В первую очередь определяют характер процессов, происходящих в барических образованиях, воздушных массах и атмосферных фронтах: изменение температуры и влажности; углубление или заполнение циклонов и ложбин; разрушение или усиление антициклонов и гребней; размывание или усиление атмосферных гребней.

Вычисленные относительный курс и скорость судна позволяют определить конкретное местоположение судна относительно основных синоптических объектов.

Для определения основных причин, обуславливающих погоду в районе нахождения судна на период составления прогноза погоды, необходимо:

с учетом относительной скорости V_p (рис. 2.2.2) нанести на карту место судна на момент начала и конца действия прогноза (точки К¹₁ и К¹₂);

по синоптической карте определить характер воздушной массы, барического образования или фронта, через который проходит относительный курс судна.

Узловыми моментами в прогнозе синоптического положения являются предвычисление скорости и направления перемещения циклонов и антициклонов, атмосферных фронтов, воздушных масс, а также учет их эволюции (трансформации и регенерации).

Основным приемом для определения направления и скорости перемещения барических систем является прямолинейная экстраполяция (рис. 2.2.3а).

Рис. 2.2.3 Экстраполяция движения циклона: а – прямолинейная, б – криволинейная.

С этой целью сопоставляется последняя карта с картами за предшествующие сроки. Для этого на карту за последний срок наносятся местоположения центра барического образования с предшествующих карт с указанием времени и величины атмосферного давления. Направление перемещения снимается с карты с помощью транспортира, а скорость вычисляется по формуле V_l = S_l/ ΔT_l, где S_l — расстояние в милях, снятое с карты; ΔT_l — промежуток времени в часах (обычно это 6 или 12 ч).

Направление перемещения циклонов и антициклонов обусловливается господствующим в нижнем 3—5-километровом слое атмосферы ветром — так называемом ведущим потоком. Основные закономерности направления движения ведущего потока позволили выявить некоторые прогностические правила:

циклоны перемещаются в направлении падения давления параллельно линии, соединяющей центр области давления в передней части циклона с центром области роста давления в его тыловой части (рис. 2.2.4а). Антициклоны перемещаются в направлении роста давления параллельно линии, соединяющей область роста давления в его тыловой части (рис. 2.2.4б);

Рис. 2.2.4. Направление перемещения барических систем: а – циклона, б – антициклона.

циклон (антициклон), имеющий эллиптическую форму изобар, перемещается в направлении прямой, проходящей между направлением его большой оси и направлением прямой, соединяющей центры областей падения и роста давления. При этом циклон (антициклон) перемещается тем ближе к направлению большей оси, чем сильнее вдоль нее вытянуты изобары;

неоклюдированный циклон движется примерно параллельно изобарам теплого сектора, что то же самое, что и вдоль изотерм, оставляя более низкие температуры слева от направления перемещения. Причем скорость его будет возрастать до тех пор, пока не начнется процесс окклюдирования, т. е. смыкания холодного и теплого фронтов;

циклон (антициклон) движется в том направлении, в котором быстрее всего повышается (понижается) температура в нижнем слое тропосферы.

циклоны перемещаются в направлении изобар теплого сектора. если изобары окклюдирующего циклона имеют эллиптическую форму, то от него часто отделяются частные циклоны, смещающиеся в направлении его продольной оси;

если в обширной области низкого давления располагаются два примерно одинаковых центра, то они имеют тенденцию вращаться против часовой стрелки вокруг центральной точки, расположенной между ними;

если на синоптической карте имеется серия движущихся друг за другом циклонов, то траектория движения каждого следующего циклона будет проходить южнее траектории предыдущего;

начавшееся удаление области падения (роста) от центра циклона или антициклона в переднюю часть барической системы и ослабление этой области являются признаком замедления движения этих барических образований;

если распределение барических тенденций вблизи центра циклона (антициклона) одинаково по всем направлениям, то этот циклон (антициклон) в ближайшее время будет малоподвижным (стационарным);

чем обширнее циклоны и антициклоны, тем медленнее они смещаются; чем больше угол пространственной оси вращения атмосферного вихря, тем быстрее они смещаются (рис. 2.2.5а).

Рис. 2.2.5. Вертикальная и пространственная оси вращения циклона на приземной и высотной картах.

При отсутствии прогностических карт можно использовать эмпирические правила.

Частные циклоны и ложбины перемещаются, огибая центральный циклон по направлению, противоположному ходу часовой стрелки, а два одинаковых по размеру циклона имеют тенденцию перемещаться (вращаться) относительно друг друга в этом же направлении. Антициклоны в аналогичных случаях перемещаются, вращаясь относительно друг друга по направлению хода часовой стрелки.

При преобладающем движении циклонов, с запада на восток, каждый следующий циклон данной серии перемещается южнее предыдущего.

Небольшие подвижные антициклоны перемещаются примерно с той же скоростью, с какой движутся находящиеся впереди них циклоны.

После окклюдирования циклона его траектория несколько отклоняется влево от траектории, которая была в предшествующий отрезок времени. При этом скорость его резко уменьшается.

Начавшееся отделение области падения давления от центра циклона или области роста давления от центра антициклона является признаком замедления его перемещения.

Высокие (холодные) циклоны и высокие (теплые) антициклоны в последней стадии своей жизни малоподвижны.

Применимы и следующие положения.

По мере развития барических образований происходит постепенное сближение их центров (и осей) на высотах с центрами (и осями) у поверхности Земли. При этом барические образованияна том или другом уровне будут перемещаться в том же направлении и с той же скоростью, что и у поверхности Земли, а расстояние между центрами должно сохраняться примерно таким же, каким оно было в исходный срок.

Если барическое образование на высотах не отражено у поверхности Земли, тогда для прогноза перемещения этих образований применяются вспомогательные приемы: экстраполяции, изаллогипс; учитывается структура высотного барического поля.

Циклон (антициклон) перемещается в сторону падения (роста) геопотенциальных высот данной изобарической поверхности, отклоняясь несколько в сторону своей большой оси.

Скорость перемещения небольших циклонов и антициклонов примерно одинакова со скоростью находящихся в их передней части изаллобарических областей. Значительное отделение центра области понижения (повышения) геопотенциала от центра циклона (антициклона) является признаком уменьшения скорости барического образования и его стационирования.

Наличие изаллобарической пары в непосредственной близости от центра циклона (антициклона) является достаточно надежным признаком подвижности барического образования. Скорость перемещения образования тем больше, чем больше интенсивность изаллобарических областей и чем меньше градиент геопотенциала в них.

Небольшие ложбины и гребни перемещаются по направлению основного потока на том же уровне, т. е. по направлению изогипс. Глубокие ложбины и хорошо развитые гребни в большинстве случаев также перемещаются, следуя основному потоку. Но возможны исключения.

Не менее важное значение имеет прогноз эволюции циклонов и антициклонов. Углубление или заполнение циклонов, усиление или ослабление антициклонов выявляется по барическим тенденциям в их центрах:

циклоны углубляются (заполняются), если в его центрах наблюдаются отрицательные (положительные) тенденции;

антициклоны усиливаются (ослабевают), если в его центрах наблюдаются положительные (отрицательные) тенденции;

близкие к нулевым тенденции в центре барических систем свидетельствуют о том, что давление существенно изменяться не будет;

барическая ложбина углубляется (заполняется), если нулевая изаллобара (линия равных тенденций) проходит позади (впереди) оси ложбины;

барический гребень усиливается (ослабевает), если нулевая изаллобара проходит позади (спереди) оси гребня;

при отрицательных (положительных) барических тенденциях в центре циклонов (антициклонов) продолжительность их углубления (усиления) будет тем больше, чем дальше в тылу от их центров проходит нулевая изаллобара;

смещение области максимального падения (роста) давления от центральной части циклона (антициклона) на его периферии свидетельствует о быстром заполнении циклона и ослаблении антициклона;

в местах разрежения изогипс на карте OT_500/1000 (давление падает) циклоны углубляются, а антициклоны разрушаются. В местах сгущения изогипс — картина обратная. При смещении пространственной оси вращения высотного циклона в районы, занятые на карте ОТ_500/1000 холодом, циклон будет углубляться (регенерировать), а в районы, занятые теплом,—заполняться (рис. 2.2.5б);

углубление циклонов и усиление антициклонов обычно прекращается после их превращения в высокие образования;

циклон начинает заполняться, когда его пространственная ось становится квазивертикальной, а температурная асимметрия уменьшается, происходит смыкание теплого и холодного фронтов и удаление точки окклюзии на периферию.

чем больше длина фронтальной волны (более 1000 км), тем вероятнее, что волна неустойчива и, следовательно, циклон с которым она связана, будет углубляться;

неокклюдированный циклон углубляется тем сильнее, чем быстрее холодный фронт приближается к теплому. После окклюдирования циклон обычно начинает заполняться.

Направление и скорость перемещения атмосферных фронтов определяются элементами движения воздушных потоков. Практика показала, что перемещение фронтов определяется ветром в холодном воздухе. Установлено, что скорость перемещения фронтов несколько меньше скорости геострофического ветра, вычисленной по изобарам на уровне моря. Теплые фронты движутся со скоростью 0,6—0,8 от скорости геострофического ветра, а холодные — от 0,7 до 0,9 ее величины. О перемещении фронтов судят и по характеру поля давления вблизи фронтов:

1) фронт, расположенный параллельно изобарам, будет малоподвижным;

2) если ложбина, с которой связан фронт, глубокая, угол между изобарами и фронтом невелик, то фронт будет перемещаться медленно;

3) если угол между изобарами и фронтом близок к прямому, фронт будет перемещаться быстро, при этом чем больше барический градиент, т. е. чем гуще расположены изобары, тем быстрее перемещается фронт.

О скорости и направлении перемещения атмосферных фронтов можно судить по барическим тенденциям, т. е. по характеру изменения давления по обе стороны от фронтов: все фронты движутся в направлении от положительных к отрицательным барическим тенденциям; если по обе стороны от фронта наблюдаются положительные тенденции, то фронт движется от больших значений тенденций к меньшим. Если же по обе стороны от фронта давление падает, то фронт перемещается в сторону максимальных отрицательных тенденций.

Приближенно скорость движения фронта можно вычислить, сложив барические тенденции на двух соседних станциях, расположенных по обе стороны от фронта на расстоянии приблизительно 150 миль от него. Половина полученной суммы дает приближенную скорость движения фронта в узлах.

Составив прогноз синоптического положения, приступают к прогнозу погодных условий в месте положения судна.

Прогноз элементов погоды. Итак, погода в районе плавания судна зависит от его положения относительно барических образований, атмосферных фронтов и типа воздушных масс. Если место судна находится внутри однородной воздушной массы, вдали от атмосферных фронтов, то каких-либо существенных изменений погоды ожидать не следует. В большинстве случаев изменение погоды наступает тогда, когда к месту судна приходит воздушная масса другого происхождения, с другими свойствами, чем воздушная масса, находящаяся над ним. Другими словами, изменение погоды происходит при приближении и прохождении через место положения судна какого-либо атмосферного фронта.

Таким образом, идея прогноза погоды заключается в предположении, что с перемещением воздушных масс, барических систем и атмосферных фронтов переносятся с некоторыми изменениями и свойственные им погодные условия. Изменение начальных свойств в воздушных массах происходит вследствие трансформации воздушных масс и эволюции барических систем и фронтов; местных (орографических, например) условий и суточного хода метеорологических элементов.

Обычно начинают прогноз погодных условий с предвычисления направления и скорости ветра. Направление ветра определяется по расположению изобар на прогностических картах с учетом отклонения на угол 15 ° в сторону низкого давления (рис. 2.2.6), причем указывается предполагаемая четверть горизонта. Так, если в прогнозе указывается: ветер юго-западной четверти, то это означает, что в течение срока действия прогноза ожидается ветер от SSW до WSW направлений. Сила ветра указывается в баллах по 12-балльной шкале, принятой в судовождении, при этом ветер до 5 баллов и свыше 8 баллов имеет диапазон 2 балла (2—4 балла, 10—12 баллов и т. д.), а при силе ветра 5—8 баллов диапазон уменьшается до 1 балла.

Рис. 2.2.6. Прогноз направления ветра

При прогнозе скорости ветра необходимо учитывать следующее:

ветер усиливается при углублении циклона, в зоне которого будет находиться судно в срок действия прогноза;

в момент прохождения фронтов ветер усиливается, а в районе холодного фронта он носит шквалистый характер;

в тыловой части циклона наблюдаются частые усиления ветра в момент выпадения осадков типа зарядов;

реальный ветер может быть больше расчетного, если в тылу циклона происходит смена циклонической кривизны изобар на антициклонические;

при большом контрасте температур воздуха в соприкасающихся воздушных массах ветер всегда сильнее расчетного;

ветер нередко усиливается на границе раздела суши и моря, т. е. в прибрежной зоне.

Рис. 2.2.7. Градиентная линейка.

Наиболее удобно, быстро и надежно определяется скорость геострофического ветра по приземному барическому полю с помощью градиентной линейки (рис. 2.2.7). В настоящее время градиентная линейка приводится на большинстве приземных факсимильных картах погоды. Геострофический ветер с помощью градиентной линейки определяется следующим образом:

1) определяют барический градиент, измеряя расстояние между соседними изобарами (по нормали к ним) в искомой точке, и выражают его в градусах меридиана;

2) значение барического градиента находят на оси абсцисс градиентной линейки;

3) из найденной точки восстанавливают перпендикуляр до пересечения с наклонной линией соответствующей широты места (наклонные жирные линии на рис. 2.2.7), для которого определяют скорость геострофического ветра;

4) из точки пересечения проводят прямую линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с осью ординат, на которой снимают искомое значение скорости геострофического ветра.

Реальный ветер будет меньше вычисленного геострофического, поэтому для вычисления действительного ветра вблизи поверхности моря скорость геострофического ветра умножают на коэффициент, учитывающий стратификацию приводного слоя атмосферы. Для холодной части года (независимо от разности температур) коэффициент принимается равным 0,6, а для теплой - 0,8.

На основании прогноза ветра составляют прогноз волнения, так как между ними существует хорошо выраженная зависимость. Высота волн зависит от продолжительности и силы ветра, его устойчивости по направлению и от пути, проходимого ветром над водной поверхностью (его называют разгоном).

Степень волнения оценивают по 9-балльной шкале, в основу которой положены высота хорошо выраженных сил, имеющих 5%-ную обеспеченность.

При прогнозе степени волнения руководствуются следующими указаниями. При ветре от 5 до 8 баллов и сохранении его по направлению больше 12 ч и разгоне больше 300 миль балл степени волнения обычно соответствует баллу ветра. При силе ветра до 5 баллов балл волнения уменьшается на 2 единицы относительно балла ветра. При разгоне менее 300 миль балл волнения меньше балла ветра на 2—3 единицы. Если в течение срока действия прогноза ожидается резкое ослабление ветра, то необходимо предусмотреть образование зыби. Появление зыби возможно также из других районов океана, где наблюдаются сильные продолжительные ветры.

Иногда для определения степени волнения и высоты волн используют специальную номограмму (рис. 2.2.8).

Рис. 2.2.8. Номограмма для определения элементов волнения. 1 – для широт более 40; 2 – для широт менее 40.