§ 5. Метеорологические факторы в международном судоходстве
К числу метеорологических элементов, характеризующих погоду в том или ином районе моря и подлежащих постоянному установлению на основе различных видов метеорологических наблюдений относятся:
1) температура воздуха (в градусах); 2) атмосферное давление (в миллибарах, миллиметрах, паскалях); 3) влажность воздуха (абсолютная и относительная, упругость воздуха, точка росы); 4) скорость и направление ветра: скорость определяется в м/сек и в баллах (25 м/сек – 12 баллов), а направление ветра определяется указанием той точки горизонта, откуда дует ветер; 5) видимость: дальность видимости зависит от прозрачности воздуха и определяется в метрах, километрах, кабельтовых (1 кбт равен 185,2 м) или в милях и баллах по международной шкале видимости; 6) поля метеорологических элементов – это совокупность указанных и других элементов, нанесенных на карту района наблюдения и образующих в совокупности синоптическую карту; 7) равные величины таких элементов на синоптической карте, как атмосферное давление, температура воздуха, влажность воздуха, образуют поверхности соответствующих метеоэлементов: атмосферное давление – изобарические поверхности, температура воздуха – изотермические поверхности и пр. Если равные величины соединить линиями, то получатся изолинии: для давления – изобары, для температуры – изотермы и пр.; 8) вектор градиента метеорологического поля: он характеризует изменчивость метеорологического элемента в пространстве, т. е. по горизонтали (в полосе 60 миль или 111,1 км) и по вертикали (до 100 м).[113]
Проявления метеорологических факторов тесно связаны с процессами, происходящими в атмосфере, которая по высоте делится на 5 основных слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Между этими основными слоями имеются переходные слои, которые называются тропаузой, стратопаузой, мезопаузой и термопаузой.
В тропосфере, высота которой от поверхности земли составляет около 10 км, температура обычно уменьшается с высотой. Однако возможны отдельные инверсии, когда температура с увеличением высоты не меняется или даже увеличивается. Воздух в тропосфере нагревается и охлаждается в основном от поверхности земли (суши и океана), свойства которой оказывают существенное влияние на все процессы в тропосфере. В тропосфере содержится почти весь водяной пар, образуются туманы, все обычно наблюдаемые облака, осадки и прочие процессы погоды.
Тропосферу от стратосферы отделяет довольно выраженная тропопауза, располагающаяся на высотах от 6 км над полюсом и до 18 км над экватором и имеет толщину 1–2 км (летом тропосфера расположена выше, чем зимой). Тропопауза характеризуется прекращением падения температуры с высотой. Ниже ее примерно на 1 км наблюдаются максимальные скорости ветра. Высота тропопаузы испытывает периодические (сезонные и суточные) и непериодические колебания, связанные с синоптическими процессами в атмосфере.[114]
Над тропопаузой начинается стратосфера, представляющая собой слой, в котором до высоты 25 км температура постоянна, а выше она начинает расти. Стратосфера простирается до высоты 50 км. На высотах 22–27 км наблюдаются перламутровые облака. Воздух в стратосфере обладает одной важной особенностью – возрастанием с высотой как общей концентрации, так и относительного содержания озона, образующегося здесь из молекулярного кислорода под влиянием ультрафиолетовой солнечной радиации. Роль озона проявляется в том, что он поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца, защищая органическую жизнь на Земле. Температура на этих высотах возрастает до 0 градусов.
Мезосфера располагается выше 55 км и характеризуется понижением температуры до минус 80 градусов к мезопаузе, находящейся на высоте 80–85 км. На высоте около 80 км летом при ясной погоде наблюдаются блестящие тонкие облака, ярко освещенные Солнцем и находящиеся за горизонтом. Эти облака называются серебристыми.
От мезопаузы начинается переход к наиболее мощному слою – термосфере (85–500 км), которая характеризуется непрерывным ростом температуры воздуха по вертикали.
В экзосфере, располагающейся над термосферой, температура с высотой растет до очень высоких значений – 1000–3000 градусов по Цельсию.
Следует заметить, что любое тело, включая человека, которое попало бы в верхние слои атмосферы, не нагревалось бы там при соприкосновении с окружающим сверхгорячим воздухом, ибо число частиц газов, ударяющихся об это тело и передающих ему свою энергию, слишком ничтожно. Температура воздуха в верхних слоях атмосферы является лишь мерой кинетической энергии молекул и атомов газов, из которых состоит термосфера и экзосфера.
Плотность и температура термосферы и экзосферы не остаются постоянными и изменяются в зависимости от активности Солнца, взаимного расположения Земли и Солнца и других явлений. Периоды изменения этих величин – суточные, месячные, полугодовые, 11-летние и др. Например, на высоте 500 км плотность атмосферы за сутки может изменяться в 10 раз, а температура – в пределах от 700 до 2000 градусов. Днем температуры и плотность здесь выше, чем ночью.
С точки зрения взаимодействия атмосферы с земной поверхностью атмосферу подразделяют на: 1) планетарный пограничный слой (слой трения) высотой 1–1,5 км, 2) свободную атмосферу, т. е. всю ее остальную часть.
В слое трения сильно сказывается влияние земной поверхности на характер движения воздуха. В этом слое хорошо выражены суточные изменения метеорологических элементов. Скорость ветра в этом слое возрастает с высотой.
Внутри планетарного слоя выделяется приводной (приземный) слой атмосферы высотой 30–50 м. Состояние этого воздуха оказывает непосредственное влияние на судно в море. В нем наиболее резко сказывается влияние подстилающей поверхности и наиболее быстро изменяются по высоте температура и влажность. Ветер по направлению практически не изменяется с высотой, но скорости изменяются очень быстро.
Под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца все газы на высотах более 80 км почти полностью ионизированы. При этом в атмосфере образуется ряд ионизированных слоев, существенно влияющих на прохождение радиоволн и тем самым на безопасность мореплавания. Состояние слоев ионосферы весьма изменчиво и зависит от солнечной активности. В полярных и окополярных районах в ионосфере разреженные газы под влиянием бомбардировки корпускулярными потоками, испускаемыми Солнцем, начинают светиться. Возникают полярные сияния. Верхняя граница полярных сияний может находиться на высоте 1000–1200 км, а нижняя – до 60 км.
Заслуживает внимания такое явление, как неоднородность тропосферы, которая расчленена на отдельные, более или менее однородные в горизонтальном направлении объемы воздуха, занимающие обширные пространства, соизмеримые с материками или их частями. Эти объемы воздуха называют воздушными массами. Состояние воздушной массы определяет погоду над занимаемой ею территорией. Воздушные массы непрерывно перемещаются, причем смена одной воздушной массы другой приводит к резким изменениям погоды. Переходная зона между двумя воздушными массами называется атмосферным фронтом. На атмосферных фронтах зарождаются и развиваются мощные вихри, диаметры которых доходят до тысяч километров, – циклоны и антициклоны.[115]
Если антициклоны относительно безопасны для морских судов, хотя и не во всех широтах, например, в полярных районах они вызывают сильное понижение температуры воздуха и обледенение судов, то циклоны всегда опасны, особенно тропические, среди которых выделяются ураганы и тайфуны, название которых зависит от места их происхождения или действия: тропические циклоны – в Индии и Бангладеш, ураганы – над Атлантическим океаном, тайфуны – на северо-западе Тихого океана, тровады – в районе Мадагаскара, вилли-вилли – в Западной Австралии, араканы – на берегах Карибского моря. Ураганы занимают в диаметре от нескольких сот до 2000 км и выделяют за одну секунду столько энергии, сколько взрыв тысячи атомных бомб, подобных сброшенной на Хиросиму.
Впечатления от встречи с ураганом описал такой известный мореплаватель, как Христофор Колумб, который многократно бывал в районах, где рождаются ураганы, но попал в ураган лишь во время своего четвертого путешествия в 1503 г. «Шторм усиливался, – писал он в своих воспоминаниях, – измотав меня настолько, что я не в силах был держаться на ногах. Никогда прежде мне не доводилось видеть волн столь высоких, свирепых и пенистых… Все это время с небес низвергалась вода. Я не говорю, что шел дождь, ибо это был настоящий потоп. Измученные люди желали смерти, чтобы она прекратила их ужасные страдания». Из той встречи с ураганом Колумб вышел победителем, но годом раньше 19 из 20 испанских судов, груженных золотом, затонули между Гаити и Пуэрто-Рико, попав в ураган. Им не помогло и то, что они совершали групповое плавание и даже пытались помочь друг другу, когда ветер усилился. Местным жителям это стихийное бедствие было давно известно. На берегах Карибского моря и Мексиканского залива индейцы давали ему самые разнообразные имена: уракан, унракен, иоракен, уиран-вукан, аракан, урикан. Испанские завоеватели заимствовали слово «уракан», видоизменившееся впоследствии в «ураган».[116]
