнце может не опускаться под горизонт вовсе или опускаться очень неглубоко. Если солнце опускается под горизонт менее чем на 18°, то полной темноты вообще не наступает и вечерние сумерки сливаются с утренними. Это явление называют белыми ночами.

Сумерки сопровождаются красивыми, иногда очень эффектными изменениями окраски небесного свода в стороне солнца. Эти изменения начинаются еще до захода или продолжаются после восхода солнца. Они имеют довольно закономерный характер и носят название зари. Характерные цвета зари — пурпурный и желтый; но интенсивность и разнообразие цветовых оттенков зари изменяются в широких пределах в зависимости от содержания аэрозольных примесей в воздухе. Разнообразны и тона освещения облаков в сумерках.

В части небосвода, противоположной солнцу, наблюдаются явления противозари, также со сменой цветовых тонов, с преобладанием пурпурных и пурпурно-фиолетовых. После захода солнца в этой части небосвода появляется тень Земли: все более растущий в высоту и в стороны серовато-голубой сегмент.

Явления зари объясняются рассеянием света мельчайшими: частицами атмосферных аэрозолей и дифракцией света на более крупных частицах.