14 Билет

1. Воздушной массой называется большой объем воздуха, имеющий горизонтальные размеры несколько сотен или тысячи километров и вертикальный – порядка 5 км, характеризующийся примерной однородностью температуры и влажности и перемещающийся как единая система в одном из течений Общей Циркуляции Атмосферы.

Однородность свойств воздушной массы достигается формированием ее над однородной подстилающей поверхностью и в сходных радиационных условиях. Кроме того, необходимы такие циркуляционные условия, при которых воздушная масса длительно задерживалась бы в районе формирования.

Значения метеорологических элементов в пределах воздушной массы меняются незначительно – сохраняется их непрерывность, горизонтальные градиенты малы. При анализе метеорологических полей можно с достаточным приближением применять линейную графическую интерполяцию при проведении, например, изотерм, до тех пор, пока мы остаемся в данной воздушной массе.

Резкое возрастание горизонтальных градиентов, приближающееся к скачкообразному переходу от одних значений к другим, или, по крайней мере, изменение величины и направления градиентов (как в случае давления воздуха) происходит в переходной (фронтальной) зоне между двумя воздушными массами.

В качестве наиболее характерного признака той или иной воздушной массы принимается псевдопотенциальная температура, отражающая и действительную температуру воздуха и его влажность (температура, которую бы принял воздух при адиабатическом процессе, если бы сначала весь содержащийся в нем водяной пар сконденсировался при неограниченно падающем давлении и выпал из воздуха и выделившаяся скрытая теплота пошла бы на нагревание воздуха, а затем воздух был бы приведен под стандартное давление).

Поскольку более теплая воздушная масса обычно бывает и более влажной, то разность псевдопотенциальных температур двух соседних воздушных масс бывает значительно большей, чем разность их действительных температур. Вместе с тем, псевдопотенциальная температура медленно изменяется с высотой в пределах данной воздушной массы. Это ее свойство помогает определять напластование воздушных масс одной над другой в тропосфере.

Географическая классификация воздушных масс

Воздушные массы можно подразделить на основные географические типы по тем широтным зонам, в которых располагаются их очаги. В соответствии с этим, воздушные массы называют: арктический или антарктический воздух (АВ), полярный, или умеренный, воздух (ПВ или УВ), тропический воздух (ТВ). Что касается экваториальных широт, здесь происходит конвергенция (сходимость потоков) и подъем воздуха, поэтому располагающиеся над экватором воздушные массы обычно приносятся из субтропической зоны. Но иногда выделяют самостоятельные экваториальные воздушные массы (ЭВ).

Данные воздушные массы, кроме того, подразделяют на морские и континентальные воздушные массы: мАВ и кАВ, мУВ и кУВ (или мПВ и кПВ), мТВ и кТВ.

Термин “полярный относится к воздушным массам, формирующимся на широтах от 50° до 70°.

2. Под воздействием сил притяжения Луны и Солнца в океанах непрерывно создаются волновые колебания, при которых частицы воды описывают замкнутые, очень растянутые в горизонтальном направлении и наклонные к линии отвеса орбиты. Происходящие при этом вертикальные периодические колебания водных масс называются приливо-отливными колебаниями уровня моря. Они сопровождаются горизонтальными перемещениями водных масс – приливо-отливными течениями.

Основные элементы прилива:

-малая вода - наинизший уровень во время приливного колебания;

-полная вода - наивысший;

-продолжительность роста уровня - время между моментами наступления малой и полной воды;

-продолжительность падения уровня - время между моментами наступления полной и малой воды;

-период прилива - промежуток времени между моментами двух соседних полных или двух соседних малых вод;

-величина прилива - разность высот полных и малых вод.

-высота прилива – превышение уровня моря над нулём глубин;

-амплитуда прилива – разница уровней полной и малой воды со средним уровнем;

-возраст прилива – промежуток времени между кульминацией луны на данном меридиане и наступлением максимального уровня

Правильный прилив имеет продолжительность роста и падения, а также высоты последующих малых и полных вод, почти одинаковыми. При изменяющихся характеристиках имеет место неправильный прилив. По периодичности приливы делятся на полусуточные, суточные и смешанные. При полусуточном приливе в течение лунных суток (24ч50мин) повторяются по два прилива и отлива. При суточном по одному.

Первая научно обоснованная теория приливов была выдвинута Ньютоном. Она состоит в следующем:

Приливообразующая сила в каждой точке на поверхности Земли является геометрической суммой:

1)центробежной силы, возникающей при вращении системы Земля-Луна;

2)силы притяжения между данной точкой Земли и массами Луны и Солнца. (Рис.9.)

Первая из них равна по величине для всех точек Земли. Сила же притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между точкой Земли и центром светила, следовательно разная в ближайшей точке (максимальная), в центре (среднее значение) и в противоположной от светила (наименьшая). Геометрическая сумма обеих сил создает равновесие в центре и превышение над равновесием с обеих сторон. Отсюда возникновение в гидросфере приливного эллипсоида.

Потенциал приливообразующей силы определяется по формуле статического прилива:

где к - гравитационная постоянная, М - масса светила, r - радиус Земли, z - зенитное расстояние светила,

D - расстояние между центрами Земли и приливообразующих светил.

Масса Луны в 81,5 раза меньше Земли, масса Солнца больше земной в 330400 раз, но расстояние между Землей и Луной составляет 60,3 радиусов Земли, а между Землей и Солнцем 23484 радиусов. При подстановке перечисленных значений в формулу статического прилива выходит, что приливообразующая сила Луны в 2,17 раза больше приливообразующей силы солнца. Период лунного прилива равен 12ч25мин, а солнечного ровно 12ч.

Результатом дальнейшего изучения прилива стала динамическая теория Лапласа (1775г). Ее сущность состоит в следующем:

так как приливообразующие силы имеют периодический характер, то, следовательно, они должны постоянно вызывать и поддерживать в океане колебательное движение волнообразного характера с тем же периодом. Лаплас рассматривает две системы приливных волн: 1) волны вынужденные, гребни которых перемещаются со скоростью, равной скорости перемещения светила, скорость перемещения которых определяется выражением

где Н - глубина моря.

Таким образом, Лаплас впервые учел распространение приливных волн в зависимости от глубины моря. Вынужденные волны характерны для открытых частей океанов, а свободные - для материковой отмели и отдельных окраинных морей.

Лаплас преобразовал основное выражение высоты статического прилива

(Е - масса Земли)

заменив зенитное расстояние светил Z на широту , склонение  и часовой угол его А. Кроме того, он ввел в эту формулу эмпирические коэффициенты Р₁ и Р₂ к амплитудам и поправки ₁ и ₂ к фазам отдельных составляющих колебаний уровня. Тогда:

CosZ = Sin Sin + Cos Cos CosA

После преобразований формула высоты прилива приобрела вид:

h=3/2*Mr²/ED³[(1-3Sin²)(1–3Sin²)/6]+P₁Sin2Sin2Cos(A-₁)+ +P₂Cos²Cos²Cos2(A-₂ )

С их помощью ему удалось согласовать теоретически рассчитанный статический прилив с наблюдающимся в природе.

Для практических задач судовождения весьма важным является правильное понимание причин и особенностей неравенств прилива. Наиболее важные из них: полумесячное, параллактическое и суточное.

Полумесячное (фазовое) неравенство - самое большое. Солнце и Луна в видимом движении не равны. Солнце нагоняет Луну на 50 минут в сутки. Поэтому взаимное положение Земли, Луны и Солнца в пространстве все время меняется. В моменты новолуния и полнолуния Луна, Земля и Солнце располагаются на одной прямой (астрономическая сизигия). В этом случае суммарный прилив становится максимальным. Промежуток от новолуния и полнолуния до наступления сигизийного прилива есть возраст полусуточного прилива. В первую и последнюю четверть Луны Солнце, Земля и Луна располагаются по отношению друг к другу под прямым углом (астрономическая квадратура). Через некоторое время после этого (примерно через 1,5 суток) большие оси приливных эллипсоидов располагаются также под прямым углом. Поэтому в тех местах, где Луна будет производить максимальный подъем уровня, Солнце будет вызывать максимальный спад. Суммарный прилив будет минимальным (квадратурным). Различия в величине прилива по указанным причинам и называются полумесячными неравенствами. С ним связана величина лунного промежутка, то есть времени между моментом верхней кульминации Луны в данном месте и моментом наступления полной воды.

Параллактическое неравенство создается изменением расстояний от Земли до Луны и Солнца. Луна возвращается в свой перигей через каждые 27,55 средних суток, Солнце - через каждые 365,26 средних суток. Величина перигейного лунного прилива приблизительно на 40% больше апогейного, а солнечного на 10%. Наибольшие приливы случаются тогда, когда Солнце и Луна находятся в сизигии и перигее. В это время максимальный отлив дает значение наинизшего уровня или нуля глубин в данном месте.

3. Для повышения эффективности гидрометеорологического обслуживания мореплавания ряд метеорологических служб осуществляют ежедневную передачу через специальные средства связи факсимильных карт с гидрометеорологической информацией. Факсимильные радиопередачи содержат изображения приземных и высотных фактических и прогностических погодных состояний, а также некоторые характеристики поверхностного слоя моря. Ниже приводится перечень карт погоды и состояния моря, которые наиболее целесообразно использовать на борту судна для обеспечения безопасности плавания и повышения его экономичности.

Приземный анализ погоды дает карту погоды, составленную на приземных данных синоптических наблюдений.

Приземный прогноз погоды показывает будущую карту погоды, представляемую на 24,36 и 48 часов вперед.

Приземный прогноз малой заблаговременности дает прогнозируемое положение барических систем и фронтов в приземном слое на последующие 3-5 дней.

Анализ волнения – характеристика поля волнения (направление движения, высота и период), основанная на данных наблюдений за волнами и (или) на данных поля ветра.

Прогноз поля волнения – прогнозируемое поле волнения на 24 и 48 часов (направление и высота).

Анализ температуры воды (средней) – анализ поля температуры на поверхности моря, основанный на данных наблюдений судовых гидрометеорологических станций за определенный период осреднения (пятидневку, декаду).

Прогноз температуры воды – прогнозируемое распределение температуры воды поверхностного слоя на срок от 1 до 10 суток.

Прогноз ледовых условий – ледовая обстановка (кромка льда, сплоченность и другие характеристики) и положения айсбергов.

Нефанализ или фотографии – положение и состояние облачного покрова, состояние подстилающей поверхности и другие характеристики, получаемые с метеорологических искусственных спутников Земли.

По некоторым ограниченным районам Мирового океана (Средиземное море, район Большой Ньюфаундлендской банки, Северо-западная часть Тихого океана) передаются еще специальные карты, в которых содержится информация об окружающей среде, например о температуре воды на разных горизонтах, солености, течениях, глубине залегания слоя скачка и т.п.

Обозначения иностранных факсимильных карт.

Большинство метеорологических центров обозначают двумя четырехбуквенными группами тип карты, для какого района она составлена и каким метеорологическим центром она передана. Например, в группах FSXX и EGRR буквы FS первой группы характеризуют тип карты, буквы XX – район, для которого она составлена второй группой (EGRR) дается название метеорологического центра.

Наиболее важные карты: