Файл: Контрольная работа по дисциплине Гидрометеорологическое обеспечение судоходства.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
ФГБОУ ВО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
БАЛТИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА
МОРСКОЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА СУДОВОЖДЕНИЯ И БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ


КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Гидрометеорологическое обеспечение судоходства»

Вариант 5

Выполнил:	Зайка Э.Э.
	шифр 19Сз114
Проверил:	Лазарева Н.Н.
	Д.Г.Н., доцент

Калининград

2023 г.

Содержание

Ветер и условия его возникновения

Ветер - это горизонтальное перемещение воздуха относительно земной поверхности. Он характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра выражается в метрах в секунду, в километрах в час, в узлах или баллах шкалы Бофорта.

Направление ветра определяют по его отклонению от меридиана места. В метеорологии за направление ветра принимается то направление, откуда дует ветер, т.е. угол между нордом истинным и направлением, откуда дует ветер. На рисунке 1 изображен вектор ветра северо-северо-восточного направления (NNE 22,5)



Рис.1. Румбовая система отсчета горизонта

Ветер возникает в следствие неравномерного распределения атмосферного давления по поверхности Земли, т.е. следствие наличия горизонтального барического градиента. Если бы давление воздуха во всех точках было одинаково, то ветра не было бы вообще. При неравномерности распределения атмосферного давления воздух стремится перемещаться из мест с более высоким давлением в места с более низким давлением .

Распределение атмосферного давления называют барическим полем. Как всякое скалярное поле его наиболее наглядно представляют в пространстве поверхностями разных значений – изобарическими поверхностями, а на плоскости – линиями равных значений – изобарами.

---

Изменчивость барического поля в трехмерном пространстве характеризуется пространственным барическим градиентом – вектором, показывающим степень изменения атмосферного давления в этом пространстве (рис. 2). По численной величине барический градиент равен производной от давления по нормали к изобарической поверхности, т.е. изменению давления на единицу расстояния в том направлении, в котором давление убывает наиболее быстро, т.е.

На практике имеют дело не с пространственным барическим градиентом , а с его проекциями на вертикальную ось – вертикальным барическим градиентом , и горизонтальную поверхность – горизонтальным барическим градиентом (рис. 2) [1].



Рис. 2. Барические градиенты

Мерой неравномерности распределения давления является горизонтальный барический градиент. Воздух стремится двигаться от высокого давления к низкому по наиболее короткому пути – по направлению барического градиента, т.е. по нормали к изобарическим поверхностям. Следовательно, барический градиент есть сила, сообщающая воздуху ускорение, т.е. вызывающая ветер и меняющая скорость движения частиц воздуха – скорость ветра.

В метеорологии рассматривают силу барического градиента действующую на единицу массы: .

По направлению эта сила в каждой точке барического поля совпадает с направлением нормали к изобаре в сторону убывания давления. Для стандартной атмосферы (p=1,273* г/ ) и среднего годового горизонтального барического градиента для Земли в 1-2 гПа /111 км. получаем, что сила горизонтального барического градиента создает ускорение частицы воздуха 0,1-0,2 см/ . Через час это ускорение разовьет скорость ветра 3-8 м/c..

Следовательно, на планете всегда есть условия для возникновения горизонтальных перемещений воздуха, т.е. ветра.

Только сила горизонтального барического градиента и приводит воздух в движение и увеличивает его скорость. Все остальные силы, которые проявляются при движения воздуха, могут лишь замедлить его и отклонить от направления градиента[1].

---

Градиентный и геострофический ветер. Известно, что все тела, движущиеся относительно земной поверхности, испытывают связанное с вращением Земли ускорение (ускорение Кориолиса), направленное перпендикулярно к вектору скорости вправо в северном полушарии и влево – в северном. Горизонтальная составляющая ускорения Кориолиса :

K=2ωυsinφ

где ω – угловая скорость вращения Земли;

υ- скорость ветра;

φ- географическая широта.

При средней угловой скорости вращения Земли ω=2π*86164 =

= 7,29* и скорости ветра 10 м/с на полюсах величина ускорения, сообщаемого воздуха отклоняющей силы вращения Земли, оказывается равной 1,5* см/ и, таким образом, является величиной того же порядка, что и ускорение, создаваемое в атмосфере барическим градиентом.

Самым простейшим видом движения воздуха является прямолинейное равномерное движение без трения. такое движение называется геострофическим ветром (рис. 3). Поскольку движение предполагается равномерным, обе силы (градиента и силы Кориолиса)уравновешиваются, т.е. равны по направлению и направлены взаимно противоположно:

[1].



Рис.3. Геострофический ветер

Изобары не всегда прямолинейны, а при криволинейном движении воздуха появляется центробежная сила. Её величина : , где r- радиус кривизны изобары.

Центробежная сила направлена по радиусу кривизны траектории. В циклоне она направлена против силы градиента и направлена и совпадает с отклоняющей силой вращения Земли, в антициклоне совпадает с силой барического градиента (рис. 4). Отсюда можно сделать вывод, что при одном и том же градиенте скорость ветра в циклоне меньше, а в антициклоне больше, чем при прямолинейных изобарах.

Движение воздуха под действием сил градиента, центробежной и Кориолиса и при отсутствии трения называется градиентным ветром [2].

---

Рис.4. Градиентный ветер, а)- в циклоне, б)- в антициклоне.

Сила трения. Реальный ветер. В нижних слоях тропосферы (до 1,5 км.) не движение воздуха действует ещё одна сила – сила трения. Она вызывается прежде всего шероховатостью земной поверхности, а также в следствии турбулентности, тем большей, чем больше неустойчивость стратификации атмосферы.

В следствие трения скорость реального ветра уменьшается над земной поверхностью над сушей примерно вдвое, а над морем – на одну треть по сравнению со скоростью геострофического ветра, вычисленного по величине барического градиента [1].

В циклоне и ложбине выше уровня трения ветер будет градиентным, направленным по изобарам, в северном полушарии, оставляя низкое давление слева, а в южном – справа, т.е. в северном полушарии будет вращаться вокруг центра циклона против часовой стрелки, а в южном – по часовой стрелке. В приземном слое сила трения отклоняет направление ветра от направления изобар в сторону низкого давления и пути перемещения воздушных частиц принимают вид закручивающихся спиралей, сходящихся в центре циклона (рис. 5. а).

В антициклоне выше уровня трения градиентный ветер направлен по изобарам, по часовой стрелке – в северном полушарии, против часовой – в южном. В нижних слоях линии тока так же, как и в циклоне, представляют собой спирали, но расходящиеся от центра антициклона и раскручивающиеся против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой – в южном (рис. 5. б) [2].



Рис.5. Лини тока (прерывистые линии) и изобары (сплошные линии) в нижних слоях.

Циклоны и антициклоны. Вода в атмосфере.

Циклон или антициклон – это определенная вихревая форма циркуляции атмосферы.

Циклон – это замкнутая изобарическая область с низким давлением в центре и увеличением давления от центра к периферии циклона.

Антициклон – это замкнутая изобарическая область с повышенным давлением в центре и снижением давления от центра к периферии антициклона.

По широтной зоне образования циклоны разделяют на внетропические и тропические, а антициклоны – на внетропические и субтропические.

Циклоны и антициклоны получают название по названию района возникновение или вхождения на территорию региона[3].

---

Диаметр циклона составляет около 1000 км. Глубина внетропических циклонов (то есть давление в центре) колеблется от 950 до 1050 мб. Ветер у поверхности Земли в северном полушарии обращает вихрь против часовой стрелки, так как ветер направлен в сторону низкого давления. Температура в молодых циклонах распределенная неравномерно. По мере развития циклона температура выравнивается. В центральной части циклона наблюдается облачность и осадки. Поэтому обычно в циклонах погода плохая. В центральной части циклона происходит перемещение воздушных масс с запада на восток. Скорость перемещения составляет 30-50 км/ч. В северном полушарии движение воздуха осуществляется против часовой стрелки, в южном полушарии – по часовой стрелкой.

Диаметр антициклона около 2000 км. Давление в центре антициклона составляет 1020-1030 мб, иногда может достигать 1070 мб. В антициклоне ветер в северном полушарии вращает вихрь по часовой стрелке. В центральной части антициклона обычно малооблачная погода. В северном полушарии движение воздуха осуществляется по часовой стрелке, в южном полушарии – против часовой стрелки.

Циклоны и антициклоны разделяют на стационарные (которые перемещаются с скоростью меньшее 5 км/ч), малоподвижные (скорость движения 5-10 км/ч) и подвижные (скорость движения свыше 10 км/ч).

Возникновение, развитие и движение циклонов и антициклонов называют циклонической деятельностью. Она является важным звеном общей циркуляции атмосферы. Известно, что в тропической зоне Земли накапливается огромное количество тепловой энергии, а в полярных областях затрата тепла превышает ее поступление от Солнца. По этой причине, вследствие неравномерного поступления солнечной радиации на земную поверхность и ее поглощения над отдельным районами получаются большие градиенты температуры воздуха. Это вызывает образование фронтов.

Циклоны и антициклоны могут быть фронтальными (получаются на фронтах) и нефронтальными. К нефронтальным циклонам относятся тропические и термические, которые возникают летом над сушей при сильном нагреве воздуха от подстилающей поверхности. Нефронтальные антициклоны чаще образуются зимой над сильно охлажденными континентами.

Внетропические циклоны в большинства случаев являются фронтальными. Внетропические фронтальные антициклоны обычно формируются в холодном воздухе и перемещаются за холодным фронтом в тыл циклонов [5].

---