Погода в Санкт-Петербурге | Pogoda78.ru
Транспорт и климатические условия
Транспорт и климатические условия
Из всех отраслей хозяйства транспорт является одним из наиболее зависимых от климатических условий, причем он является уязвимым не только к экстремальным явлениям, но и так называемым «вялотекущим» неблагоприятным процессам.
Все климатические проявления для транспортной инфраструктуры и транспортных служб могут нести отрицательные последствия. Такие климатические явления, как ливневые дожди, туман, снежные заносы, снежные лавины, метели, песчаные бури, негативно сказываются на работе автомобильного и железнодорожного транспорта.
Кроме этого обильные осадки оказывают влияние на состояние:
- автомобильных и железных дорог,
- мостов,
- туннелей,
- дренажных систем.
Зимняя опасность на дорогах вызывается гололедицей, скользкостью, черным льдом, снежным накатом. Частые температурные перепады разрушают покрытие дорог.
Помощь со студенческой работой на тему
Транспорт и климатические условия
Высокая летняя температура вызывает размягчение асфальтового покрытия, а температура выше +30 градусов может вывести из строя транспортное оборудование.
Высокие температуры приводят к износу шин и перегреву автомобилей.
Отрицательное воздействие высокие температуры оказывают и на работу железнодорожного транспорта, что проявляется в деформации железнодорожных рельсов и возникновению аварийных ситуаций.
Повреждение транспортной инфраструктуры характерно и для северных районов, где есть вечная мерзлота.
Таяние мерзлоты и криогенное вспучивание вызывает оседание земляного полотна и приводит к деформации дорожного покрытия.
Период эксплуатации ледовых дорог за последние 30 лет сократился с 200 до 100 дней в году.
Увеличивающийся сток вод вызывает сильные разливы рек, что катастрофически влияет на транспорт, потому что главные автомобильные и железные дороги проходят вдоль речных систем.
Что касается водного транспорта, то в период аномально жаркого лета внутренние водные пути снижают уровень воды. В результате сокращается период навигации, уменьшается грузоподъемность, растет расход топлива. Суда чаще могут садиться на мель.
Таяние вечной мерзлоты и арктических льдов могут привести к нарушению работы морских портов.
Положительным моментом таяния льдов является увеличения сроков навигации по Северному морскому пути и экономия топлива.
Воздушный транспорт работает в течение круглого года, но и здесь высокие температуры отрицательно отражаются на объектах инфраструктуры аэропортов и в первую очередь это касается взлетно-посадочных полос.
Для аэропортов северных районов плюсом будет то, что сокращаются расходы на уборку снега и льда.
Меры, принимаемые в транспортном секторе, должны быть направлены на снижение уязвимости и повышение устойчивости всех систем к воздействиям климатических факторов.
Воздействие меняющихся климатических условий важно учитывать при планировании, проектировании, строительстве и эксплуатации транспортной инфраструктуры. Важна и проблема экологической безопасности автомобильного транспорта.
Влияние дождя и снега на работу транспорта
Каждое время года имеет свои характерные климатические условия, которые оказывают значительное влияние на формирование состояния дорожной поверхности и условий движения.
Зимний период характеризуется устойчивой температурой ниже 0 градусов и устойчивым снежным покровом, который на большей части территории России, имеет продолжительность до 260 дней в году.
Предвестником наступающей зимы являются заморозки, поэтому поверхность дороги, не успевшая ещё просохнуть от осенних дождей, покрывается тонким слоем льда.
Он, как правило, для глаза совсем незаметен. На тротуарах скользят пешеходы, а тормозной путь автомобилей непредсказуемо увеличивается. Укатанный колесами автомобилей снег становится скользкий и опасный, как лед.
С наступлением оттепелей снег оттаивает и снова замерзает, и опять делает поверхность проезжей части скользкой и опасной.
Сильный и мокрый снег мешает хорошо обозревать дорогу, ухудшая её видимость. Кроме этого проезжая часть становится значительно уже, а снежные валы по обочинам закрывают обзор и скрывают пешеходов.
Рисунок 1. Влияние снега на работу автомобильного транспорта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Особенно опасной дорога бывает в период первого снегопада, когда появляется утрамбованный снег и первый лед. В это время и пешеходам и водителям надо быть предельно осторожными.
Дождь на работу транспорта оказывает свое отрицательное воздействие – увеличивает скользкость дороги, способствует размягчению обочин, ухудшает видимость.
С наступлением дождя скользкость особенно опасна, потому что пыль или грунт, нанесенный на асфальт, растворяется водой и образует на дороге скользкий слой.
В этом случае большая осторожность нужна на грунтовых дорогах при подъезде к перекресткам и во время съезда на обочину дороги.
Понятно, что скорость, как главное средство обеспечения безопасности, должна быть минимальная.
Во время сильных дождей тормозные колодки могут намокнуть и привести к отказу тормозов или снижению их эффективности. В этом случае они должны быть просушены с соблюдением всех мер предосторожности – нажимают несколько раз на педаль тормоза при небольшой скорости. Фары включаются при любой погоде.
При сильном дожде дворники не справляются с протиранием лобового стекла, поэтому лучше остановиться и переждать, что тоже будет способствовать безопасному движению.
При мокром и скользком дорожном покрытии остановочный путь возрастает в 4-5 раз, а в лужах отражаются фары и фонари, которые дезориентируют как водителей, так и пешеходов.
Грязные лужи скрывают на дороге выбоины в асфальте и возможные открытые колодцы.
Первые капли дождя, смешавшись с дорожной пылью, действуют как смазка, в результате чего сцепление колес с дорогой становится значительно меньше и тормозной путь возрастает.
На таких дорогах запрещается резко прибавлять «газ» и резко тормозить, поворачивать резко руль, потому что не исключена потеря сцепления колеса с дорожным покрытием. Специалисты называют это заносом, и тогда транспортное средство становится неуправляемым. Заносы таких небольших транспортных средств, как велосипед и мотоцикл заканчиваются падением.
Влияние тумана на работу транспорта
Такое метеорологическое явление, как туман, представляет собой особую опасность для всех видов транспорта.
Полное отсутствие видимости при сильном тумане во время движения автомобилей, может закончиться катастрофой, поэтому скорость движения должна быть минимальная.
В пределах европейской части России в течение года может быть до 40 туманных дней.
Кроме ухудшения общей видимости на дороге он способствует снижению истинных расстояний и скорости движения встречных автомобилей.
Создается дистанционная иллюзия, что до встречного автомобиля расстояние больше, а скорость меньше, чем на самом деле.
Длительные поездки в туманную погоду приводят к усталости глаз и снижают остроту зрения.
Большая опасность тумана заключается в том, что он способен изменять цвет, кроме красного. Желтый сигнал светофора может показаться красным, а зеленый – желтым.
При очень густом тумане нельзя различить предметы даже на расстоянии 3-5 м. Дистанция между автомобилями при тумане должна увеличиваться и во время движения быть готовым остановить транспортное средство.
Важно не выезжать на середину дороги, и держаться ближе к краю проезжей части, избегать перестроения, обгона и опережения.
Если в густом тумане требуется разворот или поворот, необходимо подать звуковой сигнал. При сгущающемся тумане и с падением видимости, лучше сделать остановку и переждать.
ВЛИЯНИЕ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Как известно, главными компонентами атмосферы являются азот (78,084 %), кислород (20,946 %), аргон (0,934 %). Здесь и ниже приведены данные для сухого воздуха. Содержание воды сильно варьируется (0,5–4 %). Средняя концентрация диоксида углерода СО2 составляет всего 0,03 %. Весьма малая доля (в объемных процентах) приходится на инертные (т. е. неактивные в химических реакциях) газы: неон (1,8⋅10 –3 ), гелий (4,6⋅10 –3 ), криптон (1,1⋅10 –4 ), ксенон (8⋅10 –6 ). Кроме того, атмосферный воздух содержит (в объемных процентах) радон (6⋅10 –5 ), оксид азота (I) N2О (5⋅10 –5 ), водород (5⋅10 –5 ), метан (1,7⋅10 –4 ).
Задание 2. Представьте данные о составе воздуха в виде круговойдиаграммы:
Хотя нельзя сказать, что перечисленные газы не важны, однако при экологической оценке ка-чества атмосферного воздуха основное внимание уделяется главным образом не этим, а более реак-ционноспособным, хотя и второстепенным по количеству, веществам, поступающим в атмосферу
в результате хозяйственной деятельности человека. К ним относятся оксиды азота NО и NO2, диоксид серы SО2, метан СН4, моноооксид углерода СО и хлорфторуглероды (прежде всего фреоны СFCl3 и СF2Cl2). Часть этих газов, поступающих в атмосферу, имеет природное происхождение (например, вулканическая деятельность).
Основные антропогенные выбросы вредных веществ в атмосферу связаны со сжиганием топ-лива на электростанциях, в котельных, двигателях внутреннего сгорания, а также с переработкой руд и деятельностью предприятий химической промышленности.
| Отрасли техники | Техногенные изменения в атмосфере |
| 1) теплоэнергетика | А) «Кислотные дожди» (вымывание кислот из атмосферы |
| 2) черная металлургия | Б) Утоньшение и перфорация слоя О3, защищающего земную жизнь от УФ-излучения Солнца |
| 3) нефтедобыча и нефтепереработка | В) «Парниковый» эффект (потепление климата, вызванное накоплением в атмосфере газов, поглощающих ИК-излучение и препятствующих его рассеянию) |
| 4) автотранспорт | Г) Коррозия металлов, эрозия камня на открытом воздухе |
| 5) цветная металлургия | Д) Фотохимический смог в городах |
| 6) промышленность строительных материалов | |
| 7) химическая промышленность |
Задание 3.Мраморные и известняковыескульптуры, стены старинных сооружений, созданные в Древней Греции и Римской империи, за последние десятилетия разрушились гораздо сильнее, чем за предыдущие 2400 лет. Почему? Какие процессы этому способствуют?
Подсказка: используйте знания о кислотных дождях и химическом составе мрамора и известняка.
Парниковый эффект–возможное потепление климата напланете Земля в результате накопления в атмосфере углекислого и других, так называемых парниковых газов, основной источник которых – человеческая деятельность. Диоксид углерода прозрачен для солнечного света, но не пропускает в атмосферу инфракрасное излучение Земли, т. е. ведет себя подобно полиэтиленовой пленке в парнике.
Рис. Схема парникового эффекта.
Сжигание топлива ведет к увеличению концентрации СО2. По некоторым прогнозам, при сохранении существующих темпов образования СО2 в 2050 г. это приведет к повышению средней температуры на Земле на 2,5–3,5 градуса, что вызовет таяние ледников и повышение уровня Мирового океана на 4–5 м.
Задание 4.Предложите3возможных способа решения проблемы глобального потепления климата на Земле. В каких сферах человеческой деятельности необходимы усилия для реализации этих решений?
ВЛИЯНИЕ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Автомобили на сегодняшний день в России – главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60–90 см от поверхности Земли, и особенно – на участках автотрасс, где стоят светофоры.
Особенно много канцерогенных веществ выделяется во время разгона, торможения, при работе двигателя на холостом ходу, а также при езде по ямам и колдобинам.
Автомобиль в среднем на 1 км пробега выбрасывает в атмосферу 30 г угарного газа (R(СО) = 30 г/км), 4 г диоксида азота (R(NО2) = 4 г/км), 2 г бензина (R(бензина) = 2 г/км). При холостом ходу на стоянке за 1 мин автомобиль выбрасывает 30 г угарного газа (CO). Кроме того, каждый автомобиль в среднем за год выбрасывает в атмосферу 1 кг свинца (Рb) в виде пыли.
Влияние атмосферных явлений на транспорт
Транспорт - одна из наиболее зависимых от погоды отраслей народного хозяйства. Особенно это верно для воздушного транспорта, для обеспечения нормальной работы которого требуется самая полная, детальная информация о погоде, как о фактически наблюдающейся, так и об ожидаемой по прогнозу. Специфика требований транспорта к метеорологической информации заключается в масштабности сведений о погоде - маршруты воздушных, морских судов и автомобильных грузоперевозок имеют протяженность, измеряемую многими сотнями и тысячами километров; кроме того, метеорологические условия оказывают решающее влияние не только на экономические показатели работы транспортных средств, но и на безопасность движения; от состояния погоды и качества информации о ней нередко зависят жизнь и здоровье людей.
Для удовлетворения потребностей транспорта в метеорологической информации оказалось необходимым не только создать специальные метеорологические службы (авиационные и морские - повсеместно, а в отдельных странах еще и железнодорожные, автомобильные), но и развить новые отрасли прикладной метеорологии: авиационную и морскую метеорологию.
Многие атмосферные явления представляют опасность для воздушного и морского транспорта, некоторые же метеорологические величины для обеспечения безопасности полетов современных самолетов и плавания современных морских судов должны измеряться с особой точностью. Для нужд авиации и флота понадобились новые сведения, которыми раньше не располагали климатологи. Все это потребовало перестройки уже сложившейся было и успевшей стать <классической> науки климатологии.
Влияние потребностей транспорта на развитие метеорологии за последние полвека стало решающим, оно повлекло за собой и техническое переоснащение метеорологических станций, и использование в метеорологии достижений радиотехники, электроники, телемеханики и т. п., а также совершенствование методов прогноза погоды, внедрение средств и методов предвычисления будущего состояния метеорологических величин (атмосферного давления, ветра, температуры воздуха) и расчета перемещения и эволюции важнейших синоптических объектов, таких, как циклоны и их ложбины с атмосферными фронтами, антициклоны, гребни и т.п.
1. Что такое авиационная метеорология?
Это прикладная научная дисциплина, занимающаяся изучением влияния метеорологических факторов на безопасность, регулярность и экономическую эффективность полетов самолётов и вертолетов, а также разрабатывающая теоретические основы и практические приемы их метеорологического обеспечения.
Образно говоря, авиационная метеорология начинается с выбора местоположения аэропорта, определения направления и требуемой длины взлетно-посадочной полосы на аэродроме и последовательно, шаг за шагом, исследует целый комплекс вопросов о состоянии воздушной среды, определяющем условия полетов.
При этом значительное внимание она уделяет и вопросам чисто прикладным, таким, как составление расписания полетов, которое должно оптимальным образом учитывать состояние погоды, или содержание и форма передачи на борт заходящего на посадку самолета информации о характеристиках приземного слоя воздуха, имеющих решающее значение для безопасности приземления самолета.
2. Насколько зависит от условий погоды безопасность полетов?
По данным Международной организации гражданской авиации - ИКАО, за последние 25 лет неблагоприятные метеорологические условия были официально признаны причиной от 6 до 20% авиационных происшествий; кроме того, еще в большем (в полтора раза) количестве случаев они явились косвенной или сопутствующей причиной таких происшествий. Таким образом, примерно в трети всех случаев неблагополучного завершения полетов условия погоды сыграли непосредственную или косвенную роль.
3. В какой мере метеорологические условия влияют на регулярность полетов?
По данным ИКАО, нарушения расписания полетов из-за погоды за последние десять лет в зависимости от времени года и климата района происходят в среднем в 1-5% случаев. Больше половины этих нарушений составляют отмены рейсов из-за неблагоприятных условий погоды в аэропортах вылета или назначения. Статистика последних лет показывает, что на отсутствие требуемых условий погоды в аэропортах назначения приходится до 60% отмен, задержек рейсов и посадок самолетов. Конечно, это средние цифры. Они могут не совпадать с действительной картиной в отдельные месяцы и сезоны, так же как и в отдельных географических районах.
4. Что влечет за собой нарушение регулярности полетов из-за погоды?
Отмену полетов и возврат купленных пассажирами билетов, изменение маршрутов и возникающие при этом дополнительные расходы, увеличение продолжительности полетов и дополнительные затраты на топливо, расход моторесурсов, оплату услуг и обеспечения полетов, амортизацию оборудования. Так, в США и Великобритании убытки авиакомпаний из-за погоды составляют ежегодно от 2,5 до 5% общего годового дохода. Кроме того, нарушение регулярности полетов приносит авиакомпаниям моральный ущерб, который в конечном итоге также оборачивается уменьшением доходов.
Совершенствование бортового и наземного оборудования систем посадки самолетов позволяет уменьшать так называемые посадочные минимумы и тем самым снижать процент нарушений регулярности вылетов и посадок из-за неблагоприятных метеорологических условий в аэропортах назначения.
5. Какие метеорологические условия могут препятствовать выполнению полетов или затруднять их?
Это прежде всего условия так называемых минимумов погоды - дальности видимости, высоты нижней границы облаков, скорости и направления ветра, устанавливаемых для пилотов (в зависимости от их квалификации), воздушных судов (в зависимости от их типа) и аэродромов (в зависимости от их технического оборудования и характеристик местности). При фактических условиях погоды ниже установленных минимумов выполнять полеты из соображений безопасности запрещено. Кроме того, существуют опасные для полетов метеорологические явления, затрудняющие или сильно ограничивающие выполнение полетов (частично они рассмотрены в гл. 4 и 5). Это турбулентность воздуха, вызывающая болтанку самолетов, грозы, град, обледенение самолетов в облаках и осадках, пыльные и песчаные бури, шквалы, смерчи, туман, снежные заряды и метели, а также сильные ливни, резко ухудшающие видимость. Еще следует упомянуть опасность разрядов статического электричества в облаках, снежные заносы, слякоть и гололед на взлетно-посадочной полосе (ВПП) и коварные изменения ветра в приземном слое над аэродромом, называемые вертикальным сдвигом ветра.
6. Какие минимальные условия погоды необходимы для безопасности посадки самолета?
Среди большого количества минимумов, устанавливаемых в зависимости от квалификации пилотов, оборудования аэродромов и самолетов, а также географии местности, можно выделить три категории международных минимумов ИКАО по высоте облаков и дальности видимости на аэродроме, в соответствии с которыми разрешается выполнять взлет и посадку самолетам при сложных условиях погоды:
1-я категория - дальность видимости не менее 800 м и высота облаков не менее 60 м;
2-я категория - дальность видимости не менее 400 м и высота облаков не менее 30 м;
3-я категория - дальность видимости не менее 200 м и высота облаков без ограничений.
7. Какие метеорологические условия считаются для авиации сложными?
В гражданской авиации нашей страны согласно действующим нормативам сложными считаются следующие метеорологические условия: высота облаков 200 м и менее (при том, что они закрывают не менее половины небосвода) и дальность видимости 2 км и менее. Сложными считаются и такие условия погоды, когда налицо одно или несколько метеорологических явлений, отнесенных к числу опасных для полетов.
Нормативы сложных метеорологических условий не являются стандартными: есть экипажи, которым разрешено выполнение полетов и при значительно худших условиях погоды. В частности, все экипажи, летающие по минимумам ИКАО 1, 2 и 3-й категорий, могут выполнять полеты в сложных метеорологических условиях, если нет опасных метеорологических явлений, непосредственно препятствующих полетам.
В военной авиации ограничения по сложным метеорологическим условиям несколько менее жесткие. Существуют даже так называемые <всепогодные> самолеты, оснащенные для полетов в очень сложных метеорологических условиях. Однако и они имеют ограничения по погоде. Полной независимости полетов от условий погоды практически не существует.
Таким образом, <сложные метеоусловия>-понятие условное, его нормативы связаны с квалификацией летного состава, техническим оснащением самолетов и оборудованием аэродромов.
8. Что такое сдвиг ветра и как он влияет на полеты самолетов и вертолетов?
Сдвиг ветра - это изменение вектора ветра (скорости и направления ветра) на единицу расстояния. Различают вертикальный сдвиг ветра и горизонтальный. Вертикальный сдвиг принято определять как изменение вектора ветра в метрах в секунду на 30 м высоты; в зависимости от направления изменения ветра относительно движения самолета вертикальный сдвиг может быть продольным (попутным - положительным или встречным - отрицательным) или же боковым (левым или правым). Горизонтальный сдвиг ветра измеряется в метрах в секунду на 100 км расстояния. Сдвиг ветра является показателем неустойчивости состояния атмосферы, способной вызывать болтанку самолета, создавать помехи полетам и даже - при некоторых продельных значениях его величины - угрожать безопасности полетов. Вертикальный сдвиг ветра более 4 м/с на 60 м высоты считается опасным для полетов метеорологическим явлением.
Вертикальный сдвиг ветра, кроме того, влияет на точность приземления самолета, выполняющего посадку (рис.58). Если пилот самолета не будет парировать его воздействие работой двигателя или рулями, то при переходе снижающегося самолета через линию сдвига ветра (из верхнего слоя с одним значением ветра в нижний слой с другим его значением), вследствие изменения воздушной скорости самолета и его подъемной силы, самолет сойдет с расчетной траектории снижения (глиссады) и приземлится не в заданной точке взлетно-посадочной полосы а дальше или ближе ее, левее или правее оси ВПП.
9. Что такое обледенение самолетов и в чем его опасность?
Обледенение самолета, то есть отложение льда на его поверхности или на отдельных деталях конструкций на входных отверстиях некоторых приборов, происходит чаще всего во время полета в облаках или дожде, когда переохлажденные капли воды, содержащиеся в облаке или осадках, сталкиваясь с самолетом, замерзают. Реже бывают случаи отложения льда или изморози на поверхности самолета вне облачности и осадков, так сказать в <чистом небе>. Такое явление может иметь место во влажном воздухе, который теплее наружной поверхности самолета.
Для современных самолетов обледенение уже не представляет серьезной опасности, так как они оснащены надежными антиобледенительными средствами (электрообогрев уязвимых мест, механическое скалывание льда и химическая защита поверхностей). Кроме того, лобовые поверхности самолетов, летящих со скоростью более 600 км/ч, сильно нагреваются вследствие торможения и сжатия воздушного потока, обтекающего самолет. Это так называемый кинетический нагрев деталей самолета, из-за которого температура поверхности самолета сохраняется выше точки замерзания воды даже при полете в облачном воздухе со значительной отрицательной температурой.
Однако интенсивное обледенение самолета при вынужденном длительном полете в переохлажденном дожде или в облаках с большой водностью представляет реальную опасность и для современных самолетов. Образование плотной корки льда на фюзеляже и оперении самолета нарушает аэродинамические качества воздушного судна, так как происходит искажение обтекания поверхности самолета воздушным потоком. Это лишает самолет устойчивости полета, снижает его управляемость. Лед на входных отверстиях воздухозаборника двигателя уменьшает тягу последнего, а на приемнике воздушного давления - искажает показания приборов воздушной скорости и т. д. Все это очень опасно при несвоевременном включении антиобледенительных средств или при отказе последних.
По статистике ИКАО, из-за обледенения ежегодно происходит около 7% всех авиационных катастроф, связанных с метеорологическими условиями. Это немногим меньше 1% всех авиакатастроф вообще.
10. Существуют ли воздушные ямы?
В воздухе никаких участков пространства с вакуумом, или воздушных ям, существовать не может. Но вертикальные порывы в неспокойном, турбулентно возмущенном потоке вызывают броски самолета, создающие впечатление его проваливания в пустоты. Они-то и породили этот термин, в наши дни уже выходящий из употребления. Болтанка самолета, связанная с турбулентностью воздуха, вызывает неприятные ощущения у пассажиров и экипажа самолета, затрудняет полет, а при чрезмерной интенсивности может представлять и опасность для полета.
11. Как влияет погода на мореплавание?
Мореплавание с древнейших времен тесно связано с погодой. Важнейшими метеорологическими величинами, определяющими условия плавания морских судов, всегда были ветер и обусловленное им состояние морской поверхности - волнение, горизонтальная дальность видимости и явления, ее ухудшающие (туман, осадки), состояние неба - облачность, солнечное сияние, видимость звезд, солнца, луны. Кроме того, моряков интересует температура воздуха и воды, а также наличие морских льдов в высоких широтах, айсбергов, проникающих в акватории умеренных широт. Не последнюю роль для оценки условий плавания играют сведения о таких явлениях, как грозы и кучево-дождевые облака, чреватые опасными для морских судов водяными смерчами и сильными шквалами. В низких широтах мореплавание связано еще и с опасностью, которую несут с собой тропические циклоны - тайфуны, ураганы и т. п.
Погода для моряков - прежде всего фактор, определяющий безопасность плавания, затем - фактор экономический, и, наконец, как и для всех людей,- фактор комфорта, самочувствия и здоровья.
12. Как практически используется информация о погоде в мореплавании?
Решающее значение информация о погоде - прогнозы погоды, включающие расчетные данные о ветре, волнении и положении циклонических вихрей, как низкоширотных, так и внетропических,- имеет для морской навигации, то есть для прокладки маршрутов, обеспечивающих наиболее быстрое, экономически эффективное плавание с минимальным риском для судов и грузов и с максимальной безопасностью для пассажиров и экипажей.
Климатические данные, то есть сведения о погоде, накопленные за многие предшествующие годы, служат основой для прокладки морских торговых путей, связывающих между собой континенты. Они также используются при составлении расписания движения пассажирских судов и для планирования морских перевозок. Условия погоды необходимо учитывать и при организации погрузо-разгрузочных работ (когда дело касается грузов, подверженных влиянию атмосферных условий, например чая, леса, фруктов и т. п.), рыбного промысла, туристско-экскурсионного дела, спортивного мореплавания.
13. В чем опасность обледенения для морских судов?
Обледенение морских судов - бич мореплавания в высоких широтах, однако при температурах воздуха ниже нуля оно может иметь место и в средних широтах, особенно при сильном ветре и волнении, когда в воздухе много брызг. Главная опасность обледенения заключается в повышении центра тяжести судна из-за нарастания льда на его надводной части. Интенсивное обледенение делает судно неустойчивым и создает реальную угрозу опрокидывания.
Скорость отложения льда при замерзании брызг переохлажденной воды на рыболовных траулерах в Северной Атлантике может достигать 0,54 т/ч, а это значит, что через 8-10 ч плавания в условиях интенсивного обледенения траулер опрокинется. Несколько меньшая скорость отложения льда в снегопадах и переохлажденном тумане: для траулера она соответственно равна 0,19 и 0,22 т/ч.
Наибольшей интенсивности обледенение достигает в тех случаях, когда ранее судно находилось в районе с температурой воздуха значительно ниже 0°С. Примером опасных условий обледенения в умеренных широтах может служить Цемесская бухта на Черном море, где во время сильных северо-восточных ветров, при так называемой новороссийской боре, зимой замерзание водяной ныли и брызг морской воды на корпусах и палубных надстройках судов происходит столь интенсивно, что единственное эффективное средство сберечь судно - уйти в открытое море, за пределы воздействия боры.
14. Как воздействует на движение судна ветер?
По данным специальных исследований, проведенных в 50 и 60-е годы, попутный ветер увеличивает скорость судна примерно на 1%, тогда как встречный ветер способен уменьшить ее в зависимости от размеров судна и его загрузки на 3-13%. Еще более значительно воздействие на судно морских волн, вызываемых ветром: скорость судна является эллиптической функцией высоты и направления волн. На рис. 60 показана эта зависимость. При высоте волны более 4 м морские суда вынуждены замед лять ход или менять курс. В условиях высокого волнения продолжительность плавания, расход топлива и опасность повреждения груза резко увеличиваются, поэтому на основе метеорологической информации маршрут прокладывается в обход таких районов.
15. Как влияет погода на работу речного транспорта?
Плохая видимость, колебания уровня воды в реках и озерах, замерзание водоемов - все это сказывается как на безопасности, так и на регулярности плавания судов, а также на экономических показателях их эксплуатации. Ранние ледоставы на реках, как и позднее вскрытие рек ото льда, сокращает период навигации. Применение ледокольных средств удлиняет сроки навигации, но удорожает стоимость перевозок.
16. Насколько велика зависимость наземного транспорта от метеорологических условий?
Ухудшение видимости из-за туманов и осадков, снежные заносы, гололедные явления, ливни, наводнения и сильные ветры затрудняют работу автомобильного и железнодорожного транспорта, не говоря уже о мотоциклах и велосипедах. Открытые виды транспорта более чем в два раза чувствительнее к неблагоприятной погоде, чем закрытые. В дни с туманом и обложными осадками поток автомобилей на дорогах сокращается на 25-50% по сравнению с потоком в ясные дни. Наиболее резко на дорогах в ненастные дни уменьшается количество личных автомобилей. По этой причине трудно установить точную количественную связь между метеорологическими условиями и дорожными происшествиями, хотя такая связь несомненно сущестует. Несмотря на уменьшение потока автомашин в плохую погоду, число аварий при гололеде возрастает на 25% по сравнению с сухой погодой; особенно часты аварии при гололеде на поворотах дороги с плотным движением.
В зимние месяцы в умеренных широтах основные затруднения наземного транспорта связаны со снегом и льдом. Снежные заносы требуют расчистки дорог, осложняющей движение, и установки заградительных щитов на участках дорог, не имеющих снегозащищенных насаждений.
17. Каков механизм снегозащиты с помощью щитов?
Щит, поставленный вертикально и ориентированный перпендикулярно к потоку воздуха, с которым переносится сьег, (отдает за собой зону турбулентности, то есть неупорядоченного вихревого движения воздуха (рис. 61). В пределах турбулентной зоны вместо переноса снега идет процесс его отложения - растет сугроб, высота которого в пределе совпадает с толщиной зоны турбулентности, а длина - с протяженностью этой зоны, которая, как уста^ новлено опытным путем, примерно равна пятнадцати кратной высоте щита. Сугроб, создающийся за щитом, напоминает но форме рыбу.
18. Можно ли по температуре воздуха предвидеть обледенение дорожного покрытия?
Образование на дорогах ледяной корки обусловливается не только режимом температуры, но и влажностью, наличием осадков (в виде переохлажденного дождя или мороси, падающей на ранее сильно выхоложенное покрытие). Поэтому по одной температуре воздуха делать вывод о гололедице на дорогах рискованно, однако температурный режим остается наиболее важным показателем опасности обледенения дорог: минимальная температура поверхности дороги может быть на 3°С ниже минимальной температуры воздуха.
19. Насколько эффективно использование соли для растапливания снега на дорогах?
Соль, которую разбрасывают на дорогах и на тротуарах, действительно предотвращает образование ледяной корки^ растапливая снег. Смесь снега с солью остается жидкой не смерзающейся массой при температуре до -8°С, рас-плавление льда солью может быть достигнуто даже при температуре -20°С, хотя процесс таяния будет значительно менее эффективным, чем при температуре, близкой к 0°С. Практически освобождение дорог от снега с помощью соли эффективно при толщине снежного покрова до 5 см.
Однако использование соли для очистки дорог от снега имеет негативную сторону: соль вызывает коррозию автомобилей и загрязняет водоемы хлоридами, а почву вблизи дорог - натрием в избыточной концентрации (см. также 13.10). Поэтому в ряде городов этот способ борьбы с обледенением дорог запрещен.
20. В чем специфика влияния погоды на работу железнодорожного транспорта?
Колебания температуры воздуха в зимнее время могут вызвать обледенение рельсов и линий связи, а также подвижного состава, когда он стоит на запасных путях; бывают, хотя и сравнительно редко, и случаи обледенения пантографов на электропоездах. Все эти особенности влияния метеорологических условий на работу железнодорожного транспорта требуют использования специальной техники и связаны с дополнительными затратами труда и денежных средств в объеме 1-2% стоимости оперативных эксплуатационных расходов. В целом же железнодорожный транспорт менее других видов транспорта зависит от условий погоды, недаром рекламные проспекты железных дорог часто утверждают, что <железная дорога работает и тогда, когда все другие виды транспорта бездействуют>. Хотя это и преувеличение, но оно не слишком далеко от истины. Впрочем, от стихийных бедствий, вызванных аномалиями .погоды, железные дороги не застрахованы точно так же, как и другие отрасли народного хозяйства: сильные бури, наводнения, оползни, селевые потоки, снежные обвалы разрушают железнодорожные пути, как и автомобильные дороги; гололед, интенсивно отлагаясь на контактных проводах электрических железных дорог, обрывает их так же, как и провода ЛЭП или обычных линий связи. Следует добавить, что увеличение скорости движения поездов до 200-240 км/ч породило угрозу переворачивания поезда под действием ветра.
21. Как предотвращают отложение снега у железнодорожных путей, проложенных на насыпях или в выемках грунта?
В холмистой местности для уменьшения снежных заносов устанавливают заградительные щиты, изменяют наклон полотна, что способствует ослаблению приземного вихря, или же сооружают невысокие насыпи . Насыпь не должна быть слишком крутой, иначе создается заметный подветренный вихрь, а это приводит к накоплению снега на подветренной стороне насыпи.
4.3. Влияние климата и погоды на состояние дорог и условия движения автомобилей
Климат и погода - составные части природных факторов, которые существенно влияют на транспортно-эксплуатационные характеристики дорог, на режим и безопасность движения, т.е. на условия движения по дороге и режим ее функционирования [10,12].
Условия движения - та реальная обстановка на дороге, в которой осуществляется движение автомобиля, включающая в себя дорожные условия, транспортный поток и состояние окружающей среды, под которой подразумевают погодно-климатические условия. Погодно-климатические условия существенно влияют на состояние поверхности дороги, по которой движется автомобиль, которую видит и воспринимает водитель при выборе режима движения. При анализе этого влияния различают следующие понятия и определения.
Погода, погодные условия, условия погоды и метеорологические условияиспользуются как синонимы и означают состояние атмосферы, которое характеризуется совокупностью значений метеорологических явлений, факторов или элементов в данном месте, в данный момент.
Климатические или метеорологические явления, элементы (факторы)- это отдельные характеристики состояния атмосферы, которые наблюдаются на метеостанциях (атмосферное давление, температура, влажность воздуха, ветер, осадки, туман, метель и т.д.).
Каждый метеорологический фактор характеризуется вероятностью появления (повторяемостью), продолжительностью действия и последействия, интенсивностью. Данные о вероятности появления, продолжительности действия и интенсивности приведены в климатических справочниках или могут быть получены на ближайшей к дороге метеостанции.
Продолжительность последействия. Время с момента прекращения данного метеорологического явления до прекращения действия его последствий на состояние дорог и условия движения (например, время просыхания поверхности дороги после прекращения дождя) может быть получено только путем наблюдений в различные периоды года.
Климат(климатические условия) - статистический режим условий погоды за длительный период времени (от одного года до многих десятилетий), т.е. это закономерная последовательность атмосферных процессов в данной местности, обусловливающая характерный для этой местности режим погоды.Микроклимат- климат небольшой территории, возникающий под влиянием различий рельефа, растительности, состояния почвы, наличия водоемов, застройки и т.д. Воздействие метеорологических факторов на условия движения передается через состояние поверхности дороги, взаимодействие автомобиля с дорогой и восприятие условий движения водителем. Состояние поверхности дорог оценивается качественными характеристиками: сухое, влажное, мокрое (чистое и загрязненное), заснеженное (покрытие с рыхлым снегом или уплотненным слоем снега - снежный накат), гололед и т.д.
Условия движения в период действия неблагоприятных метеорологических явлений значительно сложнее, чем при сухом, чистом покрытии и обочинах. Различия определяются рядом факторов, основными из которых являются:
снижение сцепных качеств покрытия, изменение взаимодействия автомобиля с дорогой, ухудшение ровности покрытия под влиянием осадков, гололеда, тумана, повышенной влажности воздуха и других факторов;
увеличение сопротивления движению из-за отложений снега, грязи, гололеда, неровностей на дороге, в результате чего снижается свободная мощность двигателя автомобиля;
изменение очертания и внешнего вида проезжей части и обочин, параметров поперечного профиля из-за снежных отложений и образования полос наката, что приводит к изменению восприятия дороги водителем;
уменьшение метеорологической видимости в период туманов, осадков, пурги, пыльных бурь, слепящего действия солнца, изменяющих восприятие условий движения водителем;
ухудшение эксплуатационно-технических качеств автомобиля, прежде всего систем, обеспечивающих удобство и безопасность движения, к которым относятся тормоза, рулевое управление, обзорность, видимость, сигнальная система.
Степень влияния метеорологических явлений на режим и безопасность зависит от интенсивности метеорологического явления и скорости движения автомобиля (табл. 4.11).
Метеорологические факторы и условия движения на автомобильных дорогах
Скорость движения, Крс.
Степень опасности метеорологических условий
Интенсивность метеорологических факторов различной степени опасности для расчетных скоростей, км/ч
Туман, видимость, м
Температура воздуха, С:
Относительная влажность воздуха, %
Примечание. О - опасные, ОО - особо опасные, МО - малоопасные.
Каждому периоду года соответствуют свои характерные условия погоды, оказывающие существенное влияние на формирование состояния поверхности дороги и условий движения. К зимнему относят период, характеризующийся устойчивой средней суточной температурой воздуха ниже 0 (рис. 4.11). В некоторых случаях под зимним подразумевают период с начала образования устойчивого снежного покрова до момента его схода. На большей части территории России зимний период самый длительный, продолжительность его колеблется от 20 до 260 дней в году.
Рис. 4.11. Продолжительность характерных периодов года: I - зимний период; II - осенний и весенний переходные периоды; III-летний период
Переходные периоды - весенний и осенний с неустойчивой погодой, при которой наблюдаются осадки всех видов (твердые, жидкие и смешанные). Весенним считается период со средней суточной температурой воздуха от 0 до +15°С. В целом этот период, отличающийся резкими переходами от потепления к похолоданиям, длится от 30 до 60-80 сут.
Осенним принято считать период, характеризующийся понижением температуры от +15°С до 0. Общее количество осадков осенью меньше, чем летом, но продолжительность их выпадения значительно больше. Длительность осеннего периода на территории страны колеблется в широких пределах - от 70 до 120 сут.
Летний период ограничен датами перехода средней суточной температуры через +15°С. Летом увеличивается количество осадков, но сокращается продолжительность их выпадения.
Для большинства районов страны наиболее трудные условия движения наблюдаются в зимний и осенне-весенний периоды, а для районов с жарким и сухим климатом - в летний период. Наиболее трудные периоды года и должны быть приняты за расчетные при выборе методов и средств обеспечения удобства и безопасности движения. Основные характеристики погодно-климатических факторов по их влиянию на условия движения приведены в табл. 4.12.
Характеристики погодно-климатических факторов, влияющих на условия движения
Средняя продолжительность, ч
Вероятность метеорологических факторов, % по зонам
Относительная влажность воздуха
Дождь (жидкие + смешанные)
Примечания: 1. Длительность последствия на дорогах с высоким уровнем содержания. 2. То же, на дорогах с допустимым уровнем содержания.
Каждому периоду года соответствуют свои наиболее характерные состояния поверхности дороги, которые могут распространяться на полную ширину проезжей части и обочин, охватывать большие протяжения дорог или захватывать небольшую часть покрытия, образуя отдельные пятна в зависимости от метеорологических условий, параметров и характеристик дорог, интенсивности и состава движения, а также уровня содержания дороги.
В летний периоднаиболее часто наблюдается сухое чистое покрытие, сухие обочины и в целом благоприятные условия движения. Впереходные периодыгода наиболее часто наблюдается влажное и мокрое покрытие и грязные, разрушенные обочины.
При выпадении осадков в виде дождя на поверхности покрытия образуется слой воды, который начинает заметно влиять на сцепные свойства уже при толщине пленки более 0,2 мм, снижая адгезионную составляющую силы трения. Коэффициент сцепления резко снижается в начальный период дождя, когда образуется густая смазка на поверхности. После того как грязь с поверхности покрытия смыта дождем, коэффициент сцепления несколько увеличивается.
В зимний периодгода состояние поверхности дороги может колебаться в наибольших пределах. Поверхность дороги зимой может быть сухой и чистой от снега, покрыта слоем сухого рыхлого снега (заснеженной), снежным накатом, мокрым снегом или коркой в виде гололеда или искусственной скользкости, образующейся путем уплотнения и оплавления снега под влиянием движущихся автомобилей.
От климата местности во многом зависит продолжительность различных состояний поверхности дороги. На продолжительность того или иного состояния существенно влияет технический уровень и качество содержания дорог в неблагоприятные периоды года.
Данные о фактической продолжительности состояния поверхности необходимы для определения фактической скорости движения и расхода топлива, себестоимости перевозки и многих других технических и экономических расчетов. Впредь до накопления указанных данных продолжительность различных состояний поверхности дороги можно определять по формуле
где (4.21)
- коэффициенты длительности состояний (сухого, мокрого, заснеженного, снежного наката, гололеда);- продолжительность летнего, осенне-весеннего и зимнего периодов в данной зоне, сут.
Коэффициент iкомплексно учитывает влияние климатических факторов, интенсивности движения, технического уровня и качества содержания дороги (табл. 4.13).
Значение коэффициента длительности состояния покрытия (данные проф. А. П. Васильева)
Коэффициент iдля различных состояний покрытия и периодов года
Примечания: 1. Большие значения для сухого покрытия (соответственно меньшие для мокрого) в летний и переходные периоды принимают при наличии краевых укрепленных полос или укрепленных обочин. 2. Для зимнего периода коэффициент назначают с учетом уровня оснащения службы эксплуатации машинами и оборудованием для зимнего содержания, принятого в проекте. Минимальное значение для мокрого покрытия, рыхлого снега, снежного наката и гололеда на покрытии принимают при 100 %-ной оснащенности по сравнению с нормативной, соответственно максимальные значения принимают при оснащенности, не превышающей 50 %.
Продолжительность периодов года определяют по многолетним данным изменения среднесуточной температуры воздуха, получаемым из климатических справочников.
Каждому периоду года соответствует характерное состояние поверхности. За расчетныемогут быть приняты следующие состояния поверхности.
В зимний период: а) слой рыхлого снега на покрытии и обочинах лежит только во время снегопадов и метелей в перерывах между проходами снегоочистительных машин; б) проезжая часть чистая, без снега, уплотненный снег и лед имеется на прикромочных полосах, а рыхлый - на обочинах; в) проезжая часть покрыта слоем плотного снежного наката, на обочинах - слой рыхлого снега; г) на поверхности покрытия гололед; д) поверхность дороги влажная, имеется рыхлый мокрый снег или слой снега и льда, растворенного хлоридами.
Схемы а), б), г), д) служат расчетными для дорог I-III категорий, схемы б), в) для III и IV категорий. Расчетную толщину слоя рыхлого снега на покрытии принимают в зависимости от защищенности дороги от снежных заносов и оснащенности дорожной службы машинами для зимнего содержания, но не менее 10 мм.
В осенне-весенние переходные периоды: а) вся поверхность мокрая чистая; б) проезжая часть мокрая чистая, прикромочные полосы загрязнены; в) проезжая часть мокрая загрязненная.
Схему а) принимают за расчетную для дорог I и II категорий с обочинами, укрепленными на всю ширину каменными материалами с применением минеральных или органических вяжущих. Схема б) относится к дорогам или участкам с укрепленными краевыми полосами и неукрепленными обочинами или имеющим обочины, укрепленные щебеночными и гравийными материалами без вяжущих. Схема в) относится к дорогам без укрепленных краевых полос и обочин.
В летний период: сухие и чистые покрытия и обочины.
Каждому расчетному состоянию покрытия соответствует определенный коэффициент сопротивления качению и коэффициент сцепления, зависящие от скорости.
Изменение ширины проезжей части и обочин по сезонам года. Фактически используемая для движения автомобилей ширина проезжей части и ширина обочин на одном и том же участке дороги является величиной переменной и колеблется в широких пределах в различные сезоны года в зависимости от погодно-климатических условий, конструктивных особенностей земляного полотна, проезжей части, краевых полос, обочин, а также от уровня содержания дороги (рис. 4.12). Фактически используемую ширину чистой укрепленной поверхности определяет по формуле
В1ф=Впр+ 2b– 2b1, где (4.22)
Впр- проектная ширина проезжей части, м;
b- ширина краевой укрепленной полосы, м;
b1- ширина полосы загрязнения краевой укрепленной полосы или прикромочной полосы проезжей части, м.
Рис. 4.12. Характерные поперечные профили дорог в различные периоды года: а - летом; б - осенью и весной при неукрепленных обочинах; в - зимой на участках, не имеющих помех для снегоочистки; г - зимой на участках, имеющих помехи для снегоочистки; д, е - при неполной очистке снега; 1 - уплотненный снег; 2 - рыхлый снег; 3 - колеи наката; а- ширина загрязненных полос осенью и весной;а1- ширина обочин;а2- фактическая ширина обочин зимой;b1- ширина проезжей части;b2- ширина чистой проезжей части;b3- используемая ширина проезжей части;с- ширина полос наката из снега или льда;В1- ширина земляного полотна;В2- ширина дороги зимой
Летом в сухую погоду во всех климатических зонах в основном сохраняются проектные параметры поперечного профиля дорог и движение происходит по всей ширине проезжей части. Обочины в этот период находятся в сухом плотном состоянии.
В переходные периоды года и особенно осенью изменения фактической ширины проезжей части начинаются с выпадением дождей, понижением и увеличением относительной влажности воздуха, а весной при таянии снега. Это происходит за счет загрязнения проезжей части, которое зависит от типа грунта обочин, их ширины и типа укрепления, общей ширины проезжей части, наличия въездов и съездов без твердого покрытия. Занесенная транспортом на проезжую часть грязь под действием движения перемещается к кромкам и откладывается на прикромочной полосе проезжей части (рис. 4.13).
Рис. 4.13. Характерные состояния обочин в переходные периоды года: а - при наличии краевых укрепленных полос; б - укрепление на всю ширину; в - без укрепления; 1 - чистая поверхность; 2 - слой пыли или грязи; 3 - колеи и неровности на обочине
При отсутствии укрепленных обочин сокращение проезжей части из-за загрязнения составляет 0,6-1,2 м. На участках с укрепленными на всю ширину обочинами сокращения ширины проезжей части почти не происходит. Характерным для зимних условий является исчезновение четких очертаний границ земляного полотна и сглаживание его форм. В районах с длительным зимним периодом, частыми снегопадами и метелями при регулярной снегоочистке на прикромочных полосах обочин и проезжей части образуется ровный плотный слой снега шириной 0,2-0,6 м и толщиной 2-10 см, по которому может происходить движение автомобилей (рис. 4.14). Фактическая ширина проезжей части, используемая для движения на дорогах с хорошим зимним содержанием, как бы увеличивается. Поэтому на отдельных участках дорог зимой могут быть лучшие условия для движения, чем летом. Средняя ширина фактически используемой полосы движения составляет 8-8,5 м, т.е. больше, чем ширина проезжей части. Интересно отметить, что эту ширину водители выбирают в течение всей зимы и, по-видимому, она является наиболее предпочтительной для двухполосного движения. Ширина прикромочных полос уплотненного снега колеблется от 0,2 до 2,5 м с каждой стороны. При отсутствии регулярной снегоочистки фактическая (чистая) ширина проезжей части резко сокращается или исчезает полностью и движение осуществляется по слою рыхлого или уплотненного снега.
Рис. 4.14. Параметры и состояние обочин зимой: а - при тщательной очистке снега; б - при образовании вала снега на участках ограждений, сигнальных столбиков; аП- проектная ширина обочины;аф- фактическая ширина обочины
В районах, где зимы теплые, малоснежные, снег зимой часто тает и полосы наката на кромках проезжей части не образуются. Характерной особенностью состояния дорог в зимний период является значительное колебание ширины чистой проезжей части по длине дороги и во времени. Большие сужения происходят на снегозаносимых участках дорог, участках установки ограждений, парапетов и направляющих столбиков, которые способствуют образованию снежных отложений и мешают уборке снега. Особенно неблагоприятные условия создаются на кривых малого радиуса (до 300 м) в плане, на которых устанавливаются ограждения, затрудняющие и без того сложные условия снегоочистки, на развязках дорог в одном и разных уровнях.