Устройство и основные характеристики судна 7 страница

опасная для плавания мель или отмель с твердым грунтом

Глава 4. Навигационная гидрометеорология

4.1. Ветер. Общая циркуляция атмосферы

Ветром называется движение

воздуха из районов с более высоким давлением воздух в область более низ­кого давления. Скорость ветра опреде­ляется величиной разности атмосферно­го давления. Влияние ветра в судовож­дении необходимо постоянно учиты­вать, т. к. он вызывает дрейф судна, штормовое волнение и т. п.

Из-за неравномерности нагрева­ния различных частей земного шара су­ществует система атмосферных течений планетарного масштаба (общая циркуляция атмосферы).

Пассаты — ветры, дующие весь год в одном направлении в зоне от экватора до 35° с. ш. и до 30° ю. ш. Устойчивы по направлению: в северном полушарии — северо-восточные, в южном — юго-восточные. Скорость - до 6 м/с.

Муссоны — ветры умеренных широт, летом дующие с океана на материк, зимой — с материка на океан. Достигают скорости 20 м/с. Муссоны приносят на побережье зимой сухую ясную и холодную погоду, летом — пасмурную, с дождя­ми и туманами.

Бризы возникают вследствие неравномерного нагрева воды и суши в течение суток. В дневное время возникает ветер с моря на сушу (морской бриз). Ночью с охлажденного побережья - на море (береговой бриз). Скорость ветра 5 - 10 м/с.

Местные ветры возникают в отдельных районах вследствие особенностей рельефа и резко отличаются от общего воздушного потока: возникают в результате неравномерного прогрева (охлаждения) подстилающей поверхности. Подробные сведения о местных ветрах даются в лоциях и гидрометеорологических описаниях.

Бора - сильный и порывистый ветер, направленный вниз по горному склону. Приносит значительное похолодание. Наблюдается в местностях, где невысокий горный хребет граничит с морем, в периоды, когда над сушей увеличивается атмо­сферное давление и понижается температура по сравнению с давлением и темпера­турой над морем. В районе Новороссийской бухты бора действует в ноябре — мар­те со средними скоростями ветра около 20 м/с (отдельные порывы могут быть 50— 60 м/с). Продолжительность действия от одних до трех суток. Аналогичные ветры отмечаются на Новой Земле, на средиземноморском побережье Франции (ми­страль) и у северных берегов Адриатического моря.

Сирокко - горячий и влажный ветер центральной части Средиземного моря; сопровождается облачностью и осадками.

Смерчи - вихри над морем диаметром до нескольких десятков метров, состо­ящие из водяных брызг. Существуют до четверти суток и движутся со скоростью до 30 узлов. Скорость ветра внутри смерча может доходить до 100 м/с. Штормовые ветры возникают преимущественно в областях с пониженным атмо­сферным давлением. Особенно большой силы достигают тропические циклоны, при которых скорость ветра нередко превышает 60 м/с. Сильные штормы наблю­даются и в умеренных широтах.

При движении воздушные теплые и холодные массы воздуха неизбежно со­прикасаются друг с другом. Переходная зона между этими массами называется атмосферным фронтом. Прохождение фронта сопровождается резким изменени­ем погоды.

Атмосферный фронт может находиться в стационарном состоянии или в движении. Различают теплые, холодные фронты, а также фронты окклюзии. Основными атмосферными фронтами являются: арктические, полярные и тропические. На синоптических картах фрон­ты изображают в виде линий (линия фронта).

Тёплый фронт образуется при наступ­лении теплых воздушных масс на холодные (рис. 4.1). На картах погоды тёплый фронт от­мечается сплошной линией с полукругами вдоль фронта, указывающими в сторону более холодного воздуха и направление движения. По мере приближения тёплого фронта начинает падать давление, уплотняются облака, выпадают обложные осад­ки. Зимой при прохождении фронта обычно появляются низкие слоистые облака. Температура и влажность воздуха медленно повышаются. При прохождении фрон­та температура и влажность обычно быстро возрастают, ветер усиливается. После прохождения фронта направление ветра меняется (ветер поворачивает по часовой стрелке), падение давления прекращается и начинается его слабый рост, облака рассеиваются, осадки прекращаются.

Холодный фронт образуется при наступлении холодных воздушных масс на более теплые (рис. 4.2). На картах погоды холодный фронт изображается сплошной линией с треугольниками вдоль фронта, указывающими в сторону более теплых температур и направление движения. Давление перед фронтом сильно и неравно­мерно падает, судно попадает в зону ливней, гроз, шквалов и сильного волнения.

Фронт окклюзии - это фронт, образованный слиянием теплого и холодного фронтов. Представляется сплошной линией с чередующимися треугольниками и полукругами.

200 400 600 8 ( 200 400 600 800

Рис. 4.1. Разрез теплого фронта Рис. 4.2. Разрез холодного фронта

Циклон - атмосферный вихрь огромного (от сотен до нескольких тысяч ки­лометров) диаметра с пониженным давлением воздуха в центре. Воздух в циклоне циркулирует против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном (рис. 4.3).

Различают два основных вида циклонов — внетропические и тропические. Первые образуются в умеренных или полярных широтах и имеют диаметр от тыся­чи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона.

Тропический циклон - циклон, образовавшийся в тропических широтах, это атмосферный вихрь с пониженным атмосферным давлением в центре со штормо­выми скоростями ветра. Сформировавшиеся тропические циклоны движутся вме­сте с воздушными массами с востока на запад, при этом постепенно отклоняясь к высоким широтам. Для таких циклонов характерен также т. н. «глаз бури» — цен­тральная область диаметром 20 - 30 км с относительно ясной и безветреной пого­дой. В мире ежегодно наблюдается около 80 тропических циклонов.

На Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии тропические циклоны назы­ваются тайфунами (от кит. тай фын — большой ветер), а в Северной и Южной Америке - ураганами (исп. huracan по имени индейского бога ветра). Принято счи­тать, что шторм переходит в ураган при скорости ветра более 120 км/час, при ско­рости 180 км/час ураган называют сильным ураганом (рис. 4.4).

Рис. 4.3. Вид циклона из космоса Рис. 4.4. Пути тропических циклонов

4.2. Волнение

Морская поверхность редко бывает спокойной. Чаще всего она покрыта вол­нами. Основными причинами, вызывающими возникновение волн, являются ветер, приливы и отливы, резкие изменения атмосферного давления, а также землетрясе­ния и подводные вулканические извержения.

Волны характеризуются формой, размерами, периодом колебаний и скоро­стью распространения. Состоят волны из чередующихся между собой валов и впа­дин (рис. 4.5).

Основными элементами волн являются:

- гребень - верхняя точка волны;

- подошва - основание впадины;

- высота h - расстояние по вертикали от подошвы до гребня волны;

- длина X - расстояние по горизонтали между гребнями двух соседних волн;

- крутизна - отношение высоты волны к ее длине;

- скорость - расстояние, проходимое гребнем волны в единицу времени по направлению ее перемещения (м/с);

- период - промежуток времени, выраженный в секундах, между прохождени­ем двух последовательных гребней через одну и ту же точку пространства.

Рис. 4.5. Волновой профиль

В океанах ветровые волны в среднем достигают 150 м длины, высотой 7 - 8 м и периодом 8 - 10 с. Максимальные океанские волны достигают высоты 18 - 25 м при длине около 400 м. На морях высота ветровых волн в среднем 5 - 6 м длиной около 80 м.

Сильное волнение значительно осложняет мо­реплавание и морской промысел, затрудняет произ­водство погрузочно-разгрузочных работ на открытых рейдах, а также других работ на море, нередко быва­ет причиной гибели судов и людей.

Суда при волнении испытывают качку - борто­вую, килевую и вертикальную, каждая из которых может привести к разрушению и даже к гибели суд­на. Так, при сильной бортовой качке судно может опрокинуться, при вертикальной качке может удариться днищем о грунт при пла­вании на мелководье, а при килевой качке - разломиться.

Волнение оказывает большое влияние на ско­рость судна, вызывает его дрейф и рыскание. При качке на волнении, особенно если судно идет в бал­ласте, происходит оголение винтов, что отрицатель­но влияет на работу машин, а возникающая вибрация вредно сказывается на прочности корпуса. При движении навстречу штормовой волне возмо­жен слеминг, т. е. гидродинамические удары в дни­щевую и скуловую части корпуса, в результате чего может быть повреждена обшивка и даже набор. Одновременно вибрация и резкие встряски вызывают поломку рангоута, обрыв такелажа и трубопроводов, выход из

строя электрорадионавигационных приборов, раз­личных машин и механизмов. Особо опасны корот­кие (меньше длины судна) и высокие (крутые) вол­ны.

При плавании на попутном волнении может возникнуть явление брочинга - захват судна волной, при этом наблюдается потеря управляемости и са­мопроизвольный неуправляемый разворот судна ла­гом к волне.

Брочинг возникает, если: длина судна примерно равна длине волны; скорость волны сопоставима скорости судна.

Штормовые волны, попадая на палубу, могут повре­дить палубные механизмы, грузы, смыть судовое снабже­ние, возникает опасность для людей (рис. 4.6).

Хорошая морская практика требует, чтобы незави­симо от района плавания и прогноза погоды судно перед выходом в рейс было готово к любым изменениям погоды. За подготовку судна к плаванию в штормовых условиях от­вечают старший помощник капитана и старший механик. Подготовка к плаванию в штормовую погоду должна начинаться еще в пор­ту. На этом этапе подготовки судна следует:

- задраить горловины всех танков и отсеков;

- задраить двери водонепроницаемых переборок;

- танки и цистерны или полностью заполнить или опорожнить так, чтобы в них не имелось свободных поверхностей жидкости;

- в грузовых помещениях проверить льяла и приемные сетки, опробовать в дей­ствии водоотливные средства, проверить исправность водомерных трубок; произвести тщательную штивку и крепление груза;

осмотреть состояние люковых закрытий, проверить плотность прилегания кры­шек к комингсам люков;

- при наличии палубного груза произвести надежное крепление его найтовами.

Рис. 4.6. Заливание палубы судна во время шторма При получении штормового предупреждения необходимо выполнить: - проверить закрытие трюмов и крепление палубного груза; - проверить крепление грузовых стрел, кранов, спасательных шлюпок, плотов, дополнительно закрепить по штормовому судовое имущество по заведова- ниям ответственных; якоря взять на дополнительные стопора; задраить люки, двери, иллюминаторы; проверить чистоту шпигатов; с верхней палубы удалить все ненужные растительные и синтетические тро­сы, а также предметы, которые могут находиться во внутренних судовых помещениях;

— трюмные вентиляторы развернуть по ветру и закрыть чехлами;

— обеспечить свободный и безопасный проход по верхней палубе;

— другие меры предосторожности, зависящие от особенностей судна.

В сильные морозы вода полностью не успевает стечь за борт через штормо­вые портики и шпигаты и частично замерзает, начинается обледенение, нарастание льда на смачиваемых поверхностях. В результате происходит изменение водоиз­мещения, ЦТ судна и метацентра, крена и дифферента. Так как обледенение проис­ходит в основном выше главной палубы, то это равносильно принятию палубного груза. Крен при обледенении может увеличиваться довольно быстро (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Обледенение судна

Борьба с обледенением судна представляет большие трудности. Развитые палубные надстройки, высокое расположение конструкций судна, подверженных обледенению, трудоемкая работа экипажа на открытой палубе в шторм — все это вместе с довольно ограниченной эффективностью средств удаления льда резко осложняет борьбу с обледенением. Не случайно, что наибольшее число аварий су­дов, особенно небольших, приходится на время зимних штормов в районах с низ­кими температурами воды и воздуха.

Не допустить интенсивное обледенение - основная задача экипажа судна, штормующего в условиях низких температур воды и воздуха. Для успешного ре­шения этой задачи необходима надлежащая подготовка судна к выходу в море, предусматривающая снабжение судна всем необходимым для борьбы со льдом: средствами удаления льда (пешнями, ломами, лопатами, метлами и другими), во­дяными и паровыми шлангами для таяния и смывания льда, а также достаточным числом комплектов теплой водонепроницаемой одежды, рукавиц, монтажных поя­сов с карабинами, страховочных концов для членов экипажа, ведущих работы по борьбе со льдом на верхней палубе.

Для борьбы со льдом объявляется общий аврал, в котором принимает уча­стие весь экипаж (рис. 4.8). При составлении расписания по околке льда необходи­мо помнить, что эта работа изнурительная и может продолжаться несколько суток подряд. Поэтому для судов, попавших в условия обледенения на длительное время, в расписании по околке льда должны быть указаны жесткие нормы времени работы (возможно до 2 - 3 часов) с последующим отдыхом и усиленным питанием для вос­становления сил. Отмечены случаи гибели судов, когда изнуренный, обессиленный экипаж не мог продолжать борьбу с обледенением.

Рис.4.8. Борьба экипажа с обледенением судна 4.3. Морские течения Течения имеют очень важное значение для мореплавания, влияя на скорость и направление движения судна. Поэтому в судовождении очень важно уметь пра­вильно их учитывать (рис. 4.9). Для выбора наивыгоднейших и безопасных путей при плавании вблизи берегов и в открытом море важно знать природу, направления и скорость морских течений. При плавании по счислению морские течения могут оказывать значительное влияние на его точность.

Рис. 4.9. Течения Мирового океана Морские течения - перемещение водных масс в море или в океане из одного места в другое. Основные причины, вызывающие морские течения - ветер, атмо­сферное давление, приливо-отливные явления. Морские течения подразделяются на следующие виды. 1. Ветровые и дрейфовые течения возникают под действием ветра вследствие трения движущихся масс воздуха о морскую поверхность. Длительные, или господствующие, ветры вызывают движение не только верхних, но и более глубоких слоев воды, и образуют дрейфовые течения. Причем, дрейфовые те­чения, вызываемые пассатами (постоянными ветрами), - постоянные, а дрейфо-

вые течения, вызываемые муссонами (переменными ветрами), в течение года изменяют и направление, и скорость. Временные, непродолжительные, ветры вызывают ветровые течения, которые носят переменный характер.

2. Приливо-отливные течения вызываются изменением уровня моря приливами и отливами. В открытом море приливо-отливные течения постоянно меняют свое направление: в северном полушарии - по часовой стрелке, в южном - против часовой стрелки. В проливах, узких заливах и у берегов течения во время при­лива направлены в одну сторону, а при отливе - в обратную.

3. Сточные течения вызываются повышением уровня моря в отдельных его рай­онах в результате притока пресной воды из рек, выпадения большого количе­ства атмосферных осадков и т. д.

4. Плотностные течения возникают вследствие неравномерного распределения плотности воды в горизонтальном направлении.

5. Компенсационные течения возникают в том или ином районе для восполнения убыли воды, вызванной ее стоком или сгоном.

Гольфстрим - самое мощное теплое течение Мирового океана идет вдоль берегов Северной Америки в Атлантическом океане, а затем отклоняется от берега и распадается на ряд ветвей. Северная ветвь, или Северо­Атлантическое течение, идет на северо- восток. Наличие Северо-Атлантического теплого течения объясняет сравнительно мягкую зиму на побережье Северной Евро­пы, а также существование ряда незамерза­ющих портов.

В Тихом океане Северное пассатное (экваториальное) течение начинается у берегов Центральной Америки, пересекает Тихий океан со средней скоростью около 1 узла, и у Филиппинских островов раз­деляется на несколько ветвей. Главная ветвь Северного пассатного течения прохо­дит вдоль Филиппинских островов и следует на северо-восток под названием Ку- росио, которое является вторым после Гольфстрима мощным теплым течением Мирового океана; его скорость от 1 до 2 уз и даже временами до 3 уз. Около юж­ной оконечности острова Кюсю это течение разделяется на две ветви, одна из ко­торых - Цусимское течение направляется в Корейский пролив. Другая, двигаясь на северо-восток, переходит в Северо-Тихоокеанское течение, пересекающее океан на восток. Холодное Курильское течение (Ойясио) следует навстречу Куросио вдоль Курильской гряды и встречается с ним примерно на широте Сангарского пролива.

Течение западных ветров у берегов Южной Америки разделяется на две вет­ви, одна из которых дает начало холодному Перуанскому течению.

В Индийском океане Южное пассатное (экваториальное) течение у острова Мадагаскар разделяется на две ветви. Одна ветвь поворачивает на юг и образует Мозамбикское течение, скорость которого от 2 до 4 уз. У южной оконечности Аф­рики Мозамбикское течение дает начало теплому, мощному и устойчивому Иголь­ному течению, средняя скорость которого более 2 уз, а максимальная - около 4,5 уз.

В Северном Ледовитом океане основная масса поверхностного слоя воды совершает движение по часовой стрелке с востока на запад.

4.4. Приливы

В целях обеспечения безопасности мореплавания при плавании в узкостях, проливах или вблизи берегов необходимо учитывать приливы. Периодические ко­лебания уровня воды в морях и океанах, происходящие под влиянием сил притя­жения Луны и Солнца, называются приливами.

Наиболее высокое положение уровня воды в ходе одного цикла таких коле­баний называют полной водой, а наиболее низкое положение - малой водой. Раз­ность этих высот называется величиной прилива, а половина величины прилива - его амплитудой. Наступления полных и малых вод периодически повторяются в зависимости от положения Луны и Солнца над горизонтом.

Приливы бывают суточные, полусуточные и смешанные. Приливы, при ко­торых в течение суток наблюдается одна полная и одна малая вода, называются суточными. Две полные и две малые воды наблюдаются в течение суток при полу­суточных приливах. Смешанные приливы бывают неправильные полусуточные и суточные. При неправильных полусуточных приливах в течение суток наблюдают­ся две полные и две малые воды, однако высоты смежных полных и малых вод, так же как промежутки времени между их наступлением, существенно отличаются друг от друга.

В связи с тем, что положение Луны и Солнца меняется относительно Земли и относительно друг друга, меняется и величина приливов. Наибольшую величину приливы имеют дважды в месяц (в сизигии), когда Луна находится в одной плоско­сти с Солнцем и приливообразующие силы Луны и Солнца складываются (рис. 4.10). Эти приливы называются сизигийными. Минимальную величину приливы имеют в первую и третью четверти (квадратуры), когда Луна находится в плоско­сти, перпендикулярной плоскости Солнца, и приливообразующие силы вычитают­ся (рис. 4.11). Эти приливы называются квадратурными.

Рис. 4.10. Сизигия Рис. 4.11. Квадратура

Величина и характер приливов в различных частях побережья Мирового океана зависят от конфигурации берегов, угла наклона морского дна и от ряда дру­гих причин. Наиболее типично они проявляются на открытом побережье океана. Проникновение приливных волн во внутренние моря затруднено, и потому ампли­туда приливов в них невелика.

Наибольшие по величине приливы наблюдаются в Атлантическом океане. В заливе Фанди, расположенном между материком Северной Америки и полуостро­
вом Новая Шотландия, величина прилива достигает 18 м в сизигию и является наибольшей для всего Мирового океана.

Кроме изменения уровня приливы сопровождаются перемещением вод - приливными течениями. Это периодические течения. Они возникают с началом прилива, прекращаются на очень короткое время по окончании отлива. В устьях рек скорость приливного течения может достигать 5 - 10 м/с.

4.5. Облака

Облака образуются в результате скопления продуктов конденсации водяного пара на определенной высоте. Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда. Облака образуются только в случае подъема воздуха, при опуска­нии воздуха они исчезают.

Облачность имеет важное значение для мореплава­телей. Так, если облаков мало или их нет совсем, то мож­но определить место судна астрономическим путем, опре­делить поправку компаса по светилам. При пасмурном небе эти возможности отпадают; кроме того, уменьшается освещенность, а, следовательно, и видимость, особенно в сумерки и ночью. Различные формы облаков служат важ­ными местными признаками предсказания погоды.

Международная классификация облаков основана на их внешнем виде и со­держит следующие основные формы:

Название форм облаков

латинское (сокр.)

Образуются в результате волнообразных или наклонно восходящих движений воздуха Отдельные белые волокнистые облака, обычно прозрачные. Толщина слоя - от сотен метров до нескольких километров. Размеры отдельных частей от 300...500 м до 1...2 км, массивы могут распространяться на сотни километров. Сквозь перистые облака про­свечивают Солнце и Луна, яркие звезды. Осадков не дают. Время существования от 12 - 18 часов до нескольких суток.

Белые тонкие облака в виде мелких волн, ряби, хлопьев, без серых оттенков. Толщина слоя от 100 до 400 м. Хорошо просвечивают Солнце, Луна, яркие звёзды. Осадков не да­ют. Время существования от десятков минут до нескольких часов. Часто являются пред­шественниками шторма.

Однородная (без разрывов) беловатая или голубоватая пелена слегка волокнистого строения, сквозь которую просвечивают Солнце и Луна. Часто дают явления гало во­круг Солнца или Луны - большой разно­цветный круг. Гало являются результатом преломления света кристаллами льда, из ко­торых состоит облако. Время существования от 12-18 часов до нескольких суток.

Образуются в результате волнообраз­ных или наклонно восходящих дви­жений воздуха

Высококучевые Высокослоистые

Белые, иногда сероватые облака в виде волн или гряд, состоящие из отдельных пластин или хлопьев, иногда сливающихся в сплош­ной покров. Состоят преимущественно из переохлажденных капель воды. Толщина слоя от 200 до 700 м. В тонких облаках ме­стами просвечивают Солнце и Луна. Осад­ков не дают.

Серая или синеватая однородная пелена слегка волокнистого строения. Как правило, постепенно закрывают все небо. Большей частью состоят из переохлажденных капель воды и ледяных кристаллов. Толщина слоя от 1 до 2 км. Солнце и Луна просвечивают как через матовое стекло. Летом осадки из таких облаков обычно не достигают земной поверхности или достигают в виде редких капель, а зимой эти облака могут быть при­чиной снегопада.

Образуются в результате наклонно восходя­щих движений воздуха

Однородный слой серого цвета, сходный с туманом, но расположенный на некоторой высоте. Состоят из капель воды. Из облаков могут выпадать осадки в виде мороси (зимой - в виде редкого снега). Толщина слоя от 200 до 800 м. Солнце и Луна обычно не просве­чивают.

Темно-серый облачный покров, иногда с си­неватым оттенком. Обычно закрывает все небо сплошным слоем. Толщина слоя до не­скольких километров. Из облаков выпадают осадки (иногда с перерывами) в виде облож­ного дождя или снега.

Облака вертикального развития

Кучевые

Образуются в результате вертикально восхо­дящих движений воздуха Плотные, развитые по вертикали облака с белыми куполообразными вершинами и плоским сероватым основанием. Могут представлять собой как отдельные, редко расположенные облака, так и скопления, за­крывающие почти все небо. Облака состоят в основном из капель воды. Осадков не да­ют, но могут эволюционировать в дождевые облака.

Мощные белые облачные массы с темным основанием. Поднимаются в виде гор или башен, верхние части которых имеют волок­нистую структуру. Верхняя часть облака (наковальня) состоит из кристаллов льда. Из облаков выпадают ливневые осадки, летом часто с грозами.