Типы карт

Фактические гидрометеорологические карты:

AS – приземные карты погоды

AP – обзорная карта погоды

AW – карта ветра

AN – карта облачности

Прогностические гидрометеорологические карты:

FS – прогноз приземного барического поля

FT – карта обоснования долгосрочного прогноза погоды

FC - карта обоснования краткосрочного прогноза погоды

FZ – прогноз погоды для судоходства

FE – прогноз погоды малой заблаговременности (8-10 дней)

FG – карта прогноза опасных явлений погоды

FM – прогноз экстремальной температуры воды (максимум, минимум)

Обозначения карт с предупреждениями:

WH – об урагане

WS – об опасных явлениях погоды

WT – о тропическом циклоне (тайфуне)

WV – другие предупреждения

15 Билет

1. Если фронт движется так, что холодный воздух отступает, уступая месту теплому воздуху, то такой фронт называется теплым. Теплый воздух, продвигаясь вперед, не только занимает пространство, где раньше находился холодный воздух, но и поднимается вверх вдоль переходной зоны. По мере подъема теплый воздух охлаждается, водяной пар, находящийся в нем, конденсируется. В результате этого образуются облака (рис. 2.1.3.).

Рис. 2.1.3. Теплый фронт на вертикальном разрезе и на карте погоды.

 

На рис 2.1.3 показаны наиболее характерная облачность, осадки и воздушные течения теплого фронта. Первым признаком приближения теплого фронта будет появление перистых облаков (Ci). Давление при этом начнет падать. Через несколько часов перистые облака, уплотняясь, переходят в пелену перисто-слоистых облаков (Cs). Вслед за перисто-слоистыми облаками натекают еще более плотные высоко-слоистые облака (As), постепенно становящиеся не просвечиваемыми луной или солнцем. Давление падает при этом сильнее, а ветер, несколько поворачивая влево, усиливается. Из высоко-слоистых облаков могут выпадать осадки, особенно зимой, когда они по пути не успевают испариться.

Через некоторое время эти облака переходят в слоисто-дождевые (Ns), под которыми обычно бывают разорванно-дождевые (Fr nb) и разорванно-слоистые (St fr). Осадки из слоисто-дождевых облаков выпадают более интенсивно, видимость ухудшается, давление быстро падает, ветер усиливается, часто принимает порывистый характер. При пересечении фронта ветер резко поворачивает вправо, падение давления прекращается или замедляется. Осадки могут прекратиться, но обычно они лишь ослабевают и переходят в моросящие. Температура и влажность воздуха постепенно повышаются.

Трудности, которые могут встретиться при пересечении теплого фронта, связаны в основном с длительным пребыванием в зоне плохой видимости, ширина которой колеблется от 150 до 200 миль. Необходимо знать, что условия плавания в умеренных и северных широтах при пересечении теплого фронта в холодную половину года ухудшаются вследствие расширения зоны плохой видимости и возможного обледенения

2. Теория приливов Ньютона предполагает, что в поле приливообразующей силы поверхность океана приобретает фигуру равновесия. Если считать, что океан покрывает твёрдую оболочку Земли непрерывным слоем одинаковой глубины, то такой поверхностью будет эллипсоид вращения - эллипсоид прилива, большая ось которого всегда направлена на Луну. Поверхность эллипсоида двумя выпуклостями – "горбами" – поднимается выше среднего уровня покоя океана, а между ними широким поясом, охватывающим весь твёрдый шар, - пояс малых вод – лежит ниже среднего уровня. Эллипсоид, следуя за луной, делает один оборот в течение месяца, а твёрдое тело внутри эллипсоида делает один оборот в сутки, что и создаёт в каждой точке тела периодические колебания уровня приливного типа. В течение суток Луна продвигается в ту же сторону, что и Земля (при её вращении) по своему пути на расстояние, соответствующее 50 минутам (Луна обращается вокруг Земли за 271/3 дня). Поэтому от момента одной полной воды до другой должно проходить не 12 часов, а 12 ч 25 мин. Так как Луна имеет склонение, периодически изменяющееся в пределах от 23,5° S до 23,5° N, то большая ось эллипсоида переменно наклонена к плоскости экватора. Это и создаёт суточное неравенство прилива в амплитудах и временах. Иногда это приводит к полному изменению картины прилива. На параллели будет уже наблюдаться только одна полная вода в сутки. Прилив из полусуточного (две полные и две малые воды в сутки) становится суточным. Ньютон смог дать вполне законченное объяснение такой трансформации приливов, и это было его первой теорией так называемых неравенств прилива. Ньютон не упустил из вида, что Солнце, с точки зрения механизма возникновения приливообразующих сил, также должно приводить к аналогичным эффектам, что и действие Луны. В некотором смысле его действие должно быть даже проще. Ведь вращение земли составляет 24 часа ( а не 24ч 50 мин как у Луны), так что солнечный прилив будет иметь период равный точно 12 ч. Правда, он может уступать по мощности лунному и несмотря на то, что масса Солнца больше массы Луны, так что притягивать водные частицы оно должно сильнее. Это было бы так, если бы не огромная разница в расстояниях от Земли до Луны и до Солнца. Расчёт солнечного эллипсоида, сделанный Ньютоном, показал, что величины солнечного прилива в 2,17 раз меньше лунного. Имея теперь два равноправных эллипсоида: солнечный и лунный, Ньютон смог дать вполне наглядное объяснение сизигийным и квадратурным приливам. Когда оба эллипсоида складываются, т.е. когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют в одном направлении (а это бывает в сизигии – при полнолунии или новолунии), то высокая вода максимальна. В квадратуре, наоборот, она минимальна (солнечный эллипсоид "вычитается" из лунного). Ньютону удалось также заметить, что такие важные астрономические эффекты как изменение расстояния Луны от Земли в течение месяца и расстояния от Земли до Солнца в течение года приведут, естественно, к соответствующему изменению величин приливообразующих сил и к особым долгопериодным аномалиям в ходе приливов. Последние носят названия параллактических неравенств, наличие которых было также объяснено Ньютоном. Ньютон обнаружил, что в рамках его теории путём учёта изменений в склонениях Луны и Солнца можно объяснить и такой казалось бы малозначительный факт, подмеченный уже к тому времени наблюдателями, что в разных местах вечерний прилив выше, чем утренний в одно время года, и ниже в другое. Поскольку между весенним и осенним равноденствием Солнце имеет северное склонение (лунная орбита почти не меняет своего склонения относительно солнца), то линия из центра Земли к Луне всегда будет на солнечной стороне, т.е. в северных широтах. Эта линия – ось приливного эллипсоида, так что летом дневной прилив выше ночного, а зимой когда склонение Солнца южное – наоборот. Приходится лишь удивляться, как Ньютон смог в то время объяснить практически все основные особенности приливов. Видимо, хорошее знание астрономии позволило ему сразу уловить причины аномалий приливов, связанные с изменением во времени взаимного расположения Земли, Солнца и Луны. Теория морских приливов, созданная Ньютоном и известная в настоящее время под названием статическая (потому что предполагалось существование равновесного эллипсоида в каждый момент времени), открыла всем глаза на природу приливов и их особенности. Это было блестящим достижением. Но вот один факт из приливных наблюдений не мог не смущать Ньютона и послужил зародышем дальнейшего развития теории приливов. Факт этот заключался в том, что наблюдаемые приливы могли сильно запаздывать или наоборот опережать статические приливы.

Формула

h = 3/2*M*r⁴(Cos²Z – 1/3)/ E*D³,

где: h - высота прилива (м), М – масса светила (кг): Солнца – 2*10³⁰, Луны – 7,35*10²²; Е – масса Земли – 6*10²⁴; r - радиус Земли (м); D - расстояния между центрами планеты и приливообразующих светил (м): Земля-Солнце – 15*10¹⁰, Земля – Луна – 3,84* 10⁸; Z⁰ - зенитное расстояние светила (централный угол между отвесной линией и направлением на светило).

Вычислить (величина Z⁰ – по вариантам) высоту прилива: лунного ( h_л ), солнечного - ( h_c ), cизигийного (h_л + h_c) и квадратурного (h_л + h_c ).

3. ВЕТРОВЫЕ ТЕЧЕНИЯ – течения, обусловленные как непосредственно влекущим действием ветра, так и наклоном уровенной поверхности и перераспределением плотности воды, вызванных ветром (ГОСТ 18.454-73). Таким образом, к В.т. относят дрейфовое течение (см.), компенсационное течение, возникающее вслед за дрейфовым в глубинных или придонном слоях водоема при сгонно-нагонных явлениях (см.) под воздействием силы горизонтального градиента гидростатического давления, т.е. по существу, гравитационное течение (см.), а также когда В.т. возникает из-за неоднородности поля плотности воды (см.), вызванного не термическими процессами, а дрейфовыми течениями

Под действием ветра возникают дрейфовые и ветровые течения. Дрейфовые течения, возникающие под непосредственным воздействием ветра, включают затем составляющую, образованную наклоном уровня моря.

Разница в уровне моря, обусловленная атмосферным давлением, создает бароградиентное течение, включающееся затем в систему ветровых.

Неодинаковое или неодновременное изменение температуры и солености вод океана приводит к неравномерному распределению плотности в море. Силы, стремящиеся к восстановлению равновесия в водных массах, создают градиентные течения.

Наклон уровня моря, образованный притоком вод из другого района, или выпадением осадков, создает сточные течения. Из них некоторые авторы выделяют стоковые - течения, создаваемые стоком рек. Наибольшее практическое значение имеют три класса течений - фрикционные (дрейфовые и ветровые), градиентные и приливо-отливные.

Основы теории дрейфовых и ветровых течений создал Экман. Он показал, что:

I.1) Устойчивые течения в глубоком море, вызванные ветром постоянной силы и постоянного направления, отклоняются от направления ветра в северном полушарии на 45⁰ вправо, а в южном - на 45⁰влево, причем это отклонение не зависит ни от скорости ветра и течения, ни от географической широты места; его скорость прямо пропорциональна силе трения, которая создается движущимся потоком воздуха:

где Т - сила трения ( - тангенциальное напряжение ветра),  - коэффициент вертикальной турбулентной вязкости,  - плотность воды,  - угловая скорость вращения Земли,  - широта места.

2) Подповерхностные течения отклоняются в ту же сторону от направления ветра, что и поверхностные течения, но угол отклонения с глубиной увеличивается, а скорость уменьшается по логарифмическому закону.

3) На глубине моря D, которую Экман назвал глубиной трения, глубинное течение обратно по направлению поверхностному, и его скорость составляет 1/23 от скорости поверхностного течения.

4) Экман дал следующие формулы, связывающие глубину трения D, скорость ветра и скорость поверхностного U₀:

5) Для определения зависимости между силой ветра и скоростью течения, вызываемого этим ветром, Экман ввел понятие о ветровом коэффициенте - отношении скорости течения к скорости ветра (К=U₀/W). Для конкретного района моря величина этого коэффициента не зависит от скорости ветра. Для восточного побережья Америки, например, он был определен на плавучих маяках (83000 наблюдений) величиной, равной 0,02.

II. Дрейфовые течения в мелководном море (если D больше глубины моря) на поверхности имеют отклонение от направления ветра меньше 45⁰ и угол отклонения зависит от силы ветра. При сильных ветрах в мелководном море (Н=0,1D) направление течения практически совпадает с направлением ветра.

III. Вблизи береговой черты дрейфовые течения вызывают сгоны и нагоны, что приводит к возникновению градиента давления и градиентного течения (сгонно-нагонного).

Если прибрежная зона имеет отвесный берег и глубина моря превышает глубину трения, то в слое воды толщиной D развивается поверхностное течение, которое является геометрической суммой чисто дрейфового течения (со скоростью на поверхности U₀) и глубинного течения (с постоянной скоростью (т).

Ниже глубины трения D, вдоль берега, в направлении, перпендикулярном максимальному уклону уровня, идет глубинное течение. Связь между скоростями дрейфового течения на поверхности и глубинным течением определяется по формуле

где  - угол между направлением ветра и береговой чертой. У дна, в слое толщиной D, наблюдается придонное течение с меняющимися скоростями и направлениями в зависимости от рельефа дна.

С уменьшением глубины моря дрейфовое течение, как уже указывалось, приближается к направлению ветра, а сгонно-нагонное - к направлению наибольшего уклона поверхности моря. Поэтому в мелководном море схема прибрежной циркуляции может быть представлена в следующем виде: на поверхности потоки воды направлены по ветру и обусловлены дрейфовым течением, а в придонном слое направлены против ветра и обусловлены сгонно-нагонными течениями. Таким образом, для мелководного побережья, в отличие от приглубого, ветер, дующий параллельно береговой черте, не создает сгонно-нагонных течений. В мелководной зоне моря максимальные сгонно-нагонные течения наблюдаются при ветре, дующем перпендикулярно береговой черте.

Эти положения следует учитывать при использовании формулы Экмана. По этой формуле скорость находится только при устойчивом ветре в открытом глубоком море или в зоне приглубого берега. Для мелководных районов необходимо определять и ветровой коэффициент и угол отклонения.

Сама зависимость может быть нелинейной. Например, для одного из районов Балтийского моря:

U₀=0,04W^0,82