|
|
Стандартные числа |
Чебышева |
при п — 1Т а б л и ц а 32 |
|
X |
Фі |
Фз |
1 |
7 |
, |
7 |
|
|
Т'^э |
12 |
Ѵ‘ |
20 Ѵі |
• t * . |
|
|
|
|
|
1 |
—3 |
5 |
—1 |
|
3 |
— 1 |
1 |
|
2 |
—2 |
0 |
1 |
—7 |
4 |
—6 |
|
3 |
— 1 |
—3 |
1 |
|
1 |
5 |
15 |
|
4 |
0 |
—4 |
0 |
|
6 |
0 |
—20 |
|
5 |
+ 1 |
—3 |
— 1 |
|
1 |
5 |
15 |
|
6 |
+ 2 |
0 |
— 1 |
—7 |
—4 |
—6 |
|
7 |
+ 3 |
5 |
1 |
|
3 |
1 |
1 |
|
7 |
28 |
84 |
6 |
|
|
84 |
924 |
|
2 1 Ф П А7)]2 |
154 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
где Ді, Аи
X Ф* (хк) =
І—1
Ак — коэффициенты разложения поля давления Р(х), которые опреде лятся из формулы
П
|
|
Ф* (•*/) |
|
|
А „ = — |
н------------- , |
(9.69) |
|
|
(■**) |
|
|
|
4=1 |
|
|
kl (2k + 1) п (n* — 1) (л2 — 22) . . . (л2 — £2) |
(9.70) |
|
22ft [1, |
2 , 3 . . . ( 2 k + l)]2 |
|
|
Так как каждая точка в нашем случае задана коор динатами х и у, то разложение производится последова тельно— по оси X и по оси у. Тогда разложение в двой ной ряд примет вид:
k S
Р(х, У) = 2 |
2 АЛ (•*/) Ф,О/), |
(9.71) |
* = 0 |
J= 0 |
|
где
пт
|
У і ) ф * ( * «Ф) і ( У г ) |
|
1 |
1___________________ |
(9.72) |
— |
|
2 Фа(*0 Ф?О'/)
1
Очевидно, подобное разложение можно сделать и в другие виды рядов. Однако разложение по ортогональ ным полиномам П. Л. Чебышева имеет два важных пре имущества перед другими рядами. Во-первых, ряды Че бышева, будучи ортогональными, быстро сходятся, что уменьшает объем вычислительных работ, а, во-вторых, что особенно для нас важно, некоторым членам разло жения можно дать физическое обоснование. Так, если ось л' направить по параллели на восток, а ось у по ме ридиану на север, то при 6 = 5= 0 ф0(х) = фо(г/) = 1 пер вый член разложения будет равен Лоо, следовательно, он
описывает |
значение |
фона поля давления. При 6 = 1 и |
s = 0 получим ф1 ( х ) = х ---- п |
* , Фо(У)=1- Тогда вто |
рой член |
разложения |
будет |
равен Л10— \^х------ ^— J ; |
следовательно, ои характеризует поле изобар, вытяну тых в меридиональном направлении, а третий член
он
характеризует поле изобар, вытянутых в широтном на правлении. Члены же высших порядков описывают и мелкомасштабные изменения поля давления.
§ 43. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГНОЗА ПОГОДЫ НА КОРАБЛЕ
Прогноз погоды представляет собой словесное опи сание и цифровое представление вероятных будущих значений метеорологических полей для заданного рай она. Составляемые прогнозы погоды подразделяются на прогнозы общего и специального пользования. Общие прогнозы предназначены для оповещения населения об ожидаемых погодных условиях в районе населенного пункта, они передаются несколько раз в сутки по радио. Специализированные прогнозы составляются для опре деленных отраслей народного хозяйства. В этих прогно зах особенно детально характеризуются те метеорологи ческие явления, которые оказывают наибольшее влияние на специфику данной отрасли. Например, в морских Прогнозах особое внимание уделяется прогнозированию ветра, волнения, видимости; в авиационных прогнозах упор делается на прогноз облачности, ее высоты и вер тикальной мощности.
По |
срокам действия составляемые |
прогнозы делят |
ся па |
краткосрочные (сроком до 48 ч) |
н долгосрочные. |
Кроме того, время действия прогноза может лимитиро ваться временем выполнения специальной задачи — пе реходов кораблей, перелетов самолетов и др. Такие прогнозы составляются по специальным запросам.
Особым видом краткосрочных прогнозов являются штормовые предупреждения, содержащие сведения о на
ступлении |
опасных метеорологических явлений — усиле |
нии ветра |
до 6 баллов и выше, ухудшении видимости до |
0,5 мили, |
резком понижении температуры с переходом |
ее через ноль, резких подвижках льдов и др. Долгосрочные прогнозы погоды составляются с за
благовременностью от 3 до 1 0 суток, на месяц и сезон. Для их составления разработаны специальные методики.
В |
прогнозах |
малой заблаговременности (сроком на |
3— |
1 0 |
суток) |
характер погоды детализируется по перио |
дам, |
а в прогнозах большой заблаговременности (на ме |
сяц, сезон) указываются ожидаемые отклонения от сред ней многолетней нормы (фоновый прогноз).
По месту действия прогнозы погоды подразделяются на прогнозы для пункта (базы, города, аэродрома), для района и маршрута перехода.
Терминология прогнозов погоды регламентируется специальными инструкциями; употребление терминов, не включенных в такие инструкции, недопустимо, так как может привести к разному истолкованию прогноза пого ды. Формулировка прогноза погоды должна быть лако ничной, четкой и обоснованной.
Оценка выпускаемых прогнозов погоды производится в прогностических подразделениях, при этом обязатель ной оценке подлежат все выпускаемые прогнозы и штор мовые предупреждения. Оценка производится по единой методике, что дает возможность сравнивать качество прогнозов погоды, выпускаемых разными подразделе ниями.
В корабельных условиях можно составлять только краткосрочные прогнозы и штормовые предупреждения. Исходными данными для составления прогноза погоды на корабле являются: результаты фактических наблюде ний, выполненных на корабле, прогностическая карта, составленная на середину срока действия прогноза, и фактические синоптические карты за последние сроки
наблюдений. Кроме того, желательно иметь в своем рас поряжении данные наблюдений искусственных спутни ков Земли метеорологического назначения и радиолока ционных наблюдений над метеорологическими целями, выявленные местные признаки и карты барической то пографии (АТ; 0 0 или АТ5 0 0 и OTf“ 0).
К составлению прогноза погоды на корабле целесооб разно приступать в период между 15—17 ч и определять срок действия его с 18 ч текущих суток до 18 ч следую щих. Текст прогноза должен включать: направление и скорость ветра, степень волнения моря в баллах, коли чество облачности, явления (осадки, туманы), видимость и температуру воздуха. При докладах прогноза погоды всегда необходимо характеризовать степень уверенности самого прогнозиста в его оправдываемости.
Подготовка исходных данных к составлению прогноза погоды. Прежде чем приступить к составлению прогноза погоды, необходимо выполнить ряд предварительных операций:
—установить характер суточного хода метеорологи ческих элементов; эта операция выполняется путем ана лиза хода давления н температуры воздуха, измеренных на корабле, на специально построенном графике;
—выявить соответствие фактических погодных усло
вий в районе нахождения корабля тому синоптическому объекту, который располагается в районе плавания на синоптической карте; при выполнении этой операции большую помощь может оказать корабельный радиоло катор, с помощью которого определяются дистанция и направление до объекта, дающего метеорологическую цель на индикаторе кругового обзора;
—нанести на прогностическую карту центры цикло нов, антициклонов, оси гребней и ложбин, снимая их с синоптической карты за последний срок; это позволяет установить те объекты, которые будут обусловливать характер погоды в том районе, для которого составляет ся прогноз;
—выделить район прогнозирования на прогностиче ской карте;
—рассчитать барический градиент G по прогности
ческой карте в районе плавания по формуле (? = 300/Д, где Д — расстояние между изобарами, проведенными че рез 5 мбар, выраженное в милях;
— определить силу ветра и в приводном слое по фор муле u = kG. Значение коэффициента k выбирается из табл. 33.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 33 |
Значения коэф ф ициента пропорциональности |
для |
вычисления |
дей ствительного |
ветра по |
величине |
барического |
гр адиента, |
|
вы раж енного |
в м бар /1° |
широты |
|
|
|
Ш и р о т а J |
20° |
2 0 - 3 5 ° |
3 5 —5 5° |
5 3 - 7 0 ° |
70° |
k |
4 |
3 |
|
2 |
1 |
,5 |
1 |
Полученная сила ветра округляется до целого балла. Направление ветра определяется по расположению изобар на прогностической карте с учетом отклонения
на угол 15° в сторону низкого давления.
|
Исходные данные |
Фактические |
Прогнозируемые |
|
£ карщурогоды |
наблюдения |
с прогностической |
|
|
|
накорабле |
карты |
|
Лчера |
Сегодня |
ЪгІЪч ТрЧ5ч |
7л03 ч |
наконец |
|
О—щ |
О—1 |
|
|
|
срока |
|
% |
% |
■ I |
/ |
|
|
|
|
Рис. 95. |
Схема развития ветрового режима (к прогнозу ветра) |
Приемы составления прогноза ветра. Направление ветра в прогнозе указывается четвертью горизонта. Так, если в прогнозе указывается: ветер юго-западной четвер ти, то это означает, что в течение срока действия прогно за ожидается ветер от SSW до WSW направлений.
Сила ветра указывается диапазоном баллов по 12-балльной шкале, принятой в кораблевождении. При этом ветер до 5 баллов и свыше 8 баллов имеет диапа
зон 2 балла |
(2—4 балла, |
10—12 баллов и т. д.), а при |
силе ветра |
5— 8 баллов |
диапазон уменьшается до |
1 балла. |
|
|
Для составления прогноза ветра составляется схема развития ветрового режима в районе плавания корабля, которая имеет вид, показанный на рис. 95. На этой схе ме исходные данные выбраны из журнала гидрометео
рологических наблюдений, выполненных на самом ко рабле, прогностический ветер на 09 ч рассчитан по гра диентному методу, а на 18 ч — экстраполяцией. Состав ленная схема показывает процесс формирования ветро вого режима на прогнозируемый период, и позволяет сформулировать текст прогноза.
При окончательной формулировке прогноза силы вет ра необходимо учитывать следующее:
—ветер усиливается при углублении циклона, в зоне которого будет плавать корабль;
—в момент прохождения холодного фронта ветер носит шквалистый характер;
—в тыловой части циклона наблюдаются частые усиления ветра в момент выпадения осадков типа за рядов;
—сила ветра будет больше снятой со схемы разви тия, если в тылу циклона происходит смена циклониче ской кривизны изобар на антициклоническую;
—при большом контрасте температур воздуха в со прикасающихся воздушных массах ветер всегда сильнее расчетного;
—ветер усиливается при переходе с суши на водную поверхность.
Прогноз волнения. Степень волнения оценивается по 9-балльной шкале, в основу которой положены высоты хорошо выраженных волн, имеющих 5% обеспеченность. В прогнозе степень волнения дается диапазоном баллов.
Основой прогнозирования степени волнения являет ся прогноз ветра, так как между волнением и ветром существует хорошо выраженная зависимость. Высоты волн зависят от продолжительности и силы ветра, его устойчивости по направлению и от пути, проходимого ветром над водной поверхностью (его называют разго ном).
При составлении прогноза степени волнения можно руководствоваться следующими указаниями. При силе ветра от 5 до 8 баллов, сохранении его по направлению больше 1 2 ч и разгоне больше 300 миль балл степени волнения обычно соответствует баллу ветра. При силе ветра до 5 баллов балл волнения уменьшается на 2 еди
ницы |
относительно балла ветра. При разгоне менее |
300 |
миль балл волнения меньше |
балла |
ветра на |
2—3 |
единицы. Если в течение срока |
действия |
прогноза |
ожидается резкое ослабление ветра, то необходимо пре дусмотреть образование зыби. Появление зыби возможно также из других районов океана, где наблюдаются силь ные продолжительные ветры. Кроме того, можно исполь зовать соотношения, изложенные в § 28.
Прогноз облачности. Прогноз облачности основы вается на характере, типе и эволюционной направлен ности фронтальных разделов, расположенных в районе плавания корабля.
Наличие сплошной облачности (10 баллов) прогно зируется, если в районе плавания наблюдаются:
—хорошо выраженный теплый фронт, который обо стряется;
—фронт окклюзии, особенно типа теплого;
—теплый сектор циклона, когда сам центр циклона
располагается близко к району прогноза;
— продолжительное падение давления. Значительная облачность (7—10 баллов) прогнози
руется, если в районе плавания наблюдаются:
—размывающиеся фронты;
—холодный фронт;
—нулевые барические тенденции.
Умеренная облачность (3—7 баллов) дается в тех случаях, когда в районе отсутствуют фронтальные раз делы, но атмосфера обнаруживает неустойчивую стра тификацию, о чем свидетельствует образование кучевых форм облаков в момент составления прогноза.
Облачность небольшую и ясно (0—3 балла) следует ожидать в тех случаях, когда плавание происходит в зоне воздействия антициклона, близко от его центра и при прохождении оси барического гребня.
Резкоменяющаяся облачность указывается в прогно зе в том случае, когда район прогноза располагается за линией холодного фронта и ожидается активное втор жение масс холодного воздуха, сопровождающееся лив невыми осадками типа зарядов.
Прогноз осадков. Прогноз осадков должен полно стью соответствовать прогнозу облачности, поэтому он базируется на прогнозе перемещения фронтальных раз делов. Вид осадков дается в соответствии с температу рой воздуха, а тип — с характером фронта.
Прогноз тумана. При прогнозе возникновения ту манов следует прежде всего руководствоваться клима-
15* 435
тическими характеристиками данного района. Обяза тельного образования тумана следует ожидать в тех случаях, когда плавание корабля происходит:
— вблизи кромки тающих льдов;
—при надвижении теплого воздуха на холодное те
чение;
—в зоне теплого фронта, лежащего в параллель ных изобарах;
—при резком потеплении.
Рассеяние тумана, уже существующего к моменту составления прогноза, следует ожидать в тех случаях, когда:
—по прогнозу ожидается значительное усиление
ветра;
—произойдет похолодание;
—плавание корабля будет в зоне теплого течения. Прогноз видимости. Характер видимости прогнози
руется в зависимости от типа воздушной массы, которая будет воздействовать на район плавания. Обычно в арк тическом воздухе видимость больше 1 0 миль, в воздухе умеренных широт — от 5 до 10 миль, в тропическом воз духе— 3—5 миль. Ухудшение видимости в осадках дает ся на основании ожидаемого типа осадков и их интен сивности. Видимость при тумане не указывается, так как при тумане видимость всегда меньше 0,5 мили.
Прогноз температуры воздуха. Над водной поверхно стью не наблюдаются значительные колебания темпера туры воздуха, поэтому за основу прогноза следует брать исходную температуру, изменяя ее в зависимости от типа фронта. При прогнозе температуры особенно необ ходимо учитывать суточное перемещение корабля, осо бенно если корабль имеет большую скорость.
Г Л А В А 10
СПЕЦИАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ НА ЭКСПЕДИЦИОННЫХ СУДАХ
§ 44. АКТИНОМЕТРИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Актинометрия — раздел метеорологии, изучающий потоки лучистой энергии в атмосфере.
Основную роль в формировании теплового режима нашей планеты играет энергия, излучаемая Солнцем. По сравнению с солнечной энергией значение других источников энергии для атмосферы ничтожно мало. Так, за счет внутреннего тепла Земли каждый квадратный сантиметр земной поверхности получает всего 54 кал в год, что в 5 тыс. раз меньше тепла, получаемого от Солнца, а количество тепла, поступающего от космиче ских источников, в 30 млн. раз меньше. Поэтому тепло вой режим атмосферы и гидросферы полностью зависит от поступающей солнечной энергии и ее географиче ского распределения. Это и определяет необходимость организации актинометрических наблюдений на гидро логических станциях.
Энергия, излучаемая Солнцем, называется солнеч ной радиацией. Всякое излучение всегда сопровождает ся потерями энергии излучающего тела, что приводит в конце концов к понижению его температуры. Но одно временно излучающее тело и поглощает энергию, иду щую к нему со стороны других излучающих тел. По этому каждое тело может находиться в состоянии рав
новесного |
теплового |
излучения — когда |
количество |
излучающей |
энергии |
компенсируется |
поступающей от |
других тел, |
и неравновесного — когда |
полная |
компенса- |
ция не наблюдается. Солнце находится в состоянии не равновесного теплового излучения; оно больше излучает энергии, чем получает от космических соседей. Вслед ствие этого температура Солнца должна беспрерывно понижаться. Однако этот процесс идет настолько мед ленно, что в пределах тех отрезков времени, в течение которых производятся актинометрические наблюдения, можно распространить закон равновесного излучения и на солнечные процессы. Это значительно облегчает про цесс изучения распределения солнечной радиации у по верхности Земли и дает возможность использовать зако номерности, свойственные равновесному излучению энергии.
Поток радиации и его характеристика. Пусть через площадку dS поверхности в одну минуту тело излучает во все стороны количество энергии гіФ, тогда количе ство энергии, излучаемое через единицу поверхности, бу дет равно dP. Это количество энергии называется пото ком лучистой энергии или потоком радиации. Поток ра диации определяется отношением
< |
а д |
и выражается в кал/(см2 • мин) или эрг/(см2 *с). |
• с). |
Поток радиации Солнца составляет 7 • ІО10 эрг/(см2 |
Этой лучистой энергии, которую ежесекундно теряет Солнце, достаточно, чтобы растопить слой льда толщи ной 1 0 0 0 км, покрывающий полностью весь земной шар, и образовавшуюся воду довести до кипения. До Земли, однако, доходит лишь ничтожная часть всей энергии, излучаемой Солнцем в мировое пространство, но и ее до статочно, чтобы играть основную роль в тепловом ре жиме Земли.
Лучистая энергия Солнца носит спектральный харак тер и состоит из целого спектра волн, отличающихся по длинам. Для метеорологических целей основной интерес
представляет участок спектра |
с длинами волн от 0 , 1 |
до |
1 0 0 мкм потому, что именно |
в этом диапазоне волн |
со |
средоточено свыше 99% лучистой'энергии Солнца. По этому для полной энергетической характеристики пото ка радиации интересно выяснить распрОделение энергии по длинам волн. Для этого выделим в общем потоке элементарный участок в интервале длин волн от X до
