Динамика моря и Условия судоходства

Условия плавания:
гидрометеорологические и навигационные.
Гидрометеорологические факторы:
параметры ветров, волн, течений, приливов,
ледовой обстановки, туманов и др.
Навигационные факторы:
характеристика навигационных опасностей
и обеспечения водных путей СНО.

Наиболее крупные атмосферные
вихри – циклоны и антициклоны

Ветер южный,
три балла.
Ветер северо-восточный, шесть баллов. Это уже шторм.
Циклон. Давление воздуха в центре ниже, чем по краям. Ветер закручивается к середине.
Антициклон. В центре высокое давление, по краям — меньше. Погода: ясная, морозная — зимой; сухая, жаркая — летом.
Н
КАРТА ПОГОДЫ

Давления воздуха в Азиатско-Тихоокеанском регионе

Шкала Бофорта для определения силы ветра

Сила ветра у земной поверхности по шкале Бофорта ВМО (на стандартной высоте 10 м над открытой ровной поверхностью) с эквивалентами средней (за 10 мин) скорости (м/с) ветра, адаптированными к показаниям современных анемометров: динамометрического М-27С (флюгеров Вильда); чашечного М-12; винтового М-63М1 (или по прогнозу погоды)

Характеристика ветров в Японском море

Тропические циклоны зарождаются в штилевой зоне над океанами (преимущественно между широтами 5-20° обоих полушарий).
Наиболее сильные шторма являются следствием тропических циклонов.
Штормовые условия
При плавании в шторм ухудшается мореходность судна и затрудняется управление им. Возможные явления: морская болезнь, резонансная бортовая качка, килевая качка, слеминг, брочинг, заливание палубы, смещение груза, потеря остойчивости, срыв люковых закрытий и заливание трюмов, перелом корпуса, разнос и остановка двигателей, обледенение.
В случаях сомнения в благополучном преодолении штормовой зоны следует заранее укрыться от шторма.
При попадании в шторм следует снизить скорость и следовать курсом против волнения.
Самыми бурными в Мировом океане являются южные широты, так называемые "ревущие сороковые" и "бешеные пятидесятые".
Особыми условиями плавания считаются такие, которые резко отличаются от обычных характером гидрометеорологической или навигационно-географической обстановки: плавание в ограниченную видимость, во льдах, в штормовых условиях

Тропические циклоны

Схема строения тропическогоурагана

Ураган Эндрю (1992 г.)

Пути
тропических
циклонов
Кинетической энергии среднего урагана соответствует энергия примерно тысячи атомных бомб, подобных сброшенной на Нагасаки.
Основным источником этой энергии является освобождение теплоты при конденсации водяного пара!

Примеры тропических циклонов
- Ураган 1737 года в дельте Ганга. Штормовая волна с Бенгальского залива достигла двенадцатиметровой высоты. В этот день погибли примерно 300 тыс. чел., было уничтожено более 12 тыс. судов и лодок.
- «Великий ураган» 1780 года на Антильских островах. Погибло более 20 тыс. чел. Застал врасплох английский и французский флоты. У одних только французов погибло 40 судов, на которых, кроме экипажей, находилось несколько тысяч солдат.
- Ураган 1900 года, погубивший в Галвестоне (США) 6 тыс. человек.
Смерчи (торнадо)
Диаметр столба - несколько десятков метров. Движение воздуха и вовлекаемых в него предметов - круговое, со скоростью до 70 м/с и больше. Одновременно воздух в смерче увлекается вверх, к основанию кучево-дождевого облака.

Опрокидывание у причала в результате тайфуна

«Падающие ветры» - прибрежные ветры в предгорных районах некоторых морей. Эти ветры в различных местностях называются по-разному: фен, бора, мистраль.
Скорость падающих ветров достигает у поверхности моря 40 - 60 м/с. Они опасны для прибрежного судоходства, работы портов, стоянки судов на рейде и у причалов.
В Новороссийске в среднем 69 дней в году бывает с борой с максимумом в октябре. Продолжительность боры составляет 1 — 3 суток, иногда до недели. Во время боры в порту практически прекращаются все работы.
Примеры боры в Новороссийском порту :
- в 1963 году два крупных сухогруза были сорваны с якорей и выброшены на берег;
- в 1970 году танкер длиной 170 метров при съемке с якоря был выброшен мель.
- в 1976 году утонули три научно-исследовательских судна и погибли три человека.
Траектории частиц холодного воздуха при боре
1 — при скорости ветра над хребтом 20 м/с; 2 — то же 25 м/с; 3 — то же 30 м/с

сухогруз «Barcelona» на пляже дома отдыха
в Новороссийске

Морские волны
Поверхностный прибой возникает тогда, когда при подходе волны к берегу глубина плавно уменьшается. Высота волны начинает резко возрастать: фронт волны становится крутым, а тыловая часть — пологой. В результате гребень волны заостряется и опрокидывается.
Типы волн
- по природе: ветровые; свободные («мёртвая зыбь», сейша); сейсмические (цунами); прибойные; внутренние; аномальные; корабельные; отражённые.
- по структуре: регулярные (зыбь); нерегулярные; групповые (пакеты).

ПРИБОЙНАЯ ВОЛНА

Шкала для определения характера волнения

Ненормальные волны
Если ветер и течение встречные, образуются крутые волны с пенящимися гребнями, которые непрерывно обрушиваются, создавая впечатление кипящей воды («белая вода»). При перепаде глубин могут возникать сложные явления.
Примеры:
- На юго-востоке побережья Африки зыбь с «ревущих сороковых» широт сталкивается с Агульясовым течением. Здесь встречаются одиночные крутые волны высотой до 25 м с глубокой впадиной перед гребнем («волны – убийцы»);
На Великих озёрах встречаются группы аномальных волн, явившихся причиной гибели нескольких крупных рудовозов («три сестры»).
Изменение высоты волн в зависимости от скорости встречного течения

Barge Millicoma, in ballast, under tow by tug Howard Olsen, aground on infamous Columbia River Bar -- in severe weather
Такое явление встречается в устьях рек. В этом случае высота длинных пологих волн, приходящих с моря, при входе в устье реки увеличивается, волны становятся круче и представляют опасность для плавания.

Первый в мире крупнотоннажный танкер «Уорлд Глори» построен в США в 1954 году. В июне 1968 года в сильный шторм у юго-восточного побережья Африки танкер маневрировал со скоростью до 5 узлов, удерживаясь против ветра и волн, которые, перекатывались через нос танкера.
Гигантский вал высотой около 20 метров приподнял нагруженный танкер над водой. В какое-то мгновение нос и корма остались без опоры; корпус судна перегнулся и верхняя палуба дала трещину. Через короткий промежуток времени на танкер накатился еще один вал, резко задрав нос судна кверху. У судна, уже имеющего трещину по палубе, переломилось днище. Половины танкера стали расходиться, и из них в океан полилось содержимое танков. Начался пожар, но волны залили пламя.
22 человека из экипажа танкера погибли вместе с судном; 10 моряков были спасены.
В мае 1973 года в этом же районе потерпел крушение английский рефрижератор «Бенкруачан» (12092 рег. т). Судно следовало в полном грузу. Аномальная волна высотой около 14 метров ударила по корпусу, приподняла его и переломила днище в районе первого трюма. Носовая часть отогнулась и ушла под воду. К счастью, судно осталось на плаву и было отбуксировано в Дурбан.
В августе того же года в 150 милях от Дурбана подобная авария произошла с контейнеровозом «Нептун сапфир» (более 14 000 рег. т). При северо-восточном ветре скоростью около 20 м/с судно подверглось удару огромной волны. «Нептун сапфир» переломился на две части. Носовая часть затонула, а оставшаяся на плаву кормовая часть судна была отбуксирована в Ист-Лондон.
Волны - убийцы

Смещение палубного груза вызвало опасный крен лесовоза
Танкер «Amoco Cadiz» 1978 год

Одноузловая (а) и двухузловая (б) сейши
Сейша – свободные колебания воды между берегами. Причиной сейш обычно является ветер и нагон-сгон воды. Перепад уровня воды вследствие сейши может достигать 1 м и более. Период сейш – от нескольких минут до суток.
В узлах сейши происходят горизонтальные перемещения воды, от которых при больших периодах сейш (T>0,5 часа) иногда возникают сильные, быстро меняющие свое направление течения, которые отрицательно влияют на управляемость судов, входящих в порт или выходящих из него.
Сейши вызывают внезапные подвижки судов, стоящих у причалов или на якорях в защищенных бухтах. Это явление называется тягун. Тягун может вызвать обрыв швартовов, якорей, выброс судна на берег, удары о причал, разрушение причальных и оградительных сооружений.
Тягун может быть вызван резонансом сейши и длинных волн на внешней акватории.
Перегрузочные операции во время тягуна прекращаются.

Схема образования сулоя:
при встречных течениях (а); над подводным препятствием (б)
Сулой или суводь, водоворот, встречное течение, толчея.
Наибольших размеров достигают сулои в мелководных районах с сильными реверсивными течениями.
Известны сулои около мыса Святой Нос в Белом море; в Норвежских шхерах; в проливах между Курильскими островами, Сингапурском и др.
Сулой весьма опасен для мореплавания. Даже крупные суда, проходя через сулой, испытывают неприятную беспорядочную качку, сбиваются с курса. Высокая волна может повредить палубные устройства, сорвать с креплений палубные грузы.

Вертикальное изменение температуры t, солености S и плотности а воды
Устойчивый слой скачка плотности толщиной в несколько метров образует как бы поверхность, разделяющую менее плотную и более плотную водные массы. Эта поверхность может колебаться: возникают внутренние волны.
«Мёртвая вода»
Суда с малым ходом, попав в «мертвую воду», внезапно теряют ход, сбиваются с курса и перестают слушаться руля. И, наоборот, при выходе из «мертвой воды» суда быстро набирают ход.
За кормой сильно увеличиваются поперечные волны, впереди судна появляется огромная волна, которую судно вынуждено толкать. Возникают почти такие же волновые движения, как и при следовании судна по мелководью.

Внутренние волны движутся вверх по устью реки. Следы их видны на поверхности воды в виде гладких полос над подошвами. Период этих волн около 10–20 минут.
Внутренние волны встречаются повсеместно вблизи устьев крупных рек: Амазонки, Миссисипи, Лены, Енисея и др. Но особенно часто оно наблюдается в норвежских фиордах, в Арктике в штилевую весеннюю погоду при ледотаянии, когда
Образование «мертвой воды»:
1 - траектории течения; 2 — поверхность раздела (внутренней волны)
относительно тонкий слой почти пресной воды располагается над высокосоленой и плотной морской водой.

В проливе Дарданеллы нефтерудовоз «Маршал Жуков» дедвейтом 102500 т, длиной 245 и осадкой почти 15 метров в 1981 году в течение почти 4 суток не мог преодолеть пролив. При входе в него со стороны Эгейского моря скорость судна уменьшилась до 0,7 — 0,9 узла, оно почти перестало слушаться руля. При этом появились все признаки плавания на мелкой воде (хотя под килем была глубина 40 — 70 м) : значительно сократилась килевая струя, появились «усы» — волны, расходящиеся от носовой части судна, образовались носовая и кормовая поперечные волны. Судно разворачивало поперек пролива. Лишь на четвертые сутки, когда было получено разрешение форсировать двигатель до максимальной мощности, судно прорвалось через пролив, хотя временами его скорость падала до 1 узла и менее.
Причина:
в верхнем слое (толщиной 15 – 20 м) более легкие черноморские воды следуют на юг, в придонном слое тяжелые воды Эгейского моря текут на север. Глубина, на которой находится слой скачка плотности воды, приближается к осадке крупных судов. В то время, когда «Маршал Жуков» безуспешно «штурмовал» пролив, танкер «Сплит» осадкой 10 метров беспрепятственно прошел его. С помощью эхолота на нем определили глубину скачка плотности воды: 15 м.

При значительных скоростях течений внутренние волны разрушаются и образуется так называемый внутренний прибой.
Внутренний прибой происходит из за нарушения устойчивости границы раздела плотности воды, когда на ней велика разность скоростей течений. Это явление может происходить в узких проливах. Когда течения имеют разные скорости и направления, граница раздела скручивается в вихри. В узких проливах внутренний прибой бывает заметен и на поверхности.
В Мессинском проливе существует ярко выраженный слой скачка плотности между тяжелой водой Ионического моря и расположенной над ней легкой водой Тирренского моря. В результате может образоваться внутренняя прибойная волна высотой до 60 м. В узкой части пролива вихревое движение достигает поверхности и вызывает сильную толчею и водовороты, названные Сциллой и Харибдой. Эти водовороты известны из «Одиссеи» Гомера.
После землетрясения 1783 года скалы вблизи местечка Сцилла погрузились в море, пролив стал шире и водоворот в этом месте значительно ослабел. Теперь Сцилла и Харибда не представляют опасности для судоходства.

Цунами

При приближении к берегу волна цунами тормозится, одновременно увеличивается ее высота. В результате на берег накатывается волна высотой до 30 м и более.

Цунами
Это волны, образованные земле-трясениями или извержениями подводных вулканов.
Последовательное (через 1 час) положение фронта волны Чилийского цунами в 1960 году
Параметры цунами:

Плавание во льдах
Около 45% аварийных случаев во льдах происходит из-за навалов на кромки каналов и ударов об отдельные крупные обломки льдин.
Около 20% аварий - во время буксировки судов вплотную.
Плавание в сплошном льду толщиной более 50 см совершается обычно под проводкой ледоколов.
Основой стратегии плавания в арктических морях является анализ перемещения ледяных массивов и выбор путей (с помощью ледовой разведки), наиболее свободных от сплоченного льда.
Реальной опасностью плавания в высоких широтах является возможность сжатия судна тяжелыми паковыми льдами.
Северный морской путь проходит по морям Сев. Ледовитого океана (Баренцево, Карское, Лаптевых, Вост.-Сибирское, Чукотское и Берингово).
Он соединяет европейские и дальневосточные порты, а также устья сибирских рек в единую общероссийскую транспортную систему.
Наиболее трудные условия плавания складываются в районах больших скоплений тяжёлых льдов, которые до конца не разрушаются даже в самые тёплые месяцы (Таймырский и Лионский ледовые массивы).
Айсберги. Длина айсбергов может достигать нескольких миль, а высота некоторых из них достигает свыше сотни метров.

Морской лёд по своему положению и подвижности разделяется на 3 типа:
- припай — неподвижный, примёрзший к берегу лёд;
- плавучие (дрейфующие) льды;
- паковые льды (пак) — многолетние льды толщиной 3—5 м.
Сплочённость льда оценивается в баллах —
от 0 (чистая вода)
до 10 (сплошной лёд).
декабрь

февраль

Обледенение

Плавание в ограниченную видимость
При плавании в ограниченную видимость количество посадок кораблей на мель или касания грунта в пять раз больше, чем в нормальную видимость.
Количество столкновений больше в несколько раз.
Апвеллинг - явление подъема глубинных морских вод на поверхность. Поверхностная вода уходит, и ее место занимает обычно более холодная глубинная вода. В зоне апвеллинга с глубины поступают соли, богатые соединениями азота и фосфора, необходимые для роста планктона. Здесь всегда много рыбы и рыболовных судов.
Апвеллинг влияет на гидро­метеорологические условия. Образуются трудно прогнозируемые сильные течения, сносящие суда с курса. Возникают туманы, резко ухудшающие видимость. При этом возрастает опасность столкновения судов.

Самый большой океанический прилив (18 м) - в заливе Фанди, на восточном побережье Северной Америки (в Канаде).
В морях России прилив также значителен:
3,5 метра на Баренцевом море в районе Мурманска;
7,5 метра в Лумбовском заливе Белого моря;
13 метров у м. Астрономический в Пенжинской губе Охотского моря.
Периодические приливы и отливы
Приливно-отливные колебания уровня воды в разных портах мира

Сгонно-нагонные колебания уровня моря. Они вызываются: движением воды в результате трения между ветром и поверхностью моря; движением циклонов; сейшами.
Наиболее велики ветровые колебания уровня воды в мелководных морях.
Примеры штормовых нагонов:
- наводнения в Санкт-Петербурге (уровень воды поднимался до 5 метров);
- наводнения у берегов Мексиканского залива. В 1900 году ветер скоростью до 60 м/с вызвал повышение уровня моря на 4,5 метра более обычного уровня прилива. На город Галвестон двинулись штормовые волны высотой до 8 метров, и он был стерт с лица земли, погибло до 5000 человек;
- нагоны и сгоны воды в Азовском, Каспийском морях (до 2-3 м).
Приливами обусловлены многие очень сильные течения в прибрежной зоне, поэтому для безопасной навигации морякам необходимо пользоваться специальными таблицами течений.

Постоянные течения
Еще недавно самым большим из морских течений считался ГОЛЬФСТРИМ, который вместе со своим продолжением - Северо-Атлантическим течением несет теплые субэкваториальные воды к берегам северной Европы, и в частности, к Кольскому полуострову, значительно утепляя его и всю северную Европу. Течение получило меткое название "печка Европы". Благодаря Гольфстриму побережье Европы значительно теплее, чем на тех же широтах в Северной Америке, от которой он отклоняется.
Самым большим океанским течением является АНТАРКТИЧЕСКОЕ ЦИРКУМПОЛЯРНОЕ, то есть вокругантарктическое течение.
Длина его превышает 30 тысяч км, при ширине - 1000 км.
Скорость течения составляет около 2 уз.
Самое быстрое течение - НАКВАТО РАПИДС у берегов Канадской провинции Британская Колумбия в Тихом океане.
Его скорость - 16 уз.

Карта течений

На песчаных побережьях в результате волновой деятельности сформировались низкие барьерные острова, вытянутые вдоль берега. Такие формы встречаются у южного и юго-восточного берегов США.

Шхеры

Лоция (от голландского loodsen — вести корабль),
1) раздел судовождения, занимающийся изучением водных бассейнов с точки зрения условий плавания по ним;
2) название пособий, содержащих подробное описание навигационных особенностей (берегов, рельефа дна, систем навигационного оборудования, гидрологических и метеорологических условий и т.п.). Лоция служит руководством для плавания в описываемом бассейне. Лоции издаются правительственными гидрографическими учреждениями разных стран.