Метеорологические факторы

Ветровой режим. Ветровая характеристика района строительства является основным фактором, определяющим местоположение порта по отношению к городу, районирование и зонирование его территории, взаимное расположение причалов различного технологического назначения. Являясь главным волнообразующим фактором режимные характеристики ветра определяют конфигурацию берегового причального фронта, компоновку акватории порта и внешних оградительных сооружений, трассирование водных подходов к порту.

Как метеорологическое явление ветер характеризуется направлением, скоростью, пространственным распределением (разгоном) и продолжительностью действия.

Направление ветра для целей портостроения и судоходства обычно рассматривают по 8-ми основным румбам.

Скорость ветра измеряется на высоте 10 м над поверхностью воды или суши с осреднением за 10 минут и выражается в метрах в секунду или узлах (knots, 1 узел=1 миля/час=0.514 метров/секунду).

В случае невозможности выполнения указанных требований результаты наблюдений над ветром могут быть откорректированы путем введения соответствующий поправок.

Под разгоном понимают расстояние, в пределах которого направление ветра изменялось не более чем на 30⁰.

Продолжительность действия ветра - период времени, в течение которого направление и скорость ветра находились в пределах определенного интервала.

Основными вероятностными (режимными) характеристиками ветрового потока, используемыми при проектировании морских и речных портов являются:

• повторяемость направлений и градаций скоростей ветра;
• обеспеченность скоростей ветра определенных направлений;
• расчетные скорости ветра, соответствующие заданным периодам повторяемости.

Повторяемость направлений и градаций скоростей ветра рассчитывают по формуле на основе данных наблюдений за длительный (не менее 25 лет) период. При этом исходные данные группируют по 8-ми направлениям и градациям скоростей ветра (обычно через 5 м/с). К одному типу все наблюдения над ветром, при которых направление совпадает с каким-либо из основных румбов или отличается от него не более чем на 22.5⁰. Результаты расчетов сводят в таблицы повторяемости направлений и градаций скоростей ветра (табл.5.2.1), дополненные данными о максимальных скоростях ветра и повторяемостях штилевых ситуаций. Полученные данные являются основой для построения полярной диаграммы - розы повторяемости направлений и градаций скоростей ветра (рис.5.2.1).

Построение розы повторяемости направлений и градаций скоростей ветра выполняют следующим образом. По каждому направлению от центра откладывают векторы повторяемости наименьшей из градаций скоростей ветра. Концы векторов данной градации соединяют линиями, а затем откладывают векторы следующей градации скорости ветра, также соединяя их концы линиями и т.д. В случае отсутствия значения повторяемости в какой-либо из градаций, концы векторов соседних направлений соединяют с последним значением повторяемости данного направления.

Повторяемость, P(V), %, направлений и градаций скоростей ветра

Напр. V, м./с	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	Штиль	Сумма
>20	-	-	0.04	0.10	-	-	-	0.01	-	0.15
14-19	0.21	0.04	1.25	2.23	0.15	0.03	0.01	0.49	-	4.41
9-13	1.81	0.52	6.65	6.84	0.55	0.07	0.26	2.21	-	18.91
4-8	5.86	4.56	12.88	3.32	3.13	3.24	1.50	5.56	-	46.05
1-3	3.89	2.32	3.21	3.31	1.92	2.25	1.55	2.27	-	20.72
Штиль	-	-	-	-	-	-	-	-	9.76	9.76
Сумма	11.77	7.44	24.03	21.80	5.75	5.59	3.32	10.54	9.76	100.00
Макс.									-	-

 

 

Рис.5.2.1. Роза повторяемости направлений и градаций скоростей ветра (а) и максимальных скоростей (б)

По всей совокупности данных наблюдений над ветром также можно определить количество и среднюю непрерывную продолжительность ситуаций, в течение которых скорость ветра была равна или превышала некоторое фиксированное значение (напр. > 5; >10; > 15 м/с и т.д.).

Температура воды и воздуха. При проектировании, строительстве и эксплуатации портов используют сведения о температуре воздуха и воды в пределах их изменения, а также вероятности экстремальных значений. В соответствии с данными о температуре определяются сроки замерзания и вскрытия бассейнов, устанавливается длительность и рабочий период навигации, планируется работа порта и флота. Статистическая обработка многолетних данных о температуре воды и воздуха предусматривает следующие этапы:

 

Влажность воздуха. Влажность воздуха определяется содержанием в нем водяных паров. Абсолютная влажность - количество водяного пара в воздухе, относительная - отношение абсолютной влажности к ее предельному значению при данной температуре.

Водяной пар поступает в атмосферу в процессе испарения с земной поверхности. В атмосфере водяной пар переносится упорядоченными воздушными течениями и путем турбулентного перемешивания. Под влиянием охлаждения водяной пар в атмосфере конденсируется – образуются облака, а затем и осадки, выпадающие на землю.

С поверхности океанов (361 млн. км² ) в течение года испаряется слой воды толщиной 1423 мм (или 5,14х10¹⁴ т), с поверхности материков (149 млн. км²) – 423 мм (или 0,63х10¹⁴ т). Количество осадков на материках значительно превышает испарение. Это означает, что значительная масса водяного пара поступает на материки с океанов и морей. С другой стороны, не испарившаяся на материках вода поступает в реки и далее моря и океаны.

Сведения о влажности воздуха учитывают планировании перегрузки и хранения некоторых видов грузов (напр. чай, табак).

Туманы. Возникновение тумана обусловлено превращением паров в мельчайшие водяные капельки при увеличении влажности воздуха. Образование капелек происходит в случае наличия в воздухе мельчайших частиц (пыль, частицы соли, продукты сгорания и т.п.).

Туманом называют совокупность взвешенных в воздухе капель воды или кристаллов льда, ухудшающих дальность видимости до значений менее 1 км. При видимости до 10 км эта совокупность взвешенных капель или кристаллов льда носит название дымки. Наряду с понятием дымки существует понятие мглы, ухудшающей видимость за счет взвешенных в воздухе твердых частиц. В отличие тумана и дымки влажность воздуха в период мглы значительно меньше 100 %.

В зависимости от дальности видимости различают следующие виды тумана и дымки:

• сильный туман (<50 м);
• умеренный туман (50-500 м);
• слабый туман (500-1000 м);
• сильная дымка (1-2 км);
• умеренная дымка (2-4 км);
• слабая дымка (4-10 км).

Туманы оказывают существенное влияние на судоходство и эксплуатацию портов. На реках туманы, как правило, кратковременны и рассеиваются в течение суток. На побережьях морей продолжительность туманов может достигать 2-3 недель. В некоторых портах Балтийского, Черноморского и Дальневосточного бассейнов в году наблюдается до 60-80 дней с туманами. Основными сведениями для портостроения являются среднее и максимальное число дней с туманами, а также периоды времени, в течение которых они наблюдаются.

 

Осадки. Капли воды и кристаллы льда, выпадающие из атмосферы на земную поверхность, называются осадками. Количество осадков измеряют толщиной слоя жидкой воды, который мог бы образоваться после выпадения осадков на горизонтальную непроницаемую поверхность. Интенсивность осадков – количество (мм) за единицу времени.

В соответствии с формой различают следующие виды осадков:

• морось – однородные осадки, состоящие из мелких (капель радиусом менее 0,25 мм), не имеющих выраженного направленного движения; скорость падения мороси в неподвижном воздухе не превышает 0,3 м/с;
• дождь – жидкие водяные осадки, состоящие из капель размером более 0,25 мм (до 2,5-3,2 мм); скорость падения капель дождя достигает 8-10 м/с;
• снег – твердые кристаллические осадки размером до 4-5 мм;
• мокрый снег – осадки в виде тающих снежинок;
• крупа – осадки из ледяных и сильно обзерненных снежинок радиусом до 7,5 мм;
• град – частицы округлой формы с ледяными прослойками различной плотности, радиус частиц обычно составляет 1-25 мм, отмечены случаи выпадения градин радиусами более 15 см.

Осадки характеризуются количеством (среднегодовой толщиной слоя воды в мм), суммарным, средним и максимальным числом дней в году с дождем, снегом или градом, а также периодами их выпадения. Определяющее значение эти сведения имеют при проектировании и эксплуатации причалов для переработки грузов боящихся влаги, а также для правильного расположения дренажных и ливневых коммуникаций, предохраняющих территорию порта от затопления. В некоторых портах среднегодовое количество осадков (в мм) составляет: Батуми - 2460; Калининград - 700; Санкт-Петербург - 470; Одесса - 310; Баку - 240.

 

Смерчи – вихри, в которых воздух вращается со скоростью до 100 м/с и более. Диаметр смерча на водной поверхности составляет 50-200 м, видимая высота – 800-1500 м. В связи с влиянием центробежной силы давление воздуха в смерче значительно понижается. Это обуславливает развитие всасывающей силы. Проходя над водной поверхностью смерчи всасывают значительные массы воды.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Дайте определение естественного режима морских или речных бассейнов.
2. Перечислите основные метеорологические факторы.
3. Какими параметрами характеризуется ветер как метеорологическое явление?
4. Дайте определение понятия "разгон ветра";.
5. Какова зависимость между скоростью ветра и его разгоном?
6. Перечислите вероятностные характеристики ветрового потока.
7. Как рассчитывается повторяемость направлений и градаций скоростей ветра?
8. Как рассчитать обеспеченность скоростей ветра заданного направления?
9. Дайте определение понятия "расчетная скорость ветра";
10. Для каких целей используются сведения о температуре воды и воздуха, влажности, туманах, осадках?