Гололед.

Содержание
Введение
Глава I Определение и сущность явления
Глава II Причины возникновения
Глава III Классификации и разновидности
Глава IV Распределение и масштабы проявления
Глава V Динамика или изменение во времени
Глава VI История открытия и исследования
Глава VII Фольклор, посвященный гололёду
Глава VIII Влияние на окружающую среду и деятельность человека
Глава IХ Влияние человека и возможности управления
Глава Х Прогнозирование
Заключение
Список литературы
Приложения
Глоссарий

Гололед.

Следовательно, на большей части территории страны климат достаточно суровый, с четкой сменой времен года и длинной зимой. [6, 51]Наиболее значительное влияние на климат России оказывает Атлантической океан, несмотря на то, что его воды нигде непосредственно не омывают территорию страны. В умеренных широтах, в которых располагается большая часть России, господствует западный перенос воздушных масс. Кроме того, на западе России нет высоких гор, способных воспрепятствовать переносу воздуха. Таким образом, влияние Атлантики распространяется очень далеко, вплоть до Верхоянского и Забайкальского хребтов. С западным переносом распространяются морские воздушные массы умеренных широт. Зимой они вызывают смягчение морозов, оттепели в западных районах, дожди и снегопады, способствующие возникновениюобледенения и гололеда.Таким образом, в России ледяной дождь и гололёд чаще всего наблюдаются в регионах европейской части, где часты выносы тёплых воздушных масс атлантического и средиземноморского происхождения. Среди основных регионов России, для которых характерно появление гололеда, можно выделить Южный, Приволжский, Центральный федеральные округа, а также в Ленинградскую, Псковскую, Новгородскую области. На Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке, где на протяжении большей части зимы сохраняются устойчивые низкие отрицательные температуры воздуха, гололёд бывает реже.Перечислим некоторые города России, в порядке возрастания среднегодового числа дней с гололёдом.Иркутск — 0, Хабаровск — 0, Якутск — 0, Владивосток — 1, Мурманск — 1, Петропавловск-Камчатский — 2, Томск — 2, Екатеринбург — 5, Санкт-Петербург — 5, Ханты-Мансийск — 5, Архангельск — 6, Астрахань — 6, Москва — 6, Омск — 6, Казань — 7, Оренбург — 9, Ростов-на-Дону — 10, Сыктывкар — 12, Самара — 15, Воронеж — 17.На карте, представленной на рис.2, указано районирование территории Российской Федерации по толщине стенки образующегося гололёда.Район по гололедуНормативная толщина стенки гололеда bэ, ммЦветI10ЖелтыйII15ОранжевыйIII20РозовыйIV25Блекло-красныйV30Ярко-красныйVI35VII40ОсобыйВыше 40Районы VI, VII и особые характерны для высоты 200, 300 и 400 метров. Зелёными участками на карте отмечены горные и малоизученные районы. В более высоком качестве карты представлены в Приложениях А и Б. [5]Рис. 2. Районирование территории Российской Федерации по толщине стенки гололедаРис. 3. Дополнение к карте на рис.2.Глава V Динамика или изменение во времениКак уже было сказано ранее, каждый случай гололёда протекает в три стадии: нарастания, неизменного состояния и разрушения льда. Рассмотрим внимательнее каждый из указанных процессов и их изменение и развитие с течением времени.Нарастание льда. Если температура воздуха у поверхности земли ниже нуля градусов Цельсия (точки замерзания воды), то морось и дождь, падающие из верхнего тёплого воздушного течения, переохлаждаются. Однако, несмотря на понижение температуры капель вода, она остаётся в жидком состоянии вплоть до тех пор, пока не произойдёт её соударение о твёрдую поверхность земли или какого-либо другого препятствия. При столкновении с твёрдыми телами, капли переохлаждённого дождя замерзают, и все предметы, с которыми они соприкасаются (ветви, провода, дороги, стены зданий и т.п.) покрываются слоем льда (гололёдом). [1, 57]Сплошной покров гололёда образуется при отрицательной температуре, близкой к нулю, и большом размере капель переохлаждённой воды. Большой размер капли способствует медленному замерзанию, так как такие капли имеют большой запас «скрытого тепла замерзания» и малую разность температуры замерзающей капли (0 оС) и воздуха. [3, 22]Рис.3. Схема образования переохлаждённого дождя.При медленном замерзании капля успевает слиться с другими каплями и образовать тонкую плёнку, в дальнейшем переходящую в корку льда. Указанный факт был доказан многочисленными экспериментами. Так, при диаметре капли 1,57 мм, она замерзает при -6,7 оС, а при 0,06 мм – при -18 оС и ниже. [3, 23] Эта зависимость была объяснена тем, что с увеличением размера капли, согласно теории вероятностей, растёт и вероятность образования зародыша кристалла льда внутри капли.Развитие поверхности льда и переход в неизменное состояние.Нарастания льда при гололёде – обычно непродолжительный процесс, длящийся обычно несколько часов при температуре -0,5 - -1 градус Цельсия. Иногда рост льда происходит при полном штиле, но в большинстве случаев ему способствует ветреная погода и падение, как уже было сказано, на его поверхность крупных капель воды. Рост льда, длящийся более 4-5 часов, может привести к большим разрушениям и человеческим жертвам. Рассмотрим, почему ветер способствует росту гололеда. Причина заключается в том, что в безветренную погоду капли дождя, испаряясь, сублимируются на поверхности льда, тем самым образуя менее плотную, чем гололёд, кристаллическую изморозь. Таким образом, поверхность льда закрывается, и рост гололёда прекращается. В ветреную же погоду, дождевая капля не успевает полностью испариться и падает на поверхность льда, увеличивая и укрепляя тем самым слой гололёда. Молекулы воды постепенно охлаждаются на поверхности ледовой корки и встраиваются в кристаллическую структуру льда. Следует также отметить, что при нарастании льда протекает «самоочистка» образующей его воды. Так, в жидкой воде растворено множество примесей как органического, так и минерального происхождения (ионы различных солей). Указанные примеси кристаллизуются в последнюю очередь, так как наиболее термодинамически выгоден именно процесс достраивания решётки льда за счёт молекул Н2О (явление зонной плавки). [7, 261]Когда по тем или иным причинам процесс образования ледяной корки прекращается, гололёд может довольно длительное время находиться в стабильном неизменном состоянии. Ледяная корка сохраняется на земле и предметах очень долго, в течение нескольких недель (при постоянной температуре 0 - +5 оС).Разрушение льда.Разрушение верхнего слоя ледовой корки постепенно начинается при повышении температуры с нуля градусов. Лёд начинает таять, как только накапливает достаточное количество тепла, необходимого для фазового перехода лёд – жидкая вода. В силу высокого значения теплоёмкости, равного 330 кДж/кг (к примеру, у железа удельная теплота плавления составляет 270 кДж/кг), гололёд может сохраняться на поверхностях достаточно длительное время даже при плюсовой температуре (из сравнения теплоёмкостей воды и льда видно, что для растопления одного килограмма льда требуется столько же тепла, сколько необходимо для нагревания 1 литра воды с нуля до восьмидесяти градусов Цельсия).Таким образом, разрушение ледовой корки – достаточно длительный и энергозатратный процесс, в природе, в отсутствии резкого повышения температуры, протекающий достаточно медленно. [2, 82]Глава VI История открытия и исследованияЯвление гололеда было издавна известно человечеству, пережившему несколько ледниковых периодов. Однако ещё сто лет назад гололёд не мог произвести столь масштабных разрушений, как в наше время. Многие века назад явление гололёда воспринималось как нечто само собой разумеющееся, сопутствующее каждой зиме. Действительно, в отсутствии автотранспорта, линий электропередач, авиации и другой современной техники, оледенение не могло привести к таким техногенным авариям, как сегодня. Тем не менее, гололёд был опасен и в те времена.Так, вследствие оледенения и гибели посевов озимых культур мог быть вызван голод, а в районах Крайнего Севера вымерзание подножного корма вызывало массовую гибель оленей, как очередной раз произошло, например, на Чукотке относительно недавно – в 80-х годах двадцатого века.Изучение явления гололёда и соответствующие метеоизмерения начали производиться в начале девятнадцатого века. Так, в «Руководстве к деланию метеорологических наблюдений» А.Я. Купфера, изданном в Санкт-Петербурге в 1835 году можно прочитать, что наблюдатели метеостанций «замечают… иней, гололедицу и пр. и пр., одним словом всё, что ни предоставляет нам атмосфера замечательного». Тем не менее, из сказанного не ясно, что именно понималось под гололедицей. Можно предположить, сто под словом «иней» подразумевалось всякое снеговидное обледенение, то есть иней, изморозь и твёрдый ледовый налёт, а под понятием «гололедица» - всякое льдистое образование: гололед, гололедица, замерзшая вода на предметах и др. [3, 6]Проводились и научные исследования, с целью установить природу данного явления. Так, ледяной дождь был впервые зафиксирован исследователем К. Жуком в 1885 году. Как писал учёный в своих заметках «падали капли, покрытые тонкой ледяной оболочкой». При их попадании на землю, поверхность покрывалась «малобугристой ледяной коркой». [4, 169]А в 1924 году научным сотрудником Т.Ф.Боровик-Романовой была доказана зависимость температуры замерзания воды от размера её капель. [3,23]Впервые знаки для регистрации обледенения предметов были даны на метеостанциях в инструкции 1869 года. Через несколько лет, в 1875 году, они были заменены на символы, используемые в метеорологии и сегодня. Кроме того, в тот же год для наблюдателей метеостанций были чётко определены понятия «иней», «гололед», «гололедица» и «изморозь», которые, впрочем, с течением времени видоизменялись.Рис. 4. Изменение знаков для записи погодных явлений:Слева – 1869 г. Справа – 1875 – 2012 гг. (Россия/СССР/Россия)В 1923 году, в связи с начавшейся электрификацией железных дорог, по всему СССР была выстроена сеть железнодорожных метеостанций с целью наблюдения за обледенением проводов. Следует отметить, что на разных метеостанциях наблюдение проводилось на различных предметах, что снижало совместимость и сравнимость наблюдений между собой. [3, 6]Начиная с тридцатых годов двадцатого века, во всём мире, и Советский Союз не был исключением, началось внедрение инструментальных сетевых методов наблюдения при помощи гололёдных станков.В последующие десятилетия, в связи в бурным ростом промышленного производства, потребовались качественные и экспрессные методы исследования явления гололёда и его прогнозирования. Аппаратура и методики постоянно совершенствовались, что будет освещено далее.Глава VII Фольклор, посвященный гололёдуЯвление гололёда и гололёдицы довольно широко отображено в фольклорном творчестве народов России. Обледенение земли и предметов в нашей стране не является из ряда вон выходящим событием, и уж тем более, гололёду не приписываются какие либо магические свойства. Кроме того, Природа не наделила гололёд такой красотой, как, скажем, изморозь. По этим причинам сказаний и легенд (отметим, именно про гололёд, а не про зиму вообще) в русском народном творчестве нет. Однако гололёд и гололёдица упоминаются во множестве песен, частушек, анекдотов и неисчислимом количестве различных забавных и не очень историй, обыгрывающих эти явления и их последствия. Гололёду и гололедице посвящено просто невообразимое число частушек, сочиняемых в России издавна и с непередаваемым задором. К сожалению, большая их часть – явно неприличного содержания, поэтому в данной работе мы приведём лишь самый безобидный стишок.«Не идется мне и не едется,потому что гололедица!Но зато отлично падается,потому никто не радуется!»Заметим, что в фольклоре часто происходит путаница понятий гололёд и гололедица, как, например, в этом стихотворении.«Гололед, гололед,Это просто беда.Едут ноги вперед,У меня как всегда.Я держусь, как могу,Только вновь не везет.Почему – не пойму,Больно падать об лед.Гололед, гололед,Я несчастлив зимой.Тот, кто знает – поймет,Отчего я такой.Я держусь, как могу,Ноги едут вперед.Как же я не люблю,Гололед, гололед».Гололеду, как уже говорилось, посвящено немало анекдотов. В нашей стране приято к любой ситуации относиться с юмором. Гололёд и ледяной дождь не стали исключением, так как «обросли» множеством шуток. Рассмотрим некоторые из них: «В гололёд лидерами становятся те, из кого песок сыплется».«На повестке дня у начальника столичного аэропорта два вопроса:1. Куда делась антиобледенительная жидкость?2. Что случилось с грузчиками?»В текстах песен бардов тема гололёда поднималась также достаточно часто. Достаточно вспомнить стихотворение «Гололед» знаменитого на весь мир поэта-песенника Владимира Семёновича Высоцкого:«Гололед на земле, гололед, целый год напролет - гололед.Гололед на земле, гололед, будто нет ни весны, ни лета,Чем-то скользким одета планета, люди падая, бьются об лед.Гололед на земле, гололед, целый год напролет - гололед.Даже если планету в облет, не касаясь планеты ногами,Не один, так другой упадет, гололед на земле, гололед,И затопчут его сапогами». [13, гл. стр.]В одноимённой песне известного шансонье Григория Лепса слово гололёд используется как в прямом, так и в переносном смысле, как символ тоски и «похолодания» в человеческих отношениях:«Снова осень, снова осень,И не видно солнца вовсе.Низко над землёй туманы стелятся.И по утреннему снегуЯ к тебе опять приеду.На дорогах снова – гололедица.Я не знаю, я не знаю – сколько дней пройдёт,Прежде, чем растает этот лёд.А пока легла в тумане полоса непониманья.Гололёд на сердце, гололёд.А пока легла в тумане полоса непониманья.Гололёд на сердце, гололёд».Таким образом, тема гололеда и гололедицы явно не обделена вниманием в народном творчестве.Глава VIII Влияние на окружающую среду и деятельность человекаГололед вредит хозяйственной деятельности человека. Очень велики ежегодные убытки вызываемые крушением опор проводов связи и электропередачи, авариями на наземном и воздушном транспорте, происходящими, к сожалению, с человеческими жертвами. Гололед является наиболее тяжёлым и распространённым видом обледенения, значительно влияющим на деятельность человека. Гололед и гололедица опасны для пастбищных животных. Так, на Чукотке в начале 80-х годов прошлого века гололедица вызвала массовую гибель оленей. К последствиям гололедицы относятся и обледенение морских платформ, причалов, судов, вызванное намерзанием брызг воды во время шторма. Обледенение крайне опасно для небольших судов, палуба и надстройки которых невысоко подняты над водой. Судно такого типа может набрать ледяную нагрузку критической величины за считанные часы. Ежегодно по всему миру от этого гибнет в среднем десять рыболовных судов, а сотни оказываются в рискованном положении. Набрызговые наледи на берегах Охотского и Японского морей могут достигать толщину 3—4 м, сильно мешая хозяйственной деятельности в прибрежной полосе.Вес гололедных корок может превышать 10 кг/м (до 86 кг/м на Урале и до 35 кг/м на Сахалине). Такая превышающая все допустимые значения нагрузка разрушительна для проводных линий и для многих мачт и навесных конструкций. Влияние гололеда на хозяйство особенно заметно в Западной Европе, США, Канаде, Японии, в южных республиках и районах бывшего СССР и носит в основном «угнетающий» характер.Время от времени происходят чрезвычайные ситуации. Так, в феврале 1984 г. в Ставропольском крае гололед с ветром парализовал автодороги и вызвал аварии на 175 высоковольтных линиях, и их нормальная работа была возобновлена лишь через 4 суток. При гололеде в Москве каждый год количество автоаварий увеличивается втрое.Следует отметить, что наибольший ущерб наносит не столько толщина гололёдных отложений, сколько ветры. Когда их скорость превышает 10–12 метров в секуду, то при такой двойной нагрузке (ветровой и весовой) опасность разрыва проводов, а также падения опор и столбов очень велика.Например, в декабре 1988 года на Северном Кавказе сложились крайне неблагоприятные погодные условия: снегопады, дождь, которые из-за низкой температуры превращались в гололёд. Поезда буквально пробивались сквозь „стеклянные“ дожди. Электровозы быстро выходили из строя, и их заменяли на тепловозы, что значительно снижало скорость движения и рушило расписание движения. Гололёд – плохой проводник электричества. Он препятствует съёму тока, вызывает сильное дугообразование, приводящее к значительным повреждениям контактной поверхности провода и к преждевременному выходу из строя контактных пластин пантографов. [6, 53]В крупных городах гололёд обходится ещё дороже. Десятки тысяч горожан в зимний сезон обращаются в „Скорую помощь“ и травматологические пункты. Многие страдают в результате дорожно-транспортных происшествий.Из относительно недавних сообщений можно привести заметку газеты „Известия“, 2004 г., январь, № 1:«Совершенно особая ситуация сложилась на средней и нижней Волге. Там, в результате встречи тёплого и влажного воздуха с холодным, сформировались так называемые сложные гололёдно-изморозные отложения. Толщина льда на проводах линий электропередачи составила 38 см2. Это было названо природной аномалией и своего рода рекордом. Из-за невероятной тяжести, провода рвались, как нитки. [6, 53]В конце 2010 года в Москве и Подмосковье произошло редкое для этого региона явление – прошел масштабный ледяной дождь. В результате без электричества остались 24 района Московской области: 455 населенных пунктов с населением в 200 тысяч человек и около 150 социально-значимых объектов (в первую очередь – больницы и детские сады). без электричества остались Балашихинский район, г.Реутов, Волоколамский, Воскресенский, Егорьевский, Домодедово, Клинский и другие районы. [8, гл. стр.]В результате образования наледи на проводах из-за выпадения осадков в виде дождя и снега было ограничено движение пригородных электропоездов и поездов дальнего следования по Горьковскому, Белорусскому и Павелецкому направлениям. Максимальная задержка в движении может составить до 2 часов. В результате отключений энергоснабжения аэропорт "Домодедово" закрыт, прием всех рейсов осуществляют аэропорты "Шереметьево" и "Внуково".В функционировавших аэропортах произошли многочисленные задержки авиарейсов, так как наземным службам приходилось бороться с обледенением ВПП, рулёжных дорожек и воздушных судов. Противообледенительных реагентов не хватало. Сотни пассажиров были вынуждены праздновать Новый 2011 год на холодном полу зала ожидания. С подобными сложностями столкнулось и большинство западноевропейских аэропортов. [9, гл. стр.]В горных местностях диаметр ледяных отложений может достигать одного метра и более. Поэтому в таких местах деревья не достигают полного развития (изморозь обламывает сучья и искривляет стволы) и имеют уродливый, кустарниковый вид.Однако в отдельных случаях изморозь и гололёд могут быть даже полезны. Так, при покрытии деревьев тонким слоем ледяной корки происходит защита растений от зимних морозов. Кроме того, осыпающаяся изморозь добавляется к общему количеству осадков, выпадающих в лесу. [3, 5]В продолжение темы влияния гололёда на человека, рассмотрим основные советы пешеходам и автомобилистам при гололеде. Итак, чтобы уменьшить риск аварии или травмы при гололёде и гололедице, необходимо:Слушая сводки Гидрометеоцентра, обращать внимание не только на данные о градусах, влажности воздуха, скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, но и на фразу: „На дорогах сильная гололедица“.В такой день, по возможности, лучше вовсе не выходить из дому, ибо, чем меньше вы сделаете шагов по скользкой поверхности, тем меньше вероятность травмы.Передвигаться по льду надо умеючи: на полусогнутых ногах, наклонившись вперед, ноги ставить на всю ступню и слегка расслабить в коленях, идти не торопясь. Руки (или хотя бы одна правая рука) должны быть свободны.Если чувствуете, что падаете, — постарайтесь сгруппироваться и валиться на правый бок, с упором на ладонь и предплечье.Выходите на улицу обязательно в удобной устойчивой обуви.Если Вы заметили гололёд, не нужно начинать резкое торможение. Продолжайте движение на пониженной скорости.Старайтесь сохранять скорость постоянной, педалью газа пользуйтесь осторожно и мягко, без лишних движений. Скорость снижайте перед поворотами и перекрестками заблаговременно.Для экстренной остановки на скользкой дороге можно использовать три приема торможения: комбинированное (тормоз с газом), прерывистое и ступенчатое. [6, 54]Если автомобиль заносит, выполните следующие правила поведения: Никогда не тормозите, это лишь усугубит занос.