3. Влияние ветра на судоходство.

По своему физическому состоянию вода подвижная среда, поэтому в природе она находится в непрерывном движении. Это движение вызывают различные причины, прежде всего ветер.

Ветром называют горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности, вызванное неравномерным распределением атмосферного давления на Земле и направленное от высокого давления к низком;. из района, где давление выше, т. е. масса воздуха больше, воздух начинает перемещаться в область, где оно ниже. т. е. масса воздуха меньше. Ветер характеризуется скоростью (м/с, км/час, узлах, балах по шкале Боффорта), силой, направлением. Причиной вызывающей ветер, является неравномерное распределение атмосферного давления. И чем больше разница между давлением тем сильнее ветер.

В Р t С R

Н В

П ри начавшемся движении воздушной массы сейчас же возникают новые силы, действующие на воздушную массу и влияющие на характер ее движения. К этим силам в основном относятся отклоняющая сила вращения Земли и сила трения.

При движении воздушной массы возникает трение ее с подстилающей поверхностью земли, в результате чего происходит уменьшение скорости движения воздушной массы и угла между барическим градиентом и направлением движения воздушной массы.

Морская поверхность, более ровная, чем поверхность суши, оказывает на ветер менее сильное тормозящее влияние, поэтому скорость ветра над океанами при одинаковых градиентах давления больше, чем над сушей. Однако и над океаном и над сушей скорость ветра зависит главным образом от градиента давления: чем больше градиент, тем больше скорость ветра.

Под влиянием отклоняющей силы вращения Земли воздушные потоки отклоняются от направления барического градиента в северном полушарии вправо, в южном — влево. В результате этого в северном полушарии в области низкого давления движение воздуха происходит против часовой стрелки, в южном полушарии — по часовой стрелке. Такая циркуляция воздушных масс называется циклонической.

В области высокого давления движение воздуха направлено по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки — в южном. Такая циркуляция называется антициклонической.

Из тесной зависимости между давлением воздуха и направлением ветра выводится следующее правило. Если стать спиной к ветру, то область низкого давления всегда будет слева и несколько впереди в северном полушарии, справа и несколько позади в южном полушарии, а область высокого давления, наоборот, справа и несколько позади в северном полушарии, слева и несколько впереди в южном полушарии.

Атмосферное давление измеряется весом (пропорционально массе) вышележащего столба воздуха на единицу горизонтальной поверхности. Распределение давления атмосферы на поверхности Земли неравномерно. Это обусловлено тем, что вес и, следовательно, давление воздуха зависит от его плотности и от широты места (с широтой изменяется сила тяжести). Изучение географического распределения давления воздуха производится по картам изобар (линии, соединяющие одинаковые значения давлений).

Ежемесячные карты изобар издаются за счет осреднения большого числа наблюдений и приводятся в специальных изданиях.

За картами средних давлений зимних и летних месяцев можно определить, что для зимы характерен большой, хорошо развитый центр высокого давления над Евразией и несколько меньший по размерам и интенсивности - над западной частью Северной Америки. Менее развитые центры располагаются в южных частях Атлантического и Индийского океанов и в юго-восточной части Тихого океана.

Центры низкого давления формируются над юго-западной частью США, в Южной и Центральной Африке и в Южной Америке.

Летом большой район с низким давлением, определяющим ветер и климатический режим значительных территорий, расположен над материком Юго-Западной Азии.

Области высокого давления формируются в основном над водной поверхностью.

А нализ карт всех месяцев года показывает, что над северным полушарием происходит исчезновение зимних центров высокого давления над континентами и замена их летом на муссонные депрессии на несколько более низких широтах. Это является причиной сезонного изменения направления ветра и смены дождливых и сухих сезонов в тропических и субтропических районах.

Анализируя карты давления и ветра по сопоставимым периодам легко заметить, что над океанами, где в течение года сохраняются постоянные центры действия атмосферы, устойчив и режим ветра (исключение составляет север Индийского океана, который находится под воздействием обширного азиатского материка).

Для материков характерны сезонные центры действия, и, соответственно, и режим ветра на большей части континентов носит сезонный характер (исключая Антарктику). Наиболее устойчивыми в течение всего года являются ветры тропического пояса. Рис.1 Движение воздуха в тропосфере

Существование постоянных центров действия низкого и высокого атмосферного давления приводит к формированию постоянного движения воздушных масс (ветра). Это пассат, западный ветер умеренных широт, юго-восточный и северо-восточный ветер.

ВЕТЕР

ПОСТОЯННЫЙ СЕЗОННЫЙ МЕСТНЫЙ

ПАССАТ МУССОН

ЗАПАДНЫЙ ВЕТЕР ПЕРЕОДИЧЕСКИЕ НИСХОДНЫЕ СИНОПТИЧЕСКИЕ

ВОСТОЧНЫЙ БРИЗ БОР СИРОКО

ФЕН ХАМСИН

СТОКОВЫЕ ХАБУБ

АФГАНЕЦ

СУМУМ

ЧИНУК

ПОСТОЯННЫЙ ВЕТЕР

П ассат (нем., единственное число Passat, вероятно, от исп. viento de pasade — ветер, благоприятствующий переезду ) – устойчивый на протяжении года перенос воздушных масс между субтропическими антициклонами северного и южного полушарий в направлении приэкваториальной полосы пониженного давления.

В северном полушарии направление пассатов северо-восточное, в южном - юго-восточное. Вместе с восточными ветрами их повторяемость превышает 80 %, приближаясь к 100 %.

Скорость пассатных ветров обычно постоянна и составляет 5-8 м/сек, редко достигая, 10 м/сек.

В экваториальной полосе пониженного давления пассатные потоки обоих полушарий принимают

Рис.2 Распространение постоянных ветров восточное направление кроме Индийского океана, и ослабевают, нередко до штиля (эту зону часто называют зоной экваториального затишья). В этом районе происходит интенсивное восходящее движение воздуха, развитие мошкой кучево-дождевой облачности и проходят ливневые дожди.

Ширина зоны пассатов в обоих полушариях (кроме севера Индийского океана в северном полушарии и юга Индийского океана в южном) составляет 2000-2500 км, а на юго-востоке всех океанов зимой в южном полушарии достигает 3000 км. Погода в этих зонах характеризуется кучевой облачностью, не получающей обычно значительного развития, чему препятствует пассатная инверсия, располагающаяся на высоте 1,5-2,0 км (возникает в результате нисходящих движений воздуха в верхних слоях, свойственных антициклонам).

В зонах субтропических антициклонов над океанами ветры крайне неустойчивы по направлению. Так, в январе в области азорского антициклона ветры SW, S, и SO имеют повторяемость 13-14 % каждый, NW - 12 %, а все остальные направления - от 6 до 10 %.

В сторону полюсов на широтах 40-60 градусов в обоих полушариях располагаются зоны преобладания ветров западной четверти (от NW до SW). Они менее устойчивы, чем пассаты, из-за активной циклонической деятельности и по той же причине их сила значительно больше, чем у пассатов: на севере Атлантики средние скорости ветра в январе достигают 10-15 м/сек (6-7 баллов), а повторяемость штормов достигает более 40 %.

На севере Тихого океана зимой повторяемость штормов силой 7 баллов и выше -до 30 %. Летом на севере Атлантического и Тихого океанов с ослаблением исландского и исчезновением алеутского циклонов, ветры ослабевают, повторяемость штормов уменьшается до 5-10%.

Наиболее четко выражена зона западных ветров на широтах 40-60 градусов южного полушария, где они не нарушаются влиянием материков и полностью огибают все полушарие. За большие скорости ветров в этой зоне и частые штормы (повторяемость 50 %) они получили название "ревущие сороковые".

В более высоких широтах южного полушария, вблизи побережья Антарктиды, преобладающими становятся юго-восточные и восточные ветры, обусловленные как полосой низкого давления на широтах 60-70° градусов, так и антициклонов над сильно охлажденным материком Антарктида.

В северном полушарии ветры, с преобладанием восточной составляющей в высоких широтах, намечаются в основном в летнее время в южных частях практически всех северных морей (Гренландское, Баренцево, Восточно-Сибирское и др.).

СЕЗОННЫЙ ВЕТЕР. Ветры, связанные с сезонными центрами действия атмосферы, носят название муссонов. Они характеризуются резкими сезонными сменами преобладающих направлений на противоположные или близкие к противоположным (на 120-180°).

Муссоны — это периодические ветры, дующие зимой с суши на море, а летом с моря на сушу.

Летом суша нагревается сильнее, чем водная поверхность, давление над сушей становится меньше и барический градиент направлен с моря на сушу. Ветровые потоки под влиянием вращения Земли в северном полушарии отклоняются вправо от градиента, поэтому летний муссон Тихого океана у восточного побережья Азии приобретает юго-восточное направление, а южные берега азиатского материка в Индийском океане летом подвержены .действию юго-западного муссона. Зимой суша охлаждается сильнее моря, давление над сушей увеличивается и барический градиент направлен уже с суши на море. Зимой муссон у восточных берегов Азии дует с северо-запада, у южных — с северо-востока.

Муссоны не везде четко выражены. Наиболее отчетливо - на юге и юго-востоке Азии, на востоке Африки, в прилегающих акваториях Индийского океана, а также в Южно-Китайском и Восточно-Китайском морях. Здесь повторяемость противоположных ветров превышает 60 %. Муссоны наблюдаются также в районах северной Австралии, Новой Гвинеи, на Малайском архипелаге, в западной Африке (в Гвинейском заливе), у берегов Дальнего Востока и Бразилии.

Зимой в северном полушарии развитие азиатского (сибирского) сезонного антициклона обусловливает северо-восточный сухой муссон, который распространяется на западе Индийского океана южнее экватора, вплоть до о-ва Мадагаскар. Зимний муссон вызывает в Индии частые засухи. Летом над прогретым материком Азия устанавливается низкое давление с основным центром на севере Индии. При этом преобладают ветры юго-западного направления.

Летние муссоны (с океана) несут большое количество влаги, вызывают обильные дожди и довольно частые наводнения в странах Южной Азии.

Скорости ветра в зимнем (северо-восточном) муссоне не превышают 5 - 10 м/сек - совпадают по широтному положению, направлению и скорости ветра с пассатом северного полушария. Летний муссон имеет значительно больше, часто штормовые скорости. Повторяемость штормов над Аравийским морем в июле достигает 50 %.

В умеренной зоне на западных берегах материков муссоны, как правило, не наблюдаются.

МЕСТНЫЙ ВЕТЕР наблюдаются в определенных сравнительно ограниченных районах. К таким ветрам относятся бризы, фён, бора и др.

Б ризы — ветры приморских побережий; днем они дуют с моря на сушу, ночью —с суши на море. Днем при достаточном притоке солнечной энергии суша нагревается значительно сильнее, чем поверхность моря, и в нижних слоях воздуха возникает градиент давления, направленный с моря на сушу. Поэтому днем дует ветер с моря на сушу — морской бриз. Ночью суша охлаждается сильнее поверхности моря, давление воздуха над сушей становится больше, чем над морем, и ветер получает направление с-суши на море —возникает береговой бриз.

Морской бриз обычно начинается около 10—11 час. по местному времени, максимальной силы достигает после полудня и к вечеру (к заходу солнца) затихает. Морской бриз распространяется в глубь берега на 10—25 миль. Береговой бриз обычно выражен менее ярко, чем морской, часто он совсем неощутим. Береговой бриз начинается после полуночи и прекращается с восходом солнца.

Фён — это теплый сухой ветер, дующий вниз по склонам гор. В долину этот воздух приходит с весьма высокой температурой и малой относительной влажностью. Фены наблюдаются при соответствующих условиях на всех горных побережьях. Зимой в горах фены вызывают обвалы снега.

Бора — сильный порывистый ветер, направленный вниз по горному склону и приносящий в зимнее время значительное похолодание. Наблюдается бора в местностях, где невысокий горный - хребет граничит с морем. Бора наблюдается на побережье Черного моря — в Новороссийске на Новой Земле, на побережье Адриатического моря — в Истрии, Далмации и в других местах. Бора часто сопровождается шквалом.

Шквал (от англ. squall) — резкое кратковременное (от минуты до нескольких минут) усиление ветра, иногда до 30—70 м/с с изменением его направления, чаще всего при грозе.

При большом разнообразии перемещения воздушных масс на акватории Мирового океана выделяются следующие ветровые зоны.

З оны преобладающих западных ветров 1 расположены в северном и южном полушариях. В северном полушарии в этих зонах господствуют юго-западные ветры средней силой 3—6 баллов. В этих зонах наблюдаются частые штормы повторяемостью 20—40%.

Зоны переменных ветров 2 лежат между зонами преобладающих западных ветров и пассатов 3,5. В северном полушарии в этой зоне — ветры неустойчивых направлений и различной силы, в среднем 4—5 баллов. Штормы бывают редко. Их повторяемость в Атлантическом океане не более 5%, а Тихом — до 10%. В южном полушарии средняя сила ветра 2—4 балла, а повторяемость штормов больше в Атлантическом океане — до 14%.

В зонах юго-восточного пассата 3 господ- ствующими являются юго-восточное, восточное, редко южное направления ветра средней силой

Рис 3 Схема ветровых зон мирового океана в январе 3—5 баллов. Штормы — редкие, с повторяемостью 1—5%.

Зоны северо-восточного пассата 5 лежат только в Атлантическом и Тихом океанах. Здесь преобладающими направлениями ветра являются северо-восточное и северное средней силой 3—4 (редко 5—6) баллов. Штилевая погода бывает редко, повторяемость 1%. Повторяемость штормов в Атлантическом океане 1—5%, в Тихом — до 10%.

Зоны преобладающих слабых ветров и штилей 4 характеризуются слабыми ветрами переменных направлений силой 2—3 балла, штилями и редко повторяющимися штормами (до 5%).

З она муссонов 6 охватывает северную часть Индийского океана, Южно-Китайское море и юго-западную часть Восточно-Китайского моря. Режим ветров в этой зоне изменяется по периодам. С ноября по февраль — март здесь преобладает северо-восточный муссон, направление которого колеблется между северным и восточным при преобладающем направлении от северо-востока. Март (частично), апрель и май — это время перехода от северо-восточного к юго-западному муссону, ветры в этот период

неустойчивые, и трудно выделить какое-либо преобладающее направление. С июля по сентябрь в большей части зоны устанавливается юго-западный муссон. В октябре происходит переход от юго-западного к северо-восточному муссону. Средняя сила ветра в период северо-восточного муссона и в переходные месяцы 3—4 балла, в период юго-западного муссона — 4—5 баллов. Штормы наиболее вероятны в период юго-западного муссона, когда преобладает пасмурная

Рис 4 Схема ветровых зон мирового океана в июле погода с обильными осадками. Дожди могут продолжаться по 40—50 дней подряд.

АТМОСФЕРНЫЕ ВИХРИ.

Антициклоны. Антициклонами называются области повышенного атмосферного давления с замкнутыми изобарами, с максимальным давлением в центре до 1070 мб. и соответствующим распределением воздушных течений. Диаметр антициклона может достигать нескольких тысяч километров. Горизонтальные градиенты давления в антициклонах направлены от центра к периферии, а ветер, отклоняясь от барического градиента в северном полушарии вправо, дует вокруг центра антициклона по часовой стрелке, а в южном полушарии, отклоняясь влево, направлен против часовой стрелки.

В центральной части антициклона, как правило, преобладает малооблачная сухая погода со слабым ветром. К периферии антициклона происходит увеличение облачности и усиление скорости ветра. Температура в западной части антициклона, где господствуют южные ветры (в северном полушарии), обычно выше, чем в восточной с ее северными ветрами. В антициклоне резко выражен суточный ход метеорологических элементов, особенно температуры и влажности. Летом при сильной конвекции в антициклоне иногда возникают грозы. В исключительных случаях в антициклоне может наблюдаться морось, туман и слоистые облака.

Циклоны. Циклоном называется область пониженного давления с замкнутыми изобарами, с минимальным давлением в северном полушарии и по часовой стрелке в южном.

Циклоны бывают различны по размерам и глубине: один может быть около 100 миль в диаметре, другой более 2000 миль. Давление в центре большей части циклонов колеблется от 980 до 1010 мб, однако в отдельных случаях давление падает до 935 мб. и ниже.

Циклоны могут передвигаться почти в любом направлении, но чаще всего они направлены к северо-востоку в северном полушарии и к юго-востоку— в южном; скорость их колеблется от 10 до 40 узлов, иногда достигает 60 узлов. При заполнении (окклюдировании) циклонов скорость их уменьшается.

Тропические циклоны являются одним из наиболее опасных и наименее изученных явлений природы. Они представляют собой сравнительно небольшие по размерам, диаметром от 20 до 600 миль, но очень глубокие атмосферные вихри. Обладают высокой кинетической энергией (с низким давлением и ветрами ураганной силы, образующими круговорот против часовой стрелки в северном и по часовой стрелке в южном полушарии с легким отклонением к центру). Такой циклон в целом (или его центр) обладает поступательным движением и часто является причиной большого волнения, гораздо большего, чем при самых жестоких штормах умеренных широт.

Скорость движения тропического циклона колеблется от 70 до 240 миль в сутки, возрастая с увеличением географической широты. Атмосферное давление в тропическом циклоне от .периферии к центру понижается до 950—970 мб, а в отдельных случаях падает еще ниже, скорость же ветра, наоборот, возрастает и вблизи центральной зоны тропического циклона достигает своих наибольших значений, равных 40—60 м/сек и даже более. Однако в самой центральной зоне тропического циклона диаметром от 20 до 30 миль ветер ослабевает до штиля.

Прохождение тропического циклона всегда сопровождается мощной облачностью, очень сильными и продолжительными ливнями и значительным волнением. В центральной зоне тропического циклона («глаз бури») небо обычно ясное или покрыто тонкими высокослоистыми облаками; волнение здесь приобретает характер сильной толчеи. представляющей большую опасность для судна. Тропические циклоны отмечаются во всех океанах.

Главнейшие очаги зарождения и местные названия их следующие:

• Карибское море и Мексиканский залив. Возникающие здесь циклоны носят название антильских ураганов

• Район Филиппинских островов, Южно - Китайское море тропические циклоны называются тайфунами

• Аравийское море и Бенгальский залив, где тропические циклоны местного названия не имею

• Индийский океан вблизи берегов Австралии. Здесь тропические циклоны называются «вилли-вилли»

• в Тихом океане у западного побережья Мексики — кордонасо

• на Филиппинах — багуйо, или баруйо

• В южной части Индийского океана, восточнее острова Мадагаскар. Местное название тропических циклонов — «орканы».

Т ропические циклоны чаще зарождаются в открытом океане обычно между 5 и 20° широты, на границах зоны преобладающих слабых ветров и штилей и в районах распространения муссонов. На первой стадии своего движения тропические циклоны перемещаются с, небольшой скоростью 10-20 км/час, к западу, затем скорость увеличивается до 30-40 км/час и более.

Затем все, более отклоняясь вправо в северном полушарии влево в южном, они начинают двигаться соответственно на северо-запад и на юго-запад. Дойдя до границы зоны пассатов, т. е. примерно до 15-30°, северной и южной широты, тропические циклоны, если они к этому времени еще не заполнились, меняют направление движения и начинают перемещаться на северо-восток в северном полушарии и на юго-восток в южном. Некоторые тропические циклоны, однако, не изменяют направления, а продолжают перемещаться в северо-западном или юго-западном направлении до тех пор, пока не достигнут материка. С выходом в умеренные широты циклон постепенно заполняется и замедляет движение. Но при проникновении циклона в систему более холодного воздуха (в область полярного фронта) он трансформируется: происходит его углубление, увеличивается скорость (порой до 60 км/час), расширяется зона штормовых ветров и т. д. И уже как внетропический вихрь он может сместиться в довольно высокие широты. При выходе на континент тропический циклон быстро ослабевает и затухает. Наиболее часто тропические циклоны в северном полушарии наблюдаются в период с августа по сентябрь, а в южном полушарии в районе Тихого океана — с января по июль, в Индийском океане — с ноября по апрель. Исключение составляет северная часть Индийского океана, где тропические циклоны чаще наблюдаются с мая по декабрь.