Определение скорости и направления истинного ветра в штормовых условиях

В условиях, когда скорость ветра (мгновенная, средняя, максимальная) устойчиво приближается к тем критическим значениям, при которых необходимо давать штормовые сообщения, скорость и направление истинного ветра следует определять через каждые 30 мин. Результаты определений вместе с данными о скорости и направлении кажущегося ветра, курсе судна и его скорости, если они определялись не в срок наблюдения, следует записывать в журнал КГМ-15 в таблицу „Дополнительные сведения о СГЯ".

Оптические, электрические и акустические явления в атмосфере

Голубой цвет неба — это цвет самого воздуха, обусловленный рассеянием в нем солнечных лучей. Воздух прозрачен в тонком слое, как прозрачна в тонком слое вода. Но в мощной толще атмосферы воздух имеет голубой цвет, подобно тому, как вода уже в сравнительно малой толще, в несколько метров, имеет зеленоватый цвет. Голубой цвет воздуха можно видеть не только глядя на небесный свод, но и рассматривая отдаленные предметы, которые кажутся окутанными голубоват дымкой. С высотой, по мере уменьшения плотности воздуха, т. е. количества рассеивающих частиц, цвет неба становитс темнее и переходит в густо-синий, а в стратосфере—в черно-фиолетовый.

Чем больше в воздухе помутняющих примесей более крупных размеров по сравнению с молекулами воздуха, тем боль доля длинноволновых лучей в спектре солнечной радиации - и тем белесоватее становится окраска небесного свода. Частицами тумана, облаков и крупной пыли диаметрами боль 1—2 мкм лучи всех длин волн диффузно отражаются одинаково, поэтому отдаленные предметы при тумане и пыльной мгле обволакиваются уже не голубой, а белой или серой завесой. Облака, на которые падает солнечный свет, поэтому же кажутся белыми.

Рассеяние меняет окраску прямого солнечного света. Вследствие рассеяния особенно понижается энергия наиболее коротковолновых солнечных лучей видимой части спектра — них и фиолетовых; поэтому «уцелевший» от рассеяния прямой солнечный свет становится желтоватым. Солнечный диск кажется тем желтее, чем он ближе к горизонту, т. е. чем длиннее путь лучей через атмосферу и чем больше рассеяние. У горизонта солнце становится почти красным, особенно когда в воздухе много пыли и мельчайших продуктов конденсации (капель или кристаллов). Точно так же и солнечный свет, отраженный облаками, рассеиваясь по пути к земной поверхности, становится беднее синими лучами. Поэтому, когда облака близки к горизонту и путь отраженных лучей света, идущих от них сквозь атмосферу к наблюдателю, велик, они приобретают вместо белой желтоватую окраску.

Рассеяние солнечной радиации в атмосфере обусловливает рассеянный свет в дневное время. В отсутствие атмосферы на Земле было бы светло только там, куда попадали бы прямые солнечные лучи или солнечные лучи, отраженные земной поверхностью и предметами на ней. А вследствие рассеяния света вся атмосфера днем служит источником освещения: днем светло также и там, куда солнечные лучи непосредственно падают, и даже тогда, когда солнце скрыто за облаками.

После захода солнца вечером темнота наступает не сразу. Небо, особенно в той части горизонта, где зашло солнце, остается светлым и посылает к земной поверхности постепенно убывающую рассеянную радиацию. Аналогичным образом утром небо светлеет и посылает рассеянный свет еще до восхода солнца.

Это явление неполной темноты носит название сумерек, вечерних или утренних. Причиной его является освещение солнцем, находящимся под горизонтом, высоких слоев атмосферы.

Так называемые астрономические сумерки продолжаются вечером до тех пор, пока солнце не зайдет под горизонт на 18°; к этому моменту становится настолько темно, что различимы самые слабые звезды. Утренние сумерки начинаются с момента, когда солнце имеет такое же положение под горизонтом. Первая часть вечерних астрономических сумерек или последняя часть утренних, когда солнце находится под горизонтом не ниже 8°, носит название гражданских сумерек.

Давно установлена связь между характером явлений зари и условиями погоды. На основании этих связей выработаны местные признаки погоды. Имеются данные о связи между явлениями зари и типами воздушных масс. Например, в холодных прозрачных массах воздуха отмечается зеленый цвет в верхней части зоревого сегмента, а в теплых запыленных массах преобладают красный и оранжевый цвета. Таким образом, наблюдения за зорями могут быть использованы для изучения воздушных масс, а следовательно, и для прогнозов погоды.

Следует упомянуть о явлении зодиакального света. Так называют нежное сияние в виде наклоненного конуса, направленного по эклиптике. Оно наблюдается над солнцем, находящимся под горизонтом, но уже на темном небе, т. е. после конца или до начала астрономических сумерек. Сквозь это сияние просвечивают звезды. В тропических широтах зодиакальный свет наблюдается лучше, чем в умеренных. Считают, что» зодиакальный свет обусловлен рассеянием солнечного света внеземной (метеорной) пылью.

Поглощение и рассеяние вместе ослабляют поток солнечной радиации, проходящий сквозь атмосферу. Радиация ослабляется в атмосфере путем поглощения и рассеяния пропорционально, во-первых, самому потоку радиации (чем больше поток, тем больше будет потеряно радиации при прочих равных условиях) и, во-вторых, количеству поглощающих и рассеивающих частиц на пути лучей. А это количество в свою очередь зависит от длины пути лучей сквозь атмосферу и от плотности воздуха. При этом для каждой длины волны коэффициент пропорциональности будет свой, так как поглощение избирательное, а рассеяние также зависит от длины волны.

Энергетическая освещенность у земной поверхности (интенсивность прямой солнечной радиации - I) определяется законом Бугера, I = I₀p^m, где I₀ - интенсивность прямой солнечной радиации вне атмосферы, р – коэффициент прозрачности, m – оптическая масса атмосферы (отношение массы атмосферы при косом луче к массе атмосферы при Солнце в зените.) Следовательно, коэффициент прозрачности показывает, какая доля солнечной радиации доходит до земной поверхности при отвесном падении солнечных лучей.

Отношение т, называемое оптической массой атмосферы, зависит от высоты Солнца h над горизонтом. При высоте Солнца более 30° оптическая масса атмосферы будет с достаточным приближением равна cosec h.

Прямой и рассеянный свет создают дневную суммарную освещенность земной поверхности. Если небо сплошь закрыто облаками, то освещенность создается только рассеянным светом. Освещенность прямыми солнечными лучами зависит от высоты Солнца над горизонтом. При изменении высоты Солнца от 5 до 55° прямая освещенность увеличивается примерно в 50 раз, а рассеянная в 5 раз.

Прямая освещенность (Е) описывается экспоненциальным законом, аналогичным закону Бугера для интенсивности прямой солнечной радиации:

E = E₀p^m(z)cos(z)

где E₀ — освещенность, создаваемая за пределами атмосферы, на поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, на среднем расстоянии от Земли до Солнца - световая солнечная постоянная. Она приблизительно равна 135000 лк; при этом сила света Солнца I =3 10²⁷ cв;

р — коэффициент прозрачности для видимой части спектра;

z — зенитное расстояние Солнца.

Из формулы для прямой освещенности видно, что освещенность имеет суточный и годовой ход с максимумами около полудня и в середине лета, а минимумами в зимние месяцы и ночью. В сильной степени освещенность рассеянным светом зависит от облачности, прозрачности воздуха, а также характера подстилающей поверхности, обусловливающей увеличение освещенности за счет отражения света.

Как правило, при безоблачном небе суммарная освещенность больше, чем при наличии облаков. Однако, если наблюдаются облака верхнего и среднего ярусов и не очень плотные, то освещенность рассеянным светом сильно возрастает, а прямым — мало уменьшается, поэтому суммарная освещенность при наличии просвечивающих облаков превышает таковую при их отсутствии. При низкой прозрачности атмосферы прямая освещенность сильно уменьшается, а рассеянная — несколько возрастает; суммарная же освещенность становится ниже, чем при высокой прозрачности воздуха.

Плотные облака сильно снижают суммарную освещенность (иногда до 90—95%) по сравнению с ясным небом Заметное влияние на освещенность оказывает снежный покров. При малых высотах Солнца влияние снежного покрова может привести к увеличению освещенности на 200—250%.

Ночная освещенность. Ночная освещенность земной поверхности (при ясном небе) невелика и, как правило, не превышает освещенности, создаваемой лампой 25 св на расстоянии 335 м.

Эта освещенность создается собственным свечением верхних слоев атмосферы (на высотах 260—270 км), светом звезд (прямым и рассеянным) и зодиакальным светом (свечение космической пыли).

Световая постоянная Луны, т. е. освещенность полной Луной вне атмосферы, при средних расстояниях Земля—Луна и Луна—Солнце, равна 0,291 лк. При средних значениях прозрачности атмосферы полная Луна, находящаяся в зените, дает освещенность плоскости, нормальной к ее лучам, близкую к 0,25 лк.