Файл: Абузяров З.К. Морские гидрологические информации и прогнозы учеб. для гидрометеорол. техникумов.pdf

где Н — глубина наибольшего конвективного или ветрового переме­ шивания.

Метод Ю . П. Доронина и А. В. Сметанниковой для краткосроч­ ного прогноза ледообразования и нарастания льда основан на из­ вестном положении о преобладающей роли конвекции в термиче­ ском и ледовом режимах моря. При этом учитывается влияние на конвективное перемешивание ие только теплообмена верхних слоев моря с атмосферой, но и осолоненне вод за счет испарения, ледооб­ разования и адвекции. При расчете в качестве исходных данных принимается распределение температуры и солености воды по глу­ бине, температура воздуха, радиационный баланс, скорость и на­ правление ветра.

Применение метода Доронина и Сметанниковой ограничено пока отсутствием синхронных данных о термохалинной структуре вод арктических морей и другой информации, необходимых для про­ гноза начала ледообразования.

Детальный статистический анализ процессов ледообразования в арктических морях выполнил Б. А. Крутских. На обширном мате­ риале он установил основные закономерности ледообразования

варктических морях и получил типовые уравнения регрессии для пространственных рядов с целью прогноза сроков ледообразования

вузлах сетки. Основными аргументами в этих уравнениях яв­ ляются: теплообмен моря с атмосферой, средняя многолетняя тол­ щина деятельного слоя моря, которая при наличии льда прини­ мается равной нулю, сплоченность льда и др.

Аналогичный принцип положен Е. М . Гущенковым в основу про­ гноза сроков образования льда определенной толщины.

Процесс охлаждения моря происходит неравномерно во времени и связан с прохождением волн холода в осенний период. Ледообра­ зование может наступить на первой, второй или третьей волне хо­ лода. Эти положения легли в основу метода прогноза ледообразова­ ния, разработанного А. Б. Савицким и Л . Г. Топорковым. Л . Г. То­ порков показал, что время между прохождением волн холода и появлением льда составляет около 5 суток.

Метод прогноза начала устойчивого ледообразования, предло­

жайшие 8, 10 и 12 суток ледообразования ожидать не следует. В ос­ нове метода лежат две установленные им особенности охлаждения вод осенью.

Одна особенность заключается в том, что ледообразование мо­ жет произойти только в одну из дат вполне определенной для дан­ ной навигации последовательности дней наиболее вероятного ледо­ образования, отстоящих друг от друга на отрезки времени, равные 4, 5 или б суткам. Эти отрезки времени названы циклами охлажде­ ния. Осенью в Арктике потери тепла водой определяются главным образом турбулентным теплообменом с атмосферой и испарением. В пределах каждого цикла охлаждения отчетливо проявляется мак­ симум и минимум указанных потерь тепла. Даты, в которые отме­

166

чается максимум потерь тепла, п являются датами наиболее вероят­ ного ледообразования. Определить их последовательность удается в августе.

Второй особенностью является отчетливая дискретность коли­ честв потерь тепла за цикл охлаждения. Потери тепла за цикл охла­ ждения могут принимать значения, близкие к нулю, к некоторому характерному значению или к удвоенной (или утроенной) его вели­ чине. В большинстве случаев потери тепла за цикл охлаждения близки к наименьшей характерной величине, в первом приближе­ нии кратной характерной величине разности температур вода—воз­ дух (около 3°).

Сопоставляя теплозапас воды слоя ветрового перемешивания в конце некоторого цикла охлаждения с характерной величиной по­ терь тепла водой, отнесенной к последующему циклу, можно опре­ делить, установится ли лед в конце следующего цикла. Если теплозапас воды больше, чем предполагаемые его потери, то в конце по­ следующего цикла не следует ожидать ледообразования, и оно может начаться не ранее чем через два цикла. Оправдываемость прогноза значительно возрастает, если на основании синоптического прогноза можно установить, будет ли разность температур вода— воздух за последующий цикл близка к нулю, к характерной вели­ чине пли к удвоенному (или утроенному) ее значению.

§ 4. КРАТКОСРОЧНЫЕ ПРОГНОЗЫ ВЕСЕННИХ ЛЕДОВЫХ ЯВЛЕНИЙ

Если при разработке краткосрочных прогнозов осенних ледовых явлений существенное значение придавалось теплосодержанию моря, то при краткосрочных прогнозах весенних ледовых явлений решающим фактором является толщина льда. Чем больше толщина льда, тем большее количество тепла потребуется на его разрушение. Поэтому прогноз весенних ледовых явлений прямо или косвенно связан с прогнозом толщины льда. Значительное влияние на сроки разрушения льда оказывают также динамические факторы: ветер, течения и т. д. Роли ветра в процессе разрушения припая посвящено исследование Ю . В . Тарбеева. На рис. 46 показан график связи тол­ щины льда со скоростью ветра, разрушающего припай. Этот график может быть использован для прогноза сроков разрушения припая с малой заблаговременностью, так как позволяет по толщине льда на любой период весны определить, какой силы должен быть ветер для того, чтобы припай данной толщины разрушился.

При построении прогностических зависимостей для прогноза ве­ сенних ледовых явлений в качестве аргументов используются даты перехода дневной температуры воздуха через 0°, максимальная тол­ щина льда за зиму, сумма градусо-дней тепла за период от начала ледотаяния до момента вскрытия. В качестве показателя макси­ мальной толщины льда берется сумма градусо-дней мороза за зиму.

Прогностические зависимости для прогноза вскрытия и очище­ ния льда с учетом этих факторов были построены Е. М . Саускан для

167

районов Каспийского, Азовского и Черного морей. Сущность раз­ работанной ею методики состоит в следующем.

Количество тепла, необходимое для полного разрушения льда, определялось по формуле

трудно рассчитать количество дней, которое потребуется для пол­ ного исчезновения льда. Однако часто отсутствуют прогнозы гидро­ метеорологических элементов, необходимых для расчета составляю­

температур ото дня ко дню и соответствующие им величины стаивання льда, то свободный член пропадает и связь может быть пред­ ставлена в виде

А 2 ( + А) — 1,4 Д/г. (70)

Решая совместно формулы (69) и (70), можно получить связь

Определим теперь зависимость количества тепла от суммы отри­ цательных температур воздуха, используя для этого связь между суммой градусо-дней мороза и толщиной льда:

д 2 (— *а) = 18 ДА,

168

установленную Е. М . Саускан, и формулу (69). Решая их совместно, получим

Очевидно, количество тепла, потерянное при образовании льда, должно быть равно количеству тепла, которое потребуется на раз­ рушение того же объема льда. Тогда, приравняв правые части фор­ мул (71) и (72), получим

Д £ ( + * а ) = 0 ,0 8 Д Ц ( — t a ) .

Рис. 47. Зависимость сумм положительных температур воздуха от максимальной толщины льда.

а — Гурьев, о — Астрахань, в — Таганрог, г — Ростов-на-Дону, д — Херсон.

Это равенство позволяет по сумме градусо-дией мороза за зиму найти сумму градусо-дней тепла, необходимую для полного разру­ шения льда, без использования данных о толщине льда.

Полученные эмпирические формулы применимы только для тех пунктов, для которых они построены. Чтобы использовать их для других пунктов, необходимо пересчитать коэффициенты пропорцио­ нальности.

§ 5. РАСЧЕТ И ПРОГНОЗ ТОЛЩИНЫ ЛЬДА

Увеличение толщины льда зависит от многих факторов: времени и характера установления ледостава, физико-географических и кли­ матических условий моря, режима снежного покрова на льду,

169

метеорологических и актинометрических условий, притока тепла от воды. Все перечисленные факторы изменяются во времени и в про­ странстве. В результате этого нарастание льда происходит очень неравномерно, особенно в начальный период.

Существующие эмпирические и теоретические формулы позво­ ляют с достаточной для практики точностью рассчитать толщину

где 1г— толщина льда в см, 2](— ta) — сумма градусо-дией мороза.

Е. М . Саускан для расчета толщины льда в южных морях (Кас­ пийское, Черное, Азовское) предложила следующую формулу:

Дh

A Z H a ) 18

В связи со значительной временной изменчивостью теплообмена снежно-ледяного покрова с атмосферой целесообразно рассчиты­ вать нарастание льда за определенные отрезки времени по методу шагов. Для расчета толщины льда таким методом удобно пользо­ ваться формулой, записанной в дифференциальной форме:

За начальное условие принимается толщина льда в день устой­ чивого ледостава, которая определяется либо по наблюдениям, либо расчетным путем. Для расчета необходимо иметь прогноз темпе­ ратуры воздуха и данные о высоте снежного покрова. К начальной толщине льда прибавляется рассчитанный по формуле прирост льда за первый шаг нарастания. С учетом уже новой толщины и нового прогноза температуры воздуха и данных о высоте снежного покрова находится прирост льда за второй шаг и т. д. Так расчет ведется ото дня ко дню или от декады к декаде в зависимости от того, какой интервал времени взят в качестве шага.

При разработке оперативных прогнозов толщины льда не всегда имеются данные о высоте и плотности снежного покрова на льду. В этих случаях снежный покров, как правило, не учитывается. Так, для расчета толщины льда на Азовском море Я- А. Тютнев псполь-

170