книги из ГПНТБ / Океанография и морская метеорология учебник

наблюдений, если они достаточно целеустремленны и надежны.

Наблюдения над льдами проводятся:

—с самолетов и вертолетов ледовой авиаразведки;

—с экспедиционных океанографических и гидрогра­ фических судов и ледоколов силами ледовых групп и партий по расширенной программе;

штурманского состава в объеме типовой программы по­ путных наблюдений за гидрометеорологической обста­ новкой;

—с береговых, островных и дрейфующих станций и ледовых постов;

—с помощью дрейфующих автоматических радио­ метеорологических станций (ДАРМС);

—с помощью метеорологических спутников;

Программа ледовых исследований в наиболее пол­

ном объеме включает в себя следующие наблюдения.

1.Определение видов и форм льда.

2.Установление границ распространения неподвиж­ ных и дрейфующих льдов.

3.Определение сплоченности льдов.

зателей.

10. Картирование результатов наблюдений.

Наблюдения над льдами с самолетов и вертолетов.

Ледовая авиационная разведка является наиболее эф­ фективным методом наблюдения над льдами, позволяю­ щим в короткие сроки и с необходимой подробностью получать данные о состоянии ледового покрова в труд­ нопроходимых районах моря. Применение методов аэро­ фотосъемки в целях ледовой разведки придает ей осо­ бую объективность и возможность получить детали ле­ дового покрова, совершенно недоступные для визуаль­ ных наблюдений. Существенным недостатком авиараз­

ведок является то обстоятельство, что определение тол­ щины льда производится косвенным путем (по возраст­ ным признакам), так как непосредственное определение требует посадки самолета (вертолета) на лед. Значи­ тельно затрудняют авиаразведку, особенно в зимнее время, сложные погодные условия — туманы, низкая об­ лачность и связанное с этим обледенение самолета, а также ограниченное количество наземных ориентиров для определения места самолета. Основными методами координирования авиаразведки поэтому должны яв­ ляться методы астро- и радионавигации.

Отчетными материалами ледовой авиаразведки слу­ жат журнал наблюдений, полетная карта, отчетная ле­ довая карта, ледовое донесение и обзорная ледовая карта.

Журнал наблюдений является основным документом каждой ледовой разведки, в том числе авиационной, и предназначен для точной, подробной и объективной ре­ гистрации результатов наблюдений, относящихся к ле­ довому и снежному покрову, аэронавигации (курс, ско­ рость, высота полета, время и координаты самолета) и погоде (видимость, ветер, облачность, температура воз­ духа, волнение моря). Частота записей в журнале зави­ сит от скорости полета и сложности ледовой обстанов­ ки. Допускается данные ледовой авиаразведки поме­ щать в ведущемся штурманом самолета бортжурнале.

Полетная карта представляет собой морскую нави­ гационную карту, на которой штурман ведет прокладку. Полетная карта служит исходным материалом для со­ ставления отчетной ледовой карты.

Отчетная ледовая карта является документом (в гра­ фической форме), с помощью специальных условных знаков отображающим более или менее исчерпывающие данные о всей ледовой обстановке, выявленной авиараз­ ведкой. Составляется она на бланковых картах мелкого масштаба (1:1 000 000, 1:3000000). Кроме ледовой об­ становки на карту наносятся маршруты полетов, а также в виде текстовых примечаний указываются основ­ ные сведения о рейсе и метеорологических усло­ виях.

Ледовое донесение является заключительным доку­ ментом ледовой авиаразведки, точно, ясно и лаконично излагающим содержание ледовой карты либо последо­

210

вательно по маршруту полета без обобщения картины распределения льдов, либо в обобщенном виде.

Обзорная ледовая карта составляется на основе не­ скольких одновременных или последовательных ледовых авиаразведок на обширные районы моря с учетом дан­ ных судовых, береговых, дрейфующих и других станций на определенные календарные даты или на промежуток времени с одинаковой синоптической обстановкой неболее 1 0 суток.

Особенности ледовых наблюдений судовыми, берего­ выми, островными и дрейфующими станциями и поста­ ми заключаются в возможности получать недоступные с воздуха данные о детальном строении и развитии ледо­ вого покрова, дрейфе, сплочении и разрежении льдов путем проложения специальных разрезов и выполнения площадных съемок на наиболее ответственных участ­ ках: на подходах к портам и их акваториях, в районах оборудования ледовых дорог, переправ и аэродромов.

Широкими возможностями в получении оперативной информации о ледовой обстановке и погоде в глобаль­ ном масштабе обладают метеорологические спутники и орбитальные станции.

8*

Г Л А В А 5

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОД МИРОВОГО ОКЕАНА

§ 20. УРОВЕННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Уровенной поверхностью называется такая поверх­ ность, которая в каждой своей точке располагается нор­ мально к направлению силы тяжести. Свободная по­ верхность Мирового океана всегда стремится к уро­ венной поверхности, но из-за неоднородности воды и ее постоянного движения никогда с ней не совпадает. Это приводит к тому, что в каждой точке океана уро­ вень совершает колебательные движения. В зависимо­ сти от преобладающей силы можно выделить следую­ щие типы колебательных движений уровня океана:

а) приливо-отливные* колебания, вызываемые кос­ мическими причинами;

б) сгонно-нагонные колебания, связанные с воздей­ ствием ветра на водную поверхность, ограниченную бе­ реговой чертой;

в) барические колебания, вызываемые неравномер­ ным распределением атмосферного давления; при повы­ шении атмосферного давления на 1 мм рт. ст. уровень понижается на 13,6 мм;

г) колебания, связанные с изменением объема вод — испарением, выпадением осадков, речным стоком и другими причинами;

* С введением нового ГОСТ 18451—73 терминология в океано­ графии несколько изменяется.

2 1 2

д) колебания, связанные с изменением плотности воды; повышение плотности воды вызывает понижение уровня, и наоборот.

В реальных условиях все эти факторы действуют совместно, поэтому наблюдения над колебаниями уров­ ня фиксируют суммарный эффект.

Для наблюдений над колебаниями уровня моря ис­ пользуются специальные уровнемерные рейки и автома­ тические приборы — мареографы. Последние бывают двух типов — береговые и открытого моря. Результаты непосредственных наблюдений над колебаниями уровня моря позволяют получить очень важную для практиче­

Средний многолетний уровень определяется как сред­ нее арифметическое из среднегодовых уровней, прини­ маемых за равноточные. Для получения надежных дан­ ных необходим длительный ряд наблюдений.

§21. ПРИЛИВО-ОТЛИВНЫЕ КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ

Совокупное воздействие Солнца и Луны вызывает постоянные колебания уровней морей и океанов. Эти колебания носят периодический характер.

При описании явления приливов пользуются следую­ щими главными терминами, которые позволяют охарак­ теризовать эти колебания.

Прилив — повышение уровня, отлив — понижение. Полная вода — наивысшее положение уровня, малая

ной и малой воды. Очевидно, что величина прилива рав­

рого происходит поднятие уровня от малой до полной воды.

213

Время падения уровня — промежуток времени, в те­ чение которого происходит понижение уровня от полной до малой воды.

Первая попытка научно объяснить приливо-отливные колебания уровня моря принадлежит Ньютону, который подошел к этой проблеме, используя открытый им закон всемирного тяготения. Хотя предложенная Ньютоном статическая теория приливов не объясняет всего мно­ гообразия в явлении приливов, а многие выводы теории не соответствуют материалам фактических наблюдений, эта теория очень наглядно показывает физическую сущ­ ность этого явления.

Статическая теория приливов. На любую водную ча­ стицу, находящуюся в Мировом океане, действуют сле­

к центру Земли и, следовательно, прижимает данную частицу к поверхности Земли, т. е. в образовании прили­ вов эти силы не участвуют.

3.Сила притяжения ближайших космических тел F3,

впервую очередь Луны как, ближайшего космического соседа и Солнца как наиболее массивного космического

тела, ближайшего к нашей планете. Сила F3 согласно закону всемирного тяготения определяется соотноше­ нием

и направлена в сторону космического тела массой М, производящего прилив. В каждой точке Земли эта сила будет различна, так как различно расстояние между данной точкой и центром космического тела d.

214

4. Центробежная сила Fa, образующаяся в резуль­ тате обращения системы двух взаимодействующих тел вокруг их общего центра тяжести, определяется фор­ мулой

Необходимость такого обращения вытекает из усло­ вий статического равновесия всех космических тел.

Главными приливообразующими космическими те­ лами являются Луна и Солнце: первое благодаря своей близости к Земле, а второе благодаря исключительной массе.

О

Рис. 39. Обращение си­ стемы Земля — Луна во­ круг общей оси О—О

и Луны. Предположим, что ось обращения удалена от центра Земли на х, а от Луны на у. Тогда х + у —Д, что видно из рис. 39.

Для условия стационарности этой системы необхо­ димо равенство статических моментов:

215

Таким образом, наша Земля кроме собственного вра­ щения еще обращается вокруг некоторой оси, удален­ ной от ее центра на 0,73 R. Аналогичные расчеты пока­ зывают, что при рассмотрении системы Земля — Солнце также существует ось обращения, которая удалена от центра Солнца на расстояние 0,4 радиуса Солнца.

Рис. 40. Обращение Земли вокруг центра системы Земля — Луна

Вычислить угловую скорость при таких обращениях весьма затруднительно, следовательно, очень сложно

ее эквивалентом. Действительно, рассматривая обра­ щение Земли вокруг оси О—О, мы легко устанавли­

тоже будут равны. На рис. 40 показана схема такого обращения.

Для точки, соответствующей центру тяжести Зем­ ли, эта центробежная сила уравновешивается силой при­

216

тяжения Луны, в противном случае расстояние между ними или беспрерывно увеличивалось бы или уменьша­ лось. Таким образом, трудноопределимую центробеж­ ную силу заменили простой силой притяжения, дейст­ вующей на центр тяжести Земли. Тогда

где Д — среднее расстояние между центрами Земля — Луна, которое хорошо известно. Очень важно, что для всех точек Земли эта сила неизменна и одинаково на­ правлена в сторону от Луны.

Рис. 41. Приливообразующие силы и приливный эллипсоид

Складывая силы F3 и FA, получим равнодействую­ щую (рис. 41), которая и называется приливообразую­ щей силой. Таким образом, приливообразующей силой называется равнодействующая двух сил: силы притяже­ ния космического тела и центробежной силы, образую­ щейся при обращении вокруг оси системы этих тел.

Приливообразующая сила светила имеет потенциал, так как ее производные по стандартным осям равны проекциям этой силы на оси. Как показывает теория, потенциал приливообразующей силы равен

217

В образовании приливов существенную роль играет только горизонтальная составляющая, так как верти­ кальная составляющая действует вдоль силы тяжести. При z=45° и 2=135° горизонтальная составляющая имеет максимум, а при 2 = 90° и 2=180° становится рав­ ной нулю. Найдем соотношение приливообразующих сил Луны и Солнца:

Принимая

M = -; 5 = 333400Я; Д = 60,3/?; d = 23484/?,

получим

Таким образом, приливообразующая сила Луны ока­ зывается в 2,17 раза больше приливообразующей силы Солнца.

Если принять во внимание только эти две силы, то в каждый момент времени в любой точке океана сила тяжести и приливообразующая сила должны взаимно уравновешиваться, а это значит, что разность потенциа­ лов силы тяжести на среднем уровне и уровне прилива равна потенциалу приливообразующей силы, или

2 1 8