60. Морские волны и их действия на гидротехнические сооружения.

Морские волны и характеристики волнения.

Волны на поверхности моря или океана могут возникать под действием ветра, колебаний атмосферного давления, приплыводействующих сил Луны и Солнца, подводных землетрясений. Согласно основной причины, вызвавшей волны, они подразделяются на ветровые, барические (сейши), приточные, сейсмические (цунами).

Ветровые волны - движение жидкости, возникающее за счет действия ветра, которая передается й непосредственно давлением воздушного потока на склоны гребней и его трением о поверхность волн. Есть три стадии ветрового волнения: ветровое волнение, что зарождается, полностью развито и затухающее.

Развитие ветровых волн начинается с ряби - множества мелких

неровностей в форме гребней, правильно чередующихся и впадин. На этой

стадии скорость распространения каждой волны (фазовая скорость) меньше

скорости ветра, способствует передаче энергии ветра волнам. По мере

накопления энергии высота и длина волны постепенно увеличиваются.

Рост высоты волн ограничено неустойчивостью их гребней; достичь некоторой предельной (критической) крутизны гребни разрушаются и передают свою энергию длиннее волнам. По мере роста длины волн фазовая

скорость их распространения превосходит скорость ветра, поэтому энергия

ветра этим волнам не передается. Однако на поверхности длинных волн вновь зарождаются короткие волны, которые увеличиваются до критической крутизны. На этой стадии волновая поверхность является суммой коротких волн, которые получаютэнергию от ветра, и длинных волн, которые получают энергию от коротких волн. Одновременно происходят потери волновой энергии на разрушение гребней и вовлечения в движение нижних слоев воды. Однако общая приток энергии превышает потери.

На стадии полностью развитого волнения устанавливается равенство между притоком энергии и ее потерями при волновом движении. В этой стадии поверхность моря оказывается покрытой множеством различных по форме и размерам волн, совокупность которых образует трехмерные волны, движущиеся в одном направлении.

Если ветер, вызвавший волнения, стихает, то отдельные короткие

волны затухают через энергетические потери, и образуются брыжейки,

характеризуются правильной двумерной формой и большими длинами. При выходе в прибрежных сооружений происходит дополнительная трансформация волн, связанная с изменением глубины и рельефа дна.

На нагрузку от ветровых волн выполняют расчет для всех без исключения типов гидротехнических сооружений на шельфе.

Сейши - стоячие волны большого периода (от нескольких минут до

десятков часов), возникающие в замкнутых водоемах (морях, заливах, озерах) в последствии многократного отражения от берегов волн образуются под действием резкого изменения атмосферного давления, ветра, сейсмических явлений и др. Сейши представляют в основном опасность для плавучих сооружений, что заякорена.

Приточные волны - периодические колебания уровня моря, обусловленные равнодействующей силами притяжения Луны и Солнца и центробежной силы. Прилывы волны имеют несколько периодов, наименьший из которых около 1/3 суток. Поэтому с точки зрения нагрузок на г / т сооружения их можно рассматривать как течения. Вместе с

тем следует учитывать, особенно для сооружений, как, опираются на дно, изменение уровня воды, вызываемое приточно-отливными явлениями, достигает в некоторого побережья + 5м.

Цунами - морские гравитационные волны очень велико, длины.

возникающие при сильных подводных и прибрежных землетрясениях,

вулканических извержениях и других тектонических процессах. В глибоководшй частей, океана эти волны имеют незначительную высоту (менее 2 м), не представляют опасности для свободно плавающих конструкций, но их следует учитывать для сооружений, которые стоят на якоре. В прибрежной зоне высота волн резко возрастает (до 10м. а в клиновидных бухтах до 50 м). В этой зоне цунами представляют

значительную угрозу для всех сооружений. На континентальном шельфе бывшего Союза опасными относительно цунами есть районы Дальнего Востока.

18. Географічні особливості розподілу температури, тиску та вітру біля Землі.

Климатические поля температуры воздуха являются характерис­тикой состояния одного из звеньев климатической системы - атмосфе­ры. Их структура определяется особенностями распределения солнеч­ной энергии по поверхности Земли, а также процессами взаимодейст­вия между звеньями климатической системы. К ним относятся особен­ности развития макропроцессов в атмосфере, вид деятельной поверх­ности и характер теплообмена ее с атмосферой, особенности распреде­ления суши и океанов, а также полей морского льда, рельефа местнос­ти. Все эти факторы определяют значительные колебания полей темпе­ратуры во времени и пространстве.

В формировании поля температуры воздуха на Земле большую роль играют океаны. Воды морей и океанов находятся в непрерывном движении и играют большую роль в межширотном переносе тепла на земном шаре . Теплые течения заметно повышают температуру высоких широт зимой , а холодные течения в низких широтах снижают температуру.

Благодаря влиянию материков и океанов разница температур на одинаковых широтах Северного и Южного полушария в одни и те же сезоны весьма значительна. Зимой в умеренных широтах Северного полушария холоднее , чем на тех же широтах Южного полушария , а летом , наоборот , теплее , чем в Южной . Это объясняется тем , что в средних широтах Северного полушария суша занимает 45-61 % поверхности , а в Южном полушарии около 4 %.

Тепло , которое в течение теплого полугодия накопилось в океанах , зимой медленно расходуется на нагрев воздуха . Материки нагреваются и охлаждаются быстрее. Поскольку в Северном полушарии материки занимают значительную часть земной поверхности , то быстрое охлаждение их зимой и нагревание летом сказывается на величинах средних широтных температур. Поэтому в умеренной зоне Южного полушария , где преобладает водная поверхность , зимой температура выше , чем на соответствующих широтах Северного полушария. Летом , наоборот , вследствие быстрого нагрева материков Северного полушария температура здесь выше , чем в Южном полушарии .

Тропики и полярные круги , ограничивающие пояса освещенности , лишь в общих чертах отражают пределы тепловых поясов. Поскольку на распределение температуры , кроме фигуры Земли и положение ее относительно Солнца , влияет распределение суши и воды , океанические и воздушные течения , то за пределы тепловых ( температурных ) поясов принимаются изотермы (годовые и самого теплого месяца ) . По этому принципу на Земле различаются такие тепловые пояса:

1 ) жаркий , расположенный между летней изотермой 20 ° С Северного и Южного полушария;

2 ) два умеренных пояса , расположенных между годовой изотермой 20 ° С и изотермой 10 ° С самого теплого месяца (соответственно июля или января);

3 ) два холодных пояса, они находятся между изотермами 10 ° С и 0 ° С самого теплого месяца .

Иногда в пределах холодных поясов выделяются две области вечного мороза со средней температурой самого теплого месяца ниже 0 ° С. В Северном полушарии - это внутренняя часть Гренландии и пространство вблизи полюса , а в Южной - область южнее 60 - й параллели.

Мировой океан и атмосфера образуют единую систему. Океан -аккумулятор солнечного тепла на Земле , мощной преобразователь лучистой энергии в тепловую. Атмосфера большую часть тепла и влаги , получает от океана, главным образом , в тропических широтах путем испарения . Тепло , которое поступает в атмосферу , влияет на распределение плотности и давления атмосферы . Часть тепловой энергии , которую получает атмосфера , превращается в механическую - возникает ветер. Ветер передает энергию водной поверхности, вызывая образование волн и океанических течений. Последние переносят тепло из низких широт в высокие.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит четко выраженный зональный характер , что вызвано неравномерным нагреванием земной поверхности , и , как следствие , изменением давления . Изменение давления объясняется перемещением воздуха . Он высокий там , где воздух становится более низкий там , откуда воздух перемещается . Нагреваясь от поверхности , воздух направляется вверх и давление на тепловую поверхность снижается. Но на высоте воздух охлаждается и начинает опускаться на соседние холодные участки , где давление растет. Таким образом нагрева и охлаждения воздуха от земной поверхности сопровождается его перераспределением и изменением давления .

    В екваториальних широтах температура постоянно высокая , воздух, нагреваясь , поднимаются и направляются в тропические широты . Поэтому в экваториальной зоне давление постоянно низкое. В тропических широтах в результате притока воздуха возникает область повышенного атмосферного давления. Над постоянно холодной поверхностью полюсов ( в Арктике и Антарктике) давление воздуха повышено, его создает воздух, который приходит из умеренных широт . Вместе с тем отток воздуха создает в умеренных широтах область пониженного атмосферного давления. В результате на Земле формируются пояса пониженного ( экваториальный и два умеренных ) и повышенного ( два тропических и два полярных ) давления. В зависимости от сезона они несколько смещаются.

Полярные области высокого давления зимой расширяются , летом уменьшаются , но существуют весь год. Пояса пониженного давления весь год сохраняются близ экватора и в умеренных широтах южного полушария. Иная картина в северном полушарии. Здесь зимой в умеренных широтах над материками давление сильно повышается и поле низкого давления "разрывается " : оно сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного атмосферного давления - Исландского и Алеутского минимумов. Но над материками , где давление заметно повысилось , образуются так называемые зимние максимумы : Азиатский ( Сибирский ) и Северо - Американский (Канадский ) . Летом в умеренных широтах северного полушария поле пониженного давления восстанавливается. При этом огромная область пониженного давления формируется над Азией - Азиатский минимум.

   В тропических широтах - поясе повышенного давления - материки всегда нагреваются сильнее , как океаны , и давление над ними ниже . Это приводит к возникновению субтропических максимумов над океанами : Северо - Атлантический ( Азорский ) , Северо - Тихоокеанский , Южно - Атлантический , Южно - Тихоокеанский и Индийский .

   Иначе говоря , пояса повышенного и пониженного давления Земли , несмотря на сезонные изменения своих показателей , достаточно устойчивыми.

Изменение давления на единицу расстояния в горизонтальном направлении называют горизонтальным барическим градиентом. Направление горизонтального барического градиента соответствует наклону изобарической поверхности.

Разница атмосферного давления между двумя точками вызывает горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности, который называют ветром . Ветер характеризуют скоростью и направлением. Скорость ветра прямо пропорциональна горизонтальном барическом градиента и измеряется в метрах в секунду или в милях в час , узлах .

Кроме барического градиента и трения , на ветер влияют вращения Земли или сила Кориолиса и центробежная сила . Благодаря силе Кориолиса ветер в северном полушарии отклоняется вправо , а в южном - влево от направления барического градиента. Угол отклонения увеличивается с широтой и в среднем равен 45 - 50 ° над сушей и 70 - 80 ° над морем. Центробежная сила возникает в замкнутых барических системах , циклонах и антициклонах , и направлена ​​от центра к периферии. Сила трения обратная относительно силы барического градиента. Трения влияет на ветер примерно до высоты 1000 м - это слой атмосферы называют слоем трения.

Движение воздуха в атмосфере отличается по своим масштабам - от величин порядка сотни метров , до тысяч километров в системе крупнейших вихрей атмосферы - циклонов и антициклонов , пассатов , муссонов , струйных течений. Во всех случаях он предопределяется разницей температуры и давления. Там , где создаются условия для возникновения горизонтального градиента давления , появляются воздушные течения , которые пытаются выровнять неоднородности температуры и давления.

На небольших участках деятельной поверхности вследствие неравномерного ее нагрева возникают местные ветры - бризы , горно - долинные , фены и др. . Сезонные изменения движения воздуха больших масштабов , которые возникают вследствие неравномерного нагрева и охлаждения суши и океанов, называют муссонами . Система крупномасштабных воздушных течений , которые по своим размерам сопоставимы с большими частями материков и океанов , называется общей циркуляцией атмосферы .

Планетарными масштабами выделяется циркуляция атмосферы между экватором и полюсами , которая обусловлена ​​зональным распределением тепла на земной поверхности. Холодные воздушные течения направляются из высоких широт Северного и Южного полушария к низким , а теплые воздушные течения с экваториальной и тропической зоны - в высоких . Такой обмен воздухом между различными широтами наблюдается в течение всего года в обоих полушариях . Он послабее летом и усиливается зимой и является основной циркуляцией воздуха на земном шаре .

Ветер ( движение воздуха ) имеет направления не от высокого до низкого давления , а отклоняется от него в Северном полушарии вправо , а в Южной влево.

В связи с наличием двух областей высокого давления в полярных и субтропических широтах в нижних слоях воздуха движется к районам с пониженным давлением , то есть до умеренных широт и экватора. Движение воздуха из полярных районов в умеренные широты , а также из субтропиков к экватору совершается с северо-востока в Северном полушарии , а в Южном полушарии - с юго-востока. Направление движения воздуха , который царит в поясе между субтропиками и умеренными широтами - юго - западный и западный в Северном полушарии и северо - западный и западный в Южной .

В системе общей циркуляции атмосферы в каждом полушарии можно выделить по три незамкнутые звена , которые связаны между собой и с выше расположенными слоями: полярная , умеренная и тропическая .

Полярная ( высокоширотная ) звено ограничена широтой 65 °. Здесь до высоты 1-2 км преобладают сильные восточные ветры. Умеренная (середньоширотна ) звено находится между 65 и 25-30 ° широты. Преобладает перенос воздуха с запада , которое усиливается с высотой . Низкоширотных ( тропическая ) звено расположена между 25-30 ° и экватором. Общее движение воздуха до высоты 1-2 км в тропиках имеет направление с востока на запад , а вблизи экватора - и к верхней границе тропосферы. Для этого звена характерны пассаты . Это ветры , направленные от субтропических широт к экватору . Фактически - это ветры периферийных частей субтропических антициклонов , южных частей Северной и северных в Южном полушарии .

Пассаты противоположных полушарий , двигаясь навстречу друг другу , сходятся вблизи экватора . В области их сходимости ( восхождение ) в так называемой внутритропической зоне конвергенции возникают сильные восходящие движения воздуха . Они обусловливают образование мощных кучево - дождевых облаков , из которых выпадают сильные ливневые осадки.

Пассатная циркуляция проявляется в течение всего года и только в Северном полушарии она перекрывается муссонной циркуляцией . Так , например , в Индии летом наблюдаются муссонные ветры южного и юго - западного направлений. Они представляют собой как бы продолжение Южного пассата Южного полушария . Пассат Северного полушария летом в Индии отсутствует .

Ограниченность пассатной циркуляции 30 - й параллелью обусловлена ​​динамичными причинами ( поступлением воздуха со стороны экватора) , объясняется условиями движения воздуха . Так вблизи экватора движение воздуха имеет юго - восточное направление , затем - южное (вблизи 20 ° с.ш.), далее – юго- западный и , наконец - западное направление (в районе 30 ° с.ш. ) . Постепенный поворот вправо объясняется быстрым увеличением действия отклоняющей силы вращения Земли по мере удаления от экватора. К тому пока происходит поворот вправо (от южного направления к западному ) , можно считать , что в каждой параллели с юга поступает больше воздуха , чем оттекает от нее на север. Там же , где антипассат принимает точно западное направление , отсутствует приток и отток воздуха , не может быть и накопления воздуха . Поэтому рост давления ограничивается субтропическими широтами , 30-35 °. Здесь образуется пояс максимального давления - субтропический максимум , для которого характерны нисходящие движения воздуха . В связи с этим климат в этих районах засушливый , что приводит к образованию больших пустынь.

Кроме зонального типа циркуляции ( перенос воздуха вдоль параллелей ) , существует и меридиональное тип переноса воздушных масс из высоких широт в низкие и наоборот. В некоторых районах земного шара под влиянием температуры контрастов между сушей и морем и между Северной и Южной возникают муссоны - устойчивые воздушные течения сезонного характера . В средних широтах обоих полушарий , главным образом , в полосе между 40-й и 60-й параллелями на фронтальных разделах зарождаются циклоны и движутся на восток. Область зарождения тропических циклонов находится между 10 и 20 ° северной и южной широты, над наиболее нагретыми частями океанов. Эти циклоны перемешиваются в западном направлении ( по периферии субтропических антициклонов ) .

19.Вимірювання основних метеорологічних параметрів, прилади й методика вимірювань.

Для того чтобы постоянно иметь возможно полное представ­ление о состоянии атмосферы, необходима широкая постановка систематических измерений многих физических величин, харак­теризующих как состояние атмосферы, так и подстилающей по­верхности (суши и гидросферы), оказывающей большое влияние на развитие атмосферных процессов.

Измерения должны быть организованы таким образом, чтобы их результаты служили основой для прогнозов погоды, формиро­вания метеорологической информации для удовлетворения за­просов сельского хозяйства, градостроительства, здравоохране­ния, транспорта и многих других отраслей народного хозяй­ства.

Метеорологические наблюдения — это измерения метеоро­логических величин, а также регистрация атмосферных явлений. К метеорологическим величинам относятся: температура и влаж­ность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, количество и высота облаков, количество осадков, потоки тепла и др.

Метеорологические наблюдения над состоянием атмосферы вне приземного слоя и до высот около 40 км носят название аэрологических наблюдений. Наблюдения над состоянием высоких слоев атмосферы можно назвать аэрономическими..

Метеорологические наблюдения производятся приборами, установленными на метеорологических станциях у поверхности Земли. Цель аэрологических наблюдений заключается в получении сведений о значении метеорологических величин во всей толще атмосферы. К наиболее важным величинам относятся атмосферное давление, скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха.

Набор измерительных средств, использующихся для на­блюдения за состоянием атмосферы и для ее исследования, не­обычайно широк: от простейших термометров и до зондирующих лазерных установок и специальных метеорологических спутников. Метеорологическими приборами обычно называют такие приборы, которые используются для проведения измерений на метеорологиче­ских станциях (на суше и на кораблях). Эти приборы сравнительно просты, они удовлетворяют требованию однотипности, позволяю­щему сравнивать наблюдения разных станций.

Метеорологические приборы устанавливаются на площадке станции под открытым небом. Только приборы для измерения давления (барометры) устанавливаются в помещении станции, поскольку разница между давлением воздуха под открытым небом и внутри помещения практически отсутствует.

Приборы для определения температуры и влажности воздуха должны быть защищены от действия солнечной радиации, осад­ков и порывов ветра. Поэтому их помешают в будках особой кон­струкции, так называемых метеорологических будках. На станциях устанавливаются также самопишущие приборы, дающие непрерыв­ную автоматическую регистрацию важнейших метеорологических величин (температуры и влажности воздуха, атмосферного давле­ния и ветра). Самопишущие приборы нередко сконструированы так, что их датчики находятся на площадке или крыше здания на открытом воздухе, а регистрирующие части, связанные с датчика­ми электрической передачей, внутри здания.

Измерение температуры

На метеорологических станциях измеряют температуру воз­духа, почвы, воды, снега, а также градиенты температуры в этих средах. Температура является одной из основных величин, характеризующих тепловое состояние системы.

Температуру измеряют при помощи термометров разно вида.

Термометров, применяемых для метеоро­логических измерений, достаточно много, однако наибольшее применение на метеорологической сети имеют:

1. жидкостные термометры, действие которых основано на изменении объема жидкости при изменении температуры(психрометрический термометр ТМ-4, дополнительный спиртовый термометр ТМ-9, максимальный термометр ТМ-1, минимальный термометр ТМ-2, термометр коленчатый (Савинова)ТМ-5, термометр для определения температуры поверхности почвы);

Психрометрический термометр (Т М -4). Психрометрический

термометр используется для определения температуры, а также влажности воздуха. Это ртутный термометр со вставной шкалой из молочного стекла.

Для шкал психрометрических термометров приняты следующие пределы: верхний предел от +41 до +50° и нижний от —31 до —35°. На шкале нанесены деления через 0,2°, отсчет производится с точностью до 0,1 на глаз.

Для удобства установки термометра в специальном штативе на верхнем конце его защитной трубки при помощи сургуча укреплен металлический колпачок. Термометр устанавливается при работе (в психрометрической будке) в вертикальном положении.

Психрометрический термометр является основным термометром, принятым в метеорологии для измерения температуры воздуха.

Дополнительный спиртовый термометр (Т М -9). Таккак ртуть замерзает при —38,87°, то для определения тем­пературы воздуха ниже —35° на метеорологических станциях употребляется специальный спиртовый термометр, так называемый дополнительный (к ртутному психрометрическому).

Устройство этого термометра отличается от психрометрического главным образом тем, что в качестве термометрической жидкости в нем используется спирт. Шкала имеет пределы: верхний от +11 до +21°, нижний от —71 ДО'—81°; цена деления шкалы 0,2°. Этот термометр устанавливается вертикально в специальном гнезде штатива рядом с психрометрическим термометром.

Наблюдения по дополнительному спиртовому термометру следует производить параллельно с психрометрическим ртутным, как только температура воздуха начнет опускаться ниже —20°. Такие параллельные отсчеты по спиртовому и ртутному термометрам производятся для того, чтобы определить так называемую дополнительную поправку для спиртового термометра. Эта поправка необходима для исключения погрешности в показаниях

термометра, возникающей вследствие того, что спирт в капилляре термометра может испаряться (конденсироваться в верхней его части) и количество спирта, по которому определяют температуру воздуха, будет уменьшаться.

Максимальный термометр (Т М -1). Этот термометр служит

для определения максимального значения температуры в какой- либо промежуток времени. Максимальный термометр устроен

таким образом, что он сохраняет показание, соответствующее

максимальной температуре за время, предшествующее моменту

отсчета. Приведение же показаний термометра в соответствие

с температурой в данный момент, если она ниже отсчитанной по шкале, производится искусственно, путем встряхивания термометра. Отсчеты по максимальному термометру.производятся с точностью до 0,1°, хотя шкала разделена на 0,5°.

Максимальный термометр устанавливается слегка наклонно, так как капилляр максимального термометра сравнительно широк и ртуть в термометре легко может отходить от резервуара. При отсчете рекомендуется слегка приподнимать конец термометра, противоположный резервуару.

Минимальный термометр (Т М -2). Этот термометр спиртовый, служит для определения минимальной температуры за данный промежуток времени. Он имеет вставную шкалу молочного

стекла, цена наименьшего деления которой 0,5°. Пределы шкалы минимального термометра: верхний от +21 до +30° и нижний от —41 до —75°.

Капилляр на конце, противоположном резервуару, имеет расширение. Внутри спирта в капилляре находится небольшой штифтик из темного цветного стекла, имеющий на своих концах утолщение в виде булавочных головок. Штифтик может свободно перемещаться в спирте внутри капилляра. При измерении минимальный термометр устанавливается горизонтально.

При измерениях записывают показания термометра по концу штифтика, противоположного резервуара (минимум), и по концу спиртового столбика (контрольный отсчет). Контрольный отсчет необходим, так как спирт может частично испаряться и конденсироваться в верхней части капилляра. Столбик спирта в капилляре станет короче, и показания, снятые по положению штифтика, будут заниженными (минимум будет занижен). Сравнения показаний психрометрического и минимального термометров дают' возможность определить дополнительную поправку к минимальному термометру.

Термометр коленчатый (Савинова) (ТМ -5)служит для определения температуры почвы на различных глубинах. Термометр ртутный, со вставной шкалой молочного стекла, имеющей деления через 0,5°. Термометр немного выше резервуара

изогнут под углом 135°. Подобные термометры выпускаются комплектом. В комплект входят термометры для измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см, при этом длина термометров соответственно этим глубинам около 290, 350, 450, 500 мм.

2. деформационные термометры, действие которых осно­вано на изменении линейных размеров твердых тел с измене­нием температуры(термографы);

Термо́граф — прибор для непрерывной регистрации температуры воздуха, воды и др. Чувствительным элементом термографа может служить биметаллическая пластинка, термометр жидкостной или термометр сопротивления. В метеорологии наиболее распространён термограф, чувствительным элементом которого является изогнутая биметаллическая пластинка, деформирующаяся при изменении температуры. Перемещение её конца передаётся стрелке, которая чертит кривую на разграфленной ленте. 1 мм записи по вертикали соответствует около 1 °C. По времени полного оборота барабана термографы подразделяются на суточные и недельные. Работа термографа контролируется по ртутному термометру.

3. термометры сопротивления, действие которых основано на изменении электропроводности тел с изменением темпера­туры(электротермометр АМ-2М, установки для измерения температуры почвы М-54 и М-54-1 М);

Электротермометр (АМ-2М) используется в агрометеорологии для измерения температуры почвы на глубине 2—5 см.

Он обеспечивает измерение температуры от —30 до +45°

с точностью до ±1° с переключением в двух диапазонах: от —30

до +5° и от +5 до +45°. Электротермометр состоит из комплекта датчиков и измерительного пульта . Число датчиков ничем не ограничивается, но обычно в комплекте их 10 штук.

4. термоэлектрические термометры, действие которых ос­новано на изменении электродвижущей силы термоэлементов при изменении разности температуры спаев;

Принцип действия любого термометра основан на законо­мерной температурной зависимости некоторого выбранного для измерения физического свойства термометра (или применяемых в нем веществ).

Метод измерения температуры и вид термометра опреде­ляется выбранной термометрической характеристикой (или вы­бранным термометрическим веществом).

Для сравнимости показаний различ­ных термометров их градуируют по шкале.

Для измерения температуры существуют различные температурные шкалы, каждая из которых содержит два и более реперные точки. Общепринятыми реперными точками во всех шкалах является точка (температура) таяния льда и точка (температура) кипения воды.

На практике используют следующие температурные шкалы:

- Стоградусная шкала или шкала Цельсия (° С) с реперными точками 0 и 100 ° С;

- Шкала Фаренгейта (° Ф или ° F) с реперными точками 32 ° Ф и 212 ° F.

- Абсолютная шкала с реперными точками 273 К и 373 К (шкала Кельвина);

- Шкала Реомюра (° R) с реперными точками 0 и 80 ° R (на сегодняшний день эта шкала почти не используется).

Кроме указанных выше шкал, существует международная температурная шкала, термодинамическая температурная шкала и эмпирическая температурная шкала.

Измерение атмосферного давления

Давление – это физическая величина характеризующая интенсивность нормальных сил с которыми одно тело действует на поверхность другого.

В метеорологии атмосферное давление принято выражать в миллибарах (мб).

Часто атмосферное давление выражают в миллиметрах вы­соты ртутного столба, создающего давление, равное атмосфер­ному:

1 мм рт. ст. = 1,33 мб , 1 мб =0,75 мм.

Атмосферное давление является основным макроскопическим параметром состояния аза и жидкости с которых состоит атмосфера.

Основным прибором для измерения атмосферного давле­ния служит ртутный барометр. Ртутные барометры бывают: чашечными, сифонными, сифонно-чашечными. В приборе атмосферное давление уравновешивается давлением столба ртути; давление столба ртути создается весом столба ртути, приходящимся на площадь основа­ния столба, т.е. на единицу площади, следовательно, атмосферное давление — это вес столба воздуха, приходящийся на единицу площади, т.е. на 1 м². По изменениям высоты ртутного столба можно судить об изменениях атмосферного давления.

На практике к показаниям барометров вводят поправку, которую додают к измеренной величине давления: инструментальная, температурная, широтная.

Другие приборы измерения атмосферного давления (анерои­ды, барографы, метеорографы, радиозонды и др) основаны на определении деформаций упругой пустой внутри металлической коробки, которые происходят при изменениях внешнего давле­ния на нее. Приборы этого типа нужно тарировать (градуировать) по показаниям ртутного барометра). Изредка используются также гипсо­термометры (термобарометри), основанные на зависимости точки кипения жидкости от внешнего давления.

Барограф  — самопишущий прибор для непрерывной записи значений атмосферного давления. Применяется на метеорологических станциях, а также на самолётах и аэростатах для регистрации высоты (по изменению давления).

В зависимости от принципа действия приёмной части барографы разделяют на анероидные барографы и ртутные — весовые и поплавковые. Распространены на практике анероидные барографы, приёмная часть которых состоит из нескольких анероидных коробок, скрепленных вместе. При изменении атмосферного давления коробки сжимаются или растягиваются, в результате чего их крышка перемещается вверх или вниз. Это перемещение передаётся перу, которое чертит кривую на разграфленной ленте. 1 мм записи по вертикали соответствует около 1 мбар (1 мбар=100 н/м2). По времени полного оборота барабана барографы подразделяются на суточные и недельные. Работа барографа контролируется сравнением его с ртутным барометром.

Барограф с повышенной чувствительностью называется микробарографом, изменение давления в 0,1 мбар соответствует 1-3 мм вертикального перемещения пера.

Измерение влажности воздуха

Основными величины которые характеризуют влажность воздуха являются:

Абсолютная влажность воздуха а, или плотность водяного пара, — количество водяного пара в граммах, содержащееся в одном кубическом метре воздуха (г/м³) .

Упругость (парциальное давление) водяного пара е, находящегося в воздухе, выражается в миллибарах (мб), иногда в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) Зависимость абсолютной влажности воздуха от упругости водяного пара может быть представлена в виде

где е — парциальное давление пара в миллибарах, t — темпера­

тура водяного пара, а — температурный коэффициент объем­

ного расширения пара.

Упругость пара , насыщающего пространство , Е — максимально возможная упругость водяного пара при данной температуре — выражается в миллибарах, иногда в миллметрах ртутного столба.

Относительная влажность r — отношение упругости водяного пара, находящегося в воздухе, к максимально возможной упругости водяного пара при данной температуре — выражается в процентах.

Удельная влажность ρ—количество водяного пара в граммах, содержащегося в одном килограмме влажного воздуха (г/кг)

Отношение смеси f -— отношение веса водяного пара, содержащегося в одном кубическом метре, к весу сухого воздуха в том же объеме

Отношение парциального давления водяного пара к давлению атмосферы (относительная концентрация молекул воды в воздухе)

S = e/P

Точка росы τ — температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, достигает состояния насыщения при неизменном давлении. Если известна точка росы и температура воздуха, можно по таблице максимальных упругостей водяного пара определить абсолютную и относительную влажность воздуха.

Дефицит влажности d, или недостаток насыщения -разность между максимально возможной упругостью водяного пара при данной температуре воздуха и упругостью водяного пара, действительно находящегося в воздухе,

d = E — е.

В метеорологии для измерения влажности наибольшее распространение имеют:1) психрометрический метод и 2) метод определения влажности с помощью гигрометров.

В психрометрическом методе влажность воздуха определяется на основании показаний двух термометров, поверхность резервуара одного из которых все время поддерживается в смоченном (водой) состоянии (смоченный термометр). С поверхности резервуара такого термометра происходит испарение воды; интенсивность испарения зависит от влажности окружающего воздуха. Чем больше недостаток насыщения в окружающем воздухе, тем интенсивнее испарение со смоченного термометра и тем ниже его показания, так как на испарение расходуется тепло. Следовательно, разность показаний сухого и смоченного термометров будет характеризовать влажность воздуха.

Сухой термометр показывает температуру воздуха, а смоченный — собственную температуру, зависящую от испарения, происходящего с поверхности его резервуара.

Для измерения влажности воздуха используют : станционный психрометр, психрометр аспирационный, аспирационный психрометр с электромотором, волосной гигрометр (МВ-1), гигрометр пленочный (М-39), гигрограф М-32.

Психрометр аспирационный. Этот прибор весьма удобен для работы в экспедиционных условиях, так как он портативен и не требует специальных защитных установок (будки). Принцип действия аспирационного психрометра совершенно такой же, как и станционного. Однако существенным отличием и большим его преимуществом является то, что в аспирационном психрометре скорость движения воздуха у , резервуаров термометров постоянна (2 м/сек), тогда как у станционного психрометра она зависит от скорости ветра у будки. Постоянство скорости движения воздуха в аспирационном психрометре «достигается искусственной вентиляцией.

При производстве отсчетов сначала следует быстро отсчитать десятые доли градуса по сухому и смоченному термометрам, записать результаты и только после этого уже отсчитать и записать целые градусы. При этом необходимо строго следить, чтобы во время отсчетов ветер дул по направлению от прибора на наблюдателя. Такая предосторожность необходима потому, что у аспирационного психрометра происходит засасывание наружного воздуха и, если не принять соответствующих мер, результаты наблюдений могут быть искажены.

Аспирационный психрометр является лучшим метеорологическим прибором для определения температуры и влажности воздуха при положительной температуре.

Гигрометр — измерительный прибор, предназначенный для определения влажности воздуха. Существует несколько типов гигрометров (весовой, волосной, плёночный и другие), действие которых основано на различных принципах.

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса, способного изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы.

Плёночный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны передаётся стрелке. Волосной и плёночный гигрометр в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора — психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха.

Гигрограф  — прибор для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Чувствительным элементом гигрографа служит пучок обезжиренных человеческих волос или органическая плёнка. Запись происходит на разграфленной ленте, надетой на барабан, вращаемый часовым механизмом. В зависимости от продолжительности оборота барабана гигрографы бывают суточные и недельные.

Измерение скорости и направления ветра

Ветром называют горизонтальное перемещение воздуха относительно земной поверхности, под скоростью ветра понимают горизонтальную составляющую скорости воздушных потоков. На метеорологических станциях измеряется скорость и направление ветра, а также дается характеристика ветра.

Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/сек), изредка в километрах в час (км/час).

Направлением ветра принято считать то направление, откуда ветер дует. Направление ветра измеряют в угловых градусах или румбах.

В метеорологии пользуются преимущественно обозначением

направления ветра в румбах, причем принято направление ветра

отмечать по шестнадцати румбам. Для обозначения румбов используются начальные буквы названий стран света: север

(Nord), юг (Sud), восток (Est) и запад (West). При обозначении промежуточных румбов называют оба румба, между которыми находится данное направление ветра, причем первым по

порядку называют основной румб.

Для определения направления ветра пользуются флюгарками, ветровыми конусами, колесом Салейрона.

Флюгарка. Чаще всего для определения направления ветра

пользуются флюгарками. В упрощенном виде флюгарка представляет собой жесткую несимметричную (относительно вертикальной оси) систему из пластины и противовеса, свободно вращающуюся вокруг вертикальной оси. Под воздействием ветра флюгарка устанавливается в плоскость ветра противовесом навстречу ветру.

Ветровой конус. Для определения направления ветра может служить также ветровой матерчатый конус. Матерчатый усеченный конус (без оснований) широкой своей частью натянут на металлический круг, который скреплен с металлической трубкой, свободно вращающейся вокруг вертикальной оси.Под действием ветра конус располагается так, что широкая его часть всегда обращена навстречу ветру и конус надувается.

Такой конус, если он достаточно больших размеров, виден

издалека и поэтому часто используется на небольших аэродромах, для того чтобы летчики сами при посадке могли определить, направление ветра у поверхности земли на аэродроме.

Такие конусы делаются из полосатой ткани, что заметно выделяет их на любом фоне.

Колесо Салейрона. В некоторых случаях для определения направления ветра применяется колесо Салейрона.

Указатель направления с колесом Салейрона слабо реагирует

на кратковременные изменения направления ветра, в значительной мере сглаживая их, и в то же время отличается достаточно высокой чувствительностью к достаточно длительным переменам направления ветра даже и при малых скоростях ветра. Эти качества колеса Салейрона являются весьма ценными для приемника направления ветра в приборах, записывающих среднее

направление ветра.

Скорость ветра и направление у земной поверхности измеряется анемомет­рами, анеморумбометрами, анеморумбографами разной конструкции или флюгером Вильда. Наибольшее рас­пространение получили анемометры с приемными частями в виде вертушек (чашечный анемометр, мельничный анемометр), которые вращаются с большей или меньшей скоростью в зависи­мости от давления на них ветра.

Станционный флюгер является одним из простейших по устройству и самых распространенных приборов для измерения скорости и направления ветра. Он дает также возможность получать представление о степени порывистости и максимальных значениях скорости ветра. Чувствительным элементом направления ветра в этом приборе является флюгарка, чувствительным элементом скорости — прямоугольная, вертикально расположенная пластинка, прикрепленная своим верхним краем к горизонтальной свободно вращающейся оси.

Во флюгере Вильда давление, оказываемое ветром, отклоняет от положения равновесия верти­кально висящую металлическую доску. По скорости вращения вертушки или по отклонению доски можно определить скорость ветра.

Анемометры. Большое распространение имеют анемометры

с чувствительным элементом в виде вертушек, скорость враще­ния которых зависит от скорости ветра.

Анемометры с вертушками служат для измерения средней скорости ветра за некоторый промежуток времени. В качестве чувствительного элемента в приборах для измерения скорости ветра часто применяются воздушные винты (ветровые колеса).

Воздушные винты имеют преимущества по сравнению с чашечными вертушками при измерении больших скоростей ветра, особенно в районах с частыми случаями гололедообразования. Измерение малых скоростей ветра переменного направления лучше производить с помощью анемометров с чашечной вертушкой.

Имеется ряд конструкций самопишущих приборов — анемографов и (если из­меряется также и направление ветра) анеморумбографов. Приборы для измерения ветра на наземных метеорологических станциях устанавливаются на высоте 10—12 м над земной поверхностью. Измеренный ими ветер и называется ветром у земной поверхности.

20.Вимірювання та обчислення рівнів та витрат води

Уровнем моря называется высота поверхности моря, свободная от влияния ветровых волн, которая отсчитывается от условной поверхности. Место, оборудованное для наблюдений над уровнем моря, называется уровенным постом. На всех уровенных постах наблюдения должны проводится относительно неизменного за весь период наблюдений условного горизонта, называемого "нулем поста". С 1961 г. был установлен единый для всех уровенных постов "нуль поста", который представляет собой единую условную поверхность, от которой ведется отсчет уровня моря на все уровенных постах. За единый "нуль постов" принят горизонт, который лежит на 5 м. ниже нуля Кронштадтского футштока. (Нуль Кронштадтского футштока фиксирует положение нулевой поверхности системы абсолютных оценок высот в странах СНГ. Это так называемая Балтийская система высот).

Основные требования к месту установки уровенного поста такие: место наблюдений должно а) свободно сообщаться с открытым морем; б) быть достаточно глубоким ("нуль поста" не должен осушаться в наименее мелкую воду); в) защищено от судов, влияния волн и плавучих льдин; г) быть легко доступным в любое время и в любую погоду.

Основной и вместе с тем простейший прибор для измерения уровня - это водомерная рейка (или футшток), установленная вертикально и крепко укрепленная на свае или на гидротехническом сооружении. На рейке в шахматном порядке нанесены деления черного или красного цвета на белом фоне. Цена деления 2 см, оцифровка выполняется снизу вверх через каждое 10 см. Изготовляются рейки из дерева или металла.

Металлическая водомерная рейка чаще всего представляет собой чугунную литую секцию шириной 16.5 см, толщиной 1см. и длиной 280 см. На морях с приливами устанавливаются рейки из отдельных 2-х метровых секций, соединенных вместе.

В связи с тем, что нуль водомерной рейки невозможно точно установить в соответствии с нулем поста, после ее установки ведется нивелирование с целью определения превышения нуля рейки над нулем поста (т.наз. приводки). С помощью нивелирования также осуществляется контроль неизменности высотного положения рейки относительно реперов, которые входят в систему Государственной нивелирной сети. Нивелирование делают систематически, не реже двух раз в год. При устойчивом высотном положении рейки - раз в год.

С целью непрерывной регистрации уровня в автономном режиме применяют разные самописцы (мареографы), чаще всего поплавкового или гидростатического типа.

Поплавковые самописцы уровня моря стационарно устанавливаются в специально оборудованных колодцах, свободно сообщающихся с морем.

Принцип действия поплавковых самописцев основан на механическом преобразовании вертикальных перемещений поплавка, который находится на поверхности воды, в пропорциональные перемещения пера, который записывает их на диаграммной ленте. Из отечественных измерителей уровня этого типа наиболее известен самописец уровня моря системы Рорданца. Он состоит из трех основных узлов: поплавковой системы, передаточного механизма и регистрирующей части.

К поплавковой системе относится самый поплавок, выполненный в виде пустотелого металлического цилиндра, диаметром 300 мм.

К нижней его части прикреплен груз, который придает устойчивость поплавку и погружает его в воду на определенную глубину. К верхней части поплавка прикреплена латунная цепь с противовесом, которая входит у сцепление с измерительным диском диаметром 60 см и зубцами, расположенными через 1 см.

В систему передаточного механизма, кроме измерительного диска входит также система шестеренок и стойка, в пазу которой расположена зубчатая линейка с прикрепленным к ней пером. Вращение измерительного диска через систему шестеренок передается на зубчатую линейку с пером, которая перемещается в вертикальном направлении в пазу стойки.

Регистрирующая часть прибора состоит из часового механизма и надетого на его корпус барабана. Барабан вращается со скоростью 12 мм/ч (1 об/сутки). Запись колебаний уровня ведется на специально разграфленной диаграммной ленте, которая надевается на барабан. Масштаб записи зависит от соотношения зубцов в системе шестеренок. Изготовляется три типа самописцев с масштабом записи 1:10, 1:20 и 1:40, соответственно для колебаний уровня 1-3 м, 1-6 м, 1-12 г. Самописец устанавливается над специальным колодцем, связанным с морем и защищающим поплавок от влияния волн и обмерзания. Место установки прибора должно удовлетворять тем же требованиям, что и место установки водомерного рельса.

Самописцы уровня моря устанавливаются, как правило, в пункте наблюдений, расположенном на некотором удалении от гидрометстанции или поста. В связи с этим отсутствует возможность оперативного получения информации о колебаниях уровня. Д ля устранения указанного недостатка была разработана приставка ГМ-39, предназначенная для непрерывной дистанционной передачи и регистрации показаний любого поплавкового самописца уровня.

Приставка ГМ-39 снабжена специальным демпфирующим устройством, позволяющим при регистрации исключать колебания уровня за счет

влияния ветровых волн.

Зарубежные поплавковые приборы для измерений уровня

Самописец уровня воды БС (Берлин, ГД Р) предназначен для измерений в различных климатических условиях. Регистратор прибора состоит из ленточного самописца и цифрового индикатора. Диапазон показаний индикатора 0—25 м, диапазон регистрации на ленте самописца 0—5 м. Д опускаемая погрешность измерений ± 1 % .

Самописцы уровня ТС и ТСФ (Берлин, ГД Р) предназначены

для регистрации уровня воды при температуре воздуха от — 10 до

+ 45° С. Автономность при непрерывных измерениях до 8 суток.

Модификация ТСФ снабжена приставкой дистанционной передачи

данных измерений, представляющей собой вторичный датчик сопротивления.

Диапазон показаний цифрового индикатора в приборах ТС и ТСФ 0-100 м, диапазон регистрации на ленте 0—5 м. Максимальная возможная высота записи 250 мм.

Самописец ЛПУ-10 (Краков, П Н Р) предназначен для непрерывной регистрации колебаний уровня при температуре воздуха от

— 10 до +30° С. Диапазон регистрации — произвольный, возможные масштабы записи: 2 :1 , 1 :1 , 1 :2 , 1: 5, 1 : 10. Допустимая погрешность ± 1 см. Автономность до 8 суток.

Самописец 501 (Прага, ЧССР) применяется для записи колебаний уровня и может работать в различных климатических условиях. Устанавливаемые пределы измерений: 0— 1,25, 0—2,5, 0—5,

0— 10 м. Автономность до 8 суток.

Цифровой регистратор уровня воды 511 (Прага, ЧССР) предназначен для измерений уровня воды по заданной программе и может использоваться при температуре воздуха от —20 до + 30° С.

В задаваем ой программе измерений может быть предусмотрена регистрация через интервалы уровня 1, 2, 5, 10 см или через интервалы времени 1, 3, 6, 24 ч. Погрешность измерений не хуже 1 %.

Регистраторы уровня гидростатического типа основаны на преобразовании колебаний гидростатического давления, вызванного изменением уровня моря, в механическое перемещение стрелки и записи этих перемещений на ленте. В данное время наиболее широко применяется береговой самописец уровня ГМ-28.

Чувствительным элементом самописца служит сильфон, который предоставляет собой гофрированную металлическую коробку, верхняя часть которой жестко закреплена на корпусе прибора. При изменении внешнего давления нижняя плоскость сильфона начинает перемещаться и через рычажно-шарнирную систему поворачивает стрелку с записывающим пером. Плечо рычажно-шарнирной системы одновременно выполняет роль компенсатора температуры и выполнено в виде биметаллической кольцевой пластины. Регулирование термокомпенсатора ведется путем изменения длины биметалла. Верхняя часть штока, который передает перемещение нижней части плоскости сильфона на рычажно-шарнирную систему, заостренная и свободно упирается в пластину рычажной системы. Отсутствие жесткой связи позволяет предварительно регулировать прибор на заданную глубину постановки - это достигается изменением длины штока (он может завинчиваться или вывинчиваться из втулки). На втулке нанесены миллиметровые деления, которые отвечают рабочей глубине установки прибора.

С целью устранения влияния ветровых волн, сильфон снабжен механическим фильтром низких частот. Для этой цели он закрывается защитным кожухом, в нижней части которого завинчивается пробка с отверстием, диаметр которого определяется интенсивностью волнения моря (0.5; 1.0 или 2.0 мм).

Запись уровня производится на диаграммную ленту, закрепленную на барабане со встроенным часовым механизмом. Автономность прибора зависит от того, какой часовой механизм (суточный или недельный) установлен в самописце. Диапазон измерения колебаний уровня зависит от модификации самописца: ГМ-28-1 - 300 см, ГМ-28-2 - 600 см и ГМ-28-3 - 1200 см. Механизм самописца смонтирован в герметичном литом корпусе, который закрепляется на плите-грузе и опускается в воду на глубину до 8 м.

Погрешность измерения уровня самописцем ГМ-28 составляет ±2% от диапазона измерения. Погрешность хода часового механизма за время полного оборота составляет ±5 мин для суточного механизма и ±30 мин для недельного.

Состав и сроки наблюдений на уровенных постах

а) Наблюдение проводятся 4 раза в сутки ( 03,09,15 и 21 ч)

б) Во время наблюдений проводится отсчет уровня по рейке и засечка на ленте самописца

в) Если на станции нет самописца и уровень расположен выше или ниже критической отметки, то отсчеты уровня по рейке ведутся каждый час

г) Прохождение волн цунами регистрируется визуально

21.Вимірювання швидкостей течії води

Течения являются одним из основных элементов гидрологического режима океанов и морей. Они играют огромную роль в формировании водных масс, их перераспределении, водообмене между морями, переносят льды, оказывают исключительно большое влияние на климат и погоду земного шара.

Конечно в потоке наблюдается турбулентный режим следования воды вызывает пульсации скоростей как по значению, так и по направлению. Поэтому различают мгновенную и среднюю скорость потока.

Мгновенной скоростью называется скорость в данной точке потока в данное мгновение. Мгновенная скорость изменяется во времени по значению и по направлению.

Средней скоростью течения называется скорость в точке потока, которая осредненная за достаточно длительный период времени. Она определяется выражением:

Ū = ∫UdT , де Т - период осреднення

При измерении скоростей течений очень важно, чтобы продолжительность отдельного измерения была не менее периода осреднения. В противном случае средняя скорость будет определена неверно.

Исследование гидродинамических процессов в Мировом океане основываются на прямых и косвенных методах измерения скорости потока. Выбор того или иного метода измерения параметров течения и характеристик измерительной аппаратуры в первую очередь определяется целью исследования. В зависимости от этого используются измерения в фиксированной точке или разнесены по пространству, выбирается количественный и качественный состав аппаратуры.

В настоящее время существует много средств измерений параметров течений, основанных: на различных физических принципах. Соответствии с этими принципами можно выделить несколько основных методов измерений характеристик течений на различных глубинах, в поверхностном и Придон слоях:

- навигационный

- поплавочный

- вертушечный

- геоэлектромагнитный

- термогидрометрический

- акустические

- оптические

- гидродинамический(метод меток, метод аэросъемки).

Измерители течений

Двойные привязные поплавки используются при скорости ветра менее 6м/с, волнении не больше 2-3 баллов и при скорости течения большей 0.1 см/с. Они представляют собой две цилиндрических сосуда диаметром 20-30 см и высотой 40-50 см, соединенные между собой тросом, длиной ~ 1 метр. До верхнего сосуда крепится линь длиной до 200 метров с подвязанными к нему через каждые 10 метров пенопластовыми поплавками. Рабочая часть линя маркируется через каждый метр. Нижняя сосуд загружается балластом с таким расчетом, чтобы верхний сосуд погружалась в воду до верхнего края. Скорость течения определяется по времени, которое требуется на вытравливание линя определенной длины, а направление - по углу между направлением на поплавок и диаметральной плоскостью судна, для чего используется компас.

Парашютный буксир может применяться для глубин до 1000 метров. Направление и скорость подводного течения определяют по положению надводного буя с помощью радионавигационной аппаратуры.

Поплавки нейтральной плавучести применяются для измерения скорости и направления течений на больших глубинах. Этот метод основан на различии в сжимаемости морской воды и материала из которого изготовлен поплавок. Наблюдение за поплавком ведутся с судна, оборудованного гидрофонами в носовой и кормовой части судна на глубине 5-7 метров. Гидрофоны улавливают импульсы от передатчика поплавка с интервалом в несколько секунд. Местоположение поплавка наносят на планшет, где строят траекторию его перемещения в горизонтальной плоскости.

Вертушка ВММ служит для разовых измерений скорости и направления течения. Она может опускаться на любые глубины с судов различных типов, стоящих на якоре. С судов среднего и большого водоизмещения, имеющих металлический корпус, наблюдения за направлением течений морскими вертушками следует начинать с горизонта 25 м, так как в поверхностных горизонтах корпус судна будет влиять на показания компасной коробки с магнитной стрелкой и данные направления течения выйдут за пределы требуемой точности. При работе на значительных скоростях течений к усику вертикальной оси вертушки на пеньковом лине подвешивается каплевидный груз — поддон массой не менее 25 кг, сделанный из материала, не влияющего на магнитную стрелку.

Благодаря простоте устройства и легкости в эксплуатации вертушка получила широкое распространение. Ее можно употреблять для измерения течения в любой глубины.

Скорость течения определяется с помощью лопастного винта. Он состоит из горизонтальной оси, на переднем конце которой имеется 4 спицы с лопатами, развернутыми относительно оси на 45 °, а на заднем конце сделана червячная нарезка, которая соединена с зубцами шестерни счетчика оборотов.

Вертушка снабжена двумя винтами - а) металлическим, вращение которого начинается при скорости течения 3.5 см / с; б) облегченным (с плексиглас), для работы на малых скоростях течений, с начальной скоростью течения 2см/с.

Обороты лопастного винта регистрируются счетчиком оборотов. Счетчик, заключенный в прямоугольную коробку, состоит из трех шестеренок со стрелками-указатель: верхняя показывает единицы и десятки оборотов, средняя - сотни и нижняя - тысяча оборотов. Задняя крышка может открываться, что позволяет очищать шестерни от наносов.

Буквопечатающая вертушка системы Ю.К. Алексеева(БПВ)

В настоящее время применяются пять разновидностей БДТ:

1) БДТ-2. Максимальная глубина 1200 м. Диапазон скоростей от 2.5 до 148 см / с. Масса 40 кг.

2) БДТ-2р. Речной вариант. Глубина до 250 м. Диапазон от 3.5 до 296 см / с. Масса 29 кг.

3) БДТ-3. До глубины 3000 метров.

4) БДТ-6. До глубины 6000 метров.

5) Электрифицированный самописец течений (ЭСТ). На основе БДТ-2р. Глубина до 250 м. Масса 35 кг. Диапазон скоростей 2-148 см / с.

Самописец течений БПВ-2 системы Алексеева является гидрометрическим прибором многократного действия . Прибор рассчитан на погружение до глубины 1200 м. Прибор опускается на стальном тросе диаметром не менее 4-5 мм. Скорость опускания не больше 1 м / с. Установка прибора по течению происходит с помощью двух рулевых пластин. Точность определения направления 1 градус, скорости - 1 см / с.

Принцип работы самописцев течений БПВ сводится к следующему. Лопастной винт прибора непрерывно вращается течению. Его вращения с помощью магнитной муфты передается в часть прибора, регистрирующего. Через заданные промежутки времени автоматически включается сцепление лопастного винта с диском скорости, начинает возвращаться. Чем больше скорость течения, тем на больший угол успеет вернуться диск за время, пока включено его сцепления с лопастным винтом. Включение и выключение диска скорости осуществляется часовым механизмом. Время, в течение которого диск скорости связан с лопастным винтом, называется временем экспозиции, он равен ~ 176 секунд.

Одновременно с началом экспозиции, то есть с включением диска скорости, часовой механизм освобождает стопорное приспособление (арретир) магнитной картушки, и она устанавливается в плоскости магнитного меридиана. По окончании экспозиции автоматически срабатывает механизм, печатающий. На диске скорости и на магнитной катушке наклеены резиновые цифровые шкалы. Механизм, печатает, наносит краску на эти шкалы и прижимает к ним ленту, на которой печатаются цифры с диска скорости и магнитной картушки. После того, как отпечаток сделан, диск скорости возвращается в исходное положение.

22.Закони розподілу гідрометеорологічних величин. Кореляційний зв'язок між двома випадковими величинами.

Законом распределения случайной величины называют любую соответствие между возможными значениями случайной величины и их вероятностями.

Для любой случайной величины закон распределения является исчерпывающей характеристикой. Значение закона которому подчиняется та или иная г / м величина позволяет методически правильно организовать исследования статистической структуры этих величин, которые являются основными признаками климатического или гидрологического режима региона.

Подобрав закон распределения в выборку можно рассчитать вероятность того, что случайная величина находится в общем интервале или вероятность того, что случайная величина примет значение < или > некоторого конкретного числа из области значений этой случайной величины.

Закон распределения Х может определяться в виде функции распределения F (x) или плотности вероятности f (x).

Часто его представляют совокупностью интервалов вероятностей, или интервалов теоретических частот.

Если область значений г / м величины разделяется на k-частичных интервалов длиной с то зная плотность вероятности, которая присуща этой случайной величине, можно найти вероятность того, что случайная величина относится к любого i-го частичного интервала с его средней х̃_і, эта вероятность определяется по формуле:

=

Рассчитав эти вероятности для каждого частичного интервала получаем закон распределения г / м величины, исследуют в виде совокупности значений этой величины на середине лестницы и интервале вероятностей.

Как следует из последнего выражения данный закон распределения имеет структуру подобную структуры сгруппированного ряда.

Имея это в виду и помня, что частость является несмещенной, эффективной и мотивированной оценкой вероятности Р_{і ,} приходим к выводу, что сгруппирован ряд можно рассматривать как эмпирическое распределение этой величины. Помня, что m̃_і=р_іn совокупность интервальных вероятностей превращается в соответствующую совокупность теоретических интервальных частот.

Таким образом можно получить закон распределения, который определяется совокупностью интервальных теоретических частот и значений случайных величин на середине градации.

Существуют такие законы распределения:

- Нормальное распределение;

- Распределение Пирсона;

- Гамма - распределение;

- Логарифмически нормальное распределение;

- Биномной распределение;

- Распределение Пуассона.

Нормальное распределение

Плотность вероятности и функция распределения распределения нормального закона для случайной величины Х определяется уравнением:

Параметрами этого закона является математическое ожидание, параметр масштаба и дисперсия.

Нормальному закону подчиняются, например, температура воздуха, парциальное давление водяного пара, атмосферное давление как у земной поверхности, так и в свободной атмосфере, компоненты скорости ветра в свободной атмосфере, а также некоторые другие гидрометеорологические величины. Поэтому нормальный закон (закон Гаусса) в гидрометеорологических исследованиях часто используется.

Определим основные свойства нормального распределения.

1. Кривая распределения симметрична относительно ординаты,

проходит через точку m_x.

2. Кривая имеет один максимум при X = m_x .В точке максимума плотность распределения равна:

3. При —> ∞ ветки кривой асимптотически приближаются к оси ОХ.

4. Согласно симметричностью кривой распределения, математическое ожидание, мода и медиана нормального распределения совпадают: m_x=M₀=M_e (мода - это значение случайной величины, на которую приходится максимум вероятности; (медиана - это такое значение случайной величины, для которой Р(х<М_е) = Р(х>М_е)).

5. Кривая распределения имеет две точки перегиба с координатами:

6. Нечетные центральные моменты нормальном распределении, равны нулю.

, q=2,3,4…

Из формулы следует, что поскольку μ1 = 0, все моменты нечетного порядка равны нулю.

;

7. Коэффициенты асимметрии и эксцесса нормального распределения равны нулю.

Становится понятной важность вычисления этих коэффициентов для эмпирических рядов, поскольку они характеризуют скиснисть и сплющенисть (или вытянутость) данного распределения по сравнению с нормальным.

8. Форма кривой нормального распределения не изменяется с изменением математического ожидания. При уменьшении или увеличении математического ожидания график плотности вероятности сдвигается влево или вправо.

9. При чередовании дисперсии изменяется форма кривой распределения. С увеличением максимальная ордината уменьшается, а с уменьшением - увеличивается. Согласно свойством плотности распределения, площадь, ограниченная кривой распределения и осью абсцисс, равна единице. Поэтому при росте σх кривая распределения растягивается вдоль оси абсцисс.

10. Если случайная величина Х нормально распределенная для нее справедливы 3 соотношение через параметры:

1)P[m_х-σ_х<x<m_х+σ_х] = 0,6827

Вероятность того, что случайная величина Х находится в односигмовому интервале составляет 0,68 (68%).

2) P[m_х-2σ_х<x<m_х+2σ_х] = 0,9545

Вероятность того, что случайная величина Х находится в двосигмовому интервале составляет 0,95 (95%).

3) P[m_х-3σ_х<x<m_х+3σ_х] = 0,9973

Вероятность того, что случайная величина Х находится в трьохсигмовому интервале составляет 0,99 (99%) или ~ (100%).

С последнего равенства следует, что практически рассеяния нормально распределенной случайной величины X заключается на интервале

вероятность того, что X выходит за этот интервал, очень мала и равна 0,0027. Такое событие может считаться практически невозможной.

Третье уравнение является основой для правила трех сигм: если случайная величина имеет нормальное распределение, то отклонение этой величины от математического ожидания по абсолютной величине не превышает трех средних квадратических отклонений. Но, если последнее свойство выполняется, это еще не означает, что случайная величина X подчиняется нормальному распределению.

Гамма - распределение.

Гамма - распределением называется распределение, плотность вероятности для которого определяется формулой:

где λ-параметр формы, α - параметр масштаба.

Гамма распределение может иметь другую форму, если применить преобразование: u = αx

Запишем плотность вероятности через производную от функции распределения и разделим обе части равенства на α. С учетом преобразования будем иметь:

=

Рассмотрим свойства гамма-распределения.

 Кривая распределения начинается в точке u = 0. При u -> ∞, f (u) -> 0. Таким образом, плотность вероятности гамма-распределения существует в области [0, ∞).

Найдем производную функции:

Точку экстремума получаем, приравнивая производную к нулю. Она определяется

                     u = λ-1

Экстремум функция может иметь только в случае, когда λ> 1.

Вторая производная функции равна

Можно легко показать, что в точке экстремума квадратный трехчлен равен -1. Но именно он определяет знак второй производной в этой точке. Таким образом, и в этой точке экстремума мы максимум функции. Применительно к плотности вероятности это означает, что точка u = λ-1 является модальным значением случайной величины u.

Кроме того, видно, что кривая распределения имеет моду только в случае, когда λ> 1.

Кривая распределения имеет только одну точку перегиба справа от начала координат (1 <λ ≤ 2).

Частном случаем гамма - распределения есть экспоненциальное распределение, при λ = 1. Поскольку Г (1) = 1, уравнение принимает вид: f(u)=e^-u.

Начальные моменты гамма - распределения равны:

  ,

Поэтому математическое ожидание случайной величины u и ее дисперсия равны:

Таким же образом, можно показать, что

Это позволяет легко определить третий и четвертый основные моменты случайной величины u:

Очевидно коэффициент эксцесса определяется по формуле:

Итак, меры косости и крутизны (асимметрия и эксцесс) зависят только от параметра формы λ гамма - распределения. Поскольку λ> 0, то кривая распределения имеет правостороннюю асимметрию и большую крутизну, чем кривая нормального распределения.

На основе полученных равенств для моментов распределения, а также равенства u = αx, можно легко определить формулы статистических оценок параметров гамма - распределения. Оценкой параметра формы является - оценка дисперсии случайной величины u.

Теоретические частоты для гамма - распределения можно найти с помощью

Интервальную вероятность можно найти, применяя соответствующее свойство плотности вероятности:

Логарифмически нормальное распределение

Логарифмически нормальном распределением называется распределение такой случайной величины х> 0, логарифм которой

u = ln x имеет нормальное распределение.

Плотность вероятности случайной величины х, которую можно представить как показателю функцию х=е^u, связана с плотностью распределения величины u следующим образом: .

Найдем математическое ожидание и дисперсию случайной величины.

Логарифмически нормальным распределением хорошо аппроксимируются эмпирические распределения случайных величин со значительной правосторонней асимметрией.

Распределение Пуассона

Во многих случаях, когда имеют дело с событиями, которые редко происходят, рассматриваются дискретные случайные величины, подчиняющиеся распределению Пуассона. В метеорологической практике такими величинами являются число дней с грозой, метелью, гололедом и т.д. Пусть дискретная случайная величина X может принять значение из множества целых чисел (0,1,2, ...). Тогда, если вероятность того, что X = m, определяется формулой

то говорят, шо такая случайная величина имеет распределение Пуассона. В нем λ> 0 - параметр распределения Пуассона.

Определим математическое ожидание и дисперсию случайной величины χ.

Как известно, для бесконечного ряда

 

Постоянная величина λ является математическим ожиданием случайной величины, имеющей распределение Пуассона. Это означает, что распределение Пуассона однозначно определяется математическим ожиданием случайной величины.

Для определения дисперсии используем известное соотношение

Найдем сначала второй начальный момент

Поскольку

Итак, дисперсия случайной величины, имеющей распределение Пуассона, численно равна ее математическому ожиданию.

Третий и четвертый центральные моменты распределения Пуассона:

Коэффициенты асимметрии и эксцесса имеют вид:

Корреляцийний связь между двумя случайными величинами

Корреляционная связь между двумя случайными величинами - это такая зависимость, когда с изменением одной величины меняется условное математическое ожидание другой случайной величины.

- функция регрессии В на Х.

- функция регрессии Х на У.

Оценкам функций регрессии является уравнение регрессии.

-уравнения регрессии

Чаще всего корреляционная зависимость определяют после нескольких этапов исследования и результатом является получение уравнения регрессии. Оно является моделью процесса взаимной связи между 2 случайными величинами.

Корреляцийна зависимость является частным случаем стохастической зависимости.

Теснота и форма корреляционной зависимости.

Для оценки функции регрессии нужно знать аналитический вид двумерного распределения (Х, У). Только зная вид этого закона распределения, можно точно определить форму функции регрессии и ее параметры.

Для характеристики формы связи при изучении корреляцийнои зависимости используют понятие линии регрессии.

Линией регрессии В по X (или В на X) называют условное среднее значение случайной переменной В. которая рассматривается как функция от X, т.е.

Условное среднее значение случайной величины X, т.е. рассматривается как функция y, называется линией регрессии X по Y.

Линия регрессии У(Х) минимизирует среднюю квадратичную погрешность прогноза величин У по Х.

Кривая регрессии является оценкой функции регрессии, и, таким образом, средняя ошибка прогноза по уравнению регрессии минимальна.

Тесноту и форму корреляционной зависимости можно определить, как качественно так и количественно. Для термина теснота используют:

• связь является слабым (отсутствовать);

• высоким.

В форму применяют:

• линейная (прямая или обратная);

• нелинейная (параболическая, кубическая, экспоненциальная, показателю).

Качественно тесноту и форму корреляционной связи можно оценить по корреляционной графике (корреляционное поле).

Если систему точек (х_і; у_і) обозначить на плоскости ХОУ то мы получим совокупность точек, которая и называется корреляционным графику.

Если с увеличением X случайная величина в растет, то мы имеем прямую связь между ними. В противном случае корреляцийний связь является обратным.

Точки на корреляцийному графике могут основываться около некоторой средней прямой линии. В таком случае корреляцийний связь является линейным и функция регрессии имеет вид уравнения прямой:

Коэффициенты а и b являются оценками параметров а и β генерального уравнения регрессии

Кроме линейной встречаются нелинейные корреляцийни связи, которые отражаются соответствующими уравнениями регрессии. Среди них для гидрометеорологических случайных величин часто реализуются:

• параболическое уравнение регрессии:

• кубическое уравнение:

• показательных уравнения регрессии:

• частные случаи которого и экспоненциальное уравнение регрессии:

• гиперболическое уравнение регрессии:

  По разбросу точек на корреляцийному графику можно сделать предварительный вывод о тесноте корреляцийного связи. Конечно, он более тесным, когда точки теснее группируются вокруг линии регрессии, и наоборот.

Коэффициент корреляции, как мера тесноты линейной корреляционной связи.

Коэффициент корреляции оценивает связь между двумя параметрами.

,

Коэффициент корреляции изменяется в определенных пределах: -1 ≤ r_xy ≤ 1

Чем ближе по модулю к 1 является r_xy тем теснее линейная корреляционная зависимость.

- слабый линейный корреляционная связь.

- знак показывает, что связь обратная.

- прямая линейная корреляционная зависимость.

Построение линейного уравнения регрессии проводится только в том случае грыжи коэффициент корреляции на заданном уровне будет статистически значимым.

Метод наименьших квадратов

Уравнения регрессии, представляют собой не что иное, как модели процесса взаимосвязи между случайными величинами У и Х. Конечно, модель должна быть адекватной процесса моделируемой.

Могут быть различные степени адекватности модели процесса, исследуется. Поэтому при моделировании нужно определить количественную меру адекватности. Такое количественную меру называют критерием качества или функцией цели.

Критерий качества выбирают в зависимости от характера задачи, которая ставится. При построении статистических моделей наиболее часто используют такой критерий:

где - ординаты точек корреляцинного поля. - ординаты точек на линии регрессии при значении независимой переменной Хі. Смысл критерия состоит в том, что для описания взаимосвязи между случайными величинами выбирают такие параметры уравнения регрессии , которые дают минимум суммы квадратов разностей между ординатами экспериментальных точек и точек линии регрессии при соответствующих значениях переменной x. Поэтому метод, основой которого является критерий качества, носит название метода наименьших квадратов.

Оценка параметров линейного уравнения регрессии

Как известно, линейное уравнение регрессии имеет вид:

где a i b - коэффициенты регрессии, которые надо определить на основе выборок случайных величин Х и У. Для этого используем метод наименьших квадратов.

Для получения системы нормальных уравнений приравняем к нулю частные производные по aib от критерия :

23. Які види гідрометеорологічної інформації використовуються для оперативного гідрометеорологічного обслуговування народного господарства.

В современных условиях быстро развивается техника, совершенствуется структура всех отраслей производства и вместе с этим растут запросы к службе прогнозов.

Чтобы успешно внедрять метеорологические данные в произ­водство, необходимо знать основные характеристики этого про­изводства и его специфику. Это позволяет правильно оценить необходимую потребителю метеорологическую информацию: ее объем, точность, критические границы, частоту передачи, форму ее представления и другие параметры.

Вопросы оценки экономической эффективности метеорологи­ческой информации решаются пока раздельно в зависимости от вида информации и конкретного потребителя. Единой методики пока нет. Это вносит определенную трудность в изучение этих вопросов, так как требует знания специфики потребителя.

Практически нет такой отрасли народною хозяйства, кото­рая прямо или косвенно, постоянно или временно не испытивала бы влияния метеорологических условий. Степень такого влияния различна. Все зависит от уровня организации производства, конкретною объекта, который подвергается влиянию погоды, и мер, доступных потребителю, чтобы противодействовать небла­гоприятным и опасным условиям погоды.

Гражданская авиация

Гражданская авиация наряду с другими видами транспорта выполняет самые различные народнохозйственные задачи. Наиболее значительные из них — пассажир­ские и почтово-грузовые перевозки. Однако авиация широко используется в сельском хозяйстве, в охране лесов, в промыш­ленном и жилищном строительстве. Известна роль авиации в поиске рыбопромысловых районов в морях и океанах, в обес­печении ледовой разведки и проводки судов, а также в много­численных экспедиционных работах.

Система мероприятий в аэропорту, предназначенная для обеспечения безопасности полетов самолетов, состоит из двух частей: технической и метеорологической.

Метеорологическая система обеспечения полетов включает эксплуатацию метеорологической аппаратуры, регулярные на­блюдения за погодой, сбор необходимой первичной метеороло­гической информации, составление специализированных авиа­ционных прогнозов погоды и штормовых предупреждений, составление режимных метеорологических характеристик, кли­матологических описаний аэропортов и авиатрасс.

Для оперативного гидрометеорологического обеспечения гражданской авиации используется информация о:

- видимости

- нижней границы облаков

- ветре(скорость и направление)

- температура воздуха

- атмосферное давление на аэродроме

- атмосферных явлениях

- опасные явления.

При заходе на посадку на борт самолета с АМСГ поступает следующая метеорологическая информация:

- высота нижней границы облачности, видимость (наклон­ная), направление и скорость ветра — явления погоды, опреде­ляющие посадочный минимум;

- температура воздуха и неприведённое к уровню моря давление воздуха на ВПП;

- вертикальный сдвиг ветра в приземном слое.

Морские организации

Морской транспорт — один из видов транспортной сферы материального производства.

Преимущества морского транспорта перед другими видами транспорта заключаются в следующем: 1) меньше затрачи­вается материальных и трудовых ресурсов, а также топлива на транспортировку груза; 2) высокая провозная способность; 3) используются естественные морские пути.

Некоторые опасные гидрометеорологические явления сни­жают эффективность плавания судов в морях и океанах. Нередко от являются причиной аварий и гибели судов.

К опасным и особо опасным явлениям погоды на море отно­сятся штормовой ветер, сильное волнение, туман, снежные за­ряды и другие явления, ухудшающие видимость и способствую­щие потере ходового времени.

Скорость ветра 8—11 м/с уже является опасной для малых судов каботажного флота, для транспортировки плотов и букси­ровки барж. Ветер скоростью 12—16 м/с затрудняет проводку судов в порт. При ветре 17—23 м/с суда малотоннажного флота теряют управление. При ветре 21—27 м/с все операции в порту прекращаются. Ветер скоростью 28 м/с и более опасен для су­дов любого водоизмещения.

Волнение оказывает определяющее влияние на скорость дви­жения судов и их остойчивость.

Волнение оказывает большое влияние на работу промысло­вого флота и погрузочно-разгрузочные работы выполняемые в открытом море.

Сильный ветер при отрицательной температуре воздуха мо­жет вызывать обледенение судов, которое приводит к потере ско­рости и маневренности. В отдельных случаях обледенение мо­жет привести к потере остойчивости, внезапному опрокидыванию и гибели судна. Наиболее вероятно обледенение в прибрежной заснеженной зоне и у ледовой кромки, когда ветер дует со сто­роны охлажденной суши или ледяного поля.

Ухудшение видимости из-за тумана, интенсивных осадков, снегопадов, снежных «зарядов», парения моря может привести к столкновению судов. Поэтому как в порту, так и на маршру­тах они вынуждены снижать скорость, ограничивать или пре­кращать маневрирование. Существенно ограничиваются или пол­ностью прекращаются погрузочно-разгрузочные и другие работы в порту.

Вдоль побережья, в устьях рек, заливах, лиманах нередко наблюдаются сгонно-нагонные явления. Основная причина их возникновения — устойчивые сильные (штормовые) ветры, на­правленные соответственно в сторону моря или берега. Подъемы уровня воды вызывают наводнения в портах и прилегающих к ним районах. При этом возможны повреждения судов, при­чалов. прибрежных железных дорог, портовых сооружений и механизмов.

Особую сложность для плавания судов представляют ледо­вые явления (вскрытие и замерзание водоемов, интенсивный дрейф и напор льда и др.).

Неблагоприятные и нередко опасные условия работы в пор­тах создает тягун. Суда начинают «ходить» то в одну, то в дру­гую сторону. Затрудняются грузовые операции. Из-за обрыва швартовых может произойти столкновение судов, повреждение их о причалы и т. п.

В прибрежной зоне дальневосточных морей нередко наблю­дается грозное явление цунами. Высота волн цунами у побе­режья иногда достигает 10 м, а в клинообразных бухтах и до­линах рек — 50 м, и волны вызывают катастрофические разрушения.

Суда, находящиеся в море, получают гидрометеорологиче­скую информацию из бюро погоды (или гидрометбюро) через радиостанции пароходства. Метеорологическая информация пе­редастся в следующем порядке, рекомендуемом Всемирной ме­теорологической организацией (ВМС)):

1. штормовые предупреждения;

2. обзор синоптической обстановки по приземной карте по­годы;

3. прогноз на текущий день, сутки и последующие двое суток.

Прогнозы по акватории порта содержат информацию о тех же элементах и явлениях погоды, что и прогнозы для сухопут­ных районов. Дополнительно включаются данные о видимости, обледенении судов, тягуне, высоте ветровых волн и волн зыби, сгонно-нагонных колебаниях уровня и о ледовых явлениях.

Гидрометеорологическое обеспечение рыбного промысла в прибрежных районах морей включает:

1. регулярную информацию о текущем состоянии моря в при­брежных районах (температура и уровень воды, направление и скорость течения, высота ветровых волн и волн зыби, ледовые явления, толщина льда берегового припая);

2. прогнозы погоды для конкретных промысловых районов и отдельных участков побережья (время наступления ледовых фаз, толщина льда берегового припая, температура и уровень воды, направление и скорость течения, высота ветровых волн и волн зыби) ;

3. предупреждения об опасных значениях волнения и ледо­вых условиях;

4. рекомендации по наиболее целесообразному использова­нию ожидаемых состояния моря и погоды, особенно «промыс­ловой погоды». Под промысловой погодой понимается благо­приятная для рыбного промысла погода, когда значения ветра, волнения и ледовых условий меньше значений, опасных для дан­ного типа судов и орудий лова.

Речной транспорт

Транспортная речная сеть включает в себя судоходные реки, каналы, водохранилища, озера и заливы. Крупные реки являются основными водными магистралями.

Речной флот оснащен современными пассажирскими, грузо­выми самоходными и несамоходными судами.

Речные суда на внутренних водных путях осуществляют самые разнообразные работы. Это перевозки пассажиров (рей­совые, туристские и другие), перевозки грузов (полезныеиско­паемые, нефтепродукты, лес, строительные материалы, зерно и т. п.), буксировка плотов, дноуглубительные работы и многое другое. Обработка грузов в портах производится с помощью погрузо-разгрузочных механизмов, что также является частью работы речного флота.

Постоянная работа речного флота на открытом воздухе ста­вит его в зависимость от таких условий погоды, как: ветер и волнение; туман и другие явления, ухудшающие видимость; переход температуры воздуха через 0°С и начало устойчивых морозов с появлением ледостава и др.

Метеорологическая информация, необходимая для речного транспорта, включает в себя:

1) регулярную и экстренную (штормовую) информацию,

2) прогнозы погоды по акватории обслуживаемого водоема на сутки с 12-часовым перекрытием (19—19, 07—07 ч), на трое суток, период и месяц, 3) прогнозы погоды по маршрутам в соответствии с заявками диспетчера,

4) предупреждения об опасных для речного флота явлениях погоды,

5) информацию о фактическом состоянии погоды по озерам, водохранилищам, заливам и устьевым участкам круп­ных рек в соответствии с заявками диспетчера.

Сельское и лесное хозяйство

Сельское хозяйство — одна из важнейших отраслей мате­риального производства.

Сельскохозяйственное производство включает в себя земле­делие (полеводство, овощеводство, плодоводство, виногра­дарство и др.) и животноводство (скотоводство, свиноводство, овцеводство, оленеводство, птицеводство и др.). Основой сель­ского хозяйства является земледелие, а главное направление специализации — зерновое хозяйство.

Наибольшее влияние погоды ни развитие сельскохозяйствен­ных культур проявляется в вегетационный период. Однако урожай озимых культур и значительной мере зависит от усло­вий их осенней закалки (роста зимостойкости - сопротинляемости низким температурам) и перезимовки. Устойчивая осень с постепенным переходом к отрицательным температурам и снежному покрову создает благоприятные условия для пере­зимовки озимых культур. Наоборот, затяжная осень с частыми дождями и резким переходом к зиме приводит к тому, что ози­мые остаются на зиму без закалки.

В свою очередь перезимовка озимых культур зависит от ме­теорологических условий, отмечающихся зимой. Они опреде­ляют возможность повреждения и гибели озимых культур вследствие вымерзания, выпревания, образования ледяной корки и вымокания.

Вымерзание — основная причина гибели озимых на больших посевных площадях — происходит тогда, когда температура почвы на глубине кущения опускается ниже критической. Ги­бель растений наступает в результате обезвоживания прото­плазмы и повреждения клеток кристаллами льда.

Выпревание озимых — углеводное истощение и гибель расте­ний— связано с большим расходом питательных веществ при температуре почвы около 0°С и отсутствием ассимиляции и наблюдается в тех случаях, когда на непромерзшую почву ло­жится высокий снежный покров.

Ледяная корка, образовавшаяся в верхнем слое почвы, при­водит к вымерзанию озимых. Образование ее на поверхности — притертая ледяная корка — сопровождается ухудшением газо­обмена, накоплением углекислоты и потерей кислорода. Этот процесс приводит к выпреванию озимых.'

Вымокание наблюдается в весенний период, когда рано образовавшиеся талые воды длительно задерживаются в ни­зинах.

Продолжительные и обильные дожди весной и осенью могут привести к вымыванию посевов, особенно на холмистых полях.

Состояние сельскохозяйственных животных также зависит от метеорологических условий (от температуры и влажности воздуха, ветра и солнечной радиации). Особенно тяжело пере­носят животные переохлаждение и перегрев.

Поступающие в оперативно-прогностические подразделения данные метеорологических и агрометеорологических наблюде­ний необходимы для составления:

1) предупреждений об ОЯ и ООЯ погоды и агрометеорологических условий;

2) прогнозов погоды различной заблаговременности;

3) агрометеорологической информации (сводки за день, пятидневку, неделю и де­каду) о сложившихся погодных условиях и их влиянии на раз­витие сельскохозяйственных культур, формирование урожая, проведение полевых работ, выпас скота и др.;

4) агрометеоро­логических обзоров за вегетационный период и за период перезимовки сельскохозяйственных культур, а также за периоды полевых работ, уборки урожая, проведения сева;

5) агрометео­рологических прогнозов как важнейшей информации для сель­скохозяйственного производства.

Лесное хозяйство- отрасль общественного производства, осуществляющая изучение, учет, воспроизводство и выращивание лесов, охрану их от пожаров, вредителей и болезней.

Оперативно-прогностические подразделения принимают уча­стие в планировании и обеспечении метеорологической инфор­мации основных мероприятий, проводимых управлениями лес­ного хозяйства. Они обеспечивают управления, производствен­ные объединения и подведомственные им организации лесного хозяйства следующей метеорологической информацией:

1) регулярной информацией о текущем состоянии метеороло­гических условий (температура воздуха, влажность, количество выпавших осадков, направление и скорость ветра, метеорологи­ческие данные о горимости леса и другие);

2) предупреждениями об ОЯ и ООЯ погоды для проведения мероприятий лесного хозяйства. Так, предупреждения о заморозках позволяют заблаговременно принять меры защиты се­менных плантаций и лесных питомников или прекращения по­севов и посадки леса; *

3) долгосрочными прогнозами погоды (на месяц);

4) прогнозами погоды на сутки, трое суток и на период (весной и летом). Прогнозы позволяют определить сроки на­чала или окончания авиапатрулирования и наземной стороже­вой охраны. Сдвиг таких сроков по сравнению с плановыми (по средним многолетним данным) позволяет получить значи­тельную экономию средств. Прогнозы необходимы для эффек­тивного выполнения сезонных лесных работ, начала посадки леса, закладки питомников и др., что позволяет провести эти работы в лучшие агротехнические сроки и выполнять планы лесовосстановления. Для успешного проведения авиационно- химических работ, химической обработки молодняка особое зна­чение имеет прогноз осадков, так как дожди сводят на нет химическую обработку леса;

5) консультациями и рекомендациями по учету в практиче­ской деятельности фактических и ожидаемых условий по­годы.

Энергетика

Энергетика — топливно-энергетический комплекс страны, включающий получение, передачу, преобразование и использо­вание различных видов энергии и энергетических ресурсов. Энергетика как энергетическое хозяйство обеспечивает всеми видами энергии народное хозяйство. Оно включает в себя: 1) электроэнергетическую систему (электрические си­стемы и сети теплоснабжения); 2) систему нефте- и газоснаб­жения; 3) систему угольной промышленности и 4) систему ядерной энергетики.

Основная часть потребляемой в стране электроэнергии вы­рабатывается тепловыми (ТЭС), гидравлическими (ГЭС) и атомными (АЭС) электростанциями. Особенность электроэнер­гетической системы — комбинированное производство электро­энергии и тепла на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ).

Для планирования оптимального отпуска тепла на следующий день необходимо знать температуру наружного воздуха и ско­рость ветра в тот день. На основании прогноза температуры и ветра диспетчер теплосети задает ТЭЦ тепловую нагрузку для поддержания требуемой температуры воды и пара при эко­номном расходовании топлива.

Прогнозы на месяц и период используются теплосетью для планирования расхода топлива и профилактического ремонта оборудования.

Нефте- и газоснабжение относятся соответственно к нефтя­ной и газовой промышленности. Нефтяная промышленность ведет разведку нефтяных место­рождений, бурение скважин, добычу нефти и попутного (нефтя­ного) газа, переработку и трубопроводную транспортировку нефти.

Газовая промышленность охватывает разведку и эксплуата­цию месторождений природного газа, газоснабжения по газо­проводам, производство газа из угля и сланцев, переработку газа и использование его в различных отраслях промышлен­ности и коммунально-бытовом хозяйстве.

В повседневной работе производст­венные объединения по транспортировке и поставке газа и нефти, а также линейные производственные управления полу­чают прогнозы погоды на сутки, трое суток и месяц. В предупреждениях об ОЯ и ООЯ погоды указываются те явления, ко­торые могут привести к нарушению снабжения газом и нефтью промышленных предприятий и коммунально-жилищного хо­зяйства.

Важное место в метеорологическом обеспечении занимает информация о грозах.

Линейные производственные управления получают, кроме того, необходимую гидрологическую информацию об опасных гидрологических явлениях на реках в местах, пересекаемых газо- и нефтепроводами.

Торф используется в энергетике, для производства торфя­ного газа как коммунально-бытовое топливо и в сельском хо­зяйстве.

В соответствии с Генеральным соглашением по районам торфоразработок дается следующая метеорологическая инфор­мация:

І) прогнозы на сутки, на последующие двое суток, на 5 и 10 суток, на месяц, на весенние и летние сезоны с указанием значений метеорологических элементов и явлений, оказываю­щих существенное влияние на добычу торфа;

2) регулярная информация о фактическом состоянии погоды;

предупреждения об ОЯ и ООЯ погоды;

3)метеорологические наблюдения болотных станций на осушенных и неосушенных торфяных залежах.