Анализ погоды в циклонах умеренных и тропических широт и способы маневрирования в зоне их действия.

АНАЛИЗ ПОГОДЫ В ЦИКЛОНАХ УМЕРЕННЫХ И ТРОПИЧЕСКИХ

ШИРОТ И СПОСОБЫ МАНЕВРИРОВАНИЯ В ЗОНЕ ИХ ДЕЙСТВИЯ

1. Цели работы:

– выработать навыки анализа погоды в циклонах умеренных и тропических широт по синоптической карте;

– научиться выполнять расхождение со штормовыми зонами цикло­нов.

2. Принадлежности и пособия

1. Пособие  [9].

2. Комплект факсимильных карт.

3. Транспортир, циркуль.

3. Краткие теоретические сведения

Плавание судна может проходить в разнообразных гидрометеороло­гических условиях. Для судоводителя необходимо знание фактической погоды в циклонах, отображенной на синоптической карте, ее измен­чивости при одновременном перемещении судна и циклона.

По своей природе циклоны подразделяются на умеренные (внетропические) и тропические.

Циклон – это быстро смещающийся в атмосфере объем воздуха с пониженным давлением, (минимальным в центре) в котором циркули­руют разнородные воздушные массы: в северном полушарии относитель­но центра циклона против часовой стрелки, в южном – по часовой стрелке. Теплые и холодные воздушные массы в циклонах   умеренных широт (внетропические циклоны) на фронтальных разделах “теряют” свои первоначальные свойства – “трансформируются”. При этом термодинамическом процессе выделяется скрытая энергия, служащая источ­ником движения как самого циклона, так и горизонтальных и верти­кальных движений воздуха (ветра).

Стадию развития циклона, его состояние, “лицо” определяет давле­ние в центре – так называемая глубина циклона. Давление в центре может колебаться между 950-1025 мбар, наиболее часто – в пределах 980-1005 мбар (гПа).

Климатические траектории внетропических циклонов обычно криволинейны и ориентированы в восточном, северо-восточном и юго-восточном направлениях. Скорости перемещения циклона изменяются в широ­ких пределах – от 5 до 100 км/ч. Зимой скорости выше, летом – ни­же. Средние скорости перемещения циклонов находятся в пределах 30-40 км/ч. В своем развитии внетропический циклон проходит ста­дию волны, молодого и окклюдированного циклона. В молодом циклоне давление в центре понижается до минимального. В результате возрас­тают горизонтальные градиенты давления и, как следствие, ветры достигают максимальной скорости. В стадии молодого циклона в его строении выделяются три структурные зоны с резко выраженными раз­личиями в характере погоды (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема строения циклона, зоны тепла и холода, падения и роста давления

Зона   I – передняя и центральная части холодного сектора циклона перед теплым фронтом. Характер погоды определяется холод­ной воздушной массой и приближающимся теплым фронтом. При быстром углублении и значительной влажности воздуха вблизи циклона образуются слоисто-дождевые облака (WS), из которых выпадают интен­сивные обложные осадки. Зимой в таких случаях может наблюдаться резкое ухудшение видимости, а летом возможна гроза.

Зона II – тыловая часть холодного сектора циклона за холод­ным фронтом. Погода определяется свойствами холодного фронта и хо­лодной неустойчивой воздушной массой. При высокой влажности и зна­чительной неустойчивости воздушной массы а зоне выпадают осадки и нередко грозы. В непосредственной близости от фронта ветер шква­листый, возможны смерчи. По мере прояснения (за линией холодного фронта) видимость улучшается и может быть значительной (особенно в холодное время при плавании в полярных морях). В зимнее время большая вероятность обледенения.

Зона III – теплый сектор между холодным и теплым фронтами.

Характер погоды обусловливается теплой устойчивой воздушной мас­сой, для которой характерна сплошная или значительная слоистая или слоисто-дождевая облачность, обложные и моросящие осадки, адвективные туманы, плохая видимость, умеренные и слабые ветры, низкое давление (ровный ход или слабое падение), значительные волны. Зимой в высоких широтах возможно обледенение.

Для решения вопросов маневрирования судна в зоне действия циклонов необходимо уметь рассчитывать траекторию его движения. Существует ряд способов, которые применяются в зависимости от конкретной синоптической ситуации.

Способ 1. Траектория рассчитывается методом прямолиней­ной и криволинейной экстраполяции. Для этого необходим последова­тельный прием карт приземного анализа за все сроки одних суток. На первую карту наносятся координаты центров циклонов, снятых с карт последующих сроков. Расстояние, пройденное циклоном, и время между сроками наблюдений (6 ч) позволяют рассчитать его скорость. С учетом равномерного или равномерно замедленного движения и характера траектории перемещения циклона рассчитываются его коорди­наты на предстоящие 6 или 12 ч.

Способ 2. Зная координаты центра циклона на карте при­земного анализа, его положение на ближайшие сутки устанавливают по карте приземного прогноза. Направление перемещения циклона и его скорость рассчитываются по координатам двух его положений -фактического и прогнозируемого:

V=S/t,

где S – путь циклона за сутки; t – время перемещения.

Способ 3. Метод “ведущего” потока для внетропических циклонов. Ведущим ветровым потоком называют устойчивый перенос воздушных масс на высоте 4-5 км от земной (водной) поверхности. Как правило, он занимает теплый сектор циклона, в котором прост­ранственная ориентировка изобар определяет направление перемещения циклона (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Перемещение циклона в направлении изобар теплого

сектора

Способ 4. Способ так называемой блокирующей ситуации. Суть его в том, что над материком Евразии часто располагается мощ­ный антициклон. В том случае, когда центр антициклона расположен над центральными районами Западной и Восточной Европы, циклоны Северной Атлантики смещаются по баренцевоморскому направлению (рис. 5.3,а). Если центр антициклона находится над Северной Евро­пой, то циклоны смещаются по балтийскому (рис. 5.3,б) или среднеземноморскому (рис. 5.3,в) направлениям.

Рис. 5.3. Пути перемещения внетропических циклонов в зависимости от положения антициклона над материком Европы: а – баренцевоморское направление; б – балтийское направление; в – среднеземноморское направление

Выбор наивыгоднейшего пути судна – актуальная задача морепла­вания, для решения которой существует несколько способов:

– использование специальных гидрометеорологических пособий,

в которых даны сезонные рекомендованные пути (“Океанические пути мира”, 1980 г.)

– получение на судне рекомендованных курсов плавания на основе оперативной гидрометеорологической информации, обрабатываемой на ЭВМ а центрах проводки судов системы Госкомгидромета;

– непосредственное использование синоптического метода анализа фактических и прогностических карт погоды, полей волнения в райо­не плавания с привлечением карт ледовой обстановки и космической информации.

Последний способ предусматривает наличие на судне специальных графиков и номограмм, с помощью которых можно оценить потери ско­рости судна под воздействием гидрометеорологических факторов, и требует принятия оперативных решений в условиях быстро меняющейся обстановки.

Одним из простых и доступных судоводителю способов является обход (маневр) штормовой зоны волнения. Эта задача состоит из опре­деления:

– траекторий и направления движения циклона (ИК_ц средней скорости перемещения (V_ц);

– контура и меридиональной протяженности штормовой зоны Д_ш). Траектория движения циклона определяется с помощью фактических и прогностических карт погоды.

Пространственное положение штормовой зоны устанавливается по приземным картам погоды и полю волнения. В зависимости от глубины циклона (давления в центре), скорости его перемещения протяженность штормовой зоны в различных направлениях изменяется в пределах 150-600 миль, обычно в циклонах северного полушария располагается юж­нее траектории циклона со смещением относительно центра к юго-западу (в южном полушарии штормовая зона располагается к северу от центра циклона). За внешнюю границу штормовой зоны принимается изолиния высоты волн, равная 6 или 8 м.

Выбор курса уклонения от штормовой зоны – творческая задача судоводителя, решение которой определяется:

– генеральным курсом судна;

– траекторией и скоростью перемещения циклона, стадией его раз­вития ;

– пространственным расположением судна и центра циклона, кон­турами штормовой зоны, границами дрейфующих льдов, очертания береговой линии.

В общем случае, когда циклон смещается в открытых водах Мирово­го океана, при следовании судов а юго-западном направлении следу­ет прокладывать курсы севернее траектории (позиция K_I, рис. 5.4), при следовании курсами 30-60° – южнее траектории Циклона (позиция К₃, рис. 5.4).

Рис. 5.4. Типичные позиции судна и его курсы относительно циклона умеренных широт

Эти случаи наиболее благоприятны для плавания, т.к. они совер­шаются при условии попутного ветра и волнения и для выбора курса расхождения достаточно привести ветер на бакштаг правого борта.

В позиции К₄ судно будет осуществлять маневр выхода из зоны действия циклона в условиях встречных ветров. Курс маневрирова­ния выбирается приведением ветра на бейдевинд правого галса.

В позиции K₂ на контркурcах циклона и судна навигационная зада­ча состоит в построении скоростного треугольника либо на внутрен­нем, либо на внешнем контуре штормовой зоны. При этом принимается, что все части циклона движутся в одном направлении (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Схема маневра судна при нахождении его в позиции К₂ для расхождения со штормовой зоной

Для построения скоростного треугольника необходимо:

а) рассчитать ИК_ц и V _ц;

б)  используя карты приземного анализа и волнения» выделить штормовую зону, ее меридиональную протяженность (Д_ш) ,

в)  с учетом генерального курса судна, траектории перемещения циклона построить скоростной треугольник, для чего:

–  на внешней (внутренней) границе штормовой зоны нанести точки М₁ и М₂, соединить их с позицией судна K₂;

–  в точках М₁ и М₂ по направлению движения циклона отложить вектор скорости циклона (Vц);

–  из конца вектора скорости циклона (точка А) радиусом, равным вектору скорости судна ( V_К), сделать засечку на линии КМ, обоз­начив ее точкой 0;

–  соединить точку 0 с точкой А (вектор скорости судна), парал­лельно этой линии из точки K₂ проложить курсы расхождения с внут­ренним и внешним контуром штормовой зоны.

Тропические циклоны зарождаются в обоих полушариях над океана­ми (за исключением южного полушария в Атлантическом океане и юго-восточной части Тихого океана) в зоне 5-25°, но в определен­ных районах этой зоны. Всего в Мировом океане образуется в сред­нем около 70 тропических циклонов. Их траектории напоминают пара­болы. После зарождения они перемещаются с востока на запад по так называемой экваториальной ветви параболы. В дальнейшем они подни­маются в сторону высоких широт до точки поворота и далее движутся на северо-восток в северном полушарии и юго-восток – в южном полу­шарии (по полярной ветви параболы). Это справедливо в общем случае, однако в каждом частном случае траектории циклонов весьма разно­образны и неповторимы.

Тропические циклоны перемещаются обычно со скоростью 10-20 уз, некоторые с постоянной скоростью, другие стоят на месте, третьи ускоряют свое движение за сутки в 15 раз. С выходом тропического циклона в высокие широты происходит регенерация его во внетропический (фронтальный) циклон, и на этой стадии скорость перемещения его может достигать 40-50 уз.

Глубина тропических циклонов в период максимального развития составляет 950-960 гПа и меньше (рекордно низкое давление 877 гПа зарегистрировано 24 сентября 1958 г. в тайфуне “Ида” на западе Тихого океана).

Погода в тропических циклонах: ветер ураганной силы (в среднем 40-60 м/с, в тайфуне “ИДА” достигал 113 м/с или 220 Уз), густые, черные кучево-дождевые облака, сильнейшие ливни, грозы, перистые облака в верхних слоях циклона выносятся на несколько сотен миль от центра циклона. В центре циклона облачность разряжается и иног­да видно голубое небо – “глаз бури”.

Признаки приближения тропического циклона:

– падение атмосферного давления более чем на 3 гПа в сутки ;

– подход крупной зыби с направлений, не совпадающих с преоб­ладающим направлением ветровой волны;

– появление перистых облаков, исходящих как бы из одной точки горизонта, которые не исчезают после захода и восхода Солнца;

– установление накануне очень знойной и душной погоды с безоб­лачным небом и отличной видимостью.

При обнаружении признаков приближения тропического циклона необходимо:

1. Определить направление перемещения циклона и расстояние до его центра.

2. Определить, в какой половине циклона находится судно и в каком секторе.

3. Рассчитать курс уклонения и начать движение по выходу из зоны действия циклона.

При решении вопроса о выборе маневра главная задача судоводи­теля – избежать центральной области урагана (50-80 миль от центра). Здесь очень сильная толчея, представляющая большую опасность для судна.

Основным источником информации о тропических циклонах являются штормовые предупреждения, передаваемые из радиометеорологических центров (в Северной Атлантике – РМЦ штата Флорида, Майами). В штормовом предупреждении сообщаются: дата и время начала шторма, тип (стадия) развития циклона, местоположение, направление и ско­рость перемещения, сила и направление ветра в различных секторах циклона, радиус штормовой зоны.

Если штормовое предупреждение на судно не поступило» то радиус штормовой зоны можно определить самостоятельно. При давлении в центре циклона менее 985 гПа радиус штормовой зоны принимают рав­ным 150-200 миль. Если давление более 995 гПа – от 50 до 150 миль.

Половина циклона, в которой находится судно, устанавливается путем анализа изменения направления ветра. Если ветер поворачивает по часовой стрелке (в северном полушарии), судно находится в пра­вой половине циклона, если против часовой стрелки – в левой. По­стоянство направления ветра означает, что судно находятся на пути циклона.

После установления местонахождения судна и пути циклона необхо­димо предпринять маневр на расхождение с его штормовой зоной (рис. 5.6).

Обычно для расхождения с центром тропического циклона, а также с зоной ураганных ветров применяется маневр “отворачивай навстре­чу” (рис. 5.6,а). Радиус штормовой зоны обычно указывается в пре­дупреждениях, но его можно определить и самостоятельно, о чем упоминалось ранее.

Уклонение от попадания в штормовую зону циклона можно произ­водить изменением курса, изменением скорости и изменением курса и скорости одновременно. Несколько схематичных случаев заблаго­временных маневров судов показано на рис. 5.6,б. Стрелками пока­зан генеральный курс судов, длина стрелок обозначает расстояние, которое они могут пройти за 24 ч относительно смещавшейся зоны ураганных ветров тропического циклона (круг радиусом 300 миль).

Рис. 5.6, Уклонение от зоны ураганных ветров тропического циклона: а – “отворачивай навстречу” ; б – изменяй курс и скорость

Судно А движется навстречу циклону, В таких случаях рекоменду­ется изменить курс в ту или иную, сторону в зависимости от кон­кретных условий.

Судну Б еще можно решиться на пересечение пути тропического циклона, однако не следует проходить вблизи области ураганных ветров.

Судну В наиболее целесообразно снизить скорость и продолжать плавание прежним курсом после прохождения тропического циклона.

Судну Г наиболее безопасно изменить курс вправо и обойти цик­лон с тыла.

Судно Д, идя с большей скоростью, чем циклон, догоняет его с тыла. В этом случае предпочтительнее рекомендовать изменить курс к югу, т.к. уклонение циклона к югу маловероятно.

Если предпринятый маневр уклонения с зоной ураганных ветров тропического циклона оказался запоздалым, необходимо принять меры по выходу из опасной зоны, применив схему уклонения (рис. 5.7)

Рис. 5.7 Маневр уклонения от тропического циклона в северном полушарии при нахождении в его зоне

С этой целью необходимо:

1. Определить направление и расстояние до центра циклона, ис­пользуя синоптическую карту.

2. Определить половину циклона, в которой находится судно, проанализировать изменение направления ветра.

3. Проложить на карте предполагаемый путь циклона и нанести местоположение судна.

4. Произвести уклонение от тропического циклона согласно схеме.

4. Задание

1. Изучить данные методические указания.

2. Выбрать на карте приземного анализа над океаном циклон с выраженными зонами и фронтальными разделами

3. Расшифровать на каждом секторе циклона и на фронтальных раз­делах показания одной станции и элементы погоды занести в табл. 5.1.

4. Указать районы с наибольшими скоростями ветра, ориентируясь на горизонтальные градиенты давления» рассчитать величину горизон­тального градиента давления и скорость максимального ветра.

5. Определять направление и скорость перемещения циклона.

6. Рассчитать курс расхождения с внетропическим циклоном.

7. Рассчитать курс уклонения от тропического циклона.

5. Порядок выполнения работы

После изучения кратких теоретических сведений данных методи­ческих указаний приступить к выполнению второго пункта задания. На карте приземного анализа, находящейся в комплекте карт, выде­лить наиболее выраженный циклон. Определить зоны в циклоне: перед­нюю часть, теплый сектор, тыл и фронтальные разделы.

Схему циклона с секторами занести в рабочую тетрадь.

Выполнение п. 3 задания

В каждом секторе циклона выделить судовые станции и данные погоды этих станций занести в табл. 5.1. Данные этих стан­ций будут приблизительно характеризовать погоду в различных сек­торах циклона.

Примечания.

1. При отсутствии показаний гидрометео­станций в каком-либо секторе, давление и направление ветра опреде­ляются по изобарам.

2. Скорость ветра определяется с помощью градиентной линейки (см. лабораторную работу 3).

Выполнение п. 4 задания

В циклоне выбрать район с максимальным горизонтальным градиентом давления, т.е. выделить зону циклона, где    -££-  достигает максимальных значений (dP – величина давления между изобарами в гПа (мбарах) ; dп – расстояние по нормали между изобарами в градусах). По расстоянию между изобарами, используя градиентную линейку, находим величину максимального геострофического ветра, а затем и скорость приземного ветра (см. лабораторную работу 3). Полученные данные занести в рабочую тетрадь.

Выполнение п. 5 задания

На карту приземного анализа, имеющуюся в комплекте, нанести предполагаемое место циклона на следующие сутки, используя карту приземного прогноза. Соединить прямой центры циклонов (фактичес­кого и прогнозируемого), снять с карты направление его движения. По расстоянию я времени рассчитать среднюю скорость перемещения циклона (V=S/t).

Выполнение п. 6 задания

На карту приземного анализа нанести траекторию предполагаемого движения циклона (рассчитанную ранее) и, используя данные карты волнения, нанести штормовую зону циклона. В зависимости от место­нахождения судна и направления его движения (задаются преподава­телем) рассчитать курс уклонения от штормовой зоны (рис. 5.5).

При нахождении в зоне действия циклона курс выхода рассчиты­вается ври помощи схемы (рис. 5.7).

Выполнение п. 7 задания

На карту приземного анализа нанести траекторию предполагаемо­го движения тропического циклона. По величине атмосферного давле­ния в центре тропического циклона определить радиус штормовой зоны и нанести ее на карту. В зависимости от местонахождения суд­на (задается преподавателем) рассчитать курс расхождения со штор­мовой зоной (рис. 5.5). При нахождении в зоне действия тропичес­кого циклона курс выхода из зоны его действия рассчитывается при помощи схемы (рис. 5.7).

6. Контрольные вопросы

1.  Дайте общую метеорологическую характеристику (определение, причины и места зарождения, строение, траектории и скорости пе­ремещения, условия погоды) циклонов умеренных широт.

2.  Дайте аналогичную метеорологическую характеристику тропичес­ких циклонов.

3.  Каковы способы расчета траекторий внетропического и тропи­ческого циклонов?

4.  Как рассчитывается скорость перемещения циклонов и опреде­ляется направление и скорость ветра по изобарам?

5.  Какими способами устанавливается местонахождение судна относительно центра циклона?

6.  Какова типичная смена погода а различных секторах внетро­пического циклона?

7.  Каковы принципы прогнозирования погоды по курсу судна?

8.  Каково строение тропического циклона?

9.  Перечислите признаки приближения тропического циклона,

10.  В чем суть метеорологической навигации – маневра на рас­хождение со штормовой зоной внетропического и тропического цик­лонов?

7.  Форма отчетности

Лабораторная работа должна выполняться в рабочей тетради и содержать:

– краткий конспект теоретических сведений;

– графические схемы уклонения от тропического циклона и рас­хождения со штормовой зоной внетропического циклона;

–  краткие ответы на контрольные вопросы;

Отдельно должны быть представлены три кальки (схема внетропического циклона, маневрирование по уклонению от внетропического циклона при нахождении в зоне его действия, маневрирование по

уклонению от штормовой зоны тропического циклона заблаговременно, при его приближении);

Лабораторная работа, выполненная в письменном виде, предъявля­ется преподавателю для зачета.