Опасные и особо опасные явления погоды

Вероятность аварийной или чрезвычайной ситуации в море

Информация об опасных явлениях погоды представляет наиболее важную часть метеорологической информации с точки зрения обеспечения безопасности и эффективности производственной деятельности человека. В равной мере это относится и к мореплаванию. Известно, что значительное число аварийных и чрезвычайных ситуаций на морском транспорте возникает при опасных гидрометеорологических явлениях. При этом в одних случаях опасные факторы внешней среды являются непосредственными причинами аварий и катастроф, а в других — создают «благоприятный» фон для реализации аварий вследствие ошибок экипажа либо технических неисправностей. Последнее объясняется тем, что при эксплуатации любого объекта в сложных условиях возрастает вероятность ошибки персонала (дефицит времени на принятие решения, трудности выбора оптимального решения, недостаточная быстрота реакции и т. п.), а скрытые технические дефекты объекта часто проявляются именно при воздействии опасных факторов внешней среды.

Морское метеорологическое обслуживание в Российской Федерации осуществляется в соответствии с руководящим документом Росгидромета «Критерии опасных гидрометеорологических явлений и порядок подачи штормового сообщения. РД 52.04.563–2002».

С точки зрения возможной оценки повышения качества гидрометеорологического обеспечения безопасности производственной деятельности человека, необходима дифференциация и детализация опасных явлений и условий погоды для объектов различных классов и различных видов работ.

В общем случае вероятность развития аварийной или чрезвычайной ситуации на каком-либо объекте (судно, морской порт и его акватория) можно выразить следующим образом:

— вероятность реализации опасных факторов внешней среды, способных вызвать повреждение внешней среды, повреждение либо разрушение объекта;

• Р_н и Р_n — наблюдаемые и проектные нагрузки соответственно;
• m — число наблюдаемых нагрузок;
• n — число нагрузок, учитываемых при проектировании;
• F₂ — вероятность ошибок персонала, приводящих к аварии;
• F₃ — вероятность аварии, вызываемая критическим старением объекта либо неисправностью отдельных его узлов.

Слагаемое F₁ характеризует действие внешних факторов; F₂ — действие организационно-психологических факторов (квалификация персонала, в особенности руководящего состава); F₃ — действие технологических факторов (возраст объекта, исправность его отдельных узлов).

Помимо вышеперечисленных факторов в последние десятилетия в России обозначились дополнительные факторы риска (стремление к максимальной коммерческой выгоде за счёт ослабления регуляторов безопасности — либерализации правил эксплуатации объекта; рост числа судоходных компаний, что приводит к размыванию единых норм безопасности; «облегченная» гидрометеорологическая подготовка командного флота; закрытие целого ряда пунктов наблюдений (метеостанций), в том числе на акваториях морей и на побережьях).

Формально слагаемые F₁, F₂, и F₃ независимы друг от друга. Однако это справедливо лишь при отсутствии опасных явлений. При их наличии неблагоприятное действие других факторов, технологических и человеческих, многократно усиливается (в сложных условиях погоды уменьшается время для принятия оптимальных решений; к тому же, правила эксплуатации объектов наиболее слабо разработаны именно для таких условий).

Тропические циклоны

В приэкваториальной зоне океана (от 5 до 25° по обе стороны от экватора) одними из наиболее опасных природных явлений являются тропические циклоны. В сравнении с циклонами умеренных широт они характеризуются значительно большей вертикальной мощностью (до 15–18 км), исключительно высокими значениями горизонтальных градиентов давления и барических тенденций, сложной системой кучево-дождевых облаков. Всё это создаёт условия для возникновения ураганных ветров и выпадения катастрофических осадков.

В разных районах Мирового океана тропические циклоны имеют различные названия: в Атлантическом океане и у тихоокеанских берегов Америки их называют ураганами, в Японии — тайфунами, на Мадагаскаре — арканами, на Филиппинах — бегвезами, у берегов Австралии — вилли-вилли. Все эти и другие названия в переводе на русский язык означают «большой ветер» или «сильный (сумасшедший) ветер».

Как правило, тропические циклоны в Северном полушарии движутся от района возникновения сначала на запад-северо-запад, далее — на север и в заключительной стадии — на северо-восток. Для тропических циклонов Южного полушария эта последовательность выглядит так: запад-юго-запад, юг и юго-восток. Некоторые из тропических циклонов Тихого океана выходят в умеренные широты. При этом они теряют свою энергию и на Курильские острова и Сахалин приходят уже ослабленными.

Циркуляция и поле ветра в области тропических циклонов представлены на рис. 13.1 и 13.2.

Существует несколько теорий зарождения тропических циклонов: конвективная, фронтальная и волновая.

Согласно конвективной теории, ураганы возникают благодаря развитию интенсивных конвективных вертикальных токов воздуха над наиболее нагретыми частями океанов, удалёнными от экватора на такое расстояние, при котором отклоняющая сила вращения Земли (ускорение кориолисовой силы) способна сообщить вихревое движение массам воздуха. Часто возникающая в этих районах неустойчивая термическая стратификация атмосферы способствует интенсивному подъёму воздуха, пересыщенного водяным паром. В момент конденсации пара выделяется огромное количество скрытой теплоты парообразования, которая переходит в кинетическую энергию циклона, являющуюся поистине колоссальной. Подсчитано, что средний по своим параметрам тропический ураган в каждый момент времени содержит до 400–500 тыс. т воды в виде продуктов конденсации (капелек и ледяных кристаллов), а количество водяного пара в системе облаков — в десятки раз больше этого количества.

Вот как описывал П.А. Молэн в книге «Охотники за тайфунами» (1967) свои впечатления от тропического урагана: «Не следует думать, что тайфун чётко разграничен, что он выглядит как вертящийся и растирающий Землю в порошок мельничный жернов или как вращающаяся колонна. У него нет отчётливых границ, это масса со смутными очертаниями высотой в два раза выше Эвереста, с кратером в центре, которого никогда не может позабыть тот, кто видел его хоть один раз. Это мир неистовых сил, мир неотвратимой гибели, мир с энергией, равной энергии трёх атомных бомб в секунду».

Подсчёты учёных показали, что в пределах среднего по размерам урагана ежедневно выделяется до 16 трлн кВт/ч энергии, которая равна 13 000 мегатонных ядерных бомб. И вся эта огромная энергия является энергией конденсации водяного пара!

За счёт колоссальных энергий (в отдельных случаях скорость ветра в ураганах превышает 120–150 м/с) количество атмосферных осадков, выпадающих за сутки, достигает 1000–12 000 мл, а высота волн в море может достигать 20 м и более.

В центральной части урагана под действием центробежного выбрасывания воздуха при малом его притоке в приземном слое давление быстро падает. Первоначально слабая барическая депрессия усиливается, и уже через несколько суток мощный циклон начинает двигаться к западу, все более увеличивая свою глубину и скорость движения, возрастает и сила ветра в нём. Циклон развивается в тропический ураган.

Согласно фронтальной теории, возникновение урагана объясняется взаимодействием воздушных масс Северного и Южного полушарий на тропическом фронте в зоне встречи пассатов. Здесь, вследствие интенсивного нагрева поверхности океана, наблюдается значительный контраст температур нижних и верхних слоёв атмосферы, что создаёт большую неустойчивость воздушных масс — мощные конвективные движения.

Волновая теория зарождения ураганов пытается связать прохождение длинных (до 2000 км) восточных волн атмосферного давления. Эти волны, перемещаясь с востока на запад, теряют свою устойчивость и превращаются в вихри — тропические циклоны.

В развитии любого тропического циклона до интенсивного урагана прослеживаются четыре стадии:

• стадия формирования — неустойчивая погода, шквалистые ветры различных направлений. Намечается центр циклона. Сила ветра вблизи него (50–100 морских миль) не превышает 7 баллов;
• молодой циклон — дальнейшее падение давления, образование вокруг центра циклона пояса ураганных ветров. Формирование в центре циклона ясной погоды со слабыми ветрами или штилем — «глаза бури»;
• зрелый ураган — прекращение падения давления и усиления ветра. Площадь, занятая ураганом, увеличивается до максимума, нарушается симметрия урагана. Плохая погода в правой его половине наблюдается на большей площади, чем в левой;
• разрушение урагана — эта стадия наступает, как правило, после поворота урагана через полярный курс к востоку. Интенсивность урагана ослабевает, «глаз бури» исчезает и ураган принимает черты обычного нетропического (фронтального) циклона. Точно так же тропические ураганы затухают и при переходе на сушу, когда прекращается приток влаги и увеличивается трение воздуха о подстилающую поверхность.

Все циклоны, зарождающиеся в тропиках, подразделяются на четыре группы:

• тропическое возмущение — обладает слабой циклонической циркуляцией;
• тропическая депрессия — слабый тропический циклон с явно выраженной приземной циркуляцией, наибольшая скорость установившегося ветра в котором не превышает 12–13 м/с;
• тропический шторм — циклон, наибольшая скорость установившегося ветра в котором достигает 33 м/с;
• тропический ураган — циклон, скорость ветра в котором превышает 33 м/с (60 уз).

Статистические данные наблюдений за тропическими циклонами и современные теоретические исследования условий их зарождения позволяют сделать вывод о том, что наиболее вероятными причинами возникновения ураганов являются все вышерассмотренные причины в совокупности, т. е. тропические циклоны обоих полушарий зарождаются над теми участками океанической поверхности в зоне 5–25º северной и южной широты, где наиболее отчётливо проявляются следующие условия: внутритропическая зона конвергенции (ВТЗК) сближается с линией термического экватора (ТЭ), температура поверхности воды t_w не ниже 27–28 ºС и на 1–2º выше температуры воздуха. В районах зарождения ураганов имеются условия, стимулирующие мощные конвективные движения в атмосфере — мелководные лагуны, рифы, коралловые атоллы, безлесные острова, плавающие водоросли (саргассы, например) и т. п. (рис. 13.3).

Статистика показывает, что только одна из десяти тропических депрессий, зарождающихся в этих районах Мирового океана, достигает силы тропического урагана. По всей видимости, такому положению способствует наличие субтропического перманентного центра действия атмосферы («конские широты»), препятствующего свободному перемещению депрессий к более высоким широтам.

Траектории движения тропических циклонов весьма изменчивы, но в общих чертах напоминают параболы (рис. 13.4). На участке параболы, обращённой к экватору, скорости перемещения циклонов невелики (не превышают 10–20 км/ч), циклоны движутся с востока на запад (с пассатными течениями) и стремятся сместиться к северу. Если тропической депрессии удаётся пройти через зону субтропического антициклона, она превращается в ураган, скорость её возрастает до 40–50 км/ч, и движение урагана будет направлено в целом с запада на восток.

Средняя продолжительность тропических ураганов составляет 6–9 суток. Наиболее долго существуют ураганы, зарождающиеся вблизи берегов Африки и в районе островов Зеленого Мыса, дважды пересекающие Атлантический океан и уходящие далеко на север. Длительность их существования может достигать 3–4 недель. Нередко тропические ураганы переходят в обычные (фронтальные) циклоны и тогда длительность их существования может возрастать до 1,5 месяцев и более. Средний срок существования циклонов (дни), среднее их количество в течение года и местные названия указаны в табл. 13.1.

У поверхности Земли ураган обычно представляет собой почти круговую область штормовых и ураганных ветров диаметром до 500 км, а в отдельных случаях — до 1000 км. На приземных картах погоды ураганы представлены изобарами — почти концентрическими окружностями (рис. 13.5).

Наибольшие скорости ветра наблюдаются обычно на расстоянии 30 км от центра. Однако в некоторых случаях разрушительные ветры охватывают и более широкую зону. Для Тихого океана средние размеры зон разрушения, сопровождающих тайфун, достигают 50–100 км при общих размерах урагана до 1500 км.

Максимальные зарегистрированные скорости ветра отмечены в 1961 г. (тайфун «Мурото П» — 84,5 м/с) и в 1979 г. (тайфун «Тип» — 87,3 м/с). Согласно косвенным данным и произведённым разрушениям, среднюю скорость ветра в урагане можно оценить значениями до 100 м/с и более.

Удивительной особенностью тропических вихрей является высокая воронка (до 10–15 км), края которой вращаются с громадной скоростью. На рис. 13.6 схематически показаны направления вращения воздуха: разрез урагана с хорошо видимой центральной воронкой («глазом бури») — а и разрез воронки урагана — б.

На рис. 13.6 видно, что до высоты 8 км бока у воронки весьма крутые, выше — более пологие. Ширина воронки у поверхности Земли составляет примерно 20 км, на высоте 6000 метров — 100 км. Открывающаяся кверху воронка почти безоблачна, и ветер здесь слабый или вовсе штиль. Однако стенки воронки представляют собой зону наиболее сильного вращения и наиболее сильных ветров, т. е. явление, которое принято называть ураганом.

За пределами стенок воронки ветер хоть и сохраняется, но скорость его резко падает — ураган проходит, уменьшается и высота грозового облака. Наиболее наглядно это видно на рис. 13.7, где представлены наблюдения за ветром и атмосферным давлением, выполненные офицерами т/х «Анита» при прохождении урагана «Кэрри» в 1957 г.

В центре урагана (в «глазе бури») наблюдается безоблачное небо, затишье и сильная толчея волн, представляющих не меньшую опасность для судов, чем волнение на периферии урагана. Иногда толчея волн усиливается взбросом воды, достигающим высоты 20 м и более. Диаметр «глаза бури» колеблется от 30 до 150 км.

Тропические ураганы характеризуются симметричным облачным массивом относительно своего центра. Вокруг воронки урагана размещено как бы единое громадное кучево-дождевое облако (Сb), переходящее к периферии в кучевые (Сu), слоисто-кучевые (Sc), высоко-кучевые (Ас), перисто-кучевые (Сс) и перистые (Сi) облака (рис. 13.8).

Наиболее низкие значения давления в центре тропических циклонов были зарегистрированы в тайфунах северной части Тихого океана (882 мбар, 1932 г.; 877 мбар, тайфун «Канагава», 1958 г.; 870 мбар, тайфун «Тип», 1979 г.).

Горизонтальные градиенты давления в области тропических циклонов могут составлять 16–32 мбар/100 км в области «глаза» циклона и 10–12 мбар/100 км на расстоянии 700 км от глаза. Величина барической тенденции колеблется от 3 до 9,5 мбар/3 ч.

Признаки приближения тропических ураганов:

1. Падение атмосферного давления более чем на 3 гПа в сутки.
2. Появление крупной зыби. При медленном движении тропического циклона вóлны зыби могут наблюдаться за один-два дня до его прихода. Если направление распространения волн зыби остается постоянным, то тропический циклон смещается непосредственно в район местонахождения судна. Если направление распространения волн зыби изменяется против часовой стрелки, то центр тропического циклона пройдет справа налево, если по часовой стрелке — слева направо.
3. Появление перистых облаков, вытянутых V-образными полосами. Причём они не исчезают после захода и восхода солнца и бывают эффектно окрашены. Если направление полос перистых облаков не меняется с течением времени и суточный ход атмосферного давления нарушен, то тропический циклон движется в район нахождения судна. Если точка сходимости полос перистых облаков перемещается, и атмосферное давление незначительно падает, не нарушая суточного хода, то тропический циклон пройдет мимо.
4. Установление очень знойной и душной погоды с безоблачным небом и отличной (повышенной) видимостью.

Ураган страшен не только в открытом море. При его выходе на сушу с моря на берег обрушиваются громадные волны. Вступая в мелководье, ураган оказывает чрезвычайно сильное давление на воду, буквально «выжимая» её перед собой. Образуется длинный водяной вал, который движется с большой скоростью перед ураганом и с меньшей — по его сторонам. Передняя волна сопровождается шквалистым ветром, ливнями, грозами. Боковые волны уходят в стороны от урагана и иногда обрушиваются на берег при полном затишье, предупреждая о его близости. Сильные ураганы образуют длинные волны неветрового происхождения ещё в открытом море. При приближении такой волны к берегу уровень воды сначала растёт медленно, постепенно. В определённый момент происходит скачок — уровень резко поднимается и вода обрушивается на сушу. Этот скачок вызывается волной, идущей перед центром урагана и достигающей наибольшей высоты. В некотором роде такая волна может служить предвестником урагана.

Ураганы сопровождаются, как правило, сильными ливнями и грозами. Особенно сильная грозовая деятельность наблюдается в тыловой части ураганов. Возможно, что самое большое количество осадков было зарегистрировано в июле 1911 г. при прохождении тайфуна через Филиппинские острова, когда в течение 24 часов выпало 1168 мл осадков, а всего за четыре дня выпало 2233 мл осадков, что составило 2,2 млн т воды на квадратный километр поверхности.

Ввиду своего разрушающего действия, ураганы издавна привлекали внимание людей. По решению Всемирной метеорологической организации (ВМО), начиная с 1956 г., каждому тропическому циклону, достигшему интенсивности шторма, присваивается номер и собственное имя (сначала женское, а с конца 1970-х гг. и мужское). Номера циклонов — четырёхзначные. Первые две цифры обозначают год, вторые две — порядковый номер урагана текущего года, начиная с 1 января, например, 0314.

Согласно требованиям международных организаций, всем морским судам, независимо от водоизмещения, технического состояния и других характеристик, предписывается уклоняться от встречи с тропическими циклонами, особенно с их центральными частями (50 миль от центра урагана). Лучше всего следовать по периферии тропического циклона на расстоянии 500 миль от его центра.

Вахтенный помощник, получив извещение о том, что в районе плавания зародился тропический циклон, обязан выполнить следующее:

• доложить об этом старшему офицеру (капитану);
• вести прокладку перемещения урагана на прокладочной карте, отмечая пунктиром — прогностический, а сплошной стрелкой — фактический путь урагана;
• в случае необходимости рассчитать угол уклонения с зоной ветра ураганной силы за двое суток или сутки и разойтись с ураганом (рис. 13.9).

Расчёт угла расхождения за 24 часа до встречи с ураганом выполняется следующим образом: например, тропический ураган «Флора» по прогнозу движется к востоку со скоростью 14 уз (навстречу нашему судну); за сутки «Флора» пройдёт расстояние около 300 миль. По статистике служба прогнозов даёт ошибку в предсказании расположения центра урагана, равную 33 % (100 миль). Проведём круг радиусом R = 100 миль с центром в точке, удалённой от фактического центра «Флоры» накануне, — это зона вероятного размещения центра урагана через 24 часа. Необходимо к 100 милям добавить 25, 50 или 75 миль (это зависит от навигационных условий плавания, технического состояния судна и т. д.) и провести новый круг, который называется кругом, ограничивающим ураганный ветер. Теперь проводится курс уклонения (как касательная к этому кругу). Предпочтение северному или южному направлению расхождения отдаётся из соображений целесообразности (наличие или отсутствие места укрытия по курсу судна, от ветви параболы траектории урагана и пр.).

Основными приёмами маневрирования являются способы «отворачивай навстречу» и «изменяй курс и скорость» (рис. 13.10).

Общие правила расхождения с ураганами сводятся к следующему:

• если судно находится на пути циклона, то оно должно идти так, чтобы ветер был справа, т. е. идти правым галсом;
• если судно находится в правой передней части циклона, то оно должно привестись к ветру и, следуя в бейдевинд правого галса, по возможности удаляться от его центра;
• если судно находится в левой передней части циклона, оно должно стремиться уйти от центра урагана, следуя курсом бакштаг правого галса.

Выполняя эти общие правила, необходимо иметь в виду следующее:

• траектория тропических циклонов в Северном полушарии обычно направлена к западу, затем — к северо-западу, к северу и далее — на восток (рис. 13.5);
• фактическое направление и скорость перемещения циклона могут меняться весьма резко;
• наиболее опасное волнение возникает в правой половине урагана, особенно в тыловой его части. Это объясняется тем, что штормовые ветры здесь накладываются на собственное движение урагана, и потому общее движение воздушных масс, в частности, ветра, более сильное, чем в левой половине урагана.

Практика показывает, что несмотря на принимаемые меры предосторожности, не всегда удаётся уклониться от центра урагана на достаточно безопасное расстояние. Это чаще случается, когда судно находится в области зарождения урагана или лишено возможности свободно маневрировать. В таких случаях рекомендуется принять все меры к скорейшему выходу из наиболее опасной зоны (четверти) в менее опасную, выйти из урагана, лечь в дрейф или штормовать, выбрав наиболее безопасное положение относительно волн и ветра.

Направление ветра к центру урагана можно определить по правилу Бейс-Балло или с помощью штормовой картушки, представляющей собой целлулоидный планшет с начерченной на нём схемой направления ветра (рис. 13.11).

Картушку накладывают на навигационную карту так, чтобы её меридиональная ось была параллельна меридиану на карте, а на место судна приходилась бы такая точка внешней окружности, на которой один из векторов ветра совпадал бы с направлением истинного ветра, наблюдаемого на судне. Направление от места судна к центру картушки показывает направление ветра в центре урагана.

На картушку нанесены три окружности. Считается, что место судна приходится на внутреннюю окружность, если давление падает со скоростью не менее 2,7 гПа/ч. Картушка помогает определить направление ветра в центре циклона, но расстояние до него с помощью картушки определить нельзя, поэтому судоводителям необходимо тщательно следить за синоптической обстановкой над океаном, чтобы своевременно быть готовыми предпринять необходимый маневр с целью скорейшего выхода из наиболее опасной зоны урагана. Основные правила маневрирования для механических и парусных судов представлены на рис. 13.12, 13.13.

Местные штормовые и ураганные ветры

Местные ураганные ветры, могущие достигать штормовой и даже ураганной силы, возникают под влиянием условий местности данного района (особенности рельефа, наличие свободных водных пространств и т. п.).

К локальным факторам, способствующим усилению ветра, относятся:

• хорошо известный береговой эффект, обусловленный разностью сил трения над морем и сушей, что вызывает сходимость (расходимость) линий тока вдоль границы «море — суша» и может способствовать как усилению, так и ослаблению ветра вдоль этой границы;
• аэродинамический эффект, наблюдающийся в проливах, узкостях, фиордах; при этом возвышенные побережья усиливают эффект;
• гравитационные эффекты (скольжение охлаждённой воздушной массы вниз с гористого побережья либо вдоль крупного ледника; пример — бора, стоковые ветры);
• обтекание воздушным потоком гористого побережья.

Перечисленные факторы, либо в различных сочетаниях, либо по отдельности в той или иной степени действуют на побережьях морей и океанов. Хорошо известно усиление ветра на мысах, выступающих в море, повышенная частота ветров, дующих вдоль таких мысов. Усиление ветров определённых направлений, вызванное перечисленными выше факторами, характерно, например, для арктического побережья России: это усиление запад-юго-западных ветров в ряде пунктов западного побережья архипелага Новая Земля (Русская Гавань, Малые Кармакулы, м. Желания и др.), для Амдермы — юго-юго-западный ветер, для острова Диксон — северный и южный ветры, для бухты Тикси — юго-юго-восточный ветер, для Певека — южный ветер (знаменитый «южак») и т. д.

Максимальные за период наблюдений зарегистрированные скорости ветра в различных пунктах арктического побережья и на островах арктических морей России представлены ниже:

Стоковые ветры, достигающие ураганной силы, наблюдаются в Антарктиде (частично и на побережье), а также у побережья Гренландии.

Особым случаем является бора, сопровождающаяся резким понижением температуры и нередким обледенением судов в порту и на рейде. Классические примеры боры на территории России — Новоземельская (м. Желания) и Новороссийская.

Средняя многолетняя повторяемость Новоземельской боры — 4–10 % в год. Значительно выше повторяемость Певекского «южака» — 20 %; при этом годовой ход повторяемости «южака» характеризуется максимумом в июне (27–29 %) и минимумом осенью (11 %). Повторяемость «южака» ураганной силы составляет от 1–2 % летом до 7 % в январе.

Новороссийская бора сходна по механизму своего возникновения с аналогичными процессами на Новой Земле, Адриатическом побережье в районе Триеста и в некоторых других районах. К типу боры относится сходная с этим явлением ветра сарма близ Ольхонских ворот на Байкале. При боре скорость ветра в среднем выше 20 м/с. Нисходящий ветер, достигнув поверхности воды, создаёт сильное волнение. За год в Новороссийске наблюдается в среднем 46 дней с борой. Чаще она проявляется с ноября по март. Продолжительность Новороссийской боры составляет 1–3 суток, но в отдельных случаях может достигать недели.

Явление кратковременного усиления ветра на общем фоне слабых и умеренных ветров носит название шквала. В большинстве случаев шквалы связаны с кучево-дождевыми облаками. В зависимости от особенностей образования они могут быть внутримассовыми либо фронтальными. Внутримассовый шквал обусловлен тем, что в кучево-дождевом облаке возникают сильные нисходящие потоки, которые у Земли формируют ветер — шквал. Скорость порыва ветра при шквале достигает 30 м/с и более. Фронтальные шквалы связаны также с кучево-дождевыми облаками на холодных участках фронтов. Такого рода шквалы наблюдаются или могут наблюдаться одновременно в ряде мест линии фронта. Иногда их называют линиями шквалов.

Кроме обычных шквалов, часто называемых грозовыми, могут возникать особые вихри с вертикальной осью маломасштабного вихря. Такого рода вихри над морем называются смерчами. В Северной Америке их называют торнадо. У торнадо (смерча) диаметр вихря достигает 200 метров, но может быть и больше. Такого рода вихрь перемещается вместе с кучево-дождевым облаком со скоростью 30–40 км/ч, но скорость ветра вихря у поверхности Земли может достигать 50–100 м/с. Смерчи могут отмечаться как в виде отдельных изолированных очагов, так и в виде серии очагов. В ряде районов торнадо существуют 10–15 минут, обладая при этом особой разрушительной силой.

Устойчивые сильные ветры в том или ином районе Северного Ледовитого океана обычно бывают тех направлений, которые преобладают при определённых типах процессов в Арктике. В морях Арктического бассейна в результате обострения циклонической деятельности отмечается скорость ветра при штормах более 25 м/с.

Обледенение

На акваториях морей наблюдаются два генетически различных типа обледенения: атмосферное и морское брызговое.

Атмосферное обледенение наблюдается в туманах при отрицательной температуре воздуха или при выпадении переохлажденных жидких осадков. Этот вид обледенения в определённой степени влияет на работу радиотехнических систем судна, но непосредственной угрозы безопасности для судна не представляет. Более опасным в этом отношении является брызговое обледенение, которое происходит в результате забрызгивания забортной водой и последующего замерзания надводной части судна при сильном волнении и отрицательной температуре воздуха. Такому обледенению в той или иной степени подвергаются суда почти всех типов, независимо от их размеров, водоизмещения и конструкции. Для малотоннажных рыболовных судов интенсивное брызговое обледенение смертельно опасно. Наиболее интенсивное обледенение судов происходит при встречном и боковом ветре (83 % случаев).

По скорости и степени опасности для судна различают слабое, умеренное и сильное обледенения. Числовые значения скорости обледенения для разных типов судов представлены в табл. 13.3–13.5.

Основными метеорологическими параметрами, определяющими интенсивность обледенения судов, являются температура воздуха и скорость ветра.

Активные меры борьбы с обледенением судов, как химические (покрытие специальными составами, лаками и красками), так и механические (разрушение нарастающего льда), при быстром и очень быстром обледенении малоэффективны. Поэтому оптимальным является пассивное средство — уход из зоны обледенения. Однако для этого необходимо иметь не только оперативные карты погоды, но и прогностические, а также своевременно получать прогнозы и штормовые предупреждения по району плавания.

Такие прогнозы составляются соответствующими службами на сроки от 6 до 36 часов и представляются в виде карты либо текста с указанием интенсивности и степени обледенения.

В предупреждениях об угрозе обледенения указываются время начала и район обледенения, его интенсивность, ожидаемое направление и скорость ветра, высота волн, температура воздуха и рекомендуемый курс судна для выхода из зоны обледенения.

При этом полезно учесть следующие особенности:

• угроза обледенения судна чаще возникает в тыловой части циклона и реже — в передней. В обоих случаях должны наблюдаться сильный ветер и отрицательные температуры воздуха;
• забрызгивание судна происходит при сильном ветре, дующем 6 часов и более в одном направлении. При ветре в прибрежной зоне шириной 1–2 мили обледенение судов не наблюдается, и чем выше берег, тем шире зона отсутствия обледенения;
• зона обледенения в тылу циклона обычно располагается на некотором удалении от холодного фронта.

Продолжительность опасных гидрометеорологических явлений

Как известно, гидрометеорологические условия в значительной степени влияют на эффективность работы портовых комплексов. Особое значение при этом имеют опасные явления погоды, поскольку они затрудняют работу порта в целом и ограничивают производство различных видов работ.

К настоящему времени из всех режимных параметров опасных явлений на акваториях морских портов в справочных пособиях представлен только один — среднее многолетнее число дней с указанными явлениями, либо их повторяемость. Ни та, ни другая характеристики не дают представления о продолжительности опасных явлений.

Между тем, именно продолжительность является наиболее важной характеристикой опасных явлений с точки зрения возможностей практического использования.

Ввиду отсутствия прямых экспериментальных данных единственной возможностью получения характеристик продолжительности опасных явлений погоды являются расчётные методы. Дело в том, что в атласах опасных для мореплавания и рыболовства явлений погоды представлены обобщённые данные по вероятности и средней непрерывной продолжительности опасных явлений для акваторий морей. Это даёт возможность установить связь между вероятностью явления и его непрерывной продолжительностью.

Анализ соответствующих данных, представленных в указанных атласах, показал устойчивые и хорошо выраженные связи между рассматриваемыми параметрами для всех морских акваторий, что иллюстрируется примерами связей, приводимыми на рис. 13.14.

Все полученные зависимости с достаточной точностью аппроксимируются линейными и экспоненциальными функциями:

Здесь τ — средняя непрерывная продолжительность явления; f — его повторяемость (%); индекс «ш» означает штормовой ветер (≥ 15 м/с); «1», «0,5» и «0,1» — значения видимости ≤ 1 мили, ≤ 0,5 мили и ≤ 0,1 мили (1 кб) соответственно.

Пользуясь полученными аналитическими выражениями, можно по средним многолетним значениям числа дней (либо повторяемостей) опасных явлений погоды в районах морских портов по формулам 1–6 определить среднюю непрерывную продолжительность явления на акватории порта.

После определения непрерывной продолжительности явления его суммарную продолжительность за месяц можно рассчитать по формуле

где N — общее число сроков наблюдений за рассматриваемый период; f — повторяемость явления за месяц; τ — непрерывная продолжительность одного случая с опасным явлением; n — число лет наблюдений.

Полученные расчётные значения средней непрерывной и суммарной по месяцам и за год продолжительности опасных явлений погоды представлены в табл. 13.6–13.9.

Как видно из приводимых таблиц, непрерывная продолжительность одного опасного явления на акваториях всех рассматриваемых портов в целом колеблется от 1 до 12 часов. При этом в портах дальневосточных морей средняя непрерывная продолжительность ограничений видимости ≤ 0,5 мили наиболее велика в период с мая по сентябрь (9–12 часов), а в портах Балтийского и Баренцева морей — в осенне-зимний период.

Детализация параметров опасных для мореплавания явлений погоды

В качестве одной из первых попыток в этом направлении предлагается детализация критериев опасных для мореплавания явлений погоды путём введения новых параметров, отсутствующих в имеющихся режимных и нормативно-справочных пособиях по климату.

К таким новым параметрам относятся:

• вероятность ухудшения видимости в тумане до 1 кб и менее;
• вероятность усиления штормового ветра до ураганной силы;
• вероятность неблагоприятных сочетаний «ветер — видимость».

Указанные статистические параметры могут быть определены на основании обобщённых данных судовых гидрометеорологических наблюдений за многолетний период по северным районам Атлантического и Тихого океанов и по акваториям морей, омывающих Россию, за исключением внутренних арктических морей.

Указанные вероятности как новые дополнительные характеристики опасных метеорологических явлений определяются по имеющимся экспериментальным данным простыми соотношениями

где F_0,1 — повторяемость видимости ≤ 1 кб; F_0,5 — повторяемость видимости ≤ 0,5 мили; F₁₅ и F₃₀ — повторяемости скоростей ветра 15 м/с и более и 30 м/с и более соответственно; F_ww и F_u — повторяемости заданных значений видимости и скорости ветра.

Распределение вероятности ухудшения видимости в тумане до 1 кб и менее на акватории Охотского моря (осень) дано на рис. 13.15.

Как видно из представленного рисунка, на большей части акватории Охотского моря в осенний период вероятность ухудшения видимости в тумане до критических значений достаточно высока (от 30 до 60 %). Основной максимум располагается в средней и южной частях акватории, охватывая участки, примыкающие к юго-западному побережью Камчатки, и большую часть Курильских островов. В северо-западной части акватории вероятность ухудшения видимости составляет менее 30 %.

Ухудшение видимости в тумане обычно происходит в двух формах:

• периодическое ухудшение — улучшение видимости, или так называемый «туман волнами»;
• «уплотнение» тумана и ухудшение видимости за счёт увеличения его водности либо наличия примесей, твёрдых частиц и т. п.

И в том, и в другом случае ухудшение видимости в тумане до таких критических значений, как 1 кб и менее, является особо опасным для судоходства явлением, особенно в силу своей внезапности. К сожалению, в большинстве случаев как прогноз тумана с заранее заданной дальностью видимости, так и прогноз момента ухудшения видимости в тумане в настоящее время неосуществимы, и в оперативном прогнозе погоды указывается только туман без уточнения дальности видимости.

В табл. 13.10 представлены данные по другому, вновь вводимому параметру — вероятности усиления штормового ветра (≥ 15 м/с) до ураганной силы (30 м/с) для станций арктического побережья России.

Помимо эмпирических вероятностей в таблице даны и их доверительные интервалы FН и FВ, которые определялись по таблицам, приводимым в приложениях ряда учебных пособий и монографий по математической статистике.

Как показывает таблица, наиболее высока вероятность усиления штормового ветра до ураганной силы в Малых Кармакулах (70 %), Певеке (57 %), Русской Гавани (46 %) и бухте Тикси (45 %). Наименьшими вероятностями характеризуются Амдерма (18 %), остров Врангеля (22 %) и бухта Провидения (20 %).

Условия плавания в прибрежных водах

Судно, совершающее плавание в прибрежных водах, может подвергнуться неблагоприятным влияниям физико-географических и гидрометеорологических факторов. Эти влияния очень часто носят специфический характер по сравнению с воздействиями неблагоприятной погоды и состояния водной поверхности открытого моря или океана. Например, если путь судна проходит вблизи берега, а направление сильного ветра с моря, то судно оказывается вынужденным менять курс и уходить в море, чтобы избежать опасностей быть выброшенным на камни, но и этот маневр не всегда является безопасным.

В прибрежных водах имеются мелководья. Пересекая их, судно испытывает изменение скорости, которая либо понижается, либо увеличивается при одной и той же частоте вращения главного двигателя. Кроме того, под влиянием мелководья происходит увеличение осадки судна, ухудшается или внезапно теряется управление, причём эти отрицательные явления становятся тем ощутимее, чем крупнее судно и больше его осадка.

В прибрежных водах возникают своеобразные трудности для буксирных караванов, особенно когда они пересекают мелководные районы. При буксировке судов через такие участки может возникнуть необходимость уменьшить длину буксирного троса, чтобы он не цеплялся за грунт, так как волочение буксирного троса по нему может привести не только к его порче, но и к разрыву. При движении буксирного каравана на небольших глубинах (меньше 0,5 длины буксирного троса) провисание буксирного каната, принимаемое достаточным для обычных условий, становится чрезмерным, увеличивая уже и без того возросшее сопротивление воды движению буксирного каравана. Касание буксирным тросом грунта также допускает возможность остановки буксирного каравана, которая приводит к нежелательным последствиям из-за возникшего дрейфа при траверзном направлении ветра и течений относительно курса судна.

Буксировка барж становится опасной,если сила ветра достигает шести баллов и более, так как может произойти обрыв буксирного каната, а значит — потеря барж или их затопление. В связи с этим благоприятными для барже-буксирных составов являются районы прибрежной полосы, прикрытые от ветров и волн многочисленными островами.

Кроме мелководий, в прибрежной зоне существуют приливо-отливные течения, скорость которых иногда достигает нескольких узлов. Они также могут привести к потере скорости у современных судов. Более того, приливо-отливные течения вызывают колебания уровня моря в прибрежной зоне, а значит и непостоянство глубин. От этого зависит возможность плавания судов с той или иной осадкой и, следовательно, режим судоходства в прибрежных водах.

У побережья опасность для судов могут представлять сгонно-нагонные колебания уровня, обусловливающие резкие изменения глубин, тем более, что они в большой степени оказывают влияние на приливы, часто изменяя наступление полных и малых вод, а также вызывая их суточные неравенства по времени и по высоте.

Сильные порывистые ветры и волнение создают опасные условия плавания судов в проливах и узкостях.

Литература

Гидрометеорологическое Обеспечение Мореплавания - Глухов В.Г., Гордиенко А.И., Шаронов А.Ю., Шматков В.А. [2014]

• Средства связи и сигнализации на судах
• Мореходные приборы и инструменты
• Окрасочные работы на судне
• Обязанности вахтенного матроса
• Пожарная безопасность судна