4. Навигационная гидрометеорология

4.1. Метеорология

Метеорологией называется наука, изучающая физические процессы и явления в атмосфере ("метеора" – нечто в небе).

Величины, характеризующие физическое состояние атмосферы, называются метеорологическими элементами; к ним относится: температура и влажность воздуха, видимость, атмосферное давление, ветер, облачность, осадки и др.

Сочетание метеорологических элементов и их изменение в течение некоторого промежутка времени (час, сутки, неделя, месяц) называется погодой данного района.

Многолетний режим явлений погоды данного района носит название климата. Этот режим определяется закономерной последовательностью метеорологических процессов и обусловливается комплексом физико-географических условий.

Иначе говоря, климат данного района есть ни что иное, как совокупность типичных для этого района погод.

В метеорологии особое внимание обращается на исследование разнообразных процессов в атмосфере: гроз, штормов, ураганов, оптических и звуковых явлений. Знание метеорологических процессов и их особенностей дает возможность успешно составлять предсказания погоды (прогнозы).

4.1.1. Атмосфера

Атмосфера – газовая оболочка, окружающая со всех сторон земной шар.

Воздух представляет механическую смесь нескольких газов: (в процентах по объему:

азота ………………….. 78%; аргона ……………………. 0,9%;

кислорода ……………. 21%; углекислоты ……………… 0,03%.

Остальные газы (гелий, водород, неон, криптон, ксенон, озон, аммиак, различные окислы азота и др.) составляют в сумме менее 0,1%. Таков состав сухого воздуха. Количество водяного пара в атмосфере весьма изменчиво. Оно колеблется в пределах 4% при жаркой и влажной погоде и достигает 0% при сильных морозах.

Кроме того, в воздухе находится большое количество мельчайших инородных частиц, пыли наземного, космического, вулканического и т.п. происхождения («аэрозоли»).

В настоящее время различают следующие основные слои в атмосфере: тропосферу, стратосферу, ионосферу и экзосферу.

Тропосфера – это нижний слой, толщина которого в умеренных широтах 10-12 км, над полюсом 6-8 км, а над экватором 16-18 км. В тропосфере наблюдается сильная конвекция и обычные метеорологические явления, возникают облака, выпадают осадки, происходят грозы. Воздух тропосферы сильно запылен. Состав воздуха во всей толще тропосферы один и тот же. По мере поднятия вверх в этом нижнем слое можно наблюдать закономерное падение температуры в среднем на 0,5 на каждые 100 м высоты. На границе тропосферы температура воздуха падает до минус 55- минус 80.

Между тропосферой и стратосферой находится переходный слой толщиной в 2-3 км, называемый тропопаузой.

Выше, до высоты 80 км, расположен следующий слой – стратосфера. В стратосфере нет обычных облаков, не выпадает осадков. Воздух стратосферы относительно чист, такой же, как и в тропосфере. В этом слое наблюдаются сильные ветры. Падение температуры воздуха в стратосфере прекращается, и затем начинается рост температуры с высотой. Повышение температуры объясняют наличием озона, который поглощает солнечную радиацию. (Максимум озона на высоте 25 км).

Выше стратосферы лежит ионосфера (80-800 км), которая также имеет слоистое строение.

На этих высотах воздух сильно разрежен и под влиянием солнечной радиации и излучения в нем образуется большое количество ионов (заряженных электричеством частиц), он приобретает способность проводить электричество, и отражать радиоволны и искривлять радиолучи.

В ионосфере выделяют несколько слоев: Д (днем 70 км, ночью 90 км) - отражает радиоволны длинноволнового диапазона; Е (слой Хевисайда)120 км (ночью слабее), гектометровые (средние) волны ночью отражаются от этого слоя (а днем они поглощаются). F (слой Эплтона) ( днем два слоя F₁160 км, F₂250 км) – слой максимальной ионизации, отражает короткие волны (днем1025 м, ночью3570 м).

Волны метрового диапазона и более короткие уходят в космос, но с отклонением от прямолинейного луча.

Начиная с высоты 800 км, простирается сфера рассеивания или экзосфера. В этой сфере газы настолько разрежены, что их частицы, двигаясь с огромными скоростями, относительно редко сталкиваются друг с другом, а отдельные наиболее быстро движущиеся частицы газов могут уходить в межпланетное пространство, преодолевая земное притяжение.

Для выполнения различных расчетов введено понятие Стандартная атмосфера, которая характеризуется осредненными параметрами воздуха для различных высот, например: h = 0 (уровень моря), давление Р_о= 760 мм рт.ст. (1013,25 мбар); температура t_о= 15С, плотность воздуха_о= 1,225 кг/м³; в других единицах_о= 1 атмосфера = 1033,23 кг/см; (мбар = Гпа, т.е. милибары равны гектопаскалям).

На высоте h = 8 км, р = 267 мм рт.ст. (0,35 ^.р_о); t^о= -37С;= 0,525 кг/м³(0,43^._о).