книги из ГПНТБ / Меклер, А. Г. Электрооборудование машин непрерывного транспорта

мометра соответствует температуре таяния льда, а температура кипе­ ния воды принимается за 100°.

В метеорологии для различных расчетов используется абсолютная шкала Кельвина (Т° К), где температура отсчитывается от абсолют­ ного нуля, при котором прекращается тепловое движение молекул. При этой температуре, за исключением газа гелия, все вещества на­ ходятся в кристаллическом состоянии. Абсолютный нуль лежит ниже нуля по шкале Цельсия на 273, 16°. Для практических целей за 0° С принимается 273° К-

На судах для измерения температуры воздуха применяется жидко­

термометр закрыт крышкой с дужкой, которая служит для подвеши­ вания термометра к кронштейну. Обычно вывешивают два термометра (на правом и левом бортах). Температура определяется только с под­ ветренного борта.

Для непрерывного измерения температуры и записи ее применя­ ется т е р м о г р а ф . Чувствительным элементом его является биме­ таллическая пластинка из двух металлов, имеющих различный коэффи­ циент теплового расширения. В зависимости от температуры биметал­ лическая пластинка изменяет свой изгиб, что передается с помощью рычагов на стрелку с пером на конце.

Перо скользит по специальной бумажной ленте, разбитой на гра­ дусы. Лента натянута на барабан, который вращается от часового ме­ ханизма. Термограф устанавливается в метеорологической будке.

§ 107 СУТОЧНЫЙ И ГОДОВОЙ ХОД ТЕМПЕРАТУРЫ НАД МАТЕРИКАМИ И ОКЕАНАМИ

Количество тепла, поступающего на Землю, а следовательно, и тем­ пература воздуха меняют свое значение в зависимости от времениМуток и года.

В зависимости от высоты Солнца над горизонтом в течение суток меняется температура воздуха. Минимум температуры обычно наблю­ дается при восходе Солнца.

По мере увеличения высоты Солнца увеличивается количество теп­ ла, поступающего на Землю, и в 14—15 ч летом, а зимой в 13—14 ч температура достигает максимума. Затем расход тепла увеличивается и температура понижается. Такое изменение температуры называется с у т о ч н ы м х о д о м т е м п е р а т у р ы в о з д у х а . На ве­ личину его влияют широта места, облачность, рельеф местности, время года, а также подстилающая поверхность. Величина суточного хода в умеренных широтах меняется в пределах 8—12° летом, 2—4° зимой. Максимальная величина суточного хода 22° наблюдается в пустынях, минимальная 2° над океанами.

Колебания температуры воздуха в течение года называются г о - д о в ы м х о д о м т е м п е р а т у р ы в о з д у х а . Он вызывается

290

изменениями высоты Солнца, меняющейся в зависимости от времени года. Широта места, близость к океану, высота над уровнем моря так­ же влияют на величину годового хода температуры воздуха. Наиболь­ шая годовая амплитуда достигает значения 65° над материками. Наи­ меньшая годовая амплитуда наблюдается над океанами, достигающая у экватора 1°, а в высоких широтах — до 15°.

Наибольшее представление о том, как распределяется температура, дают к а р т ы и з о т е р м , на которых места, где наблюдается одна и та же температура, соединены линиями, называемыми изотермами. Карты составляют на основании многолетних наблюдений.

Вюжном полушарии, где водная поверхность преобладает, изотер­ мы распространяются равномерно вдоль параллелей.

Всеверном полушарии в зимний период над океанами изотермы вы­ тянуты к северу, а над материками — к югу, летом же — наоборот. Все это объясняется различным нагреванием суши и океана, а также воздействием теплых и холодных морских течений.

Полоса наибольших температур простирается вблизи экватора и представляет собой термический экватор со среднегодовой темпера­ турой +27° С. В зимнее время над материками северного полушария располагаются области низких температур. Так, в Якутии, в поселке Оймякон располагается полюс холода, где температура —71° С. Наи­ более низкая температура отмечена в Антарктике, на станции «Во­ сток»—88,3° С.

В летнее время высокие температуры отмечаются в Восточной Азии, Африке и Австралии. Наибольшая температура +58° была отмечена в Триполи (Южный Ирак).

Для всей Земли среднегодовая температура составляет примерно

+ 14,3°.

§ 108АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

Воздух обладает весом и оказывает давление на поверхность Зем­ ли. Вес воздуха зависит от температуры, влажности, атмосферного давления, широты места и высоты места над уровнем моря. 1 м3 воз­ духа при температуре, равной нулю градусов, давлении 760 ммрт. ст. в широте 45° весит 1,293 кг .

Влажный воздух легче сухого, так как удельный вес водяного пара равен 0,623. С уменьшением температуры и повышением давления вес воздуха увеличивается. С увеличением высоты вес воздуха умень­ шается. Так, на высоте 12 км 1 м3 воздуха весит 319 г, а на высоте 40 км

— всего 4 г. У поверхности Земли воздух почти в 770 раз легче воды.

Измерение атмосферного давления. Давление воздуха (Р) опреде­ ляется с помощью ртутного барометра, в котором вес воздуха уравно­ вешивается столбом ртути, имеющим площадь поперечного сечения 1 см2. В среднем, в широте ср = 45°, на высоте от уровня моря h = 0 м

зуются другой единицей — единицей силы, действующе й на единицу

площади. Эта единица называется миллибаром (мб), 1 мб райен давле­

ного давления в судовых условиях. Принцип его действия основан на измерении степени деформации стенок пустотелой металлической барокоробки под действием атмосферного давления (рис. 175).

Рис. 175. Барометр-анероид

Барокоробка 1 чутко реагирует на изменение атмосферного давления. При увеличении давления она сжимается , при уменьшении— расширяется. К ней прикреплена дугообразная пружина 2, растяги­ вающая коробку и уравновешивающая действие атмосферного давле­ ния, предохраняя тем самым коробку от полной деформации. Деформа­ ция коробки передается на стрелку 3 барометра через систему тяг и ры­ чагов 5.

Шкала 4 барометра-анероида градуируется в миллибарах или в мил­ лиметрах ртутного столба, при t — 0° С. Если температура при наблю­ дениях отличается от нуля, необходимо в его показания вводить по­ правку. Для определения температуры на лицевой стороне в анероид вмонтирован термометр.

Механизм анероида заключен в металлическую или пластмассовую коробку. Сам прибор хранится в специальном футляре с крышкой. Стечением времени упругость пружины и коробки нарушается, и чувст­ вительность анероида снижается. Поэтому анероиды необходимо пе­ риодически проверять в специальных учреждениях гидрометеослуж­ бы.

292

систему рычагов деформация коробок передается на пишущую частьстрелку с пером. Запись давления происходит на ленте (см. рис. 175, в), которая надевается на барабан, имеющий суточный или недельный завод. На судах применяются барографы с недельным заводом. Бумаж­ ная лента разграфлена горизонтальными линиями в миллибарах и вер­ тикальными дугами — на дни недели и время суток.

По барографу можно определить величину атмосферного давления в данный момент, а также величину и характер давления за нужный промежуток времени. В зависимости от характера кривой за проме­ жуток времени (3 ч) можно сделать определенные суждения о возмож­ ных переменах в погоде.

Г л а в а XXIV

ВОДА В АТМОСФЕРЕ И АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ

§ 109. ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

Водяной пар входит в состав воздуха и обусловливает его влаж­ ность. Пар поступает в атмосферу в результате испарения воды с поверх­ ности океанов, морей, озер, рек, почвы и растительности. Испаряясь с поверхности водоемов и суши, с помощью ветра, восходящих потоков и диффузии пар попадает в атмосферу. Наибольшее количество пара, сосредоточено в нижнем слое тропосферы, на высоте до 10—12 км. С высотой содержание пара резко уменьшается. Так, на высоте до 2 км количество его уменьшается в 2 раза, на высоте 5 км — в 10 раз.

Водяной пар как составная часть атмосферы оказывает большое влияние на органическую жизнь Земли. От количества водяного пара в атмосфере во многом зависят состояние погоды, облачность и осадки.

Влажность воздуха характеризуется упругостью водяного пара, абсолютной и относительной влажностью, дефицитом влажности и точ­ кой росы.

У п р у г о с т ь ю (е) водяного пара называется та часть давления воздуха, которая приходится на долю водяного пара.

Упругость выражается в миллибарах. Для перевода миллиметров ртутного столба в миллибары и наоборот составлены табл. 48-а и

48-6 (МТ—63).

По мере увеличения количества водяного пара в воздухе, его упру­ гость увеличивается и, наконец, достигает максимума, при котором происходит насыщение воздуха водяным паром. При этом предельная упругость (Е) зависит от температуры воздуха. Величина Е тем больше, чем выше температура воздуха. Так, при температуре +30° С для на­ сыщения 1 м3 воздуха необходимо 30,1 г водяного пара, а при темпе­ ратуре —30° достаточно всего лишь-0,46 г водяного пара.

и выражается в граммах водяного пара на 1 м 3 воздуха.

294

О т н о с и т е л ь н о й в л а ж н о с т ь ю воздуха (г) называется отношение количества фактически имеющегося водяного пара к коли­ честву водяного пара, насыщающего воздух при данной температуре,

г = — 100% .

Е

Относительная влажность выражается в про­ центах и характеризует степень насыщения воз­ духа водяным паром. Если абсолютная влажность воздуха неизменна, то с повышением температуры относительная влажность уменьшается, и наоборот. Если же постоянна температура, то относительная влажность увеличивается с увеличением абсолют­ ной влажности.

Д е ф и ц и т о м в л а ж н о с т и (d) называет­ ся недостающее количество водяного пара до пол­ ного насыщения воздуха:

при которой имеющийся в воздухе водяной пар на­ сыщает воздух при постоянном давлении. При этой температуре выпадает роса.

двух одинаковых ртутных термометров, вставленных в металлическую оправу. В верхней части психрометра находится вентилятор (аспира­ тор). Резервуары термометров заключены в двойные трубки. Аспира­ тор— вентиляционный диск — вращается с помощью пружинного механизма и втягивает воздух снизу. Воздух обтекает резервуары тер­ мометров. Резервуар правого термометра обернут батистом, который смачивается водой за 4 мин до наблюдений с помощью специальной пи­

295

петки. Наблюдения ведут на мостике с наветренной стороны, выдви­ нув психрометр за борт, чтобы аспиратор втягивал воздух с воды, а не с палубы. Продолжительность действия механизма аспиратора около

10 мин.

§ 110. ОБЛАКА

Облаками называются скопления в воздухе на разных высотах мель­ чайших капель воды или кристаллов льда или их смеси. Облака об­ разуются в результате восходящего движения воздуха, при котором он

Восходящее движение воздушных масс может произойти:

при натекании теплой массы воздуха на холодную. В этом случае происходит медленный подъем теплого воздуха;

при натекании холодной массы воздуха на теплую происходит бурный подъем теплого воздуха;

врезультате неодинакового нагревания земной поверхности воз­ дух поднимается над более нагретыми участками;

врезультате перемешивания двух воздушных масс образуются волны и подъем воздуха на гребнях.

По внешнему виду облака подразделяются на волнистые, слоистые

икучевые.

Во л н и с т ы е облака образуются вследствие образования волн на поверхности раздела перемещающихся воздушных масс, они схожи

сволнами на море.

С л о и с т ы е облака образуются при натекании теплой воздушной массы на более холодную. Имеют вид пелены, закрывающей небосвод или часть его.

К у ч е в ы е облака образуются при бурном вытеснении теплых воз­ душных масс холодными, а также в результате неравномерного на­ гревания Земли. Они имеют вид отдельных куч, гор.

По высоте облака делятся на четыре класса.

Облака верхнего яруса на высотах более 6000 м. Они состоят из кристаллов льда и осадков не дают. К ним относятся:

п е р и с т ы е , на высоте около 8000 м. Облака имеют вид нитей, крючков, волокон, перьев. Одной из разновидностей их являются

мелких хлопьев, барашков белого цвета, располагаются рядами или

белесой пелены, через которую просматриваются Солнце или Луна. Являются предвестниками длительной плохой погоды.

Облака среднего яруса образуются на высоте от 2000 до 6000 м. Они состоят из переохлажденных капель воды и кристаллов льда. К ним относятся:

296

в ы с о к о к у ч е в ы е , высота от 2000 до 6000 м. Имеют вид пластин или хлопьев серого цвета. Могут быть плотными или тонкими, полупрозрачными. Осадков не дают. Их разновидность — ч е ч е в и ­

Облака нижнего яруса, находятся на высоте до 2000 м. К ним от­ носятся:

сл о и с т о - к у ч е в ы е , высота 600—1500 м — слоистообраз­ ный серый покров, чередующийся с грядами, крупными валами серого цвета. Бывают просвечивающимися и плотными, из которых выпадают осадки;

сл о и с т ы е , высота 400—600 м — однородный серый покров, похожий на туман. Из них выпадают моросящие осадки. Предвещают устойчивую плохую погоду;

с л о и с т о - д о ж д е в ы е , высота 100—1000 м — темно-серая однообразная пелена. Дают обложные осадки в виде дождя или снега.

Облака вертикального развития в зависимости от формы и высоты называются:

к у ч е в ы е , нижнее основание их находится от поверхности Земли около 1000 м, а вершина в 2000 м и более. Это плотные облака с пло­ ским основанием и куполообразной вершиной. Осадков не дают;

к у ч е в о-д о ж д е в ы е (ливневые), нижнее основание на высоте

имеющего цветные фотоснимки различных видов облаков. Наблюдение за облачностью имеет большое значение в судовождении, ибо помогает предопределить возможные изменения погоды.

§ 111. ОБРАЗОВАНИЕ ТУМАНОВ

Туман образуется в результате скопления в приземном слое ат­ мосферы мельчайших капелек воды или кристалликов льда, вследствие чего горизонтальная видимость не превышает 1 км.

Если же горизонтальная видимость находится в пределах от 1 до 10 км, вследствие меньшего количества капелек воды или кристалли­ ков льда в воздухе, то образуется так называемая д ы м к а .

В зависимости от условий, в которых образовались туманы, их подразделяют на адвективные, туманы испарения, туманы смешения и радиационные.

297

А д в е к т и в н ы е т у м а н ы образуются в теплой воздушной массе с большой влажностью при ее движении (адвекции) над относи­ тельно холодной подстилающей поверхностью. При этом воздух от­ дает часть тепла, наступает точка росы и излишки водяного пара кон­ денсируются, образуя туман. Такой туман образуется при умерен­ ном ветре и характеризуется значительной густотой, уменьшающей видимость до 1 кбт. Он охватывает большие площади, имея высоту до 2 км, и держится несколько суток. К адвективным туманам относятся п р и м о р с к и е т у м а н ы , когда в холодное время года теплый и влажный морской воздух натекает на охлажденную сушу. Туман мо­ жет возникнуть также над холодными морскими течениями.

Т у м а н ы и с п а р е н и я образуются в холодное время года, когда температура воды выше температуры воздуха на 10° С и более. Пары у поверхности моря охлаждаются холодным воздухом и конден­ сируются. Распространению и уплотнению такого тумана способст­ вует слабый ветер. Туманы испарения неустойчивы и имеют высоту

2—3 м.

Т у м а н ы с м е ш е н и я образуются при перемешивании двух воздушных масс, близких к насыщению. Разность температур таких воздушных масс обычно не менее 10°.

Р а д и а ц и о н н ы е т у м а н ы образуются в результате ох­ лаждения земной поверхности, путем теплового лучеиспускания — радиации. Они возникают как над сушей, так и над сплошными льда­ ми. Большая влажность воздуха, безоблачное небо, незначительный ветер способствуют образованию такого тумана. В летнее время они образуются в долинах, над болотами в ночное время, а с восходом Солнца — рассеиваются. Высота их не превышает 500 м. В холодное время года над сушей и льдом, в результате длительного охлаждения подстилающей поверхности, образуются мощные радиационные тума­

из облаков капли воды в жидком или твердом состояний. Их выпадание происходит в случае, если капли воды или кристаллы льда достигают такого веса, что восходящие потоки воздуха не могут их удерживать. Увеличение капель или кристаллов льда происходит в результате про­ должающегося процесса конденсации водяных паров на имеющихся уже частицах и за счет слияния отдельных капель при столкновении. К ат­

ков. Характеризуются большой продолжительностью, слабой интен­ сивностью и охватывают значительные площади. Состоят из капель во­ ды или кристаллов льда средних размеров.

Л и в н е в ы е о с а д к и выпадают из кучево-дождевых облаков. Возникают внезапно и с большой интенсивностью, но непродолжитель*

298

ны. Выпадают на меньшей площади, чем обложные осадки. Состоят из крупных капель воды или снега, града и крупы.

М о р о с я щ и е о с а д к и выпадают из слоисто-кучевых и слоистых облаков. Характеризуются равномерностью, малой интенсив­ ностью. Состоят из мельчайших капель воды или ледяных игл, имею­ щих малый вес, медленно падающих на землю.

Количество осадков измеряется толщиной слоя воды в миллимет­ рах, если бы осадки не впитывались в почву. Количество снега также определяется в миллиметрах по толщине слоя воды, который получил­ ся бы при таянии этого снега.

Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальных зо­ нах. Здесь их количество может достигать 4000 мм в год. По мере уве­ личения широты к северу и югу от экватора количество осадков умень­ шается и достигает минимума в поясе 15—40° широты. Далее, с увели­ чением широты количество осадков вновь увеличивается до 1000 мм. В полярных районах осадки составляют около 300 мм вследствие малой абсолютной влажности воздуха. Наибольшее количество осад­ ков выпадает в Индии — до 12 700 мм, а в Советском Союзе в Батуми— 2000 мм. Наименьшее количество осадков выпадает в Сахаре — 5 мм и в Чили — 1 мм.

Атмосферные осадки для мореплавания играют существенную роль. Ухудшая видимость, они затрудняют определение места судна в море и увеличивают возможность столкновений с другими судами. Во мно­ гих случаях ухудшение видимости вынуждает уменьшать скорость судна, усложняет навигационную обстановку плавания. Туманы, об­ лака, осадки исключают возможность определения места по небесным светилам астрономическими способами. Туманы, облака и осадки осложняют работу радиолокационных станций, так как короткие вол­ ны отражаются частицами воды и льда, затрудняя обнаружение различ­ ных объектов. Осадки и грозовые облака ослабляют слышимость радио­ передач, вызывают трески и шумы при приеме радиопередач, что, в свою очередь, усложняет радиопеленгование и снижает его точность.

Г л а в а XXV

ВЕТЕР

§ 113. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВЕТРА И ЕГО ЭЛЕМЕНТЫ

Ветром называется горизонтальное перемещение масс воздуха. При­ чина возникновения ветра — неравномерное распределение давления воздуха (рис. 178). В процессе неодинакового нагревания воздушных масс в атмосфере образуются массы теплого (Т . В.) и холодного (Х . В.) воздуха. В теплом воздухе давление с высотой уменьшается мед­ ленно, и на определенной высоте оно будет выше, чем в массе холодного воздуха. Воздух начнет перетекать из области теплой массы в область холодной. При этом давление холодной массы воздуха увеличится не только на высоте перетекания воздуха, но и у поверхности Земли.

299