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

ние воды, сопротивление, обусловленное трением, волновое и вихре­ вое сопротивление и т. д.).

Аналитическое выражение для такой зависимости теоретически получить трудно. Поэтому в практической работе при расчете реко­ мендуемых курсов используются эмпирические зависимости, кото­ рые косвенно учитывают эти факторы.

I'узлы

Рис. 48. Зависимость скорости хода V судов типа «Архан­ гельск» от высоты волны h и от курсового угла q.

Из перечисленных факторов наибольшее воздействие на судно оказывает волнение, а точнее, высота волны и направление ее рас­ пространения относительно курса судна. Для построения эмпириче­ ских зависимостей потерь скорости хода судна на волнении исполь­ зуются данные вахтенных журналов для определенных типов судов: скорость судна по лагу и элементы волн, в частности высота волны.

Волнение классифицируется следующим образом: встречное, бортовое, попутное, встречно-бортовое и попутно-бортовое. Затем по методу наименьших квадратов вычисляются уравнения для вы­ бранных курсовых углов.

На рис. 48 приведена зависимость скорости хода судна типа «Архангельск» от высоты волны при различных курсовых углах. Расчетная формула имеет следующий вид:

190

где V — рассчитанная скорость судна, q — угол между курсом судна и направлением распространения волн (курсовой угол), Іг— высота волны.

Пример. По графику (рис. 48) определить скорость судна при заданных высоте волны и направлении ее распространения.

Известно, что скорость судна типа «Архангельск» на спокойной воде соста­ вляет 15,5 узла; высота волны 5 м, а направление распространения 45°, истин­ ный курс судна 90°. Тогда курсовой угол будет составлять 45°.

При курсовом угле 45° и высоте волны 5 м скорость хода судна типа «Ар­ хангельск» будет составлять 12 узлов.

Следует отметить, что по таким графикам можно надежно рас­ считывать потерн скорости хода судна только при высотах волн до 6 м. При волнах выше б м, как правило, следует преднамеренно сни­ зить скорость судна, с тем чтобы уменьшить качку и силу ударов судна о волны. Преднамеренное снижение скорости определяется также мореходными качествами судна. Кроме того, оно обусловли­ вается наличием туманов, айсбергов, большим скоплением судов по курсу плавания и т. д.

Описанные выше зависимости характеризуют только потери ско­ рости хода судна. Вместе с тем сильная качка ведет к дополнитель­ ному снижению скорости, а также сказывается на безопасности судна и грузов. Поэтому при опасной качке следует изменять курс судна.

§ 4. М ЕТО Д Ы РА СЧ ЕТ А Р Е К О М Е Н Д У Е М Ы Х К У Р СО В

Ч и с л е н н ы й м е т о д р а с ч е т а .' Алгоритм расчета наивы­ годнейшего курса был разработан в Вычислительном центре Акаде­ мии наук С С С Р , а впоследствии усовершенствован в Гидрометцен­ тре С С С Р . Программа счета, составленная на основе этого алго­ ритма, позволяет рассчитывать наивыгоднейшие курсы плавания по критерию наименьшей затраты времени на переход. Программа по­ зволяет также в случае необходимости обходить области сильного волнения, представляющие опасность для судна и грузов.

В основу алгоритма положены уравнения движения судна с уче­ том волнения и течения:

пути. Данные прогноза волнения фиксируются в узлах координат­ ной сетки и затем интерполируются в любую точку. Прогностические

191

карты волнения сменяются через 6 часов. Поле течения принимается

Таким образом, расчет ведется относительно Д Б К . Есть все осно­ вания считать, что если бы не было волнения и течений, оптималь­ ный путь совпал бы с ДБКОднако такие идеальные случаи могут отмечаться только летом при определенных условиях. Как правило, рассчитанный курс отклоняется от Д БК , и тем дальше, чем хуже условия погоды на ДБК-

Рис. 49. Схема численного расчета оптимального курса судна па ЭВ М .

Далее, рассчитанная Д Б К разбивается вертикалями на отрезки, равные приблизительно суточному переходу судна. На вертикалях к северу и югу от Д Б К откладываются по три точки с шагом 3° по меридиану. Таким образом, получается совокупность точек, в пре­ делах которой ищется путь судна. Ширина расчетной области выби­ рается исходя из практической целесообразности.

Расчет оптимального курса осуществляется следующим обра­ зом. Начальная точка Р 0 соединяется со всеми точками первой вер­ тикали Р 1, вычисляется время перехода судна до каждой из них и запоминается. Это делается так. Вызывается из памяти ЭВМ пер­ вая прогностическая карта волнения. На каждой из линий, соеди­ няющих первую вертикаль с начальной точкой, определяется сред­ няя высота волны и курсовой угол. По уравнению потерь скорости для данного типа судна определяется скорость судна на каждом направлении. Затем расстояния вдоль каждого направления делят на вычисленные скорости и получают время прохождения соответ­ ствующих отрезков пути. Далее, каждая точка следующей верти­ кали соединяется со всеми точками предыдущей вертикали и опре-

192

деляется минимальное время перехода из начальной точки Р 0 в точки данной вертикали. Для точек каждой вертикали запоми­ нается минимальное время Ттш в часах и номер точки предыдущей вертикали, путь через которую в точку данной вертикали оказался самым коротким по времени.

Процедура повторяется для всех вертикалей, только каждый раз вызывается соответствующее прогностическое поле волнения. Все точки последней вертикали Р,у-і соединяют с конечной точкой Р n и ищут для нее Гмин. Точки вертикалей, для которых суммарное время перехода из точки Р о получилось минимальным, определяют путь судна первого приближения. Весь расчет повторяется после деления шага по вертикали пополам (шаг 1,5°) и замены Д Б К кур­ сом первого приближения. Если разность ( Г * — ^ яв) межДУ пер-

вым и вторым приближением не превышает двух часов (точность расчета), решение прекращается и полученный результат (время

ний с более или менее одинаковыми углами между ними, как пока­ зано на рис. 50. Эти линии означают возможные курсы плавания судна в первый день. Вдоль каждой линии отмечается средняя вы­ сота волны и направление ее распространения. Затем по графику потерь скорости хода для данного типа судна или по уравнению с учетом направления и высоты волн определяются скорости хода судна вдоль каждой линии. Расстояния, которые судно пройдет вдоль каждой линии, получают умножением принятого шага по времени (например, сутки) на рассчитанные скорости и отмечают на кальке. Концы отрезков соединяют плавной линией Si, представ­ ляющей геометрическое место точек возможного положения судна к концу первых суток.

Далее, аналогичным образом рассчитывается возможное поло­ жение судна к концу вторых суток. Для этого калька накладывается уже на прогностическую карту волнения второго дня. К огибающей Si восстанавливают перпендикуляры в точках, полученных для пер­ вого дня. Если расстояния между перпендикулярами оказываются сравнительно большими, проводятся промежуточные линии. Затем, так же как и в первый день, рассчитываются возможные положения судна к концу вторых суток на всех возможных курсах. Полученные точки соединяют плавной линией S 2. Расчет ведется до тех пор, пока не будет использована вся серия прогностических карт волнения.

Судно будет ближе всего находиться к пункту назначения после каждого дня пути, если оно будет передвигаться по линии, соеди­ няющей точки касания окружности с центром в точке PN

Рис. 50. Схема графического расчета оптимального курса судна,

наикратчаншес расстояние, 2 — оптимальный курс, 3 — изолинии высот волн и направление их распространения.

с огибающими линиями 5j, So, S 3 и т. д. Эта линия и представляет собой наивыгоднейший (или оптимальный) курс плавания по кри­ терию минимального времени.

§ 5. ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ПРИ РАСЧЕТАХ РЕКОМЕНДУЕМЫХ КУРСОВ

При расчетах рекомендуемых курсов плавания судов в океане используется обширная гидрометеорологическая информация. Ее можно разделить на три группы:

1)фактические данные наблюдений за погодой и состоянием по­ верхности океана. На основании этих данных составляются и ана­ лизируются синоптические карты погоды и карты состояния поверх­ ности океанов;

2)прогнозы элементов погоды и состояния поверхности океана. Обычно это прогнозы атмосферного давления на уровне моря или ветра и прогнозы волнения;

3)климатические и режимные гидрометеорологические атласы, навигационные пособия.

В практике работы Гидрометцентра С С С Р используются синоп­

тические карты погоды для северного полушария, составляемые 2 раза в сутки (3 и 15 часов мск). Эти же карты используются в ка­ честве исходных данных при разработке численных прогнозов полей атмосферного давления для северного полушария.

Отдельно составляются гидрометеорологические карты для се­ верных частей Атлантического и Тихого океанов 4 раза в сутки (3, 9, 15 и 21 час мск), на которые, кроме метеорологических данных, наносятся также и гидрологические данные: высота, период и на­ правление распространения преобладающих систем ветровых волн и зыби, температура воды, сведения о льдах и айсбергах. По этим картам анализируется волнение. Данные о волнении служат исход­ ным материалом при разработке численных прогнозов полей волне­ ния на три дня.

Кроме этих материалов, привлекаются также фактические и прогностические карты погоды и состояния поверхности океана, пе­ редаваемые зарубежными службами погоды по фототелеграфной аппаратуре. Большую помощь оказывают спутниковые данные об облачности II границах распространения льда, особенно для обна­ ружения тропических циклонов. Используются также фактические и прогностические карты распределения температуры воды по се­ верным частям Атлантического и Тихого океанов, которые нередко включают и ледовую обстановку.

Исключительно важное значение имеют данные наблюдений с судов, находящихся под проводкой. Они используются для уточ­ нения прогноза погоды и волнения на пути следования судна и кор­ ректировки рекомендуемого курса.

Режимная информация представляет собой обобщенные и си­ стематизированные многолетние сведения об отдельных гидроме­ теорологических элементах. На основании этих сведений были