БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Учебное пособие Авторы: Плотников В.В., Тунеголовец В.П. (ДВГУ-Дальрыбвтуз) 2001

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Учебное пособие
Авторы: Плотников В.В., Тунеголовец В.П.
(ДВГУ-Дальрыбвтуз) 2001
ВВЕДЕНИЕ
Об авторах
Плотников В.В.
Тунеголовец В.П.
Введение
Глава 1 Теоретические основы БЖД
1.1 Основные понятия и определения БЖД
1.2 Понятия и аппарат анализа опасностей
1.3 Качественный и количественный анализ опасностей
1.4 Численный анализ риска
Котрольные вопросы
Глава 2 Человек как элемент системы ЧЕЛОВЕК-МАШИНА-СРЕДА
2.1 Понятия и определения
2.2 Физиологическое действие атмосферной среды на человека
2.3 Комплексные показатели физиологического комфорта
Контрольные вопросы
Глава 3 Природные опасности
3.1 Основные понятия
3.2 Основные тенденции в развитии природных катастроф (из статьи академика В.И.
Осипова)
3.3 Литосферные опасности
3.3.1 Землетрясения
3.3.2 Оползни. Сели. Снежные лавины.
3.3.3 Извержение вулканов
Контрольные вопросы
3.4 Гидросферные опасности
3.4.1 Цунами
3.4.2 Наводнения
3.4.3 Экстремальные ледовые условия и обледение судов
Контрольные вопросы
3.5 Атмосферные опасности
3.5.1 Основные понятия
3.5.2 Гололед, туман, град, молнии
3.5.3 Смерчи
3.5.4 Тайфуны. Ураганы
3.5.5 Зимние южные циклоны
3.5.6 Метели
Контрольные вопросы
3.6 Космические опасности
Библиография к главе 3
Глава 4 Опасности техногенного характера
4.1 Механические колебания
4.1.1 Вибрация
4.1.2 Шум
4.1.3 Инфразвук
4.1.4 Ультразвук
4.1.5 Гиперзвук
4.2 Электромагнитные поля и излучения
Глава 5 Опасности экологического характера
5.1.1 Проявления и классификация
5.1.2 Экологическая безопасность жизнедеятельности
5.1.3 Экологический мониторинг, его цели и задачи
5.1.4 Радиоактивное загрязнение морской среды
5.1.5 Антропогенная нагрузка на Мировой океан
Глава 6 Опасности биологического характера
Опасности биологического характера
Глава 7 Опасности социального характера
7.1 Основные понятия
7.2 Наркомания
Глава 8 Управление безопасностью жизнедеятельности
8.1 Правовые и нормативно-технические основы
8.2 Организационные основы управления
8.3 Экспертиза и контроль экологичности и безопасности
8.4 Международное сотрудничество
Приложение
Климатология тайфунов. Карты риска сильного и ураганного ветра.
Волны на море
Ледовые условия
Плотников В.В.
Плотников
Владимир
Викторович
Телефон:
Факс:
31-26-29
(служебный)
44-20-17
(служебный)
7-(423)-222-7754
E-mail:
Образование:
1. Дальневосточный государственный университет, отделение
океанологии, инженер-океанолог, 1968-1973.
2. Аспирантура при Дальневосточном региональном научноисследовательском гидрометеорологическом институте (ДВНИГМИ)
(г. Владивосток, 1975-1978 гг.)
Кандидатская диссертация: "Исследование и прогноз ледовых
условий Охотского моря" (1981).
3. Докторская диссертация "Изменчивость ледовых условий
дальневосточных (Японское, Охотское, Берингово) морей и их
прогноз" (1996, Владивосток, Тихоокеанский океанологический
институт им. Академика В.И. Ильичева)
Ученые степени:
Кандидат географических наук (1982)
Доктор географических наук (1997)
Ученые звания:
Старший научный сотрудник по специальности "океанология" (1986)
Профессор кафедры Морской метеорологии и безопасности
жизнедеятельности Мореходного факультета Дальневосточного
государственного технического рыбохозяйственного университета
(Дальрыбвтуз) (2000)
Деятельность

1997 – по настоящее время, профессор кафедры Морской
метеорологии и безопасности жизнедеятельности Мореходного
факультета Дальневосточного
государственного технического рыбохозяйственного университета
(Дальрыбвтуз)
Тихоокеанский океанологический институт им.




1994 – по настоящее время, ведущий научный сотрудник лаборатории
изучения гидрологических процессов в Мировом океане
Тихоокеанского океанологического института им. Академика В.И.
Ильичева Дальневосточного отделения Российской Академии Наук
(ТОИ ДВО РАН)
1985 – 1993 заведующий лабораторией ледовых исследований и
прогнозов Дальневосточного регионального научноисследовательского гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
1978 – 1985 старший научный сотрудник лаборатории ледовых
исследований и прогнозов Дальневосточного регионального научноисследовательского гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
1975 – 1978 аспирант Дальневосточного регионального научноисследовательского гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
Научные интересы:
Исследование и моделирование ледовых условий на ДВ морях
Безопасность жизнедеятельности.
(более 100 публикаций)
Избранные труды (1997-2001):


Плотников В.В., Тунеголовец В.П. Безопасность жизнедеятельности. Учебное
пособи. / Владивосток: Издательство Дальрыбвтуз, 2001 (сдано в печать)
Плотников В.В., Лучин В.А
. Оценка крупномасштабной пространственно-временной изменчивости
термического состояния вод Берингова моря. //Труды Арктического
регионального центра, Том. II, часть I, Владивосток, Дальнаука, 2000 г.

Плотников В.В, Покрашенко С.А.
Получение оперативной информации о состоянии ледяного покрова с
использованием сети "ИНТЕРНЕТ" и ее использование для обеспечения
безопасности мореплавания. Методические указания. // Владивосток, Изд.
Дальрыбвтуза, 2000 г.

Плотников В.В, Трусков П.А., Покрашенко С.А.
Особенности зимнего плавания на трассах Японского моря. // Труды YI
Международной конференции по судам и морским конструкциям в холодных
регионах "ICETECH - 2000", Санкт-Петербург, изд. ЦНИИ им. А.Н. Крылова, 2000
г.


Neebauer H.J., Bond N.A., Yakunin L.P., Plotnikov V.V. Dynamics of the Bering Sea:
An update on climatology and sea ice of the Bering Sea./Alaska Sea Grant College
Program, Fairbanks, 1999/
Плотников В.В
., Якунин Л.П. "ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЯ И ГИДРОХИМИЯ МОРЕЙ" МОНОГРАФИЯ.
Том. IX. Берингово море. Выпуск 1. Гидрометеорологические условия. Часть 9.
Ледовые условия Берингова моря и методы их прогнозирования./ СанктПетербург, Гидрометеоиздат, 1999 г.

Плотников В.В. Природные опасности и их классификация. Чрезвычайные
ситуации природного характера. Методические указания. // Владивосток, Изд.
Дальрыбвтуза, 1999 г.

Плотников В.В
. Опасности биологического и экологического характера, их проявления и
классификация. Чрезвычайные ситуации природного характера. Методические
указания. // Владивосток, Изд. Дальрыбвтуза, 1999 г.

Плотников В.В
., Якунин Л.П., Петров А.Г. "ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЯ И ГИДРОХИМИЯ МОРЕЙ"
МОНОГРАФИЯ. Том. IX. Охотское море. Выпуск 1. Гидрометеорологические
условия. Часть 9. Ледовые условия Охотского моря и методы их
прогнозирования./ Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 1999 г.

Плотников В.В. Использование гидрометеорологической информации для
обеспечения безопасности мореплавания в холодный период на
дальневосточных морях. Методические указания. // Владивосток, Изд.
Дальрыбвтуза,
1998 г.

Плотников В.В
. Теоретические основы безопасности жизнедеятельности (БЖД). Методические
указания. // Владивосток, Изд. Дальрыбвтуза, 1998 г.



Плотников В.В. Аналого статистическая модель прогноза положения кромки,
сплоченности, возраста и форм льда на дальневосточных морях.//
"Метеорология и гидрология", 1997, № 10.
Плотников В.В. Изменчивость ледяного покрова Берингова моря.
//"Метеорология и гидрология", 1997, № 7.
Плотников В.В. Пространственно-временная сопряженность ледовитости
дальневосточных морей. //"Метеорология и гидрология", 1997, № 3.
Тунеголовец В.П.
Тунеголовец
Валерий
Петрович
22-80-89 (служебный)
Телефон: 44-22-94 (служебный)
515-327 (служебный)
Факс:
7-(423)-222-7754
E-mail:
[email protected]
Образование:
1. Дальневосточный государственный университет, отделение
океанологии, инженер-океанолог, 1965-1970.
2. Аспирантура при Государственном океанографическом институте
(г. Москва, 1974-1977).
Кандидатская диссертация: "Теплосодержание вод северо-западной
части Тихого океана" (1977)
3. Докторская диссертация "Тропические циклоны северо-западной
части Тихого океана: исследование и прогноз статистическими
методами" (1998, Владивосток, Дальневосточный государственный
университет)
Ученые степени:
Кандидат географических наук (1977)
Доктор географических наук (1999)
Ученые звания:
Старший научный сотрудник по специальности "океанология" (1984)
Почетные звания:
Лауреат премии имени Ю.М. Шокальского за 1982 г. за монографию
“Особенности термодинамики и структуры вод тропической зоны Тихого
океана”.
"Почетный работник гидрометеослужбы России" (1999).
Деятельность

1999 – по настоящее время, профессор кафедры Морской
метеорологии и безопасности жизнедеятельности Мореходного
факультета Дальневосточного
государственного технического рыбохозяйственного
университета (Дальрыбвтуз)




1997 – по настоящее время, профессор кафедры Морской
метеорологии и безопасности жизнедеятельности отделения
метеорологии геофизического факультета Дальневосточного
государственного университета
1992 – по настоящее время, заведующий отделом метеорологии и
тропических циклонов Дальневосточного регионального научноисследовательского гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
1989 – 1992 заместитель директора по научной работе
Дальневосточного регионального научно-исследовательского
гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
1983 – 1989 заведующий отделом тропических циклонов
Дальневосточного регионального научно-исследовательского




гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
1980 – 1983 заведующий лабораторией тропических циклонов
Дальневосточного регионального научно-исследовательского
гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
1977 – 1980 старший научный сотрудник отдела океанографии
Дальневосточного регионального научно-исследовательского
гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
1974 – 1977 аспирант Государственного океанографического
института (г. Москва)
1970 – 1974 океанолог на научно-исследовательском судне
Дальневосточного регионального научно-исследовательского
гидрометеорологического института (ДВНИГМИ)
Научные интересы:
Морская метеорология и статистические методы прогноза
тропических циклонов
Безопасность жизнедеятельности.
(более 100 публикаций)
Избранные труды (1997-2001):

Ситников И.Г., Похил А.Э., Тунеголовец В.П
. “ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ” Глава 4 “ТАЙФУНЫ”
МОНОГРАФИЯ “Природные опасности России” Том 5 Гидрометеорологические
опасности. Тематический том / под ред. Г.С. Голицина, А.А. Васильева. - М:,
Издательская фирма “КРУК”, 2001.






Плотников В.В., Тунеголовец В.П. Безопасность жизнедеятельности.
Учебное пособи. / Владивосток: Издательство Дальрыбвтуз, 2001 (сдано в
печать)
Тунеголовец В.П. Прогноз и моделирование тропических циклонов северозападной части Тихого океана. // Юбилейный вып. ДВНИГМИ, Владивосток:
Дальнаука, 2000.
Тунеголовец В.П. Прогноз и моделирование тропических циклонов северозападной части Тихого океана. // Юбилейный вып. ДВНИГМИ, Владивосток:
Дальнаука, 2000.
Тунеголовец В.П. налоговые схемы для прогноза перемещения и
интенсивности тропических циклонов северо-западной части Тихого океана.
// Юбилейный вып. ДВНИГМИ, Владивосток: Дальнаука, 2000.
Тунеголовец В.П. О некоторых показателях физиологического комфорта
применительно к территориям Приморского края и Сахалинской области. //
Тематический вып. ДВНИГМИ №3 Владивосток: Дальнаука, 2000.
Тунеголовец В.П. К вопросу о возможности прогнозирования траектории и
интенсивности тайфунов на ранней стадии развития. // Труды ДВНИГМИ, Вып.
148, 2000.






Тунеголовец В.П. О следе тайфуна в тропической атмосфере по данным
TOVS NOAA // Труды ДВНИГМИ, Вып. 148, 2000.
Тунеголовец В.П. О некоторых показателях физиологического комфорта
применительно к территориям Приморского края и Сахалинской области. //
Тематический вып. ДВНИГМИ №3 Владивосток: Дальнаука, 2000.
Тунеголовец В.П., Дашко Н.А., Варламов С.М. Исследование давления
воздуха и его резких изменений над южными районами Дальневосточного
региона // Тематический вып. ДВНИГМИ №2 Владивосток: Дальнаука, 1999.
Тунеголовец В.П., Михайленко Т.Д.. Смерчи во Владивостоке 20 сентября
1997 г. // Журнал "Метеорология и Гидрология",1998,N6
Тунеголовец В.П. Информационная система прогноза тайфунов. Состояние
и направления развития // Международная конференция “Стихия.
Строительство. Безопасность.” Владивосток, Россия, 8-12 сентября 1997 г. Сборник тезисов докладов. - Владивосток: ДВГТУ. - 1997.
Тунеголовец В.П. Альтернативный прогноз сильных дождей по территории
Приморского края // Международная конференция “Стихия. Строительство.
Безопасность.” Владивосток, Россия, 8-12 сентября 1997 г. - Сборник тезисов
докладов. - Владивосток: ДВГТУ. - 1997.
Введение
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемое учебное пособие представляет собой краткий курс лекций читаемый
по курсу “Безопасность жизнедеятельности”, курсантам и студентам морских
специальностей Мореходного факультета Дальрыбвтуза. Пособие включает
теоретическую часть и ряд практических вопросов для закрепления и
оперативного тестирования знаний получаемых слушателями. Пособие включает
ряд авторских разработок, используемых авторами в учебном процессе.
Издание включает в себя текстовую часть и приложение (Картографический и
табличный материалы, методики расчетов).
В текстовой части дано краткое описание теоретических вопросов, приводятся
некоторые формулы, табличные данные и другие материалы, необходимые для
достаточно полного представления изучаемой дисциплины и последующего
выполнения лабораторных работ.
При подготовке издания учтены весьма ценные замечания рецензентов
профессоров Технического Университета Короткова В.И., Павлова Н.И.
Авторы отдают себе отчет, что представленное учебное пособие, по-видимому, не
лишено недостатков, указания на которые они примут с благодарностью и учтут в
учебном процессе и последующих изданиях пособия.
ВВЕДЕНИЕ
Безопасность жизнедеятельности представляет серьезную проблему
современности. Для ее эффективного решения привлекаются знания многих наук,
разрабатываются собственные системы понятий, концептуальных схем,
теоретических положений, аксиом, методов исследования, учитывающих
существующие особенности действительности. Поэтому безопасности
жизнедеятельности закономерно рассматривать как научную и методологическую
основу для многочисленных специальных дисциплин, таких, например, как охрана
труда, гражданская оборона и т.д. Разумеется связь между безопасностью
жизнедеятельности и частными науками о безопасности носит взаимный характер.
Таким образом, безопасность жизнедеятельности это наука, содержанием которой
являются исследование общих закономерностей опасных явлений и разработка
соответствующих методов и средств защиты человека в любых условиях его
обитания.
Безопасность жизнедеятельности решает триединую задачу:



идентификация опасностей;
реализация профилактических мероприятий с целью предотвращения
опасности или снижения риска;
защите от остаточного риска.
Проблема защиты человека от опасностей в различных условиях его обитания
возникла одновременно с появлением на Земле наших далеких предков. На заре
человечества это были опасные природные явления, представители
биологического мира. С течением времени стали появляться опасности, творцом
которых стал сам человек. В настоящее время человек больше всего страдает от
им же созданных опасностей.
Статистические данные свидетельствуют, что больше всего людей погибает,
становятся инвалидами и больными от непосредственных опасностей природного,
техногенного, антропогенного, биологического, социального и т.д.
происхождения.
Ученые с древних времен изучают вопросы безопасности человека. Вот только
некоторые имена.
Гиппократ (460-377 до н.э.), Аристотель (384-322 до н.э.), Парацельс (1493-1541),
Агрикола (1494-1555), Раммацини (1633-1714), М.И. Ломоносов (1711-1765), К.
Маркс (1818 -1883), Ф. Энгельс (1820-1895), В.И. Ленин (1870-1924), В.Л.
Кирпичев (1845-1913), Д.П. Никольский (1855-1918) и многие другие.
Трудами этих и многих других ученых созданы научные предпосылки для
разработки средств и методов защиты от опасностей.
XX столетие ознаменовалось потерей устойчивости в таких процессах, как рост
населения Земли и его урбанизация. Это вызвало крупномасштабное развитие
энергетики, промышленности, сельского хозяйства, транспорта, военного дела и
обусловило значительный рост техногенного воздействия. Во многих странах оно
продолжает нарастать и в настоящее время. В результате активной техногенной
деятельности человека во многих регионах нашей планеты разрушена биосфера и
создан новый тип среды обитания — техносфера.
Биосфера — область распространения жизни на Земле, включающая нижний слой
атмосферы, гидросферу и верхний слой литосферы, не испытавших техногенного
воздействия.
Техносфера — регион биосферы в прошлом, преобразованный людьми с помощью
прямого или косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего
соответствия своим материальным и социально-экономическим потребностям
(техносфера — регион города или промышленной зоны, производственная или
бытовая среда).
Первопричиной многих негативных процессов в природе и обществе явилась и
является антропогенная деятельность, не сумевшая создать техносферу
необходимого качества как по отношению к человеку, так и по отношению к
природе. В настоящее время, чтобы решить возникающие проблемы, человек
должен совершенствовать техносферу, снизив ее негативное влияние на человека
и природу до допустимых уровней. Достижение этих целей взаимосвязано. Решая
задачи обеспечения безопасности человека в техносфере, одновременно
решаются задачи охраны природы от губительного влияния техносферы.
Основная цель безопасности жизнедеятельности как науки — защита человека в
техносфере от негативных воздействий антропогенного и естественного
происхождения и достижение комфортных условий жизнедеятельности.
Средством достижения этой цели является реализация обществом знаний и
умений, направленных на уменьшение в техносфере физических, химических,
биологических и иных негативных воздействий до допустимых значений. Это и
определяет совокупность знаний, входящих в науку о безопасности
жизнедеятельности, а также место БЖД в общей области знаний — экологии
техносферы.
Безопасность жизнедеятельности — наука о комфортном и безопасном
взаимодействии биосферы и техносферы.
Главная задача науки о безопасности жизнедеятельности —-превентивный анализ
источников и причин возникновения опасностей, прогнозирование и оценка их
воздействия в пространстве и во времени.
Учение о биосфере
Биосфера - сфера жизни. Она представляет собой часть земного шара. Термин
биосфера ввел в 1875 году австрийский геолог Э. Зюсс. Последний назвал область
жизни на Земле биосферой.
Основоположником современного учения о биосфере является русский ученый В.
И. Вернадский. В представлении В. И. Вернадского биосфера охватывает то
пространство, в котором живое вещество действует как геологическая сила,
формирующая облик Земли. В основе его учения лежат представления о
планетарной геохимической роли живого вещества в образовании биосферы.
Биосфера - продукт длительного превращения вещества и энергии в ходе
геологического развития Земли.
По В. И. Вернадскому биосфера включает в себе четыре основных компонента:
1. Живое вещество - совокупность всех живых
организмов (люди, животные, птицы, растения,
рыбы, микроорганизмы и т.д.)
2. Биогенное вещество, т.е. продукты,
образовавшиеся в результате жизнедеятельности
различных организмов (каменный уголь, битумы,
торф, лесная подстилка, гумус почв и т.д.)
3. Биокосное вещество - преобразованное
организмами неорганическое вещество (некоторые
осадочные породы, приземный воздух атмосферы
и т.д.)
4. Косное вещество - горные породы, в основном
магматического генезиса.
Живое вещество - это совокупность живых организмов, существовавших или
существующих определенный промежуток времени и являющихся мощным
геологическим фактором. Живое вещество является биогеохимическим фактором
и характеризуется элементарным составом, массой и энергией. Это вещество
аккумулирует и преобразовывает солнечную энергию и вовлекает неорганическую
материю в непрерывный круговорот. В. И. Вернадский указывал, что живое
вещество аккумулирует энергию космоса, превращает ее в энергию земных
процессов (химическую, электрическую, механическую, тепловую и т.д.) и в
непрерывном обмене веществ с косной материей планеты обеспечивает
образование живого вещества. Последнее замещает отмирающие его массы и
привносит новые качества, определяя процесс эволюции органического мира.
Через живое вещество многократно проходят атомы почти всех химических
элементов. Живое вещество определяет состав атмосферы, гидросферы,
литосферы и играет большую роль в формировании биосферы.
Учение В. И. Вернадского о биосфере создает теоретическую базу для решения
грандиозной задачи всестороннего изучения биосферы как глобальной среды
обитания человечества.
Во взглядах В. И. Вернадского особенно важны следующие два положения:


понятие о живом веществе как о ведущем факторе миграции и
перераспределения химических элементов на поверхности Земли.
неразрывная связь и единство живых организмов и окружающей среды.
Единство биосферы поддерживается непрекращающимся обменом вещества
и энергии между средой и организмами. Обмен веществ происходит путем
миграции химических элементов, захватываемых и выделяемых
организмами в процессе их жизнедеятельности.
Жизненные процессы, включающие процессы биогеохимической миграции
элементов, по своей природе являются цикличными и незамкнутыми.
Биогеохимические циклы бывают разного ранга - от обмена на уровне
микроорганизмов до суммарного эффекта деятельности живого вещества планеты
Земля. Это создает своеобразный механизм функционирования биосферы и ее
отдельных звеньев. Цикличность массообмена химических элементов
поддерживает состав окружающей среды в состоянии подвижного равновесия.
Незамкнутость процессов способствует направленному изменению состава среды.
Биогеохимия - наука, изучающая закономерности распределения химических
элементов в живых организмах и окружающей среде для выяснения
биогеохимических циклов массообмена. Биогеохимия является частью учения о
биосфере.
Идеи В. И. Вернадского о единстве общества и природы актуальны и в настоящее
время. Он говорил: "Все страхи и рассуждения обывателей, а также некоторых
представителей гуманитарных и философских дисциплин о возможности гибели
цивилизации связаны с недооценкой силы и глубины геологических процессов,
каким является происходящий ныне, нами переживаемый переход биосферы в
ноосферу".
Учение В. И. Вернадского о ноосфере включает четыре основные положения:
1) Ноосфера является исторически последним состоянием геологической оболочки
биосферы, преобразованной деятельностью человека.
2) Ноосфера - сфера разума и труда.
3) Изменения в биосфере обусловлены как сознательной, так и бессознательной
деятельностью человека. В последнем случае изменения в биосфере являются
стихийными.
4) Дальнейшее развитие ноосферы связано с развитием социально-экономических
факторов, таких как установление мира на планете Земля, освобождение
трудящихся и дальнейшее развитие науки в их интересах.
Ноосфера сильно отличается от биосферы в генетическом ускоренном развитии.
Например, биосфера в мезозойском периоде находилась в устойчивом состоянии
миллионы лет. Ноосфера значительно изменяется за десятки лет. Так, за
несколько десятков лет развития химической промышленности в АрмянскоКрасноперекопском промышленном районе Крыма заражены все среды
экосистемы планеты Земля и сформировать чистую ноосферу в этом регионе не
представляется возможным.
Ноосфера сильно изменяется не за миллионы лет, а за столетия и десятилетия. В
литературе известно, что с середины XIX века мировое потребление углерода,
железа, марганца, никеля увеличилось в 50-60 раз, а ванадия, вольфрама,
молибдена, алюминия и калия - в 200-1000 раз. В природе месторождения
формировались миллионы лет. Добыча полезных ископаемых и их рассеяние,
миграция и локализация в техногенных условиях происходит всего лишь за
десятки и реже - сотни лет. При переработке и извлечении полезных компонентов
из руд образуются шламы, шлаки и другие отходы производств, которые
возвращаются в биосферу. Так происходит обмен веществ между человеком и
природой. Этот обмен веществ приводит к загрязнению ноосферы и к
заболеванию живых организмов. Процессы миграции, рассеивания, локализации
(аккумуляции) и перераспределения элементов и загрязняющих веществ между
различными средами в техногенных условиях осуществляется с использованием
энергии солнца, ядерных превращений, горючих ископаемых (угля, торфа, нефти,
газа, сланцев) и других источников [ ].
Эволюция среды обитания, переход от биосферы к техносфере. В
жизненном цикле человек и окружающая его среда обитания образуют постоянно
действующую систему “человек —среда обитания”.
Среда обитания — окружающая человека среда, обусловленная в данный момент
совокупностью факторов (физических, химических, биологических, социальных),
способных оказывать прямое или косвенное, немедленное или отдаленное
воздействие на деятельность человека, его здоровье и потомство. „ Действуя в
этой системе, человек непрерывно решает, как минимум, две основные задачи:
— обеспечивает свои потребности в пище, воде и воздухе;
— создает и использует защиту от негативных воздействий как со стороны среды
обитания, так и себе подобных.
Негативные воздействия, присущие среде обитания, существуют столько, сколько
существует Мир. Источниками естественных негативных воздействий являются
стихийные явления в биосфере: изменения климата, грозы, землетрясения и т.п.
Постоянная борьба за свое существование вынуждала человека находить и
совершенствовать средства защиты от естественных негативных воздействий
среды обитания. К сожалению, появление жилища, применение огня и других
средств защиты, совершенствование способов получения пищи — все это не
только защищало человека от естественных негативных воздействий, но и влияло
на среду обитания.
На протяжении многих веков среда обитания человека медленно изменяла свой
облик и, как следствие, мало менялись виды и уровни негативных воздействий.
Так продолжалось до середины XIX в. — начала активного роста воздействия
человека на среду обитания. В XX в. на Земле возникли зоны повышенного
загрязнения биосферы, что |привело к частичной, а в ряду случаев и к полной
региональной реградации. Этим изменениям во многом способствовали:
o
o
o
o
o
высокие темпы роста численности населения на Земле
(демографический взрыв) и его урбанизация;
рост потребления и концентрация энергетических ресурсов;
интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного
производства;
массовое использование средств транспорта;
рост затрат на военные цели и ряд других процессов.
Демографический взрыв. Достижения в медицине, повышение комфортности
деятельности и быта, интенсификация и рост продуктивности сельского хозяйства
во многом способствовали увеличению продолжительности жизни человека и как
следствие росту населения Земли. Одновременно с ростом продолжительности
жизни в ряде регионов мира рождаемость продолжала оставаться на высоком
уровне, и составляла в некоторых из них до 40 человек на 1000 человек в год и
более. Высокий уровень прироста населения характерен для стран Африки,
Центральной Америки, Ближнего и Среднего Востока, Юго-Восточной Азии, Индии,
Китая. Статистические данные о численности населения Земли и тенденции его
изменения показаны на рис. 1.
Рис. 1. Рост численности населения Земли
Существуют несколько прогнозов дальнейшего изменения численности населения
Земли (см. рис.1). По I варианту (неустойчивое развитие) к концу XXI в. возможен
рост численности до 28—30 млрд. человек. В этих условиях Земля уже не сможет
(при современном состоянии технологий) обеспечивать население достаточным
питанием и предметами первой необходимости. С определенного периода
начнутся голод, массовые заболевания, деградация среды обитания и как
следствие резкое уменьшение численности населения и разрушение
человеческого сообщества. Уже в настоящее время в экологически
неблагополучных регионах наблюдается связь между ухудшением состояния
среды обитания и сокращением продолжительности жизни, ростом детской
смертности.
По II варианту (устойчивое развитие) численность населения необходимо
стабилизировать на уровне 10 млрд. человек, что при существующем уровне
развития технологий .жизнеобеспечения будет соответствовать удовлетворению
жизненных потребностей человека и нормальному развитию общества.
Урбанизация. Одновременно с демографическим взрывом идет процесс
урбанизации населения планеты. Этот процесс имеет во многом объективный
характер, ибо способствует повышению производительной деятельности во
многих сферах, одновременно решает социальные и культурно-просветительные
проблемы общества. По данным ООН, в городах мира проживали:
Год
1880
1950
1970
1984
2000
Городское население. %
1.7
13,1
17
50
80...85
К 1990 г. в США урбанизировано 70% населения, в Российской Федерации к
1995—76%. Москва занимает лишь 21 место среди крупнейших городов мира. Ее
население — 9,2 млн. человек.
Урбанизация непрерывно ухудшает условия жизни в регионах, неизбежно
уничтожает в них природную среду. Для крупнейших городов и промышленных
центров характерен высокий уровень загрязнения компонент среды обитания. Так,
атмосферный воздух городов содержит значительно большие концентрации
токсичных примесей по сравнению с воздухом сельской местности
(ориентировочно оксида углерода в 50 раз, оксидов азота —в 150 раз и летучих
углеводородов — в 2000 раз).
Рост энергетики, промышленного производства, численности средств транспорта.
Увеличение численности населения Земли и военные нужды стимулируют рост
промышленного производства, числа средств транспорта, приводят к росту
производства энергетических и потреблению сырьевых ресурсов. Потребление
материальных и энергетических ресурсов имеет более высокие темпы роста, чем
прирост населения, так как постоянно увеличивается их среднее потребление на
душу населения. О неограниченных способностях к росту потребления
свидетельствует использование электроэнергии в США. По статистическим
данным, в 1970 г. США имели 7% населения и 1/3 мирового производства
электроэнергии.
Огромны затраты на военные цели. После второй мировой войны на вооружение в
мире израсходовано около 6000 млрд. долларов США.
Военная промышленность является одним из активных стимуляторов развития
техники и роста энергетического и промышленного производства.
Оценивая экологические последствия развития энергетики, следует иметь в виду,
что во многих странах это достигалось преимущественным использованием
тепловых электрических станций (ТЭС), сжигающих уголь, мазут или природный
газ. Об этом свидетельствует и структура производства электроэнергии в СССР
(1985 г.): ТЭС—1196 млрд. кВт ч (74,5%), ГЭС—216 млрд. кВт ч (13,5%), АЭС—193
млрд. кВт ч (12%). Выбросы ТЭС наиболее губительны для биосферы.
Во второй половине XX в. каждые 12...15 лет удваивалось промышленное
производство ведущих стран мира, обеспечивая тем самым удвоение выбросов
загрязняющих веществ в биосферу. В СССР в период с 1940 по 1980 гг. возросло
производство электроэнергии в 32 раза; стали —в 7,7; автомобилей —в 15 раз;
увеличилась добыча угля в 4,7, нефти — в 20 раз. Аналогичные или близкие к ним
темпы роста Ц наблюдались во многих других отраслях народного хозяйства.
Значительно более высокими темпами развивалась химическая промышленность,
объекты цветной металлургии, производство строительных материалов и др.
Постоянно увеличивался мировой автомобильный парк: с 1960 по 1990 гг. он
возрос с 120 до 420 млн. автомобилей.
Развитие сельского хозяйства. Вторая половина XX в. связана с интенсификацией
сельскохозяйственного производства. В целях повышения плодородия почв и
борьбы с вредителями в течение многих лет использовались искусственные
удобрения и различные токсиканты, что не могло не влиять на состояние
компонент биосферы. В 1986 г. среднее количество минеральных удобрений на 1
га пашни в мире составило около 90 кг, в СССР и США — более 100 кг, в Европе —
230 кг. При избыточном применении азотных удобрений почва перенасыщается
нитратами, а при внесении фосфорных удобрений — фтором, редкоземельными
элементами, стронцием. При использовании нетрадиционных удобрений
(отстойного ила и т.п.) почва перенасыщается соединениями тяжелых металлов.
Избыточное количество удобрений приводит к перенасыщению продуктов питания
токсичными веществами, нарушает способность почв к фильтрации, ведет к
загрязнению водоемов, особенно в паводковый период.
Пестициды, применяемые для защиты растений от вредителей, опасны и для
человека. Установлено, что от прямого отравления пестицидами в мире ежегодно
погибает около 10 тыс. человек, гибнут леса, птицы, насекомые. Пестициды
попадают в пищевые цепи, питьевую воду. Все без исключения пестициды
обнаруживают либо мутагенное, либо иное отрицательное воздействие на
человека и живую природу. В настоящее время отмечаются высокие загрязнения
почв фосфорорганическими пестицидами (фозалоном, метафосом), гербицидами
(2,4-Д, трефланом, трихлорацетатом натрия) и др.
Создавая техносферу, человек стремился к повышению комфортности среды
обитания, к росту коммуникабельности, к обеспечению защиты от естественных
негативных воздействий. Все это благоприятно отразилось на условиях жизни и в
совокупности с другими факторами (улучшение медицинского обслуживания и др.)
сказалось на продолжительности жизни людей. К началу XIX в продолжительность
жизни человека составляла 35-40 лет, в конце ХХ в – 60-63.
Однако созданная руками и разумом человека техносфера, призванная
максимально удовлетворять его потребности в комфорте и безопасности, не
оправдала во многом надежды людей. Появившиеся производственная и
городская среды оказались далеки по уровню безопасности от допустимых
требований.
Появление техносферы привело к тому, что биосфера во многих регионах нашей
планеты стала активно замещаться техносферой. На планете осталось мало
территорий с ненарушенными экосистемами. В наибольшей степени экосистемы
разрушены в развитых странах — в Европе, Северной Америке, Японии. Здесь
естественные экосистемы сохранились в основном на небольших площадях, они
представляют собой небольшие пятна биосферы, окруженные со всех сторон
нарушенными деятельностью человека территориями, и поэтому подвержены
сильному техносферному давлению.
Техносфера —детище XX в., приходящее на смену биосфере. К новым,
техносферным относятся условия обитания человека в городах и промышленных
центрах, производственные, транспортные и бытовые условия жизнедеятельности.
Практически все урбанизированное население проживает в техносфере, где
условия обитания существенно отличаются от биосферных прежде всего
повышенным влиянием на человека техногенных негативных факторов.
Взаимодействие человека и техносферы. Человек и окружающая его среда
(природная, производственная, городская, бытовая и др.) в процессе
жизнедеятельности постоянно взаимодействуют друг с другом. При этом “жизнь
может существовать только в процессе движения через живое тело
потоков вещества, энергии и информации” (Закон сохранения жизни, Ю.Н.
Куражковский [0.8]).
Человек и окружающая его среда гармонично взаимодействуют и развиваются
лишь в условиях, когда потоки энергии, вещества и информации находятся в
пределах, благоприятно воспринимаемых человеком и природной средой. Любое
превышение привычных уровней потоков сопровождается негативными
воздействиями на человека и/или природную среду. В естественных условиях
такие воздействия наблюдаются при изменении климата и стихийных явлениях.
В условиях техносферы негативные воздействия обусловлены элементами
техносферы (машины, сооружения и т.п.) и действиями человека. Изменяя
величину любого потока от минимально значимой до максимально возможной,
можно пройти ряд характерных состояний взаимодействия в системе “человек —
среда обитания”:
—комфортное (оптимальное), когда потоки соответствуют оптимальным условиям
взаимодействия: создают оптимальные условия деятельности и отдыха;
предпосылки для проявления наивысшей работоспособности и как следствие
продуктивности деятельности; гарантируют сохранение здоровья человека и
целостности компонент среды обитания;
—допустимое, когда потоки, воздействуя на человека и среду обитания, не
оказывают негативного влияния на здоровье, но приводят к дискомфорту, снижая
эффективность деятельности человека. Соблюдение условий допустимого
взаимодействия гарантирует невозможность возникновения и развития
необратимых негативных процессов у человека и в среде обитания;
— опасное, когда потоки превышают допустимые уровни и оказывают негативное
воздействие на здоровье человека, вызывая при длительном воздействии
заболевания, и/или приводят к деградации природной среды;
— чрезвычайно опасное, когда потоки высоких уровней за короткий период
времени могут нанести травму, привести человека к летальному исходу, вызвать
разрушения в природной среде.
Из четырех характерных состояний взаимодействия человека со средой обитания
лишь первые два (комфортное и допустимое) соответствуют позитивным условиям
повседневной жизнедеятельности, а два других (опасное и чрезвычайно опасное)
— недопустимы для процессов жизнедеятельности человека, сохранения и
развития природной среды.
Взаимодействие человека со средой обитания может быть позитивным или
негативным, характер взаимодействия определяют потоки веществ, энергий и
информации.
Стремление человека к достижению высокой производительности своей
деятельности, комфорта и личной безопасности в интенсивно развивающейся
техносфере сопровождается увеличением числа задач, решаемых в системе
“безопасность жизнедеятельности человека”.
Значимость проблем в системах безопасности непрерывно увеличивается,
поскольку растет не только число, но и энергетический уровень негативных
воздействий. Если уровень влияния естественных негативных факторов
практически стабилен на протяжении многих столетий, то большинство
антропогенных факторов непрерывно повышает свои энергетические показатели
(рост напряжений, давлений и др.) при совершенствовании и разработке новых
видов техники и технологии (появление ядерной энергетики, концентрация
энергоресурсов и т.п.).
По мнению акад. Н.Н. Моисеева, “человечество вступило в новую эру своего
существования, когда потенциальная мощь создаваемых им средств воздействия
на среду обитания становится соизмеримой с могучими силами природы планеты.
Это внушает не только гордость, но и опасение, ибо чревато последствиями,
которые могут привести к уничтожению цивилизации и даже всего живого на
Земле”.
Многие системы безопасности взаимосвязаны между собой как по негативным
воздействиям, так и средствам достижения безопасности. Обеспечение
безопасности жизнедеятельности человека в техносфере почти всегда неразрывно
связано с решением задач по охране природной среды (снижение выбросов и
сбросов и др.).
Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека в техносфере — путь к
решению многих проблем защиты природной среды от негативного влияния
техносферы.
Контрольные вопросы.
1.
2.
3.
4.
Что входит в понятие “биосфера”?
Что входит в понятие “техносфера”?
Что входит в понятие “ноосфера”?
Как формулируется закон сохранения
жизни?
5. Какие существуют характерные состояния
взаимодействия в системе “человек —среда
обитания”?
1.1 Основные понятия и определения БЖД
Основные понятия и определения БЖД
С момента своего появления на Земле Человек перманентно живет и действует в
условиях постоянно изменяющихся потенциальных опасностей, то есть
деятельность Человека потенциально опасна /О.Н. Русак/. Перефразируя
аксиому о потенциальной опасности, можно констатировать Жизнедеятельность человека потенциально опасна.
Аксиома предопределяет, что все действия человека и все компоненты среды
обитания, прежде всего технические средства и технологии, кроме позитивных
свойств и результатов, обладают способностью генерировать травмирующие и
вредные факторы. При этом любое новое позитивное действие или результат
неизбежно сопровождается возникновением новых негативных факторов.
В настоящее время перечень реально действующих негативных факторов
значителен и насчитывает более 100 видов. К наиболее распространенным и
обладающим достаточно высокими концентрациями или энергетическими
уровнями относятся вредные производственные факторы: запыленность и
загазованность воздуха, шум, вибрации, электромагнитные поля,
ионизирующие излучения, повышенные или пониженные параметры
атмосферного воздуха (температуры, влажности, подвижности воздуха,
давления), недостаточное и неправильное освещение, монотонность
деятельности, тяжелый физический труд и др.
Реализуясь в пространстве и времени, опасности причиняют вред здоровью
Человека. В свою очередь, люди являются составной часть той или иной
социальной группы, общества, государства. Следовательно, опасности - это то,
что угрожает не только Человеку, но и обществу и государству в целом.
Значить, профилактика опасности и защита от них - актуальнейшая гуманная и
социально-экономическая проблема, в решении которой Государство не может
не быть заинтересованным.
Обеспечение безопасности деятельности - задача первостепенного
приоритета для личности, общества государства. Абсолютной безопасности
не бывает. Под безопасностью понимается такой уровень опасности с которым
на данном этапе научного и экономического развития можно смириться.
Безопасность - это приемлемый риск. Как достичь эту цель? Единственный
способ состоит в образовании Человека. Другого пути просто нет.
Опасности по своей природе потенциальны (т.е. скрыты), перманентны (т.е.
постоянны) и тотальны (т.е. всеобщи). Следовательно нет на Земле Человека,
которому не угрожают опасности. Но зато есть тьма людей, которые об этом не
подозревают. Их сознание работает в режиме отчуждения от реальной жизни.
Для выработки идеологии безопасности, формирования соответствующего
мышления и поведения и служит наука безопасность жизнедеятельности.
Безопасность жизнедеятельности (БЖД) - это область научных знаний,
изучающая общие проблемы опасности, угрожающие каждому Человеку и
разрабатывающая соответствующие способы защиты от них в любых условиях
обитания Человека.
Основные понятия.
Безопасность (жизне) деятельности - область научных знаний, изучающая
опасности и способы защиты от них человека в любых условиях его обитания.
Деятельность - специфическая человеческая форма активного отношения к
окружающему миру, содержание которой составляет его целесообразное
изменение и преобразование. Всякая деятельность включает в себя цель,
средство, результат и сам процесс деятельности. Формы деятельности
многообразны. Они охватывают практические, интеллектуальные, духовные
процессы, протекающие в быту, общественной, культурной, трудовой, научной,
учебной и других сферах жизни.
Здоровье - естественное состояние организма, характеризующееся его
уравновешенностью с окружающей средой и отсутствием каких-либо
болезненных изменений.
“Здоровье - это состояние полного физического, духовного и социального
благополучия” - Устав Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).
Опасность - явление, процессы, объекты, свойство предметов, способные в
определенных условиях наносить ущерб здоровью человека.
Безопасность - состояние деятельности, при котором с определенной
вероятностью исключено проявление опасностей, или отсутствие чрезмерной
опасности, или, безопасность — состояние объекта защиты, при котором
воздействие на него всех потоков вещества, энергии и информации не
превышает максимально допустимых значений.
Следует отметить, что термин “безопасность” часто используют для оценки
качества источника опасности, говоря о неспособности источника генерировать
опасности. Настало время, когда для описания такого свойства источников
опасности необходимо найти иной термин. Такими терминами могут быть:
“неопасность”, “совместимость”, “экологичность” и т.п.
Экологичностъ источника опасности — состояние источника, при котором
соблюдается его допустимое воздействие на техносферу и/или биосферу.
Риск - количественная оценка опасности. Определяется как частота или
вероятность возникновения одного события при наступлении другого события.
Обычно это безразмерная величина, лежащая в интервале от 0 до 1 ( или от 0 до
100%).
Идентификация опасности - процесс распознавания образа опасности,
установления возможных причин, пространственных и временных координат,
вероятности проявления, величины и последствий опасности.
Потенциальный - возможный, скрытый.
Цель - то, что ожидается в результате определенным образом направленных
действий.
Причина - событие, предшествующее и вызывающее другое событие,
именуемое следствием.
Ущерб здоровью - это любое проявление нарушения здоровья.
Условия деятельности - совокупность факторов среды обитания,
воздействующих на человека.
Опасность
Опасность - центральное понятие в безопасности жизнедеятельности.
Различают опасности естественного и антропогенного происхождения.
Естественные опасности обусловливают стихийные явления, климатические
условия, рельеф местности и т.п. Ежегодно стихийные явления подвергают
опасности жизнь около 25 млн. человек. Так, например, в 1990 г. в результате
землетрясений в мире погибло более 52 тыс. человек. Этот год стал наиболее
трагичным в минувшем десятилетии, учитывая, что за период 1980...1990 гг.
жертвами землетрясений стали 57 тыс. человек.
Негативное воздействие на человека и среду обитания, к сожалению, не
ограничивается естественными опасностями. Человек, решая задачи своего
материального обеспечения, непрерывно воздействует на среду обитания своей
деятельностью и продуктами деятельности (техническими средствами,
выбросами различных производств и т.п.), генерируя в среде обитания
антропогенные опасности. Чем выше преобразующая деятельность человека,
тем выше уровень и число антропогенных опасностей — вредных и
травмирующих факторов, отрицательно воздействующих на человека и
окружающую его среду.
Опасность хранят все системы, имеющие энергию, химически или
биологически активные компоненты, а также характеристики,
несоответствующие условиям жизнедеятельности человека.
Опасности носят потенциальный характер. Актуализация опасностей
происходит при определенных условиях, именуемых причинами. Признаками,
определяющими опасность, являются: угроза для жизни, возможность
нанесения ущерба здоровью, нарушение условий нормального
функционирования органов и систем человека.
Опасность - понятие относительное.
Номенклатура опасностей.
Виды опасностей: ( имеется своя номенклатура куда в алфавитном порядке
заносятся все опасности начиная с алкоголя (а) и заканчивая ядовитыми
веществами (я)).
При выполнении конкретных исследований составляется более подробная
номенклатура опасностей для отдельных объектов. Полезность номенклатур
состоит в том, что они содержат полный перечень потенциальных опасностей и
облегчают процесс идентификации. Процедура составления номенклатуры
имеет профилактическую направленность.
Таксономия опасностей.
Таксономия - наука о классификации и систематизации сложных явлений,
понятий, объектов. Поскольку опасность является понятием сложным,
иерархическим, имеющим много признаков, таксономирование их несет
важную роль в организации познания безопасности жизнедеятельности,
позволяет глубже познать природу опасности.
По происхождению различают 6 групп опасностей: природные, техногенные,
антропогенные, экологические, социальные, биологические.
По характеру воздействия на человека опасности можно разделить на 5 групп:
механические, физические, химические, биологические, психофизиологические.
По времени проявления отрицательных последствий опасности делятся на
импульсивные и кумулятивные.
По локализации опасности бывают: связанные с литосферой, гидросферой,
атмосферой, космосом.
По вызываемым последствиям: утомление, заболевание, травмы, аварии,
пожары, летальные исходы и т.д.
По приносимому ущербу: социальный, технический, экологический,
экономический.
Сферы проявления опасностей: бытовая, спортивная, дорожно-транспортная,
производственная, военная и др.
По структуре (строению) опасности делятся на простые и производные,
порождаемые взаимодействием простых.
По реализуемой энергии опасности делятся на активные и пассивные.
К пассивным относятся опасности, активизирующиеся за счет энергии,
носителем которой является сам человек. Это - острые (колющие и режущие)
неподвижные элементы; неровности поверхности, по которой перемещается
человек; уклоны, подъемы; незначительное трение между соприкасающимися
поверхностями (скольжение) и др.
Различают признаки опасности: априорные (предвестники) и апостериорными
(следы).
Идентификация опасностей.
Опасности носят потенциальный, т.е. скрытый характер.
Под идентификацией понимается процесс обнаружения и установления
количественных, временных, пространственных и иных характеристик,
необходимых и достаточных для разработки профилактических и оперативных
мероприятий, направленных на обеспечение жизнедеятельности.
В процессе идентификации выявляются номенклатура опасностей, вероятность
их проявления, пространственная локализация (координаты), возможный ущерб
и другие параметры, необходимые для решения конкретной задачи.
Главное заключается в установлении возможных причин проявления опасности.
Полностью идентифицировать опасность очень трудно. Например, причины
некоторых аварий и катастроф остаются невыясненными долгие годы или
навсегда. Можно говорить о разной степени идентификации: более или менее
полной, приближенной, ориентировочной и т.п.
Причины и следствия.
Условия, при которых реализуются потенциальные опасности, называются
причинами.
Причины характеризуют совокупность обстоятельств, благодаря которым
опасности проявляются и вызывают те или иные нежелательные последствия.
Формы нежелательных последствий, или ущерба, разнообразны: травмы
различной тяжести, заболевания, урон окружающей среде и др.
Опасность, причины, следствия являются основными характеристиками таких
событий, как несчастный случай, чрезвычайная ситуация, пожар и т.д.
Триада “опасность - причины - нежелательные следствия” - это логический
процесс развития, реализующий потенциальную опасность в реальный ущерб
(последствие). Как правило, этот процесс включает несколько причин, т.е.
является многопричинным. Одна и та же опасность может реализовываться в
нежелательное событие через разные причины.
В основе профилактики несчастных случаев по существу лежит поиск причин.
Аксиома о потенциальной опасности человеческой деятельности.
Ни в одном виде деятельности невозможно достичь абсолютной
безопасности. Следовательно - любая деятельность потенциально опасна.
Квантификация опасностей.
Квантификация - это введение количественных характеристик для оценки
сложных, качественно определяемых понятий. Наиболее распространенной
оценкой опасности является риск. Риск: - частота реализации опасностей (это
отношение числа тех или иных неблагоприятных последствий к их возможному
числу за определенный период). При этом необходимо указать класс
последствий, т.е. ответить на вопрос: риск чего?
Пример. Ежегодно в РФ вследствие различных опасностей неестественной
смертью погибает около 500 тыс. чел. Население страны около 170 млн. Чел.,
отсюда риск (R) равен:
Различают индивидуальный и социальный риск.
Индивидуальный риск характеризует опасность определенного вида для
отдельного индивидуума. Социальный (точнее групповой) - это риск для
группы людей. Социальный риск это зависимость между частотой событий и
числом пораженных при этом людей. Для примера некоторые оценки этого
риска приведены в табл.1
Таблица 1.
Индивидуальный риск фатального исхода в год обусловленный
различными причинами (по данным США)
Автомобильный транспорт
3*10-4
Падение
9*10-5
Пожар и ожог
4*10-5
Утопление
3*10-5
Отравление
2*10-5
Огнестрельное оружие
1*10-5
Станочное оборудование
1*10-5
Водный транспорт
9*10-6
Воздушный транспорт
9*10-6
Падающие предметы
6*10-6
Электрический ток
6*10-6
Железная дорога
4*10-7
Ядерная энергия
2*10-10
Все прочие
4*10-5
Общий риск
6*10-4
Для сравнения риска и выгод предлагается ввести экономический эквивалент
человеческой жизни. Такой подход вызывает возражение среди определенного
круга лиц, которые утверждают, что жизнь свята и бесценна, а финансовые
сделки вокруг нее не допустимы. Однако на практике с неизбежностью
возникает необходимость в такой оценке. Именно в целях безопасности людей,
ставится вопрос: “Сколько надо израсходовать средств, чтобы спасти
человеческую жизнь”. По зарубежным исследованиям человеческая жизнь
оценивается от 650 тыс. до 7 млн. долл. США.
Следует отметить, что процедура определения риска весьма приблизительна.
Можно выделить 4 методических подхода к определению риска.
Инженерный подход, опирающийся на статистику, расчет частот,
вероятностный анализ безопасности.
Модельный подход, основанный на построении моделей воздействия
опасностей на отдельного человека или группы людей.
Экспертный подход.
Социологический подход, основанный на опросе населения.
Концепция приемлемого (допустимого) риска.
Традиционная техника безопасности базируется на требовании - обеспечить
абсолютную безопасность. Как показала практика, такая концепция неадекватна
законам техносферы - обеспечить нулевой риск в действующих системах
невозможно.
Современный мир отверг концепцию абсолютной безопасности и пришел к
концепции приемлемого (допустимого) риска, суть которой в стремлении к
такой безопасности, которую приемлет общество в данный период времени.
Восприятие риска и опасности общественностью субъективно.
Приемлемый риск сочетает в себе технические, экономические, социальные и
политические аспекты и представляет собой некоторый компромисс между
уровнем безопасности и возможностями ее достижения. Затрачивая чрезмерные
средства на повышение безопасности, можно нанести ущерб социальной сфере,
например, ухудшить медицинскую помощь. При увеличении затрат
технический риск уменьшается, но растет социальный. Суммарный риск имеет
минимум при определенном соответствии между инвестициями в технической и
социальной сферах. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе
риска, с которым общество пока вынуждено мириться.
Максимально приемлемым уровнем индивидуального риска гибели обычно
считается величина 10-6 в год (В некоторых странах, например в Голландии).
Пренебрежительно малым считается индивидуальный риск гибели 10-8 в год.
Максимально приемлемым риском для экосистем считается тот при котором
может пострадать не более 5% видов биогеоценоза.
В нашей стране приемлемый риск, на 2-3 порядка “строже” фактических.
Следовательно, введение приемлемых рисков является акцией, прямо
направленной на защиту человека.
Управление риском.
Как повысить уровень безопасности?
Для этой цели средства можно расходовать по трем направлениям:
а) совершенствование технических систем и объектов;
б) подготовка персонала;
в) ликвидация последствий.
Переход к оценке риска открывает новые возможности повышения
безопасности: к техническим, организационным, административным
добавляются экономические методы управления риском. К последним
относятся: страхование, денежная компенсация ущерба, платежи за риск и др.
В основе управления риском лежит методика сравнения затрат и получаемых
выгод от снижения риска.
Последовательность изучения опасностей.
Стадия 1 - предварительный анализ опасности (ПАО)
Шаг 1. Выявить источники опасности.
Шаг 2 - определить части системы, которые могут вызвать эти опасности.
Шаг 3-Ввести ограничения на анализ (исключить опасности, которые не будут
изучаться).
Стадия II - выявление последовательности опасных ситуаций.
Стадия III - анализ последствий.
Системный анализ безопасности.
Системный анализ - это совокупность методологических средств,
используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам
(безопасности).
Система - это совокупность взаимосвязанных компонент, взаимодействующих
между собой. Под компонентами системы понимаются не только материальные
объекты, но и отношения и связи. Система, одним из элементов которой
является человек, называется эргатической. (Пример эргатической системы:
“человек-машина-окружающая среда).
Принцип системности рассматривает явления в их взаимной связи, как
целостный комплекс. Результат, который дает система, называют
системообразующим элементом. Например, такое системное явление как
горение (пожар) возможно при наличии следующих компонентов: горючее
вещество, окислитель, источник воспламенения. При исключении хотя бы
одного из перечисленных компонентов система разрушается.
Системы могут иметь качества, которых может не быть у элементов их
образующих. Это свойство систем, именуемое эмерджентностью, лежит в
основе системного анализа вообще и проблем безопасности, в частности.
Цель системного анализа безопасности состоит в том, чтобы выявить причины,
влияющие на появление нежелательных событий (аварий, катастроф и т.д.) и
разработать предупредительные мероприятия, уменьшающие вероятность их
появления.
Методы анализа.
Анализ безопасности может осуществляться априорно или апостериорно, т.е. до
или после нежелательного события. Метод может быть прямым или обратным.
Исследователь выбирает такие нежелательные события, которые являются
возможными для данной системы, и пытается составить набор различных
ситуаций, которые могут привести к их появлению.
Анализ выполняется после того, как нежелательные события уже произошли.
Цель такого анализа - разработка рекомендаций на будущее.
Априорный и Апостериорный анализы дополняют друг друга.
Прямой метод анализа состоит в изучении причин, чтобы предвидеть
последствия. При обратном методе анализируются последствия, чтобы
определить причины.
Конечная же цель всегда одна - предотвращение нежелательных ситуаций.
Имея вероятность и частоту возникновения первичных событий, можно,
двигаясь снизу вверх, определить вероятность венчающего события. Основной
проблемой при анализе безопасности является установление параметров или
границ системы. Если система будет чрезмерно ограничена, то появляется
возможность получения разрозненных несистематизированных
предупредительных мер, т.е. некоторые опасные ситуации могут остаться без
внимания. С другой стороны, если система слишком обширна, то результаты
анализа могут оказаться крайне неопределенными.
Принципы обеспечения безопасности.
Принципы обеспечения безопасности труда.
Ориентирующие (Активность оператора; Гуманизация деятельности;
Деструкции; Замены оператора; Классификации; Ликвидации опасности;
Системности; Снижения опасности).
Технические (Блокировки; Вакуумирования; Герметизации; Защиты
расстоянием; Компрессии; Прочности; Слабого звена; Экранирования. )
Организационные (Защита временем; Информации; Резервирования;
Несовместимости; Нормирования; Подбора кадров; Последовательности;
Эргономичности.)
Управленческие (Адекватности; Контроля; Обратной связи; Ответственности;
Плановости; Стимулирования; Управления; Эффективности.)
Принцип нормирования, например, заключается в установлении таких
параметров, соблюдение которых обеспечивает защиту человека от
соответствующей опасности. Пример: ПДВ, ПДС, ПДК, ПДУ, нормы переноски
и подъема тяжести, продолжительность трудовой деятельности и др.
Принцип слабого звена состоит в том, что в рассматриваемую систему вводится
элемент, который чутко реагирует на изменения соответствующего параметра,
предотвращая опасное явление. Пример: предохранительные клапана,
разрывные мембраны, предохранители и др.
Принцип информации заключается в передаче и усвоении персоналом сведений,
выполнение которых обеспечивает соответствующий уровень безопасности.
Пример: обучение, инструктажи, маркировка оборудования и др.
Принцип классификации состоит в делении объектов на классы и категории по
признакам, связанным с опасностями. Пример: санитарно-защитные зоны (5
классов), категории производств (помещений) по взрыво-пожарной опасности
(А,Б,В,Г,Д) и др.
Методы обеспечения безопасности.
Гомосфера - пространство (зона), где находится человек в процессе
деятельности.
Ноксосфера - пространство где постоянно существуют или периодически
возникают опасности. Совмещение гомосферы и ноксосферы недопустимо с
позиции безопасности. Обеспечение безопасности достигается тремя
основными методами:
Метод А, состоит в пространственном и (или) временном разделении
гомосферы и ноксосферы. Это достигается средствами дистационного
управления, автоматизации, роботизации, организации и др.
Метод Б, состоит в нормализации ноксосферы, путем исключения опасностей.
Это включает совокупность мероприятий, защищающих человека от шума, газа,
пыли, опасности травмирования и др. средствами коллективной и
индивидуальной защиты.
Метод В, включает гамму приемов и средств, направленных на адаптацию
человека к соответствующей среде и повышению его защищенности. Данный
метод реализует возможности профотбора, обучения, психологического
воздействия СИЗ и т.д.
В реальных условиях реализуется комбинация названных методов.
Средства обеспечения безопасности
Средства обеспечения безопасности делятся на средства коллективной (СКЗ) и
индивидуальной (СИЗ). В свою очередь СКЗ и СИЗ делятся на группы в
зависимости от характера опасностей, конструктивного исполнения, области
применения и т.д..
Контрольные вопросы.
1. Основные положения науки о безопасности жизнедеятельности
1. Понятие о таксономии опасностей.
2. Идентификация опасности.
3. Основные классификации опасностей
4. Системный анализ безопасности.
5. Концепция допустимого риска.
6. Методы определения риска.
7. Оценки допустимого риска и их использование.
8. Управление риском.
9. Последовательность изучения опасностей.
10. “Деревья причин и опасностей”. Их использование.
11. Методы анализа безопасности жизнедеятельности.
12. Принципы обеспечения безопасности. Классификация.
Определения.
13. Методы обеспечения безопасности. Классификация определения.
14. Средства обеспечения безопасности. Классификация определения.
1.2 Понятия и аппарат анализа опасностей
Предмет анализа опасностей. Объектом анализа опасностей является система
“человек-машина-окружающая среда (ЧМС)”, в которой в единый комплекс,
предназначенный для выполнения определенных функций, объединены
технические объекты, люди и окружающая среда, взаимодействующие друг с
другом. Взаимодействие может быть штатным и нештатным.
Нештатное взаимодействие объектов, входящих в систему ЧМС, может
выражаться в виде чрезвычайного происшествия (ЧП).
Аппарат анализа опасностей построен на следующих определениях.
ЧП — нежелательное, незапланированное, непреднамеренное событие в
системе ЧМС, нарушающее обычный ход вещей и происходящее в
относительно короткий отрезок времени.
Отказ — ЧП, заключающееся в нарушении работоспособности компонента
системы.
Инцидент — вид отказа, связанный с неправильными действиями или
поведением человека.
Анализ опасностей делает предсказуемыми ЧП и, следовательно, их можно
предотвратить соответствующими мерами.
К главным моментам анализа опасностей относится поиск ответов на
следующие вопросы.
Какие объекты являются опасными?
Какие ЧП можно предотвратить?
Какие ЧП нельзя устранить полностью и как часто они будут иметь место?
Какие повреждения неустранимые ЧП могут нанести людям, материальным
объектам, окружающей среде?
Анализ опасностей описывает опасности качественно и количественно и
заканчивается планированием предупредительных мероприятий. Он базируется
на знании алгебры логики и событий, теории вероятностей, статистическом
анализе, требует инженерных знаний и системного подхода.
Логические операции принято обозначать соответствующими знаками. Чаще
всего употребляются операции "И" и "ИЛИ". Операция (или вентиль) "И"
указывает, что для получения данного выхода необходимо соблюсти все
условия на входе. Вентиль "ИЛИ" указывает, что для получения данного выхода
должно быть соблюдено хотя бы одно из условий на входе. Другими словами,
операция "И" означает, что событие Г будет иметь место, если произойдет хотя
бы одно из событий Д или Е (или оба).
Основные понятия анализа. ЧП и высказывания обычно обозначают
прописными буквами А, В, С, D и т.д., полагая, например, А=1, если ЧП А
произошло или высказывание А истинно, и А = 0, если ЧП не произошло или
высказанное ложно.
В табл. 2 представлены основные операции, которые могут быть применены к
элементам А, В — ЧП или высказываниям. С помощью этих операций строят
логические функции, которые в анализе опасностей преобразуют определенным
образом.
Таблица 2.
Двухместные операции над высказываниями и ЧП
Операция
Обозначение
Формула
НЕ (логическое отрицание,
инверсия)
—
Ā=1 – А
ИЛИ (логическая сумма,
дизъюнкция)
+
А+В=мах(А,В)
И (логическое
произведение,
конъюнкция)
*
А*В = min(A, В}
Импликация
→
А→В = Ā+В
Эквивалентность
↔
А↔В = (А → В)*(В→А) =
А*В + Ā* B
Примечание. Для упрощения записи знак * часто опускают, например, вместо
А*В*С пишут АВС.
Несчастный случай—ЧП, заключающееся в повреждении организма человека.
Авария определена как ЧП, заключающееся в повреждении собственности и
(или) окружающей среды, а
Катастрофа – одновременное свершение аварии и несчастного случая, то есть
произведение N*А = К, где K обозначает катастрофу.
Катастрофы, аварии, несчастные случаи образуют группу ЧП, которую
называют ЧП -несчастьями (табл. 2) или сокращенно — н-ЧП. Отказы и
инциденты обычно предшествуют н-ЧП, но могут иметь и самостоятельное
значение.
Все н-ЧП определяются как повреждения либо человеку, либо машине, либо
среде, либо одновременно нескольким компонентам системы ЧМС.
Таблица 3.
Группы ЧП – несчастий
Обозначения
N – несчастный случай
Ň- нет несчастного случая
А – авария
N*A
A*Ň
Несчастный случай и авария
Авария и нет несчастного
случая
N*Ā
Ā* Ň
Несчастный случай и нет
аварии
Нет аварии и нет
несчастного случая
Ā– нет аварии
Для усвоения принятой терминологии приводятся примеры с пешеходом.
1 Пешеход, видя на своем пути арбузную корку, осторожно, чтобы не
столкнуться с другими прохожими, переступил через нее и, не сбавляя хода,
продолжил путь.
2 Пешеход наступил на арбузную корку, поскользнулся, но удержал свое
равновесие и, не столкнувшись с прохожими, без повреждений продолжил путь
3 Пешеход, несший бутылку кефира, наступил на арбузную корку,
поскользнулся, уронил и разбил бутылку, но удержался на ногах и, не причинив
себе повреждений, пошел дальше
4 Пешеход наступил на арбузную корку, поскользнулся, упал, порезав при этом
палец
5 Пешеход наступил на арбузную корку, поскользнулся, упал, сломал руку и
разбил бутылку
Согласно определениям имеем: 1 —отсутствие ЧП; 2—наличие ЧП (инцидент);
3 — авария, 4 — несчастный случай, 5 — катастрофа, 3, 4, 5 — ЧП-несчастья
Опасность, повреждающий фактор и ущерб.
опасность — возможность ЧП-несчастья и тех ЧП, которые к нему ведут;
источник опасности—явление, откуда может проистекать опасность (явление
включает все, что может предстать перед нашим взором или в мыслях);
повреждающий фактор —явление, причиняющее повреждение.
Таким образом, понятие “опасность” включает степень незащищенности при
наличии источника опасности. Соответствующими предупредительными
мерами опасность или степень незащищенности можно уменьшить. Например,
изоляция электрического провода или установка кожуха на движущиеся части
машины уменьшает степень незащищенности несмотря на наличие источника
опасности.
Пространство, где риск выше приемлемого, и где существует возможность
наступления н-ЧП,—называют опасной зоной.
Анализ опасностей в первую очередь имеет дело с потенциальными
повреждающими факторами и потенциальными ЧП. Потенциальный
повреждающий фактор до некоторой поры может быть скрытым, неявным. Его
нелегко распознать, выявить. Однако, анализируя цепь потенциальных событий,
можно выделить такое событие, которое позволяет его более четко разглядеть,
зафиксировать, назвать или сблизить с повреждаемым объектом. Можно
считать, что это событие—ЧП представляет корень опасности. Примеры даны в
табл. 4.
Таблица 4.
Источники опасности и повреждающие факторы
Источник опасности
Опасность
(потенциальное ЧП)
Повреждающий фактор
Сосуд с газом под
давлением
Механический взрыв
Летящие осколки
Утечка из сосуда
Токсичный газ
Электрическая установка
Замыкание на корпус
Электрический ток
Подъемный кран
Обрыв троса
Движущийся груз
Нагретый коллектор
Повреждение изоляции
Теплота
Ядерная установка
Вход в зону
Радиация
Взрывоопасная смесь
Химический взрыв
Ударная волна
Различные последствия и вред, вызываемые ЧП-несчастьями, обозначают
термином ущерб. Последствия или “количество нанесенного вреда” зависит от
многих факторов, например, от числа людей, находившихся в опасной зоне, или
количества и качества находившихся там материальных ценностей. Ущерб
измеряют денежным эквивалентом или числом летальных исходов, или
количеством травмированных людей и т. п. Как это ни кощунственно, но между
этими единицами измерения желательно найти эквивалент, чтобы ущерб можно
было измерять в стоимостном выражении.
1.3 Качественный и количественный анализ опасностей
Техника вычисления вероятностей ЧП.
Элементы теории вероятности.
Через Р{Е} будем обозначать вероятность свершения ЧП, обозначенного как Е.
Вероятность достоверного события Р{I} = 1. Вероятность невозможного
события Р{Ш} = 0.
Вероятность суммы попарно несовместимых ЧП равна P{∑ Еi } = ∑ P{Ei } , где
индекс i меняется от 1 до n (i=1,2,3, … n).
ЧП Е1, Е2, Е3, Е4, … Еn образуют полную группу событий, если они попарно
несовместимы и одно из них обязательно происходит.
Т.е., сумма вероятностей всех событий для полной группы событий равна 1 или
∑ P{Ei} =1.
В частности, для равновозможных ЧП (P{Ei} = р, i=1,2,3, … n), образующих
полную группу событий, вероятность ЧП р=1/n.
Противоположные события Е и Ē образуют полную группу событий, поэтому
Р{E} = 1- Р{Ē}.
На практике часто пользуются формулой объективной вероятности: Р{E} =
nE/n, где n и nE — соответственно, общее число случаев и число случаев, при
которых наступает ЧП Е.
Определение вероятности ЧП-несчастий (н-ЧП). Техника вычисления
вероятностей для зависимых событий.
Сумма несчастных случаев N и аварий А определяется как н-ЧП, т.е. S=A+N.
Несчастный случай N и авария А могут наступать совместно. Поэтому для
определения вероятности ЧП-несчастий P{S} формула (P {∑ Еi} = ∑ P{Ei}), по
которой определяется вероятность суммы попарно несовместимых ЧП, не
пригодна.
Однако определяя попарно возможные события (табл. 2), можно выделить всю
полную группу событий: ĀŇ (нет аварии и нет несчастного случая), AŇ (авария
и нет несчастного случая), ĀN (нет аварии и есть несчастный случая). AN (есть
авария и есть несчастный случай, т.е. катастрофа).
Тогда для аварии A= AŇ+AN (сумма события “авария и нет несчастного случая”
и события “есть авария и есть несчастный случай”), для несчастного случая N =
NĀ + AN (сумма событий “нет аварии и есть несчастный случая” и “есть авария
и есть несчастный случай”) и для ЧП-несчастий (н-ЧП) S = N + А = AŇ+ NĀ +
AN (сумма трех событий - “нет аварии и есть несчастный случая”, события “есть
авария и есть несчастный случай” и “есть авария и есть несчастный случай”)
можно записать:
Р{А} = P{AŇ} + P{AN}, (1)
P{N} = P{ĀN} + P{AN}, (2)
P{S} = P{AŇ} + P{NĀ} + P{AN}. (3)
Из этих соотношений можно найти вероятность н-ЧП через значения
вероятностей наступления аварий, несчастных случаев и катастроф:
P{S} =Р{А + N} = Р{А} + P{N}—P{AN}. (4)
Если катастрофа невозможна К= AN=Ш, то P{AN} =0.
Формула (4) останется справедливой, если вместо ЧП А и N в нее подставить
любые другие события Х и Y.
При использовании понятия объективной вероятности выражению (3) будет
соответствовать соотношение, которое и используется для расчета вероятности
н-ЧП.
nS/n = nAŇ/n + nNĀ/n + nAN/n.
где n = nAŇ/n + nNĀ/n + nAN/n + nĀŇ
Вычисление условной вероятности несчастного случая N при условии, что
произошла авария А (вероятность наступления катастрофы). Техника
вычисления вероятностей для независимых событий.
Вероятность ЧП события Е1 при условии свершения события Е2 обычно
обозначают как P{E1|E2}.
Чтобы вычислить условной вероятности несчастного случая N при условии, что
произошла авария А p{n|a}, выделяются в табл. 2 только те события, в которых
осуществилось ЧП А (авария). Общее число случаев, в которых наступает
авария А, равно nA = nA + nAN .Тогда вероятность
P{N|A} = nAN/nA= nAN(nAŇ + nAN ) (6)
Из теории вероятности следует, что если ЧП E1 и E2 независимые, т.е. если
P{E1|E2} = Р{Е1} и P{E2|E1} = Р{Е2}, то P{E1E2} = Р{Е1}*Р{Е2}.
Распространяя эту формулу для n взаимно независимых ЧП Е1, Е2, Е3, Е4, … Еn ,
получим
P{Пi=1,nEi} = Пi=1,n P{Ei}, (7)
где индекс i меняется от 1 до n (i=1,2,3, … n), а П обозначает знак произведения.
То есть, вероятность наступления одновременно n независимых событий равна
произведению вероятностей каждого из этих событий.
В частности, для равновозможных ЧП (P{Ei} = р, i=1,2,3, … n), образующих
полную группу событий, вероятность наступления одновременно n
независимых событий равна
P{∏i=1,nEi} = ∏i=1,n р = pn = (1/n)n (8)
Определение вероятности несчастного случая. Техника вычисления
вероятностей посредством “дерева событий”.
“Дерево событий” включает одно нежелательное событие-происшествие,
которое размещается вверху и соединяется с другими событиямипредпосылками с помощью соответствующих связей и логических условий.
Узлами дерева служат как события, так и условия.
Рис. 2. “Дерево событий”
Для реализации происшествия необходимо одновременное выполнение трех
условий:
o
o
o
наличие источника опасности;
присутствие человека в зоне действия источника опасности;
поражение человека при отсутствии у человека защитных средств.
Процедура построения дерева приведена на рис. 2.
На рис. 1 узел соединения “точка в окружности” означает операцию И
(логическое произведение, конъюнкция), знак “плюс в окружности” – операцию
ИЛИ (логическая сумма, дизъюнкция).
То есть, чтобы произошел несчастный случай (событие А), необходимо
одновременное выполнение трех условий (события Б, В, Г), или в соответствии
с табл. 1 А=Б*В*Д. При знании значений вероятности в соответствии с
формулой (7)
P{А} = P{Б}* P{В}* P{Г} (9)
Чтобы произошло выполнение любого из условий (события Б, В, Г),
необходимо выполнение хотя бы одной предпосылки в каждом из условий
(события Д,Е,Ж,З,И,К,Л), или в соответствии с табл. 2 Б=Д+Е, В=Ж+З,
Г=И+Л+Л. При знании значений вероятности
P{Б} = P{Д}+ P{Е}
P{В} = P{Ж} + P{З} (10)
P{Г} = P{И} + P{К} + P{Л}
То есть, аналитическое выражение условий появления исследуемого
происшествия имеет вид:
А=(Д+Е)*(Ж+Е)*(И+К+Л),
или через значения вероятностей
P{А} = (P{Д}+ P{Е})*(P{Ж} + P{З})*(P{И} + P{К} + P{Л})
Примечание: число предпосылок может изменяться от 1 до n.
Качественный анализ опасностей в системе
ЧМС
“Дерево причин и опасностей” как система
Любая опасность реализуется благодаря какой-то причине или нескольким
причинам. Без причин нет реальных опасностей. Следовательно,
предотвращение опасностей или защита от них базируется на знание причин.
Таким образом, причины и опасности образуют иерархические, цепные
структуры. Графическое изображение таких зависимостей чем-то напоминает
ветвящееся дерево. В строящихся деревьях, как правило, имеются ветви причин
и ветви опасностей, что полностью отражает диалектический характер
причинно-следственных связей. Разделение этих ветвей нецелесообразно, а
иногда и просто невозможно. Поэтому полученные в процессе анализа
безопасности объектов графические изображения называют “деревьями причин
и опасностей”. Построение “деревьев” является исключительно эффективной
процедурой выявления причин различных нежелательных событий (аварий,
катастроф и т.д.). Многоэтапный процесс ветвления “дерева” требует введения
ограничений с целью определения его пределов. Эти ограничения целиком
зависят от целей исследования. В общем, границы ветвления определяются
логической целесообразностью получения новых ветвей.
На рис. 3а-3г показаны примеры "деревьев" применительно к условиям
космических летательных аппаратов (КЛА), заимствованные из книги Г.Т.
Берегового и др.
Рис 3а. Фрагмент логического дерева опасностей "температуры"
1.1.1- срочный спуск на Землю; 1.1.2 - несвоевременная выдача тормозного
импульса; 1.1.3 - выдача тормозного импульса незаданной величины; 1.1 4 недостаточное запасы компонентов топлива двигательной установки КЛА; 1.1.5
- неправильная ориентация КЛА в момент выдачи тормозного импульса; 1.7.1 короткое замыкание в электросети КЛА; 1.7.2 -использование курительнозажигательного средства на борту КЛА; 1.7.3 - наличие на борту КЛА
концентраторов теплового излучения.
Рис. 3б. Логическое дерево опасностей "радиации":
И - отказ в системе ядерной энергетической установки; 1.2 - отказ в ядерной
двигательной установке; 1.3 - отказ в системе, использующей изотопный
источник излучения (измерение уровня топлива, высотомер, дальномер); 2.1 отказ двигательной установки и переход на орбиту, проходящую через
радиационный пояс; 2 2 - ошибка при расчете орбиты вне геомагнитического
защитного поля; 3.3 - ошибка прогноза солнечной активности; 4,1 - нерасчетное
время полета КЛА; 4.2 - отказ системы радиационной защиты.
Рис. 3в. Логическое дерево опасностей "токсичные вещества":
1.1 - пожар на борту КЛА; 2.1 - неправильный выбор материалов кабины КЛА;
3.1 - нарушение герметичности систем с токсическими веществами; 4.1 - отказ
системы обеспечения газового состава; 1.1.1 - короткое замыкание в
электросети КЛА; 1.1.2 - наличие на борту КЛА концентратов теплового
излучения.
.
Рис. 3г. Логическое дерево причин и опасностей “взрыв”.
Количественный анализ опасностей в
системе ЧМС
Функция опасности для системы ЧМС.
При анализе опасностей сложные системы разбивают на множество подсистем.
Подсистемой называют часть системы, которую выделяют по определенному
признаку, отвечающему конкретным целям и задачам функционирования
системы. В рамках этих задач подсистема может рассматриваться как
самостоятельная система.
Подсистемы, в свою очередь, состоят из компонентов — частей системы,
которые рассматриваются без дальнейшего членения, как единое целое.
Предположим, что анализ опасностей проводится для таких пространственно
крупных систем, как цех по производству рыбных консервов или машинное
отделение крупной рыбодобывающей плавбазы. Тогда в большинстве случаев
выявленные источники опасностей могут рассматриваться как точечные. Их
местоположение можно задать с помощью системы координат. Кроме того,
можно допустить, что опасность достаточно полно характеризуется значениями
вероятностей ЧП. Эти вероятности можно условно называть “зарядами”
опасностей. Заряды опасностей можно связать с системой координат и считать,
что они создают вокруг себя поле опасности, напряженность которого
характеризуется вероятностью наступления н-ЧП. Это позволит не только
установить границы опасной зоны, но и произвести ее разметку в зависимости
от степени опасности.
Систему ЧМС, состоящую из компонентов Q1, Q2,.... Qn (рис. 1), обозначают в
виде вектора системы Q = (Q1, Q2,.... Qn). Отклонение компонента Qi от
нормального функционирования (отказ, авария) есть ЧП Еi. ЧП Еi (i= 1, n) ведут
к ненормальному функционированию системы Q, составляющему суть ЧП Е.
Рис. 4 Схема событий в системе ЧМС.
Логический анализ внутренней структуры системы ЧМС и определение
вероятности ЧП Е как функции отдельных ЧП Еi, являются одной из задач
анализа опасностей.
Применяя правила теории вероятностей, находят вероятность ЧП в виде так
называемой функции опасности p = Fp (p1, p2, p3, p4, p5, …. pn).
Подсистемы и ЧП ИЛИ, И.
Подсистемой ИЛИ называют часть системы ЧМС, компоненты которой
соединены последовательно (рис. 5). Отказ подсистемы есть ЧП ИЛИ. К ЧП
ИЛИ приводит отказ любого компонента подсистемы.
Будем обозначать отказы теми же буквами, что и компоненты. Если ЕJ, — отказ
j-го компонента (компонента EJ), то ЧП ИЛИ есть событие: Е = Е1+ Е2 + Е3+ Е4
+ … +Еn = ∑ЕJ, при j=1,m , где m — число компонентов системы. В силу
логических законов двойственности отсутствие ЧП ИЛИ есть событие
1* Е 2 * Е 3* Е 4* … * Е n).
= (Е
Рис. 5 Символическое изображение подсистемы ИЛИ.
а) - графический символ, б) – развернутая схема.
Если отказы компонентов системы можно рассматривать как взаимно
независимыми, то вероятность ЧП ИЛИ равна:
P {∑ EJ} = 1-P{∑Ej} = 1 - P{∏ĒJ} = 1 – ∏ (1 - P {EJ}) = = 1 - [(1 - P{E1}) * (1 - P
{E2}) *
(1 - P {E3}) * ….. *(1 - P {Em}) ] , (11)
при j=1,2,…,m , где m — число компонентов системы.
Для равновозможных отказов P{EJ} = р, (j=1,2,…,m) и вероятность ЧП ИЛИ
равна
P{E} =1- (1-р)m. = 1- (1-1/m)m (11а)
Последнее выражение свидетельствует о высокой вероятности ЧП в случае
сложных систем. Например, при вероятности отказа компонента р= 0,1
подсистема ИЛИ, состоящая из десяти компонентов (m = 10), имеет вероятность
того, что ЧП ИЛИ не произойдет, равную (1—0,1)10 = 0,35.
Используя разложения в ряд, можно получить полезные выражения, которые
упрощают вычисления:
(12)
Подсистемой И называют часть системы, компоненты которой соединены
параллельно (рис 6).
Рис. 6. Символическое изображение подсистемы И:
а) – графический символ, б) развернутая схема.
Отказ этой подсистемы есть ЧП И. К ЧП И приводит одновременный отказ всех
компонентов подсистемы Е = (Е1* Е2 * Е3* Е4* … *Еn).
Если отказы компонентов считать взаимно независимыми, то вероятность ЧП И
P{Е} = P{Е1}* P{Е2 }* P{Е3}* P{Е4}* … *P{Еn}. (13)
Для равновозможных отказов P{EJ} = р, (j=1,2,…,n) и вероятность ЧП И равна
P{E} =рn = (1/n)n (13а)
К понятию подсистемы И в машиностроении приводит операция
резервирования, которую применяют, когда необходимо достичь высокой
надежности системы (например, если имеется опасность аварии)
С точки зрения анализа опасностей можно сделать следующие обобщения.
1 Любые действия персонала, операции, устройства, которые с точки зрения
безопасности выполняют одни и те же функции в системе ЧМС, могут
считаться соединенными параллельно.
2. Любые действия персонала, операции, устройства, каждое из которых
необходимо для предотвращения ЧП (например, аварии или несчастного
случая), должны рассматриваться как соединенные последовательно.
3. Для уменьшения опасности системы ЧМС добавляют резервирование,
учитывая при этом затраты.
Примеры: Пусть защитное устройство пилы устраняет 95%, а инструкция по
технике безопасности 98 % несчастных случаев В определенном смысле это —
параллельные мероприятия (компоненты) по решению одной и той же
проблемы Следовательно, если они независимы, результирующая вероятность
несчастного случая находится как для подсистемы И и будет равна 0,001 (P{Е}
= P{Е1}* P{Е2 } = 0.05*0.02=0.0010)
Аналогично, если возгорание может произойти как от неосмотрительного
курения, так и вследствие электростатического разряда, то предотвращение
этих двух причин надо рассматривать как последовательные компоненты.
Подсистемой И—ИЛИ называют ту часть системы ЧМС, которая соединяет
подсистемы ИЛИ в подсистему И. Отказ подсистемы И-ИЛИ есть ЧП И—ИЛИ.
На рис. 7 параллельно соединенные компоненты Ei(i= 1, 2, ..., m), образующие
подсистему И, представляют собой подсистемы ИЛИ, состоящие из
последовательно соединенных компонентов Еij (j = 1, 2, ..., ni).
Рис. 7 Символическое представление подсистемы И-ИЛИ.
По формуле (11) вероятность отказа i-й подсистемы ИЛИ равна P{Еi} =1 – ∏ (1
- P {EiJ}), где j изменяется от 1 до ni.
Учитывая соотношения (13), находим вероятность ЧП И-ИЛИ
P{Е} = Пi=1,m[1 - Пi=1,ni (1-P{Еij})] (14)
Подсистемой ИЛИ—И в системе ЧМС называют подсистемы И, соединенные в
подсистему ИЛИ. На рис. 8 последовательно соединенные компоненты Ei (i = 1,
2, ..., m), образующие подсистему ИЛИ, представляют собой подсистемы И из
параллельно соединенных компонентов Eij{j= 1, 2, ..., ni).
С учетом формулы (13) вероятность отказа i-й подсистемы И равна P{Еi} =Пi=1,ni
P{Еij}, где j изменяется от 1 до ni.
Рис. 8 Символическое представление подсистемы ИЛИ-И
Используя соотношение (11), находим вероятность ЧП ИЛИ-И
P{Е} = 1 - Пi=1,m[1 - Пi=1,ni P{Еij}] (15)
В более сложных случаях, чтобы воспользоваться формулами суммы и
произведения вероятностей теории вероятностей, логическую функцию
необходимо определенным образом преобразовать — привести ее к
нормальной, а затем к совершенной нормальной форме. Тогда она будет
включать несовместимые события
1.4 Численный анализ риска
Численный анализ риска при техногенном воздействии.
Риск в широком смысле слова—это вероятность экономического или
финансового проигрыша, физического повреждения или причинения вреда в
той либо форме из-за наличия неопределенности, связанной с желанием
осуществить определенный вид действий.
Следует различать риск при наличии источника опасности и риск при наличии
источника, оказывающего вредное воздействие на здоровье. Источник
опасности потенциально обладает повреждающими факторами, которые
воздействуют на организм, собственность или окружающую среду в течение
относительно короткого отрезка времени. Что касается источника,
характеризующегося вредными факторами, то принято считать, что он
воздействует на объект в течение достаточно длительного времени.
Рис. 9. Риск и его оценка.
Для оценки риска при техногенном воздействии используют различные
математические формулировки, выбор которых зависит от имеющейся
информации.
Когда последствия неизвестны, то под риском обычно понимают просто
вероятность наступления определенного сочетания нежелательных событий:
R = ∑ Pj , при j=1,n , где n — число нежелательных событий.
Риск, связанный с техникой, обычно оценивают по формуле, включающей как
вероятность ЧП, так и величину последствий U (обычно ущерб):
R = PU. (16)
Если каждому i-му ЧП, происходящему с вероятностью Рi может быть
поставлен в соответствие ущерб Ui, то величина риска будет представлять собой
ожидаемую величину ущерба U*:
R = U* = ∑ Ui Рi (17)
Если все вероятности наступления ЧП одинаковы (Рi = р, i= 1, n) то из формулы
(4 40) следует
R = U* = p ∑ Ui (18)
Если последствия измерять числом летальных исходов (или) и известна
вероятность РN N летальных исходов, то риск равен R = Рn Nq, где q —
положительное число. Если предположить, что одно ЧП с большим числом
летальных исходов более нежелательно, чем такое же число отдельных
летальных исходов, число q должно быть больше единицы.
При угрозе собственности ущерб и риск чаще всего измеряют в денежном
выражении. Однако если можно принять, что ущерб при авариях будет одним и
тем же, то определение рисков и дальнейшее их сравнение можно проводить,
пользуясь вероятностями. В частности, если ущерб трудно рассчитать, то за
величину риска принимают вероятность превышения предела.
При угрозе здоровью ущерб в денежном выражении можно оценить только
частично в виде расходов на оплату листков нетрудоспособности и подмену
персонала. Еще труднее в денежном виде оценить ущерб от летальных исходов.
Поэтому риск, связанный с несчастными случаями, оценивают вероятностями.
Таким образом, единицы измерения риска могут быть различными в том случае,
когда существует угроза здоровью, и тогда, когда существует угроза
собственности. Поэтому, когда одновременно существует угроза здоровью и
собственности, риск целесообразно записывать в векторном виде с различными
единицами измерения по координатным осям:
R = U*P
Здесь перемножение в правой части уравнения производится покомпонентно,
что позволяет сравнивать риски.
Принято различать риск индивидуальный и общий.
Индивидуальный риск можно определить как ожидаемое значение ущерба U*
причиненного ЧП за интервал времени Т и отнесенное к группе людей
численностью М человек. (Численность людей должна быть указана, если
делается ссылка на индивидуальный риск.)
R = U*/(T*M) (19)
Общий риск для группы людей (коллективный риск)
R = U*/T. (20)
Каждый человек почти всегда подвергается в различных ситуациях
определенному риску. Ниже приведены некоторые значения риска смертности.
Риск, ли (чел/год)
Курение (пачка в день) 3,6 10-3
Рак (все виды) 2,8 10-3
Загрязнение атмосферы 1,1 10-4
Алкоголь (малые дозы) 2,0 10-5
Фоновая радиация (на уровне моря,
без учета радона) 2,0 10-5
При определении социально приемлемого риска обычно используют данные о
естественной смертности людей, которая в индустриально развитых странах
практически одинакова и изменяется с течением времени, отражая научнотехнический прогресс.
Риск естественной смерти зависит от возрастной группы людей. Обычно
реперное значение абсолютного риска RA = 10-4 ли/(чел.год).
При определении реперного значения допустимого риска RД при наличии
отдельного источника опасности (технической установки) следует иметь в виду,
что человеку обычно угрожает несколько источников опасности и,
следовательно, должно выполняться неравенство: RД < RА . Обычно в качестве
реперного значения допустимого риска при наличии отдельно взятого
источника опасности берут:
(21)
где: ли – летальный исход, нспт – несчастный случай с потерей
трудоспособности, нсвн – несчастный случай с временной
нетрудоспособностью.
Условие безопасности для населения формулируется следующим образом:
величина дополнительного риска, вызванного техническими причинами, для
подавляющего большинства людей не должна превосходить реперное значение
абсолютного риска RА: т.е.,
R <= RА. (22)
Оценку и управление риском можно проводить в следующем порядке.
Пусть плотность людей на единицу площади рабочей зоны определена как
функция ρ(r). Тогда общий риск применительно к отдельному источнику будет
равен R = ∫R(r) ρ(r)dr.
При наличии n источников опасности для нахождения индивидуального риска
можно использовать принцип суперпозиции
R(r) = ∑i=1,n Ri(r), где Ri(r) – индивидуальный риск при i-м источнике опасности.
Один и тот же объект может быть источником разных опасностей. Например,
при транспортировании топлива между пунктами А и В можно выделить поле
опасности, связанное с токсичностью топлива, и поле опасности, связанное с
горючестью топлива, которые в общем случае различны.
Далее проверяют выполнение неравенства (22). В дополнение к этому
неравенству, которое ограничивает индивидуальный риск, следует
удовлетворить также условию, вовлекающему в рассмотрение коллективный
риск: R= ∫ R(r) ρ(r)dr =< N0RД .
При принятии решений следует иметь в виду, что для ряда источников
невозможно достичь уровня “нулевой” опасности. На рис. 10 кривая 1
соответствует случаю, когда можно достичь абсолютной безопасности, или
нулевой опасности. В этом случае при расходах на защиту при необходимом
конечном значении Х= Х0 риск R становится равным нулю. Кривая 2
соответствует случаю, когда достичь абсолютной безопасности принципиально
невозможно. Такое поведение эффективности затрат на защиту характерно,
например для традиционно опасных производств, транспорта, промышленных
предприятий. Если придерживаться принципа абсолютной безопасности, то
необходимо применить все меры защиты, которые практически можно
осуществить. Однако при этом помимо прямого риска Rпр, создаваемого
данной технологией, и на уменьшение которого направлены усилия (меры
безопасности), существует еще и косвенный риск Rkс. Он обусловлен, например
строительными работами, изготовлением оборудования и материалов для
защитных сооружений, их эксплуатацией и т. д. С ростом расходов Х на
безопасность риск Rпр, уменьшается, а риск Rкс растет. Уменьшается также
эффективность затрат на защиту. Начиная с некоторого уровня этих расходов,
при дальнейшем росте Х будет происходить возрастание полного риска Rn =
Rnp + Rкc. Поэтому при наличии источников, которые не позволяют достичь
уровня нулевой опасности, следует принимать вариант решения с оптимизацией
риска.
Рис. 10. Зависимость риска от расходов на защиту.
Для выполнения условий безопасности может потребоваться внесение
изменений в следующие компоненты, управляющие риском: конструкторские
решения; аварийные методики; учебные, тренировочные программы,
программы по переподготовке; руководство по эксплуатации; нормативные
документы; программы по безопасности.
Анализ риска, например, обусловленного наличием источника вредного
действия, состоит из этапа оценки риска, сопровождаемого исследованиями, и
этапа управления риском. На этапе оценки устанавливают, какие последствия
вызывают разные дозы и в разных условиях в данном коллективе. На этапе
управления риском анализируют разные альтернативы и выбирают наиболее
подходящие управляющие воздействия. С целью принятия окончательного
решения результаты оценки риска рассматривают с учетом инженерных,
экономических и политических аспектов.
Стандартные показатели несчастных случаев. Показатели несчастных случаев
являются некоторой мерой опасности, позволяющей сопоставлять между собой
предприятия, отрасли, профессии, возрастные группы и т. д. Они учитывают
объем выполненной работы, минимальную длительность, при которой они
являются достоверными, требуют применения единых методов учета данных и
разрешают проводить сравнение лишь при определенных условиях (например,
по профессиям). К таким показателям относят коэффициенты и показатели
частоты и тяжести несчастных случаев.
Коэффициент частоты несчастных случаев есть отношение числа наступивших
несчастных случаев N к реперному числу несчастных случаев N*,
определенному за тот же период времени: Кч = N/N*
Реперное число N*=αТТ, либо N*=αММ , где αТ=10-6 нс/ч и αМ= 10-3 нс/чел,
можно трактовать как реперные значения соответственно скорости и плотности
наступления несчастных случаев; Т—число часов, отработанных за
рассматриваемый период времени всеми рабочими, которые подвергались
воздействию опасности; М—среднее число рабочих, подверженных опасности.
В нашей стране принято определять реперное число по формуле N *=αmM, β
ηΰпадных развитых странах N*= αTТ, подсчитанные таким образом
коэффициенты Кч имеют различные значения; расчет реперного числа по
формуле N* = αT Т позволяет более полно учесть объем выполненной работы.
Если устанавливается годовое значение Кц, то Т=МХY-Z где М—численность
работающих; X, yh Z—соответственно длительность рабочего дня, число
отработанных в году дней и потери рабочего времени вследствие отпусков,
прогулов, болезни, несчастных случаев и т. д.
Например, если на предприятии в течение года (допустим, в году 300 рабочих
дней) работало 950 человек (рабочий день равен 8 ч), за это время наступило
100 несчастных случаев и было потеряно по разным причинам 30 000 рабочих
дней, то: Г= 950*300*8 -30 000*8 = 2 040 000 ч; N* =10-6 * 2 040 000 = 2,04 нс,
Кч = 100/2,04 = 49,02.
Показатель тяжести несчастных случаев (коэффициент нетрудоспособности)
КН=Д/Д* , где Д—число всех дней нетрудоспособности; Д*=βТТ—реперное
число нетрудоспособных дней; (βТ= 10-3 дн/ч.
Допустим, что при условиях, изложенных в предыдущем примере, 100
несчастных случаев привели к потере 3000 рабочих дней. Тогда, реперное число
Д* = 10-3(950*300*8 - 30 000*8) = 2040 дней, КН = 3000/2040 = 1,47.
Коэффициент тяжести несчастных случаев определяется как число всех дней
нетрудоспособности, приходящееся на один несчастный случай: КТ = Д/N.
При расчетах характеристик несчастных случаев возникает вопрос: как быть,
если среди несчастных случаев были такие, которые привели к летальному
исходу или полной потере трудоспособности? Ответ на этот вопрос пытаются
дать путем установления эквивалента, который бы приводил летальный исход к
числу нетрудоспособных дней. Ориентировочно и неофициально полагают, что
один летальный исход может быть приравнен к 6000—7500 дням потерь
работоспособности. Так, если в предыдущем примере к 100 несчастным случаям
добавим один летальный исход, получим Кн = (6000 +3000)/2040 =4,41, т. е.
показатель тяжести увеличится в 3 раза, а коэффициент частоты незначительно
(станет равным 50,2). Однако, в настоящее время показатели несчастных
случаев обычно рассчитывают отдельно для летальных и не летальных исходов.
Коэффициент частоты несчастных случаев с летальным исходов (ли/(чел..ч)]:
КЛ = NЛ/(MT), (23)
где NЛ —число летальных исходов; обычно полагают МТ= 108 чел.-ч. что
соответствует расчетному времени, когда 1000 человек работают по 40 ч в
неделю в течение 50 недель в году и в течение 50 лет. Значения коэффициента
Кд приведены ниже.
Горные работы 30 10-8
Транспорт 30 10-8
Строительство 20 10-8
Добыча нерудных полезных ископаемых 10 10-8
Эксплуатация газопроводного оборудования
и гидротехнических сооружений 06 10-8
Металлургическая промышленность 06 10-8
Деревообделочные работы . 06 10-8
Пищевая промышленность . 06 10-8
Целлюлозно-бумажная и полиграфическая
промышленность 05 10-8
Электротехника, 04 10-8
Работы, связанные с химическими
веществами 04 10-8
Текстильная и кожевенно-обувная
промышленность 03 10-8
Здравоохранение 02 10-8
Среднее значение для 20,2 млн.
застрахованных 07 10-8
АНАЛИЗ ПОСЛЕДСТВИЙ ЧП
Оценка опасности становится полной лишь тогда, когда последствия
потенциального ЧП ясно представляются. Прежде чем планировать
предупредительные мероприятия, необходимо знать, какое потенциальное
повреждающее действие окажет данное ЧП на персонал, население,
материальные ценности и окружающую среду. Поэтому анализ последствий ЧП
(АПЧ) может включать следующее:
— описание потенциальных ЧП;
— оценку их вероятностей;
— количественную оценку возможных последствий, например, проливов и
выбросов, обладающих повреждающими свойствами (токсичностью,
взрываемостью и т. д.);
— расчет рассеивания выбросов и испарение проливов;
— оценку других повреждающих факторов (радиации, ударной волны, и т. д.);
— суммарную оценку ущерба.
Если первые два пункта могут быть выполнены, исходя из результатов анализа
опасностей, выполненного ранее описанными методами, то для выполнения
других пунктов нужно использовать специальные модели.
Котрольные вопросы
Контрольные вопросы к Главе 1.
1. Что такое количественный анализ опасностей.
2. Понятие о чрезвычайных ситуациях.
3. Источник опасности, повреждающий фактор
4. Элементы теории вероятности используемые в анализе опасности.
5. Абсолютный и условный риск.
6. Техника вычисления ЧП.
7. Определение вероятностей ЧП-несчастий, аварий, катастроф.
8. Вычисления вероятностей посредством “дерева событий”.
9. Функция опасности для системы ЧМС.
10. Подсистемы ЧП ИЛИ, ЧП И.
11. Определение вероятностей отказа подсистеме ИЛИ
12. Определение вероятностей отказа подсистеме И
13. Символическое представление системы ИЛИ.
14. Символическое представление системы И.
15. Определение риска в техносфере.
16. Численный анализ риска при техногенном воздействии.
17. Коэффициент тяжести несчастных случаев.
18. Коэффициент частоты несчастных случаев с летальным исходов.
19. Схема анализа последствий ЧП.
20. Зависимость риска от расходов на защиту
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК к главе 1
Основная литература:
Безопасность жизнедеятельности. Под общей редакцией С.В. Белова. М.: “Высшая
школа”, 1999.-448 с.
Безопасность жизнедеятельности. Краткий конспект лекций. Под редакцией О.Н. Русака.
С.-Петербург.: Изд. ЛТА, 1992.-115 с.
Браун Д.Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности. М.:
Машиностроение, 1979.-359 с.
Занько Н.Г., Корсаков Г.А., Малаян К.Р. и др. Безопасность жизнедеятельности. Учебное
пособие. С.-Петербург: Изд. ЛТА, 1996. -231 с.
В. Маршалл. Основные опасности химических производств. М.: Мир, 1989.-671 с.
Предупреждение крупных аварий. Практическое руководство. М.: Международное бюро
труда, 1992.-256 с.
Хенли Д., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка риска. М.:
Машиностроение, 1984.- 528 с.
Глава 2 Человек как элемент системы ЧЕЛОВЕК-МАШИНА-СРЕДА
2.1 Понятия и определения
Основные понятия
Бинарная система “человек-среда” многоцелевая. Одна из целей, стоящих перед
данной системой - безопасность, т.е. не нанесение ущерба здоровью человека.
Естественно, что каждая система имеет и некоторую чисто технологическую
цель, связанную с достижением определенного наперед заданного результата.
Перед создателями систем стоит сложная задача согласования целей и
устранение возможных противоречий между ними (главная цель - безопасность
жизнедеятельности).
К компонентам среды относятся: природно-климатические явления, флора,
фауна, искусственные объекты ( здания, сооружения, оборудование, сырье,
производимая продукция, и т.п.), энергия, технология, информация, люди и
многое другое. Взаимоотношение среды и организма весьма разнообразны.
“Организм без внешней среды, поддерживающей его существование
невозможен; поэтому в научное определение организма должна входить и среда,
влияющая на него.” (И.М. Сеченов).
Правильно будет утверждать, что “человек-среда” - это единое понятие. Лишь в
целях анализа элементы “человек” и “среда” иногда рассматриваются
обособленно.
Окружающая среда, воздействуя на организм человека, способна вызвать в нем
определенные, в том числе и отрицательные, изменения. Правда, природа
позаботилась о человеке, снабдив его особым механизмом защиты, который
называется гомеостаз.
Гомеостаз - относительное динамическое постоянство состава и свойств
внутренней среды и устойчивости основных физиологических функций
организма человека.
Благодаря приспособительным механизмам физические и химические
параметры, определяющие жизнедеятельность организма, меняются в
сравнительно узких пределах, несмотря на значительные изменения внешних
условий. Благодаря гомеостазу у человека поддерживается постоянство состава
крови, температуры тела, кровяного давления и многих других функций.
Однако, несмотря на наличие такого защитного механизма, мощный поток
раздражителей может оказать неблагоприятное воздействие на организм
человека, вызвать заболевания и травмы.
Оценка негативных факторов. При оценке воздействия негативных факторов на
человека следует учитывать степень влияния их на здоровье и жизнь человека,
уровень и характер изменений функционального состояния и возможностей
организма, его потенциальных резервов, адаптивных способностей и
возможности развития последних.
При оценке допустимости воздействия вредных факторов на организм человека
исходят из биологического закона субъективной количественной оценки
раздражителя Вебера — Фехнера. Он выражает связь между изменением
интенсивности раздражителя и силой вызванного ощущения: реакция организма
прямо пропорциональна относительному приращению раздражителя
DL = a dR/R,
где dL —элементарное ощущение организма; а —коэффициент
пропорциональности; dR—элементарное приращение раздражителя.
Интегрируя данное выражение и принимая а = 10 lg e, получают уровень
ощущения раздражителя (дБ)
L=10 lg(R/ R0) (24)
где R0—пороговое значение ощущений, т. е. минимальная энергия
раздражителя, характеризующая начало ощущения.
На базе закона Вебера — Фехнера построено нормирование вредных факторов.
Чтобы исключить необратимые биологические эффекты, воздействие факторов
ограничивается предельно допустимыми уровнями или предельно допустимыми
концентрациями.
Предельно допустимый уровень или предельно допустимая концентрация - это
максимальное значение фактора, которое, воздействуя на человека
(изолированно или в сочетании с другими факторами), не вызывает у него и у
его потомства биологических изменений даже скрытых и временно
компенсируемых, в том числе заболеваний, изменений реактивности,
адаптационно-компенсаторных возможностей, иммунологических реакций,
нарушений физиологических циклов, а также психологических нарушений
(снижения интеллектуальных и эмоциональных способностей, умственной
работоспособности). ПДК и ПДУ устанавливают для производственной и
окружающей среды. При их принятии руководствуются следующими
принципами:
— приоритет медицинских и биологических показаний к установлению
санитарных регламентов перед прочими подходами (технической
достижимостью, экономическими требованиями);
— пороговость действия неблагоприятных факторов (в том числе
химических соединений с мутагенным или канцерогенным эффектом
действия, ионизирующего излучения);
— опережение разработки и внедрения профилактических мероприятий
появления опасного и вредного фактора.
Для исключения отрицательных последствий воздействия внешней среды,
необходимо обеспечить определенные условия функционирования системы
“человек-среда”. Характеристики человека относительно постоянны. Элементы
внешней среды поддаются регулированию в более широких пределах.
Следовательно, решая вопросы безопасности системы “человек-среда”,
необходимо учитывать, прежде всего, особенности человека.
Человек в системах безопасности выполняет троякую роль:
1. является объектом защиты;
2. выступает средством обеспечения безопасности;
3. сам может быть источником опасности.
Последняя особенность обусловлена ошибками свойственными людям, а также
выделениями продуктов жизнедеятельности.
В обеспечении безопасности тех или иных систем участвуют многие группы
специалистов: научные работники, конструкторы, проектировщики и др.
Формируя безопасность, эти группы в то же время могут порождать опасности
своими возможными ошибками, допускаемыми при принятии решений. По
оценкам специалистов до 60% несчастных случаев происходит по причинам,
связанным с человеком. Организм человека является целостным образованием
органов, взаимосвязанных между собой и окружающей средой. Они образуют
естественную систему защиты человека от опасностей. Общеизвестно, что
слезы, слюна, слизистые выделения носа, например, обладают способностью
быстро убивать многие виды микробов. Фагоциты (пожирающие клетки крови)
способны захватывать и уничтожать инородные тела, в том числе и
микроорганизмы, попавшие в кровь.
Человек осуществляет непосредственную связь с окружающей средой при
помощи своих анализаторов. Характеристики анализаторов человека
необходимо учитывать при создании безопасных систем.
Таким образом, звенья системы “человек-среда” органически взаимосвязаны и
чтобы эта система функционировала эффективно и не приносила ущерба
здоровью человека, необходимо обеспечить совместимость характеристик
среды и человека. При этом, в первую очередь, необходимо учитывать
антропометрические, биофизические, энергетические, информационные,
психологические, социальные и технико-эстетические оценки.
Совместимость в системе “человек-среда”.
Антропометрическая совместимость предполагает учет размеров тела человека,
возможности обзора внешнего пространства, положения (позы) оператора в
процессе производственной деятельности. При решение этой задачи определяют
объем рабочего места, зоны досягаемости для конечностей оператора,
расстояние до приборного пункта и др. Сложность обеспечения этой
совместимости заключается в том, что антропометрические показатели у людей
разные.
В целях обеспечения безопасности деятельности размеры тела человека
необходимо учитывать в следующих случаях:



при определении оптимальной высоты от уровня пола или рабочей
площадки зон наблюдения за работой механизмов, включая зону
обработки, органы настройки, приборы контроля и сигнализации;
при расположении по высоте и фронту органов ручного управления
машиной и особенно аварийных органов “стоп”;
при выборе формы и размеров органов управления.
Для правильного использования антропометрических данных человека при
проектировании машин применяют методы сомографии или моделирования.
Метод сомографии заключается в конструировании схематических изображений
человеческого тела в разных положениях в зависимости от операций, которые
он должен выполнять. В основе метода моделирования лежит использование
моделей человеческой фигуры.
Более обстоятельно вопросы антропометрии рассматриваются в эргономике,
изучающей законы оптимизации рабочих условий.
Биофизическая совместимость подразумевает создание такой окружающей
среды, которая обеспечивает приемлемую работоспособность и нормальное
физиологическое состояние человека, что напрямую связано с вопросами
безопасности.
Особое значение имеет терморегулирование организма человека, которое
зависит от параметров микроклимата. Теплообмен осуществляется благодаря
теплопроводности, конвекции, тепловому испарению и теплоизлучению.
Биофизическая совместимость учитывает также требования организма к
виброакустическим характеристикам среды, освещенности и другим
физическим параметрам.
Энергетическая совместимость предусматривает согласование органов
управления машиной с оптимальными возможностями человека в отношении
прилагаемых усилий, затрачиваемой мощности, скорости и точности движений.
Силовые и энергетические параметры человека имеют определенные границы.
Для приведения в действие сенсомоторных устройств (рычагов, кнопок,
переключателей и т.п.) могут потребоваться очень большие или чрезвычайно
малые усилия. И то и другое плохо. В первом случае человек будет уставать,
что может привести к нежелательным последствиям в управляемой системе. Во
втором случае возможно снижение точности работы системы, так как человек
не почувствует сопротивление рычагов.
Возможности двигательного аппарата представляют определенный интерес при
конструировании защитных устройств и органов управления.
Информационная совместимость имеет особое значение в обеспечении
безопасности.
В сложных системах человек обычно непосредственно не управляет
физическими процессами. Зачастую он удален от места их выполнения на
значительные расстояния. Объекты управления могут быть невидимы,
неосязаемы, неслышимы. Человек видит лишь показания приборов, экранов,
мнемосхем, слышит сигналы, свидетельствующие о ходе процесса. Все эти
устройства называются средствами отображения информации (СОИ). При
необходимости работающий пользуется рычагами, ручками, кнопками,
выключателями и другими органами управления, в совокупности образующими
сенсомоторное поле. СОИ и сенсомоторные устройства это так называемая
модель машины (комплекса). Через нее человек осуществляет управление
самыми сложными системами. Чтобы обеспечить информационную
совместимость, необходимо знать характеристики органов чувств человека.
Например, человек не может одновременно следить за показаниями десяти или
более мониторов отражающих характер производственного процесса и
корректировать их параметры и т.д.
Психологическая совместимость связана с учетом психических особенностей
человека. В настоящее время уже сформировалась особая область знаний,
именуемая психологией деятельности. Это один из разделов безопасности
жизнедеятельности.
Проблемы аварийности и травматизма на современных производствах
невозможно решить только инженерными методами. Опыт свидетельствует, что
в основе аварийности и травматизма лежат не инженерно-конструкторские
дефекты, а организационно-психологические причины: низкий уровень
профессиональной подготовки по вопросам безопасности. Недостаточное
воспитание, слабая установка специалиста на соблюдение безопасности, допуск
к опасным видам работ лиц с повышенным риском травматизации, пребывание
людей в состоянии утомления или других психических состояниях, снижающих
надежность (безопасность) деятельности.
Психология безопасности рассматривает психические процессы, психические
свойства и особенно подробно анализирует различные формы психических
состояний, наблюдаемых в процессе трудовой деятельности.
Особенностями психики обусловлены такие явления, встречающиеся у
некоторых людей, как боязнь замкнутых (клаустрофобия) или открытых
(агорафобия) пространств.
Эффективность деятельности человека зависит от уровня психического
напряжения. Превышение критического уровня ведет к снижению результатов
труда вплоть до полной утраты работоспособности. Нормальная нагрузка
(эмоциональная стимуляция) человека не должна превышать 40-60%
максимальной нагрузки, то есть нагрузки когда наступает снижение
работоспособности.
Среди особых психических состояний, имеющих значение для психической
надежности работающего, необходимо выделить пароксизмальные расстройства
сознания, психогенные изменения настроения, состояния, связанные с приемом
психически активных средств (стимуляторов, транквилизаторов, алкогольных
напитков). С позиций безопасности труда особое значение имеет
посталкогольная астения (похмелье). Она не только снижает работоспособность
человека, но и ведет к заторможенности, снижению чувства осторожности. При
этом снижается сопротивляемость организма действию различных химических
веществ и электрического тока, что также снижает уровень безопасности.
Социальная совместимость предопределена тем, что человек - существо
биосоциальное. Решая вопросы социальной совместимости, учитывают
отношения человека к конкретной социальной группе и социальной группы к
конкретному человеку.
Социальная совместимость органически связана с психологическими
особенностями человека. Поэтому часто говорят о социально-психологической
совместимости, которая особенно ярко проявляется в экстремальных ситуациях
в изолированных группах. Но знание этих особенностей позволяет лучше
понять аналогичные феномены, которые могут возникнуть в обычных
ситуациях.
Технико-эстетическая совместимость заключается в обеспечении
удовлетворенности человека от общения с техникой, цветового климата, самого
процесса труда. Например, всем знакомо положительное ощущение при
пользовании изящно выполненным прибором или устройством.
Для решения многочисленных и чрезвычайно важных технико-эстетических
задач привлекаются художники-конструкторы, дизайнеры.
2.2 Физиологическое действие атмосферной среды на человека
Глава 2 ЧЕЛОВЕК КАК ЭЛЕМЕНТ СИСТЕМЫ “ЧЕЛОВЕК - СРЕДА”
Физиологическое действие атмосферной среды на человека
На самочувствие человека воздействуют температура и влажность, которые
определяют теплосодержание воздуха. Ветер создает принудительную
конвекцию, благоприятную для человека в теплое время и неблагоприятную - в
холодное. К важнейшим метеорологическим характеристикам, влияющим на
человеческий организм, следует отнести атмосферное давление, которое
регулирует парциальное давление кислорода.
У человека, как вида, способность к акклиматизации чрезвычайно высокая.
Только человек сумел расселиться во всех климатических зонах Земли - от
экватора до полюсов и на всех высотах - от уровня моря до высоты 4500 м. Но у
отдельных людей и даже у целых этнических групп эта способность
значительно уже. Приспособление, или адаптация, человеческого организма к
внешним условиям имеет две формы: генетическую и приобретенную.
Генетическая форма адаптации возникла в процессе эволюции, в течение жизни
многих поколений.
Приобретенная форма адаптации возникает в течение жизни индивидуума,
например, при переселении в иную климатическую зону.
Сложнее обстоит дело с адаптацией к экстремальным климатическим условиям.
Некоторые люди оказываются не в состоянии приспособиться к таким
условиям, то есть уровень экстремальности превышает адаптационную
возможность их организма.
Основной особенностью южной части Тихоокеанского побережья России,
подверженного влиянию муссонной циркуляции атмосферы, в летний сезон
является совпадение высоких температур воздуха и высоких значений
показателей влажности, в зимний сезон - совпадение низкой температуры
воздуха и большой скорости ветра.
Во Владивостоке влияние муссона приводит к тому, что “абсолютная и
относительная влажность имеют почти параллельный ход и в результате этого –
большая сухость зимою и обилие влаги летом, что при высоких летних
температурах создает условия парникового состояния, тяжко переносимого для
организма” /М. Партанский, 1923/. Погодные условия теплого периода,
например, на побережье Приморского края весьма неблагоприятны. Так, в июле
наибольшая повторяемость (62%) наблюдается при относительной влажности
воздуха 91-100% и температуре 10-16  С. Во Владивостоке в августе в 33.7%
случаев наблюдается при температуре 16-24  С и относительной влажности 96100%.
Теоретические основы физиологического действия метеорологических условий
на человека
Теплообмен человека с окружающей средой.
Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением
теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического
напряжения в определенных климатических условиях и составляет от 85 Дж/с (в
состоянии покоя) до 500 Дж/с (при тяжелой работе). Для того чтобы
физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая
организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду.
Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к
переохлаждению организма и как следствие к потери трудоспособности,
быстрой утомляемости, потери сознания и тепловой смерти.
Одним из важных интегральных показателей теплового состояния организма
является средняя температура тела (внутренних органов) порядка 36,5 °С. Она
зависит от степени нарушения теплового баланса и уровня энергетических
затрат при выполнении физической работы. При выполнении работы средней
тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха температура тела может
повышаться от нескольких десятых градуса до 1...2 °С. Наивысшая температура
внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет +43 °С,
минимальная +25 °С. Температурный режим кожи играет основную роль в
теплоотдаче. Ее температура меняется в довольно значительных пределах и при
нормальных условиях средняя температура кожи под одеждой составляет 30...34
°С. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках
тела она может понижаться до 20 °С, а иногда и ниже.
Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение Qто
человека полностью воспринимается окружающей средой Qтп, т.е. когда имеет
место тепловой баланс Qтп=Qто. В этом случае температура внутренних органов
остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть
полностью передана окружающей среде (Qто > Qто), происходит рост
температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие
характеризуется понятием жарко. Теплоизоляция человека, находящегося в
состоянии покоя (отдых сидя или лежа), от окружающей среды приведет к
повышению температуры внутренних органов уже через 1 ч на 1,2 °С.
Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести, вызовет
повышение температуры уже на 5 °С и вплотную приблизится к максимально
допустимой. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты,
чем ее воспроизводит человек (Qтп < Qто), то происходит охлаждение организма.
Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием холодно.
Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется
конвекцией Qк в результате смывания тела воздухом, теплопроводностью Qт ,
излучением на окружающие поверхности Qл и в процессе тепломассообмена
(Qтм = Qп + Qл) при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи
потовыми железами Qп и при дыхании Qд
Qтп = Qк + Qт + Qтм + Qл
Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:
Qк = αк FЭ (tпов - tос)
где αк—коэффициент теплоотдачи конвекцией; при нормальных параметрах
микроклимата αк =4,06 Вт/ (м2 °С); tпов—температура поверхности тела человека
(для практических расчетов зимой около 27,7 °С, летом около 31,5 °С); tос —
температура воздуха, омывающего тело человека; Fэ — эффективная
поверхность тела человека (размер эффективной поверхности тела зависит от
положения его в пространстве и составляет приблизительно 50...80 %
геометрической внешней поверхности тела человека); для практических
расчетов Fэ= 1,8 м2. Значение коэффициента теплоотдачи конвекцией можно
определить приближенно как αк = λ / δ, γδε λ —коэффициент теплопроводности
газа пограничного слоя, Вт/ (м °С); δ —толщина пограничного слоя
омывающего газа, м.
Удерживаемый на внешней поверхности тела пограничный слой воздуха (до
4...8 мм при скорости движения воздуха w = 0) препятствует отдаче теплоты
конвекцией. При увеличении атмосферного давления (В) и в подвижном воздухе
толщина пограничного слоя уменьшается и при скорости движения воздуха 2
м/с составляет около 1 мм. Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже
температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха.
Заметное влияние оказывает и относительная влажность воздуха φ, так как
коэффициент теплопроводности воздуха является функцией атмосферного
давления и влагосодержания воздуха.
Т.о., величина и направление конвективного теплообмена человека с
окружающей средой определяется в основном температурой окружающей
среды. атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха,
т.е. Qк= f(toc;B; w; φ).
Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье:
Qт= λ0/Δ0 FЭ (tпов - tос), где λ0 – коэффициент теплопроводности тканей одежды
человека, Вт/(м С), Δ0 – толщина одежды человека в м.
Теплопроводность тканей одежды мала, поэтому основную роль в процессе
транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.
Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже
температура окружающих человека поверхностей. Он может быть определен с
помощью обобщенного закона Стефана — Больцмана:
Qл= спр F1 ψ1-2 [(T1/100)4 – (T2/100)4]
где спр – приведенный коэффициент излучения, Вт/(м2 К4), площадь
поверхности, излучающей лучистый поток, м2; ψ1-2 - коэффициент
облучаемости, зависящий от расположения и размеров поверхностей F1 и F2 и
показывающий долю лучистого потока, приходящуюся на поверхность F2 от
всего потока, излучаемого поверхностью F1, Т1—средняя температура
поверхности тела и одежды человека. К; T2 —средняя температура окружающих
поверхностей, К.
Для практических расчетов в диапазоне температур окружающих человека
предметов 10...60 °С приведенный коэффициент излучения Спр ≈ 4,9 Вт/ (м2 К4).
Коэффициент облучаемости ψ1-2 обычно принимают равным 1,0. В этом случае
значение лучистого потока зависит в основном от степени черноты и
температуры окружающих человека предметов, т.е. Qл, =f(Tоп; ε).
Количество теплоты, отдаваемое человеком в окружающую среду при
испарении влаги, выводимой на поверхность потовыми железами, Qп, = Gп r ,
где Gп — масса выделяемой и испаряющейся влаги, кг/с; r — скрытая теплота
испарения выделяющейся влаги, Дж/кг.
Данные о потовыделении в зависимости от температуры воздуха и физической
нагрузки человека приведены в табл. 5. Как видно из таблицы, количество
выделяемой влаги меняется в значительных пределах. Так, при температуре
воздуха 30 °С у человека, не занятого физическим трудом, влаговыделение
составляет 2 г/мин, а при выполнении тяжелой работы увеличивается до 9,5
г/мин.
Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при
испарении пота, зависит не только от температуры воздуха и интенсивности
работы, выполняемой человеком, но и от скорости окружающего воздуха и его
относительной влажности, т.е. Qп= f(toc;B; w; φ; J), где J—интенсивность труда,
производимого человеком, Вт.
Таблица 5.
Количество влаги, выделяемое с поверхности кожи и из легких человека,
г/мин
Характеристика
выполняемой работы
(по Н.К. Вигге)
Температура воздуха °С
16
18
28
35
45
Покой, J= 100 Вт
0,6
0,74
1,69
3,25
6,2
Легкая, J=200 Вт
1,8
2,4
3,0
5,2
8,8
Средней тяжести, J= 350
Вт
2,6
3,0
5,0
7,0
11,3
Тяжелая, J= 490 Вт
4,9
6,7
8,9
11,4
18,6
Очень тяжелая, J= 695
Вт
6,4
10,4
11,0
16,0
21,0
В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легочный аппарат
человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. В
технических расчетах можно принимать (с запасом), что выдыхаемый воздух
имеет температуру 37 °С и полностью насыщен.
Количество теплоты, расходуемой на нагревание вдыхаемого воздуха,
Qд = Vдв ρвд cр (tвыд - tвд ), где Vдв —объем воздуха, вдыхаемого человеком в
единицу времени, “легочная вентиляция”, м3/с; ρвд — плотность вдыхаемого
влажного воздуха, кг/м3; cр—удельная теплоемкость вдыхаемого воздуха, Дж/
(кг °С); tвыд —температура выдыхаемого воздуха, ˚С; tвд — температура
вдыхаемого воздуха, ˚С.
“Легочная вентиляция” определяется как произведение объема воздуха,
вдыхаемого за один вдох, Vв-в, м3 на частоту дыхания в секунду n: Vла = Vв-в n.
Частота дыхания человека непостоянна и зависит от состояния организма и его
физической нагрузки. В состоянии покоя она составляет 12...15 вдохов-выдохов
в минуту, а при тяжелой физической нагрузке достигает 20...25. Объем одного
вдоха-выдоха является функцией производимой работы. В состоянии покоя с
каждым вдохом ) легкие поступает около 0,5 л воздуха. При выполнении
тяжелой работы объем вдоха-выдоха может возрастать до 1,5...1,8 л.
Среднее значение легочной вентиляции в состоянии покоя примерно 0,4...0,5
л/с, а при физической нагрузке в зависимости от ее напряжения может
достигать 4 л/с.
Таким образом, количество теплоты, выделяемой человеком с вдыхаемым
воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности и температуры
окружающего (вдыхаемого) воздуха: Qд =f(J; φ; tос). Чем больше физическая
нагрузка и ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты
с выдыхаемым воздухом. С увеличением температуры и влажности
окружающего воздуха количество теплоты, отводимой через дыхание,
уменьшается.
Анализ приведенных выше уравнений позволяет сделать вывод, что тепловое
самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек — среда
обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной
влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих
предметов и интенсивности физической нагрузки организма Qтп = f( tос; w; φ; В;
Toп; J).
Параметры — температура окружающих предметов и интенсивность
физической нагрузки организма — характеризуют конкретную
производственную обстановку и отличаются большим многообразием.
Остальные параметры —температура, скорость, относительная влажность и
атмосферное давление окружающего воздуха — получили название параметров
микроклимата.
Влияние параметров микроклимата на самочувствие человека.
Параметры микроклимата воздушной среды, которые обусловливают
оптимальный обмен веществ в организме и при которых нет неприятных
ощущений и напряженности системы терморегуляции, называются
комфортными или оптимальными. Зона, в которой окружающая среда
полностью отводит теплоту, выделяемую организмом, и нет напряжения
системы терморегуляции, называется зоной комфорта. Условия, при которых
нормальное тепловое состояние человека нарушается, называются
дискомфортными. При незначительной напряженности системы
терморегуляции и небольшой дискомфортности устанавливаются допустимые
метеорологические условия.
Влияние температуры и влажности на самочувствие человека.
Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое
самочувствие человека и его работоспособность. Например, понижение
температуры и повышение скорости воздуха способствуют усилению
конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что
может привести к переохлаждению организма Повышение скорости воздуха
ухудшает самочувствие, так как способствует усилению конвективного
теплообмена и процессу теплоотдачи при испарении пота
При повышении температуры воздуха возникают обратные явления
Исследователями установлено, что при температуре воздуха более 30 °С
работоспособность человека начинает падать. Для человека определены
максимальные температуры в зависимости от длительности их воздействия и
используемых средств защиты. Предельная температура вдыхаемого воздуха,
при которой человек в состоянии дышать в течение нескольких минут без
специальных средств защиты, около 116 °С На рис 1 представлены
ориентировочные данные о переносимости температур, превышающих 60 °С.
Существенное значение имеет равномерность температуры Вертикальный
градиент ее не должен выходить за пределы 5 °С.
Переносимость человеком температуры, как и его тепловые ощущение, в
значительной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха Чем
больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу
времени и тем быстрее наступает перегрев тела Особенно неблагоприятное
воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность
при tос > 30 °С (см. табл. 6), так как при этом почти все выделяемая теплота
отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности
пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова.
Возникает так называемое проливное течение пота, изнуряющее организм и не
обеспечивающее необходимую теплоотдачу.
Таблица 6
Состояние организма человека в зависимости
от температуры тела и состояния окружающей среды
Ректальная
температура
°С
Человек
Симптомы
42-44
Смерть
41-42
Тепловой удар, коллапс в
результате быстрого
повышения температуры
Сильное потоотделение,
уменьшение количества
крови, нарушение
кровообращения
39-40
Окружающая среда
Темпер.
Отн.
Состояние
воздуха Влажн.
человека
Воздуха
°С
(%)
21
40
Приятное
состояние
75
Отсутствие
неприятных
ощущений
85
Хорошее
спокойное
состояние
91
36-37
Норма
35
Задержка церебральных
процессов, дрожь
Ретроградная амнезия
65
32
Реакция еще сохраняется, но
все процессы сильно
замедлены
100
30
Потеря сознания
34
24
20
80
30
25
Усталость,
подавленное
состояние
Отсутствие
неприятных
ощущений
Неприятные
ощущения
Потребность в
покое
Невозможность
выполнения
тяжелой
работы
Отсутствие
25-27
Угасание мышечной
рефлексии и световой
рефлексии зрачков, отказ
сердца, смерть
50
неприятных
ощущений
Нормальная
работоспособность
65
81
Невозможность
выполнения
тяжелой работы
Повышение темп
90
Опасность для
Недостаточная влажность воздуха также может оказаться неблагоприятной для
человека вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их
пересыхания и растрескивания, а затем и загрязнения болезнетворными
микроорганизмами. Поэтому при длительном пребывании людей в закрытых
помещениях рекомендуется ограничиваться относительной влажностью в
пределах 30...70 %.
Рис. 11. Переносимость высоких температур в зависимости от длительности их
воздействия 1 - верхняя граница выносливости, 2 - среднее время выносливости
3 - граница появления симптомов перегрева
Вопреки установившемуся мнению величина потовыделения мало зависит от
недостатка воды в организме или от ее чрезмерного потребления. У человека,
работающего в течение 3 ч без питья, образуется только на 8 % меньше пота,
чем при полном возмещении потерянной влаги. При потреблении воды вдвое
больше потерянного количества наблюдается увеличение потовыделения всего
на 6 % по сравнению со случаем, когда вода возмещалась на 100 %. Считается
допустимым для человека снижение его массы на 2...3 % путем испарения влаги
— обезвоживание организма. Обезвоживание на 6% влечет за собой нарушение
умственной деятельности, снижение остроты зрения; испарение влаги на 15...20
% приводит к смертельному исходу.
Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей
(до 1 %, в том числе 0,4...0,6 NaCI). При неблагоприятных условиях потеря
жидкости может достигать 8—10 л за смену и в ней до 60 г поваренной соли
(всего в организме около 140 г NaCI). Потеря соли лишает кровь способности
удерживать воду и приводит к нарушению деятельности сердечно-сосудистой
системы. При высокой температуре воздуха легко расходуются углеводы, жиры,
разрушаются белки.
Для восстановления водного баланса работающих в горячих цехах
устанавливают пункты подпитки подсоленной (около 0,5 % NaCl) газированной
питьевой водой из расчета 4...5 л на человека в смену. На ряде заводов для этих
целей применяют белково-витаминный напиток. В жарких климатических
условиях рекомендуется пить охлажденную питьевую воду или чай.
Длительное воздействие высокой температуры особенно в сочетании с
повышенной влажностью может привести к значительному накоплению
теплоты в организме и развитию перегревания организма выше допустимого
уровня — гипертермии — состоянию, при котором температура тела
поднимается до 38...39 °С. При гипертермии и как следствие тепловом ударе
наблюдаются головная боль, головокружение, общая слабость, искажение
цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение.
Пульс и дыхание учащены, крови увеличивается содержание азота и молочной
кислоты. При том наблюдается бледность, синюшность, зрачки расширены,
временами возникают судороги, потеря сознания.
Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре,
большой подвижности и влажности воздуха, могут быть причиной охлаждения
и даже переохлаждения организма гипотермии. В начальный период
воздействия умеренного холода наблюдается уменьшение частоты дыхания,
увеличение объема вдоха. При продолжительном действии холода дыхание
становится неритмичным, частота объем вдоха увеличивается, изменяется
углеводный обмен. Прирост обменных процессов при понижении температуры
на 1 °С составляет около 10 %, а при интенсивном охлаждении он может
возрасти в 3 раза по сравнению с уровнем основного обмена. Появление
мышечной дрожи, при которой внешняя работа не совершается, а вся энергия
превращается в теплоту, может в течение некоторого времени задерживать
снижение температуры внутренних органов. Результатом действия низких
температур являются холодовые травмы.
Длина волны лучистого потока с максимальной энергией теплового излучения
определяется по закону смещения Вина (для абсолютного черного тела) λЕмах =
2,9 103 / Т. У большинства производственных источников максимум энергии
приходится на инфракрасные лучи (λЕмах > 0.78 мкм).
Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое
действие. Под влиянием теплового облучения в организме происходят
биохимические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови,
понижается венозное давление, замедляется кровоток и как следствие наступает
нарушение деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем.
По характеру воздействия на организм человека инфракрасные лучи
подразделяются на коротковолновые лучи с длиной волны 0,76...1,5 мкм и
длинноволновые с длиной более 1,5 мкм. Тепловые излучения
коротковолнового диапазона глубоко проникают в ткани и разогревают их,
вызывая быструю утомляемость, понижение внимания, усиленное
потовыделение, а при длительном облучении—тепловой удар. Длинноволновые
лучи глубоко в ткани не проникают и поглощаются в основном в эпидермисе
кожи. Они могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым
поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является
катаракта глаза.
Кроме непосредственного воздействия на человека лучистая теплота нагревает
окружающие конструкции. Эти вторичные источники отдают теплоту
окружающей среде излучением и конвекцией, в результате чего температура
воздуха внутри помещения повышается.
Общее количество теплоты, поглощенное телом, зависит от размера облучаемой
поверхности, температуры источника излучения и расстояния до него. Для
характеристики теплового излучения принята величина, названная
интенсивностью теплового облучения. Интенсивность теплового облучения JE
—это мощность лучистого потока, приходящаяся на единицу облучаемой
поверхности.
Облучение организма малыми дозами лучистой теплоты полезно, но
значительная интенсивность теплового излучения и высокая температура
воздуха могут оказать неблагоприятное действие на человека. Тепловое
облучение интенсивностью до 350 Вт/м2 не вызывает неприятного ощущения,
при 1050 Вт/м2 уже через 3...5 мин на поверхности кожи появляется неприятное
жжение (температура кожи повышается на 8...10°С), а при 3500 Вт/м2 через
несколько секунд возможны ожоги. При облучении интенсивностью 700...1400
Вт/м2 частота пульса увеличивается на 5...7 ударов в минуту. Время пребывания
в зоне теплового облучения лимитируется в первую очередь температурой
кожи, болевое ощущение появляется при температуре кожи 40...45 °С (в
зависимости от участка).
Интенсивность теплового облучения на отдельных рабочих местах может быть
значительной. Например, в момент заливки стали в форму она составляет 12 000
Вт/м2; при выбивке отливок из опок 350...2000 Вт/м2, а при выпуске стали из
печи в ковш достигает 7000 Вт/м2.
Терморегуляция организма человека. Основными параметрами,
обеспечивающими процесс теплообмена человека с окружающей средой, как
было показано выше, являются параметры микроклимата. В естественных
.условиях на поверхности Земли (уровень моря) эти параметры изменяются в
существенных пределах. Так, температура окружающей среды изменяется от 88 до +60 °С; подвижность воздуха — от 0 до 100 м/с; относительная
влажность—от 10 до 100% и атмосферное давление —от 680 до 810 мм рт. ст.
Вместе с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое
самочувствие человека. Условия, нарушающие тепловой баланс, вызывают в
организме реакции, способствующие его восстановлению. Процессы
регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела
человека называются терморегуляцией. Она позволяет сохранять температуру
внутренних органов постоянной, близкой к 36,5 °С. Процессы регулирования
тепловыделений осуществляются в основном тремя способами: биохимическим
путем; путем изменения интенсивности кровообращения и интенсивности
потовыделения.
Терморегуляция биохимическим путем заключается в изменении интенсивности
происходящих в организме окислительных процессов. Например, мышечная
дрожь, возникающая при сильном охлаждении организма, повышает выделение
теплоты до 125...200 Дж/с.
Терморегуляция путем изменения интенсивности кровообращения заключается
в способности организма регулировать подачу крови (которая является в данном
случае теплоносителем) от внутренних органов к поверхности тела путем
сужения или расширения кровеносных сосудов. Перенос теплоты с потоком
крови имеет большое значение вследствие низких коэффициентов
теплопроводности тканей человеческого организма—0,314...1,45 Вт/(м °С). При
высоких температурах окружающей среды кровеносные сосуды кожи
расширяются, от внутренних органов притекает большое количество крови и,
следовательно, больше теплоты отдается окружающей среде.
Рис. 1. Зависимость кровоснабжения тканей организма от температуры
окружающей среды.
При низких температурах происходит обратное явление: сужение кровеносных
сосудов кожи, уменьшение притока крови к кожному покрову и, следовательно,
меньше теплоты отдается во внешнюю среду (рис. 12). Как видно из рис. 12,
кровоснабжение при высокой температуре среды может быть в 20...30 раз
больше, чем при низкой. В пальцах кровоснабжение может изменяться даже в
600 раз.
Терморегуляция путем изменения интенсивности потовыделения заключается в
изменении процесса теплоотдачи за счет испарения. Испарительное охлаждение
тела человека имеет большое значение. Так, при tос = 18 єС, φ = 60 %, w = 0
количество теплоты, отдаваемой человеком в окружающую среду при
испарении влаги, составляет около 18 % общей теплоотдачи. При увеличении
температуры окружающей среды до +27 °С доля Qп возрастает до 30 % и при
36,6 єС достигает 100 %.
Терморегуляция организма осуществляется одновременно всеми способами.
Так, при понижении температуры воздуха увеличению теплоотдачи за счет
увеличения разности температур препятствуют такие процессы, как
уменьшение влажности кожи, и следовательно, уменьшение теплоотдачи путем
испарения, снижение температуры кожных покровов за счет уменьшения
интенсивности транспортирования крови от внутренних органов, и вместе с
этим уменьшение разности температур.
На рис. 13 и 14 приведены тепловые балансы человека при различных объемах
производимой работы в разных условиях окружающей среды.
Рис 13. Тепловой баланс работающего человека в зависимости от нагрузки (V скорость езды на велосипеде, Р-нагрузка, Q1—тепловыделение, Q2—
теплоотдача): 1—изменение общей затраты энергии организма; 2 —
механическая работа; 3— тепловыделения; 4 — изменение суммарной
теплоотдачи (QK, QT, QЛ); 5— теплота, отданная при испарении пота с
поверхности тела.
Рис. 14. Тепловой баланс работающего человека в зависимости от температуры
среды ( тепловыделение, теплоотдача) : 1 – суммарная энергия организма, 2 –
мускульная работа, 3 – выделенная теплота, 4 – теплота, переданная
теплопроводностью, 5 – теплота, переданная излучением, 6 – теплота, отданная
при испарении пота, 7 – теплота, потерянная с каплями пота.
Тепловой баланс, приведенный на рис. 13, составлен по экспериментальным
данным для случая езды на велосипеде при температуре воздуха 22,5 °С и
относительной влажности 45 %; на рис. 14 приведен тепловой баланс человека,
идущего со скоростью 3,4 км/ч при различных температурах окружающего
воздуха и постоянной относительной влажности 52 %. Приведенные на рис. 13 и
14 примеры процесса теплообмена человека с окружающей средой построены
при условии соблюдения теплового баланса Qтп=Qто, поддержанию которого
способствовал механизм терморегуляции организма. Экспериментально
установлено, что оптимальный обмен веществ в организме и соответственно
максимальная производительность труда имеют место, если составляющие
процесса теплоотдачи находятся в следующих пределах: Qк + QT ≈ 30 %; Qл ≈
45 %; Qп ≈ 20 % и Qд ≈ 5 %. Такой баланс характеризует отсутствие
напряженности системы терморегуляции.
Влияние атмосферного давления на самочувствие человека.
Атмосферное давление оказывает существенное влияние на процесс дыхания и
самочувствие человека. Если без воды и пищи человек может прожить
несколько дней, то без кислорода — всего несколько минут. Основным органом
дыхания человека, посредством которого осуществляется газообмен с
окружающей средой (главным образом О2 и С02), является трахибронхиальное
дерево и большое число легочных пузырей (альвеол), стенки которых
пронизаны густой сетью капиллярных сосудов. Общая поверхность альвеол
взрослого человека составляет 90...150 м2. Через стенки альвеол кислород
поступает в кровь для питания тканей организма.
Наличие кислорода во вдыхаемом воздухе —необходимое, но недостаточное
условие для обеспечения жизнедеятельности организма. Интенсивность
диффузии кислорода в кровь определяется парциальным давлением кислорода в
альвеолярном воздухе (рО2, мм рт. ст.).
Экспериментально установлено: рО2 = (В-47) V0/100 – pCO2 , где В—атмосферное
давление вдыхаемого воздуха, мм рт. ст.; 47— парциальное давление
насыщенных водяных паров в альвеолярном воздухе, мм рт. ст.; VО2 —объем
кислорода, содержащийся в альвеолярном воздухе, %, рСО2 —парциальное
давление углекислого газа в альвеолярном воздухе; рСО2 ≈ 40 мм рт. ст.
Наиболее успешно диффузия кислорода в кровь происходит при парциальном
давлении кислорода в пределах 95... 120 мм рт. ст. Изменение рО2 вне этих
пределов приводит к затруднению дыхания и увеличению нагрузки на сердечнососудистую систему. Так, на высоте 2...3 км (рО2 ≈70 мм рт. ст.) насыщение
крови кислородом снижается до такой степени, что вызывает усиление
деятельности сердца и легких. Но даже длительное пребывание человека в этой
зоне не сказывается существенно на его здоровье, и она называется зоной
достаточной компенсации. С высоты 4 км (рО2 ≈ 60 мм рт. ст.) диффузия
кислорода из легких в кровь снижается до такой степени, что, несмотря на
большое содержание кислорода (VO2 ≈ 21 %), может наступить кислородное
голодание — гипоксия. Основные признаки гипоксии — головная боль,
головокружение, замедленная реакция, нарушение нормальной работы органов
слуха и зрения, нарушение обмена веществ.
Как показали исследования, удовлетворительное самочувствие человека при
дыхании воздухом сохраняется до высоты около 4 км, чистым кислородом (VO2
= 100 %) до высоты около 12 км. При длительных полетах на летательных
аппаратах на высоте более 4 км применяют либо кислородные маски, либо
скафандры, либо герметизацию кабин. При нарушении герметизации давление в
кабине резко снижается. Часто этот процесс протекает так быстро, что имеет
характер своеобразного взрыва и называется взрывной декомпрессией. Эффект
воздействия взрывной декомпрессии на организм зависит от начального
значения и скорости понижения давления, от сопротивления дыхательных путей
человека, общего состояния организма.
В общем случае, чем меньше скорость понижения давления, тем легче она
переносится. В результате исследований установлено, что уменьшение давления
на 385 мм рт. ст. за 0,4 с человек переносит без каких-либо последствий. Однако
новое давление, которое возникает в результате декомпрессии, может привести
к высотному метеоризму и высотным эмфиземам. Высотный метеоризм —это
расширение газов, имеющихся в свободных полостях тела. Так, на высоте 12 км
объем желудка и кишечного тракта увеличивается в 5 раз. Высотные
эмфиземы, или высотные боли — это переход газа из растворенного состояния
в газообразное.
В ряде случаев, например при производстве работ под водой, в
водонасыщенных грунтах работающие находятся в условиях повышенного
атмосферного давления. При выполнении кессонных и глубоководных работ
обычно различают три периода: повышения давления — компрессия;
нахождения в условиях повышенного давления и период понижения давления
— декомпрессия. Каждому из них присущ специфический комплекс
функциональных изменений в организме.
Избыточное давление воздуха приводит к повышению парциального давления
кислорода в альвеолярном воздухе, к уменьшению объема легких и увеличению
силы дыхательной мускулатуры, необходимой для производства вдоха-выдоха.
В связи с этим работа на глубине требует поддержания повышенного давления с
помощью специального снаряжения или оборудования, в частности кессонов
или водолазного снаряжения.
При работе в условиях избыточного давления снижаются показатели
вентиляции легких за счет некоторого урежения частоты дыхания и пульса.
Длительное пребывание при избыточном давлении приводит к токсическому
действию некоторых газов, входящих в состав вдыхаемого воздуха. Оно
проявляется в нарушении координации движений, возбуждении или угнетении,
галлюцинациях, ослаблении памяти, расстройстве зрения и слуха.
Наиболее опасен период декомпрессии, во время которого и вскоре после
выхода в условиях нормального атмосферного давления может развиться
декомпрессионная (кессонная) болезнь. Сущность ее состоит в том, что в период
компрессии и пребывания при повышенном атмосферном давлении организм
через кровь насыщается азотом. Полное насыщение организма азотом наступает
через 4 ч пребывания в условиях повышенного давления.
В процессе декомпрессии вследствие падения парциального давления в
альвеолярном воздухе происходит десатурация азота из тканей. Выделение
азота осуществляется через кровь и затем легкие. Продолжительность
десатурации зависит в основном от степени насыщения тканей азотом
(легочные альвеолы диффундируют 150 мл азота в минуту). Если декомпрессия
производится форсированно, в крови и других жидких средах образуются
пузырьки азота, которые вызывают газовую эмболию и как ее проявление —
декомпрессионную болезнь. Тяжесть декомпрессионной болезни определяется
массовостью закупорки сосудов и их локализацией. Развитию
декомпрессионной болезни способствует переохлаждение и перегревание
организма. Понижение температуры приводит к сужению сосудов, замедлению
кровотока, что замедляет удаление азота из тканей и процесс десатурации. При
высокой температуре наблюдается сгущение крови и замедление ее движения.
Резкие изменения атмосферного давления нельзя не принимать во внимание,
поскольку они оказывают влияние на жизнедеятельность человека Так как
внешнее давление меняется быстрее, чем артериальное, то наступает
“дисбаланс” в организме. Имеются исследования по влиянию атмосферного
давления на здоровье человека, причем в 86% случаев были установлены
количественные связи между количеством заболеваний сердечно-сосудистой
системы и атмосферным давлением.
По медицинской типизации неблагоприятными являются перепады давления
4гПа/3ч, особо неблагоприятными - 5гПа/3ч и более.
Более детально вопрос учета изменения давления рассмотрен с медицинской
стороны явления. В.Г. Бокша (1980) для определения степени раздражающего
действия погодных факторов на человека предложил индекс патогенности
метеорологической ситуации, в котором одно из слагаемых - индекс
патогенности межсуточного изменения атмосферного давления.
Изменения атмосферного давления связаны с прохождением через пункт
наблюдений таких атмосферных образований как тропические циклоны (рис.
15) и южные циклоны, обостренные фронтальные разделы, сопровождающиеся
наличием мезомасшабных низкоуровенных вихревых образований, а также
прохождением, хотя и крайне редко, смерчей и зон шквалов.
Районы Приморского края, Сахалинской области, юга Камчатки и прилегающих
акваторий Японского и Охотского морей характеризуются высокой
повторяемостью резких и очень резких локальных временных изменений
приземного давления (за период от суток до 3 часов) при росте частоты их
повторяемости за год с запада на восток. Абсолютные величины резких и очень
резких локальных временных изменений приземного давления в Приморском
крае на 10-20 гПа меньше, чем в Сахалинской области (Тунеголовец В.П.,
Дашко Н.А., Варламов С.М. – 1999). В то же время, предельные их значения
намного превышают критические значения, определенные как “особо
неблагоприятные”.
Рис. 15. Барограммы тропических циклонов различной интенсивности.
Максимальные по абсолютной величине перепады атмосферного давления за
три часа для Приморского края превышают 30 гПа/3ч по всей территории,
достигая 44.9 в г. Спасск-Дальний (23 апреля 1976 г.), для территории
Сахалинской области превышают 40 гПа/3ч при максимуме 61.5 гПа/3ч на о.
Уруп.
2.3 Комплексные показатели физиологического комфорта
Комплексные показатели физиологического комфорта.
Для характеристики физиологического комфорта в биометеорологии принято
использовать различные эмпирические индексы и показатели, а также сочетания
различных метеорологических параметров (Тунеголовец В.П., 1999).
Степень дискомфорта, возникающего от избытка тепла, обычно оценивается с
помощью одного или нескольких биометеорологических температурных
индексов. Наиболее употребительной служит эффективная температура (ЭТ).
Она представляет собой температуру неподвижного воздуха, насыщенного
водяным паром, в котором человек испытывает субъективно такое же
ощущение комфорта, как и в среде, для которой находится эффективная
температура. В публикациях приводится информация по крайней мере о семи
расчетных формулах для определения ЭТ.
В умеренной климатической зоне дискомфорт чаще создается под влиянием
холода, чем тепла, и несмотря на это эффективная температура может
подниматься, особенно в субтропическом и морском климате России до
значений наблюдаемых в тропиках.
Одним из наиболее широко используемых индексов для оценки влияния
климата на комфортность организма человека является эффективная
температура, определяемая по формуле Миссенарда.
Эффективная температура рассчитывается как без учета ветра, так и с учетом по
формулам (25) и (26):
ЭТ1 = Та – 0,4 (Та - 10) (1- RH/100) (25)
ЭТ2 = 37 - (37-Та).(0,68-0,0024*RH + 1/(1,78+1,4v0,75)) – 0,29Та(1- RH/100) (26)
где Та – температура сухого термометра, °С, RH – относительная влажность, %,
v – скорость ветра, м/с.
Формула для расчета ЭТ2 была уточнена Тунеголовцем В.П., так как расчет по
ней не обеспечивает равенства ЭТ2=Та при отсутствии ветра и относительной
влажности воздуха 100%.
Ценность ЭТ как биоклиматического показателя (независимо от того, как ЭТ
рассчитывалась — с учетом или без учета скорости ветра) состоит в том, что ее
можно использовать не только при оценке тепловой нагрузки, но и в условиях
холода.
Том (Thom, 1959) предложил показатель дискомфорта, названный им
температурно-влажностным индексом (ТВИ). Он предназначается для оценки
летних условий в США и часто записывается в виде:
ТВИ2 = 0.4 (Tа + Twb) + 4.8 (27)
Здесь Tа и Twb - соответственно температура воздуха (показатель сухого
термометра) и показание смоченного термометра по шкале Цельсия.
Очень близкие по значениям дает оценку дискомфорта формула Дж.
Тенниебаума и др.
ТВИ3 = (Tа + Twb)/2 (28)
Оба индекса при отсутствии ветра и одинаковых тепловых нагрузках имеют
небольшое отклонение от порогового значения ЭТ, равного 24 °С. Когда
ТВИ2=21.0 и ТВИ3=21.3 около 10% испытываемых считает, что они находятся
вне зоны комфорта. Эта доля увеличивается до 50% при ТВИ2=23.9 и ТВИ3=23.9
и до 100% ТВИ2=26.1 и ТВИ3=26.7.
Оценка дискомфорта, возникающего вследствие влияния холода, производится
обычно по формулам, представляющих собой функции температуры воздуха и
скорости ветра (v). В литературе приводится формула Бодмана для расчета
жесткости погоды в зимний период.
S = (1-0.04Та) (1+ 0.27v) (29)
Из формулы Бодмана следует, что при Та = -24 °С и v=0 увеличение скорости
ветра на 1 м/с эквивалентно понижению температуры на 2.8 °С. А при Та =-24.0
°С и v=10 м/с увеличение скорости ветра на 1 м/с равнозначно понижению
температуры на 3.4 °С. Жесткость погоды, определенная по формуле Бодмана,
характеризует климат по восприятию его человеком. Несмотря на низкую
температуру воздуха в Якутске, Верхоянске (полюс холода), жесткость погоды в
этих районах около 5 единиц (Та = -60.2 С, v = 2 м/с, S = 5.2). На тихоокеанском
побережье при температуре воздуха всего лишь -20 °С и -24 °С жесткость
погоды больше, чем в Восточной Сибири. Так, в г. Владивостоке при
температуре -23.6 °С и скорости ветра 13.5 м/с жесткость погоды почти в два
раза выше (S=9.0), чем в Верхоянске.
Жесткость погоды может также характеризовать ветровой индекс охлаждения,
введенный Сайплом и Пасселом (Siple, Passel, 1945). Ветровой индекс
охлаждения (ВИО) определяется как количество тепла, которое атмосфера
способна принять от единицы площади поверхности. Формула была выведена
на основании проведенных в Антарктиде экспериментов по исследованию
скорости замерзания воды в небольших цилиндрах. К сожалению, расчетная
формула (7’) не обеспечивает достижения результатов, приведенных в
авторском исследовании в графическом виде. Уточненный Тунеголовцем В.П.
вариант формулы имеет вид (7):
ВИОСП = 0.0548(100 v + 10.45 – v2.378) (33 - Tа), (30)
где: ВИОСП - скорость охлаждения под влиянием ветра, ккал/(м2 ч). Ветровой
индекс охлаждения характеризует степень охлаждения без учета испарения.
Существует вариант расчета силы охлаждения кожи с помощью данных о
температуре воздуха по смоченному термометру (X. Леманн):
ВИОЛ = (0.37 + 0.51 v0.63)(36.5 - Twb) (31)
или с помощью данных о температуре воздуха по сухому термометру (Хилл)
ВИОХ = (0.14 + 0.47 v0.5)(36.5 – Tа) (32)
Значения ВИОЛ и ВИОХ, определяемые по формулам (8-9), представляются в
мкал/см2 с.
При ВИОСП, превышающем 1400 ккал/(м2ч) или 388.9 мкал/(см2с), отмечаются
случаи обморожения человека при нахождении его на открытом воздухе, при
значениях ниже - случаи обморожения практически не фиксировались.
В отечественной практике оценка дискомфорта, возникающего вследствие
влияния холода и ветрового воздействия, производится обычно по формулам,
предложенным в работах В. Н. Адаменко и К. Ш. Хайруллина:
Тпр = Та – 8.2 v0.5 (33)
При расчете приведенной температуры, помимо скорости ветра, может быть
учтена и солнечная радиация, смягчающая степень дискомфорта:
Тпр1 = Та – 8.2 v0.5 +2.5 B0/(0.04+0.01*expv/3) (34)
где В0 – радиационный баланс поверхности тела человека, Дж/см2.
Еще один подход для оценки влияния климата на тепловое состояние человека
предложен Русановым В.И. Им в качестве показателя изменчивости погоды
предложен индекс, который определяется как отношение числа контрастных
смен периодов с однотипной погодой к общему числу дней в рассматриваемом
периоде и выражается в процентах. В зависимости от значения индекса
выделены типы изменчивости погоды: 00—20 % очень устойчивая, 21—35 %
устойчивая; 36—50 % изменчивая, больше 50 % сильно изменчивая погода. В
основу типизации положена связь частоты патологических реакций у больных
гипертонической болезнью с индексом изменчивости погоды. Частота
появления патологических реакций у этих больных может увеличиваться в 2-3
раза и более в зависимости от типа изменчивости погоды.
Исследования, проведенные Тунеголовцем В.П., показали, что для теплого
периода года для территорий Приморского края и Сахалинской области, а также
акваторий Японского и Охотского морей может быть применен любой из
показателей: ЭТ1, ЭТ2, ТВИ2 и ТВИ3. Результаты расчета для одного и того же
пункта существенных отличий по различным формулам не обнаруживают. Для
холодного периода года однозначного решения не существует. Значения
ветрового индекса охлаждения (ВИО) для одного и того же пункта могут
отличатся в 5-8 раз. Значения эффективной температуры, рассчитанные без
учета охлаждающего влияния ветра, представляются заниженными. Более
близкие значения показателей дискомфорта дают результаты расчетов
приведенной температуры ТПР и эффективной температуры, рассчитанной с
учетом охлаждающего влияния ветра (ЭТ2). Охлаждающее влияние ветра в
различных формулах учитывается не одинаково. По величине наименьшего
различия более близкие характеристики учета охлаждающего влияния ветра
показывают формулы для расчета эффективной температуры с учетом ветра
(ЭТ2) и приведенной температуры ТПР (различия в пределах 10-12%).
Высокая скорость охлаждения, кроме случаев экстремально низких температур
и больших скоростей ветра, может наблюдаться даже в районах с морским и
умеренным климатом. ВИОСП может иметь одни и те же значения при самых
различных комбинациях скорости ветра и температуры воздуха. Например, при
температуре —6,7 °С и скорости ветра 22 м/с охлаждение будет таким же, как и
при температуре -18,9°С и скорости ветра 4,6 м/с (1400 ккал/(м2ч) или 388.9
мкал/(см2с)).
Экстремальные значения индексов физиологического комфорта в теплый
период года в Приморском крае практически на всей территории превышают
уровень, при котором 100% испытываемых считают, что находятся вне зоны
комфорта (температурно-влажностный индекс ТВИ1 меньше 79 отмечен только
на четырех станциях из 60). Число таких пунктов в Сахалинской области
намного меньше, расположены они в основном на о. Сахалин.
В холодный период года на 50% пунктов Приморского края и 56% Сахалинской
области эквивалентная температура ЭТ2 ниже 50 °С, а приведенная температура
ТПР на 33% пунктов Приморского края и 76% Сахалинской области ниже 60 °С.
Индекс суровости климата превышает 15 баллов на 25% и 76%, соответственно.
Для оценки физиологического комфорта В.П. Тунеголовцем предложен индекс,
содержащий оценку частоты (F) наступления за год экстремальных
метеорологических условий, представляющих опасность для здоровья человека.
В качестве опасных для здоровья человека условий погоды приняты: перепады
атмосферного давления (∆р - более 10 гПа/3ч – удвоенное значение особо
неблагоприятных перепадов давления по медицинской типизации, сочетание
высоких температур воздуха и высокой влажности (эквивалентная температура
ЭТ2 более 27  С – умеренные и высокие тепловые нагрузки, приводящие к
полной потере работоспособности человека умеренных широт), сочетание
низких температур и сильного ветра (эквивалентная температура ЭТ2 менее –55
 С – возрастающая угроза обморожения).
Из теории “Безопасности жизнедеятельности” наиболее распространенной
оценкой опасности является риск. Частота реализации опасностей определяется
как риск. Т.е., новый индекс может быть определен как риск наступления
опасных для здоровья и безопасности жизнедеятельности погодных условий,
или что тоже самое, как показатель агрессивности атмосферной среды.
Количественно показатель агрессивности атмосферной среды равен сумме
рисков от каждого из потенциально опасных явлений погоды, т.е. ПААС =
F(∆р)+ F(ЭТ2Л) + F(ЭТ2З)
На рис. 16 представлено распределение показателя агрессивности атмосферной
среды. Для наглядности значения показателя увеличены на 103.
Рис. 16. Распределение показателя агрессивности атмосферной среды
для территории Сахалинской области (*103).
Северная часть о. Сахалин характеризуется значениями ПААС, в 4-5 раз
превышающими значения показателя в южной части острова – факт не
вызывающий сомнения у местного населения об исключительной суровости
климата именно в северной части острова.
Гигиеническое нормирование параметров микроклимата
производственных помещений.
Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов
безопасности труда ГОСТ 12.1.005—88 “Общие санитарно-гигиенические
требования к воздуху рабочей зоны”. Они едины для всех производств и всех
климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями. В этих
нормах отдельно нормируется каждый компонент микроклимата в рабочей зоне
производственного помещения: температура, относительная влажность,
скорость воздуха в зависимости от способности организма человека к
акклиматизации в разное время года, характера одежды, интенсивности
производимой работы и характера тепловыделений в рабочем помещении.
Для оценки характера одежды (теплоизоляции) и акклиматизации организма в
разное время года введено понятие периода года. Теплый период года
характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 єС и
выше, холодный —ниже +10 єС.
По интенсивности тепловыделений производственные помещения делят на
группы в зависимости от удельных избытков явной теплоты. Явной называется
теплота, воздействующая на изменение температуры воздуха помещения, а
избытком явной теплоты—разность между суммарными поступлениями явной
теплоты и суммарными тепловыми потерями в помещении. Явная теплота,
которая образовалась в пределах помещения, но была удалена из него без
передачи теплоты воздуху помещения (например, с газами от дымоходов или с
воздухом местных в отсосов от оборудования),при расчете избытков теплоты не
учитывается. Незначительные избытки явной теплоты — это избытки теплоты,
не превышающие или равные 23 Вт на 1 м3 внутреннего объема помещения.
Помещения со значительными избытками явной теплоты характеризуются
избытками теплоты более 23 Вт/м3.
Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей
технологического оборудования, осветительных приборов, инсоляции на
постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м2 при
облучении 50 % поверхности человека и более, 70 Вт/м2—при облучении 25...50
% поверхности и 100 Вт/м2—при облучении не более 25 % поверхности тела.
Интенсивность теплового облучения работающих от открытых источников
(нагретого металла, стекла, открытого пламени и др.) не должна превышать 140
Вт/м2, при этом облучению не должно подвергаться более 25 % поверхности
тела и обязательно использование средств индивидуальной защиты.
В рабочей зоне производственного помещения согласно ГОСТ 112.1.005—88
могут быть установлены оптимальные и допустимые микроклиматические
условия. Оптимальные микроклиматические условия — это такое сочетание
параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом
воздействии на человека обеспечивает ощущение теплового комфорта и создает
предпосылки для высокой работоспособности. Допустимые
микроклиматические условия — это такие сочетания параметров микроклимата,
которые при длительном систематическом воздействии на человека могут
вызвать напряжение реакций терморегуляции и которые не выходят за пределы
физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает
нарушений в состоянии здоровья, не наблюдаются дискомфортные тепловые
ощущения, ухудшающие самочувствие и понижение работоспособности.
Оптимальные параметры микроклимата в производственных помещениях
обеспечиваются системами кондиционирования воздуха, а допустимые
параметры — обычными системами вентиляции и отопления.
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы.
1. Что определяет закон Вебера-Фехнера?
2. Какие виды совместимости в системе “человек-среда” рассматриваются в
БЖД?
3. За счет каких процессов осуществляется теплообмен человека с окружающей
средой?
4. Какое состояние испытывает человек при температуре воздуха 21  С и
относительной влажности 40%? А при температуре воздуха 24 С и
относительной влажности 100%? А при температуре воздуха 30  С и
относительной влажности 90%?
5. За счет каких процессов обеспечивается терморегуляция организма человека?
6. Как влияет атмосферное давление на самочувствие человека?
7. Что такое “эффективная температура”? А “приведенная температура”?
8. Как определяется показатель агрессивности атмосферной среды?
9. Чем обеспечиваются оптимальные параметры микроклимата в
производственных помещениях? А допустимые параметры?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК к главе 2
Адаменко В. Н., Хайруллин К. Ш. Проблемы биоклиматической
оценки суровости погоды и мелиорация микроклимата застройки.—
Труды ГГО,. 1973, вып. 306, с. 3—18.
Бокша В.Г., Богуцкий б.В. Медицинская климатология и
климатотерапия. - Киев, Здоровье, 1980, 261 с.
Безопасность жизнедеятельности. Под общей редакцией С.В.
Белова. М.: “Высшая школа”, 1999.-448 с.
Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев.:
1990.-406 с.
Занько Н.Г., Корсаков Г.А., Малаян К.Р. и др. Безопасность
жизнедеятельности. Учебное пособие. С.-Петербург: Изд. ЛТА,
1996.-231 с.
Котик М.А. Психология и безопасность. Таллинн: Валгус, 1981.-168
с.
Лебедев В.И. Личность в экстремальных условиях. М.: Мир, 1989.304 с
В.Маршалл. Основные опасности химических производств. М.:
Мир, 1989.-671 с.
Предупреждение крупных аварий. Практическое руководство. М.:
Международное бюро труда, 1992.-256 с.
Русанов В.И. Климат и здоровье человека. - КЛИМАТ И
ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА. Труды Международного симпозиума
ВМО/ВОЗ/ЮНЕП. СССР, Ленинград, 22—26 сентября 1986 г., Том
1, Л.: Гидрометеоиздат,, 1988, с. 101-106.
Смит К. Основы прикладной метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат,
1978, 424 с.
Тунеголовец В.П. О некоторых показателях физиологического
комфорта применительно к территориям Приморского края и
Сахалинской области. // Тематический вып. ДВНИГМИ №3
Владивосток: Дальнаука, 2000.
Тунеголовец В.П., Дашко Н.А., Варламов С.М. Исследование
давления воздуха и его резких изменений над южными районами
Дальневосточного региона. // Тематический вып. ДВНИГМИ №2,
Владивосток: Дальнаука, 1999, с. 17-41.
Хайруллин К. Ш. Методика оценки зимних погодных условий,
дискомфортных для человека.—Труды ГГО, 1973, вып. 303, с.
104—114.
Русак О.Н. Труд без опасности. Л.: Лениздат, 1986.-191 с.
Хенли Д., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка
риска. М.: Машиностроение, 1984.- 528 с.
Глава 3 Природные опасности
3.1 Основные понятия
Глава 3 ПРИРОДНЫЕ ОПАСНОСТИ
КЛАССИФИКАЦИЯ
К природным опасностям относятся явления природы, которые представляют
непосредственную угрозу для жизни и здоровья людей. Например,
землетрясение, извержение вулканов, снежные лавины, сели, оползни,
камнепады, наводнения, штормы, цунами, тропические циклоны, смерчи,
молнии, туманы, космические излучения, космические тела и многие другие
явления. Будучи естественными феноменами жизни и развития природной
среды, они в то же время воспринимаются человеком как аномальные. В курсе
безопасности жизнедеятельности рассматриваются только те природные
явления, которые могут принести ущерб здоровью или привести к гибели
людей.
Некоторые опасности лишь нарушают или затрудняют нормальное
функционирование систем и органов человека. К таким опасностям относятся,
например, туман, гололед, жара, холод, жажда и др.
Несмотря на глубокие различия в существе все природные опасности
подчиняются некоторым общим закономерностям.





Во-первых, для каждого вида опасностей характерна определенная
пространственно-временная локализация.
Во-вторых, установлено, что чем больше интенсивность (мощность)
опасного явления, тем реже оно случается.
В-третьих, каждому виду опасностей предшествуют некоторые
специфические признаки (предвестники).
В-четвертых, при всей неожиданности той или иной природной
опасности ее проявление может быть с определенной степенью
вероятности предсказано.
Наконец, в-пятых, во многих случаях могут быть предусмотрены
пассивные и активные защитные мероприятия от природных
опасностей.
Говоря о природных опасностях, следует подчеркнуть роль антропогенного
влияния на их проявление. Известны многочисленные факты нарушения
равновесия в природной среде в результате деятельности человека, приводящие
к усилению опасных воздействий. Так, согласно международной статистике,
происхождение около 80% современных оползней связаны с деятельностью
человека. В результате вырубок леса возрастает активность селей,
увеличивается паводковый расход.
Между природными опасностями существует взаимная связь. Одно явление
может послужить причиной, спусковым механизмом последующих (рис.17).
Рис.17. Схема “цепного” взаимодействия стихийных явлений
По имеющимся оценкам, число опасных природных событий на Земле с
течением времени не растет или почти не растет, но количество человеческих
жертв и материальный ущерб увеличиваются. Ежегодная вероятность гибели
жителя планеты Земля от природных опасностей ориентировочно равна 10-5.
Предпосылкой успешной защиты от природных опасностей является изучение
их причин и механизмов. Зная сущность процессов, можно их предсказывать. А
своевременный и точный прогноз опасных явлений является важнейшей
предпосылкой эффективной защиты. На рис. 18 графически отображена
примерная зависимость между изученностью опасностей, их прогнозом и
защитой от них.
Рис. 18. Примерная зависимость между изученностью опасностей, их прогнозом
и защитой от них
На вертикальной оси расположена шкала, показывающая уровни знания
сущности процесса, %, (нуль означает, что природа явления совсем не изучена,
100% - полное знание сущности явления). То же самое относится к оси
прогноза и защиты.
1. Возникновение и механизм. 2. Прогноз. 3. Защита.
Защита от природных опасностей может быть активной (строительство
инженерно-технических сооружений, интервенция в механизм явления,
мобилизация естественных ресурсов, реконструкция природных объектов и др.)
и пассивной (использование укрытий и т.д.). В большинстве случаев активные и
пассивные методы сочетаются.
По локализации природные опасности могут быть условно разделены на 4
группы: литосферные (землетрясения, вулканы, оползни и т.д.), гидросферные
(наводнения, цунами, штормы и т.д.), атмосферные (ураганы, бури, смерчи,
град, ливни и т.д.), космические (астероиды, планеты, излучения и т.д.).
3.2 Основные тенденции в развитии природных катастроф (из статьи
академика В.И. Осипова)
В 1988 г. в Научном центре по эпидемиологическим катастрофам (The Center
for Research on the Epidemiology of Disasters - CRED), расположенном в
Брюсселе, была начата работа по составлению базы данных и изучению
природных катастроф в различных частях мира. В банк данных включались
только крупные катастрофы, в которых погибло не менее 10 или пострадало
не менее 100 человек. Центром собрана информация о природных катастрофах
в мире за последние 35 лет (1965-1999). В частности, рассмотрено 6385
крупных катастроф, связанных только с семью наиболее распространенными
природными опасностями: землетрясениями, наводнениями, тайфунами и
штормами, засухами, извержениями вулканов, экстремальными
температурами (заморозками, гололедами, суховеями), оползнями. Последние
три явления объединены в одну группу, названную "другие природные
катастрофы". Анализ этих данных позволяет говорить об определенных
тенденциях в развитии природных опасностей в мире.
Рис. 19. Рост количества крупных природных катастроф в мире
за 1965-1999 гг.
(среднее ежегодное значение за периоды в 5 лет). Источник: CRED
Важное значение имеет изменение общего количества природных катастроф в
исследуемый период времени. Для этого все опасные события были
сгруппированы по пятилетним интервалам и для каждого интервала найдено
среднее число. Как видно из рис. 19, в мире отмечается рост количества
природных катастрофических явлений. В 1990-1994 гг. среднее ежегодное
количество катастроф возросло по сравнению с 1965-1969 гг. почти в 3 раза. В
последние годы (1995-1999) их число сохранялось на высоком уровне, хотя и
несколько меньшем, чем в предыдущем пятилетии.
Наибольшее распространение в мире имеют тропические штормы,
наводнения, землетрясения и засухи. Эти виды опасных явлений составляют
соответственно 34, 32, 13 и 9% от общего числа. На остальные виды
приходится 12% (рис. 20).
Рис. 20. Наиболее распространенные природные катастрофы в мире (19651999).
Источник: CRED
В мире нет ни одного региона, где бы не происходили крупнейшие природные
бедствия. Особенно распространены разрушительные природные явления с
максимальными экономическими ущербами на Азиатском континенте (39% от
общего числа крупнейших катастроф), в Южной и Северной Америке (26%),
Европе (13%), Африке (13%), Океании (9%) (рис. 21).
Рис. 21. Распределение крупных катастроф по континентам мира за 19651999 гг. Источник: CRED
Так же, как и для мира в целом, для России характерен рост количества
катастроф, особенно в последние годы. Так, по данным МЧС России, за
последние 10 лет (1990-1999) было зарегистрировано 2877 событий
чрезвычайного характера, связанных с природными опасными процессами (рис.
22). Среднегодичное количество катастроф в последнее десятилетие
уходящего столетия достигло 288 в год, в то время как в предыдущее
десятилетие оно составляло 110-130 катастроф - рост более чем в 2 раза.
Наиболее быстрое увеличение отмечалось в 1997-1998 гг., что связано с
экстремальным подъемом среднегодовой температуры воздуха в эти годы.
Вслед за этим в 1999 г. последовал значительный спад общего числа
катастроф.
Рис. 22. Изменение количества крупных природных катастроф в России за
1990-1999 гг., послуживших причиной чрезвычайных ситуаций. Источник:
МЧС России
Наиболее частыми на территории России являются природные
катастрофические явления атмосферного характера - бури, ураганы, смерчи,
шквалы (28% от общего количества природных чрезвычайных ситуаций) (рис.
23). Далее идут землетрясения, составляющие 24% от общего количества.
Чрезвычайные ситуации, обусловленные наводнениями, достигают 19% от
общего числа. Опасные геологические процессы, такие как оползни, обвалы,
карстовые провалы, составляют 4%. Другие природные бедствия, среди
которых наибольшую частоту проявления имеют крупные лесные пожары, в
сумме составляют 25%.
Рис. 23. Наиболее распространенные типы природных катастроф в России
(1990-1999)
Важнейшей тенденцией является снижение защищенности людей и
техносферы от природных опасностей. По данным Всемирной конференции по
природным катастрофам (Иокогама, 1994), количество погибших от
природных стихийных бедствий возрастало ежегодно в среднем за период с
1962 по 1992 г. на 4.3%, пострадавших - на 8.6%, а величина материальных
потерь - на 6%.
Общее число погибших на Земле за 35 лет от семи видов катастрофических
явлений составляет 3.8 млн. человек. Если проследить за динамикой изменения
количества погибших в пятилетних временных интервалах, то окажется, что
число жертв по годам изменяется неравномерно: от 25 до 359 тыс. человек в
год (рис. 24). Максимум пришелся на 1970-1974 гг., когда засухи в Африке
послужили причиной гибели 1793 тыс. человек. Еще одна вспышка смертности,
связанная с засухой в ряде стран Азии, отмечалась в 1980-1984 гг. В конце 80-х
и первой половине 90-х годов число жертв природных катастроф оставалось
примерно на одном уровне (52-58 тыс. человек в год), а в последнем пятилетии
(1995-1999) снизилось до 33 тыс. человек в год. Растет количество жертв,
связанных с наводнениями, в то время как распределение по годам погибших от
других видов катастроф не подчиняется какой-либо закономерности.
Рис. 24. Число погибших на Земле от различных природных катастроф за
период с 1965 по 1999 г. (среднегодовое значение за период в 5 лет), тыс.
человек
Наиболее опасными для жизни людей являются засухи: их жертвами оказалось
почти 49% погибших. Громадная угроза заложена в тайфунах и штормах. От
них погибло около 26% людей, испытавших силу природных катастрофических
явлений. Землетрясения занимают третье место по количеству смертных
случаев (17% от общего числа погибших).
Более половины (53%) всех жертв приходится на Африку, количество жертв
на Азиатском континенте составляет 37%. На Америку, Европу и Океанию
приходится соответственно 7.4, 2.5 и 0.1 %. В Африке особенно много жертв
приносят засухи, в Азии - тропические циклоны и штормы.
Рис. 25. Число пострадавших в мире от различных природных катастроф за
период с 1965 по 1999 г. (среднегодовое значение за период в 5 лет) в млн.
человек
Общее количество людей, пострадавших от семи видов природных катастроф
за последние 35 лет, составляет 4.4 млрд. человек, то есть почти 3/4 населения
Земли. О снижении защищенности людей от стихийных бедствий
свидетельствует рост количества пострадавших в течение всего исследуемого
интервала времени (1965-1999) (рис. 25). Число пострадавших за это время
возросло от 33 млн. (среднее значение в год за пятилетний период 1965-1969
гг.) до 208 млн. человек в год (1994-1999), то есть более чем в 6 раз. Особенно
быстро шел рост количества пострадавших от наводнений. Если в 1965-1969
гг. их доля составляла 22% от общего количества, то в 1994- 1999 гг.-81%.
Несколько меньшими темпами, но закономерно возрастало количество
пострадавших от тайфунов и штормов: в 60-е годы - 8%, а в 90-е годы -1014%.
Среди континентов первое место удерживает Азия, где 89% всех
пострадавших, далее идет Африка (6.7%), на долю Америки, Европы и Океании
приходится в сумме менее 5%. Около 55% всех пострадавших на Азиатском
континенте связано с наводнениями, 34% - с засухами и 9%-с тайфунами и
штормами.
Если взять отношение числа пострадавших к населению отдельных
континентов, то этот показатель для Азии будет выше в 2 раза по сравнению
с Африкой, в 6 раз по сравнению с Америкой и в 43 раза по сравнению с Европой.
Стремительными темпами растут экономические потери от природных
катастроф (рис. 26). В целом за 35 последних лет экономические потери от
природных катастроф в мире увеличились в 74 раза (без учета инфляции
доллара за это время): в 60-х годах они составляли чуть более 1 млрд. в год, в
70-х-4.7, а в 80-х-16.6. В 1991-1994 гг. превысили 59 млрд., а в 1995-1999 гг.
достигли почти 76 млрд. долл. в год. Суммарная величина экономических
потерь за 35 лет составляет 895 млрд., в том числе за последнее десятилетие
- 676 млрд. долл. Следует напомнить, что эти цифры относятся только к семи
природным бедствиям. При учете всех остальных опасностей величина
ущербов существенно увеличится.
Рис. 26. Экономический ущерб на Земле от различных природных
катастроф за период с 1965 по 1999 г. (среднегодовое значение за период в 5
лет) в млрд. амер. долл.
Наибольший ущерб принесли тайфуны и штормы, наводнения и землетрясения.
Если в 60-е годы ущерб от тайфунов и штормов составлял 0.9 млрд.,
наводнений - 0.1 млрд., а землетрясений 0.04 млрд. долл. в год, то в 1995-1999
гг. средний годовой ущерб в мире от этих явлений составил соответственно
15.6, 21.6 и 34.0 млрд. долл. в год. В целом на эти три вида опасностей в 19651999 гг. приходилось от 91 до 95% всех материальных потерь в мире.
Наибольшие экономические потери от природных катастроф относятся к
Азиатскому континенту (46%), затем идут Америка (26%) и Европа (23%). На
Африку и Океанию приходится 5%. В абсолютных цифрах экономические
потери за 35 лет в Азии составили 412, Америке - 234 и Европе -210 млрд. долл.
Имеются примеры, когда экономические потери от природных катастроф в
отдельных странах превышают величину валового национального продукта, в
результате чего экономика этих стран оказывается в критическом состоянии.
Так, например, прямой ущерб от землетрясения в Манагуа (1972) составил
209% стоимости годового валового продукта Никарагуа. В США ущерб только
от четырех крупнейших природных катастроф в 1989-1994 гг. (землетрясения
в Ломо-Приета и Нортридже, тропический ураган Эндрю и наводнение на
Среднем Западе) составил 88 млрд. долл., что оказало заметное влияние на
экономику наиболее развитой страны мира.
Уже сейчас многие страны, такие как Япония, вынуждены тратить на борьбу
с природными бедствиями до 5% своего годового бюджета (0.8% валового
национального продукта), что составляет 23-25 млрд. долл. в год. В некоторые
годы эти затраты в Японии достигали 8% от годового бюджета.
В Китае ежегодные ущербы от природных катастроф составляют в среднем
3-6% валового национального продукта. В последнее десятилетие они возросли
от 6.3 млрд. (1989 г.) до 36 млрд. долл. (1998) и в среднем составили 19 млрд.
долл. в год.
С учетом того, что наряду с природными бедствиями наблюдается
аналогичный рост технических катастроф, в перспективе экономика многих
стран будет не в состоянии восполнять потери от чрезвычайных ситуаций
природного и техногенного характера.
В России, по имеющимся далеко не полным данным за 35 лет (1965-1999), от
различных опасных природных процессов погибло более 4.5 тыс. и пострадало
около 540 тыс. человек. Наибольшую потенциальную опасность для жизни
россиян представляли землетрясения, приведшие только в результате двух
катастрофических событий на Шикотане (1994) и в Нефтегорске (1995) к
гибели около 2 тыс. человек. Значительные потери населения наблюдались при
наводнениях, развитии оползней, обвалов, лавин, селей, ураганов и смерчей.
Последовательность процессов в порядке уменьшения экономического ущерба
для России выглядит несколько иначе: плоскостная и овражная эрозия (около
24% всех потерь), подтопление территорий (14%), наводнения и переработка
берегов (по 13%), оползни и обвалы (11%), землетрясения (8%).
Наибольшие социальные и материальные потери приходятся на территории
городов, где отмечается максимальная концентрация людей и техногенной
инфраструктуры. Значительную опасность для городов России представляют
наводнения (подвержено 746 городов), оползни и обвалы (725), землетрясения
(103), смерчи (500), лавины (5), сели (9), цунами (9). Суммарный ежегодный
социально-экономический ущерб от развития 19 наиболее опасных процессов на
городских территориях в России, по экспертным оценкам, составляет около
9.7-11.7 млрд. руб. в год (в ценах 1991 г.).
Контрольные вопросы.
1. Относится ли туман к природным опасностям? А дождь?
2. Может ли человек нарушить равновесия в природной среде, приводящие к
усилению опасных воздействий
3. Почему чем больше интенсивность (мощность) опасного явления, тем реже
оно случается
4. Почему растет экономический ущерб от природных опасностей?
5 .Могут ли штормы и циклоны вызвать извержения вулкана?
6. Что является предпосылкой успешной защиты от природных опасностей?
7. Комета Галлея – это природная опасность или нет?
3.3.1 Землетрясения
Землетрясение представляет внезапное освобождение потенциальной энергии
земных недр, которое приобретает форму ударных волн и упругих колебаний
(сейсмические волны), распространяющихся в земле во всех направлениях (рис.
1).
Рис. 1. Распространение сейсмических волн от центра землетрясения.
Возникающие колебания и иногда катастрофические подвижки земной
поверхности часто связаны с обширными устойчивыми деформациями, которые
могут включать:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
коробление участков земной коры,
смещение вдоль линии сбросов,
уплотнение сыпучих или несцементированных осадков,
оползни и селевые потоки,
разжижение грунта,
снежные лавины и
новообразующиеся разломы в скальных породах.
Способ освобождения потенциальной энергии при землетрясении не совсем ясен.
В соответствии с новыми представлениями о глобальном - геологическом строении
планеты Изакс, Оливер и Сайке (Isacks, Oliver, Sykes, 1972) делают вывод, что
явление землетрясений можно объяснить как результат взаимодействий и других
процессов на окраинах огромных подвижных плит литосферы, расходящихся от
океанических хребтов. В настоящее время считают, что самые неглубокие
землетрясения (на глубине менее 14,5 км) могут быть вызваны:
1. скольжением вдоль крупных участков сбросов, которые содержат
накопленную потенциальную энергию (Cook, Anderson, 1972; Nur, 1972;
Scholz
, Wyss, Smith, 1969; Wu, 1972);
2. внедрением поровых газов или изменением перового давления, что
механическим или химическим способом нарушает условия неустойчивого
равновесия напряжений (Byerlee, Wilson, Peselnick, 1972; Raleigh et al.,
1970);
3. сотрясением от взрыва ядерных устройств и
4. в результате вулканической деятельности (Endo, 1972).
Очень мало известно о механизмах освобождения энергии при землетрясениях на
средних (60—300 км) и больших (свыше 300 км) глубинах. В качестве возможных
механизмов, освобождающих энергию глубокофокусных землетрясений,
рассматривались:
1. фазовые изменения в расплавленной магме (Griggs, Handin, 1963),
2. неустойчивые течения в пластически деформирующейся магм.е (Orowan,
1963) и
3. разрыв скорости вдоль зон дефицита массы
(Ver-hoogen et al., 1970).
Землетрясения происходят в виде серии толчков, которые включают главный
толчок (форшок) и вторичные (афтершоки). Число толчков и промежутки времени
между ними могут быть самыми различными. Главный толчок характеризуется
наибольшей силой. Продолжительность главного толчка обычно несколько секунд,
но субъективно людьми воспринимается как очень длительное. Согласно данным
психиатров и психологов, изучавших землетрясения, афтершоки иногда
производят более тяжелое психологическое воздействие, чем главный толчок. У
людей возникало ощущение неотвратимой беды, и они, скованные страхом,
бездействовали вместо того, чтобы искать безопасное место и защищаться.
Очаг землетрясения - это некоторый объем в толще Земли, в пределах которого
происходит высвобождение энергии. Центр очага - условная точка, именуемая
гипоцентром, или фокусом. Проекция гипоцентра на поверхность Земли
называется эпицентром. Вокруг него происходят наибольшие разрушения.
Поражающие факторы при землетрясениях
Землетрясение представляет комплексное бедствие ввиду его многочисленных
прямых и вторичных проявлений на земной поверхности. В числе прямых
последствий—смещение почвы от сейсмических волн или тектонических (сбросы)
движений поверхности. Среди вторичных эффектов— проседание и уплотнение
грунта, оползни, трещины, местные волны зыби, цунами (сейши), пожары и
снежные лавины. Это многоликое бедствие вызывает огромное число жертв и
большие материальные убытки. Исходя из общего числа жертв стихийных
бедствий за период 1947—1967 гг., Сааринен (Saarinen, 1970) отводит
землетрясениям третье место среди всех опасных природных явлений. В течение
этого 20-летнего периода в результате землетрясений на земном шаре погибло
56100 человек, что составляет 12,7% общего числа жертв стихийных бедствий. По
числу жертв за этот период землетрясения уступают только наводнениям и
ураганам.
Данных о размере годового ущерба, от всех землетрясений в денежном
выражении не имеется. Ущерб в Сан-Фернандо от землетрясения, происшедшего 9
февраля 1971 г., исчисленный исходя из стоимости уничтоженного имущества и
строений, требующих ремонта и восстановления, составил свыше полумиллиона
долларов (Grantz, 1971). Но это было далеко не самое сильное землетрясение.
Энергия, высвободившаяся при землетрясении в Сан-Фернандо с магнитудой 6,7,
составила лишь 1/18 часть энергии землетрясения в Сан-Франциско в 1906 г. с
магнитудой 8,3. Ежегодно происходит от 60 до 70 землетрясений такой силы, как
землетрясение в Сан-Фернандо. Согласно Мукерджи (Mukerjee, 1971, р. 10),
“между 1970 и 2000 гг. можно ожидать сильное землетрясение в районе залива
Сан-Франциско с интенсивностью примерно 8 баллов (по шкале Рихтера) и
продолжительностью более одной минуты. Ожидаемый ущерб достигнет 25 млрд.
долл. в ценах 1970 г., а число жертв составит от нескольких сот до нескольких
тысяч в зависимости от того, на какое время суток придется землетрясение, и
мероприятий, которые будут осуществлены до и после этого события”.
Отмечающаяся во всем мире тенденция урбанизации в пределах и возле районов
повышенной сейсмической опасности ведет к быстрому увеличению возможности
значительного ущерба и числа жертв в результате землетрясений при отсутствии
необходимых приспособлений человека к этому бедствию.
Размеры ущерба
Главные беды, которые причиняют землетрясения населению планеты, связаны с
огромным физическим ущербом, жертвами, а также страхом перед этим
бедствием, что в свою очередь сопряжено с разрушением жилищ, возникающими
при этом пожарами и наводнениями в районе бедствий. Однако разрушения
построек в любом районе зависят не только от силы, частоты и типа сейсмических
колебаний, но также от конструктивной однородности и целостности сооружений
и состояния грунта под ними. Разрушение обычно происходит под воздействием
горизонтальных сил, тогда как, по конструктивному замыслу, постройка должна
противостоять только действию вертикальных сил (lacopi, 1964), либо в
результате неравномерного сопротивления элементов конструкции разрушающим
силам. Ужасающий пример разрушения, вызванного сотрясением в
горизонтальном направлении и плохим состоянием грунта, известен в связи с
землетрясением в Каракасе в 1967 г. Огромные разрушения в Каракасе, хотя и
строго локализованные в зависимости от типа строений и состояния грунта,
отмечались при землетрясении с магнитудой всего 6,5 (по шкале Рихтера). Четыре
высотных здания разрушились в средней части, вызвав гибель 200 человек.
Другие высотные здания вокруг этих четырех были настолько повреждены, что
потребовалась эвакуация многочисленного населения (Steinbrugge, Cluff, 1968).
Эти сильнейшие повреждения зданий, очевидно, были вызваны изменением
характеристик сейсмических волн при их прохождении сквозь мощные
аллювиальные отложения (40—120 м) в долине Каракас. Основной период
колебания грунта в аллювиальных отложениях примерно совпал с основным
периодом колебаний высотных зданий между 10 и 20 этажами, вызвав
гармоническое колебание сооружений, что и привело к сильнейшим разрушениям.
Подобные здания на твердом грунте не испытывали гармонических колебаний,
поскольку основной период колебаний грунта был значительно меньше основного
периода колебаний зданий. Такое различие в характере колебаний основания
зданий на твердом грунте и аллювиальных отложениях объясняется не величиной
расстояния до фокуса землетрясения, а изменением характеристик сейсмических
волн в твердом и рыхлом грунте (UNESCO, 1967a). Согласно подсчетам, общий
ущерб от разрушения зданий при землетрясении в Каракасе превысил 100 млн.
долл., при этом погибло 250 человек.
Аналогичным образом, значительный ущерб при последних землетрясениях в
Турции, Японии и на Филиппинских островах был связан с разрушением построек
на аллювиальных отложениях.
Горизонтальные движения, отмечавшиеся при землетрясении в долине Мудурну, в
Турции, 22 июля 1967 г., всегда были больше на аллювиальных, чем на коренных
породах. Определяющие величину разрушений факторы—устойчивость основания
и тип сооружения, а не близость к сбросовому нарушению. При землетрясении
было разрушено 5000 домов, погибло 86 и ранено 332 человека (UNESCO, 1967).
Землетрясение на Филиппинских островах 2 августа 1968 г. с магнитудой 7,3
вызвало большие разрушения в районе Манилы. Разрушения были сосредоточены,
однако, в сравнительно небольшом районе на окраине города возле устья реки
Пасиг, где слой молодых аллювиальных отложений наиболее мощный. Согласно
имеющимся оценкам, ущерб в этом районе достиг 4 млн. долл., погибло 268 и
ранен 261 человек.
При землетрясении в Ниигате, Япония, 16 июня 1964 г. отмечалось разрушение
железобетонных построек, вызванное разжижением песчаных слоев грунта.
Разрушенные здания сосредоточены в районе недавно засыпанных водотоков с
толстым слоем мелкопесчаных осадков, насыщенных грунтовыми водами. В
результате сотрясения грунта, пожаров и наводнений погибло 26 и ранено 447
человек, разрушено 15 тыс. домов (Nakano, 1972).
Слоссон (Slosson, 1972) утверждает, что размер разрушений при землетрясении в
Лос-Анджелесе в феврале 1971 г. также зависел от состояния грунта. При этом
землетрясении с магнитудой 6,6 разрушено 730 и повреждено 20 тыс. домов.
Степень разрушения убывала в зависимости от постройки на 1) старых (до 1963 г.)
плохо мелиорированных, неуплотненных отложениях, 2) рыхлом аллювиальном
материале, 3) слабо уплотненном аллювии и 4) хорошо мелиорированных,
сцементированных грунтах и коренных породах.
Из немногих приведенных примеров видно, что инженерно-геологические
характеристики грунта являются решающими с точки зрения ущерба от
землетрясений факторами, которые лишь недавно начали изучать.
Практически при всех землетрясениях тип конструкции постройки представляет
один из важнейших факторов, определяющих размер ущерба. Например, во время
упомянутого землетрясения в долине Мудурну в 1967 г. наблюдался
поразительный контраст между почти полным разрушением кирпичных построек и
совершенно незначительным повреждением деревянных домов.
Почти все случаи гибели людей, связанные с разрушением построек при
землетрясении 1971 г. в Сан-Франциско (магнитуда 6,6), произошли в старых
домах, построенных до введения обязательных нормативов на сейсмостойкость
конструкций. В целом построенные после введения этих нормативов здания
гораздо лучше старых. Общий ущерб от землетрясения превысил полмиллиарда
долларов, и погибло 64 человека.
Помимо рассмотренных выше критических факторов — состояния грунта и
конструктивных особенностей постройки, — имеет значение и ряд других
факторов.
Согласно Якопи (lacopi, 1964), насчитывается по меньшей мере пять
конструктивных и природных факторов, в значительной мере влияющих на
степень разрушения искусственных сооружений.
1. Сила сейсмических волн, достигающих поверхности. Особенно важное значение
имеет горизонтальная составляющая, поскольку горизонтальному сотрясению
способно противостоять лишь незначительное число построек.
2. Продолжительность сейсмических колебаний. Именно аккумулирующийся
эффект серии толчков и представляет обычную причину обрушения” стен.
Главный толчок может значительно ослабить прочность многих зданий, а менее
интенсивные афтершоки вызвать разрушение.
3. Близость к сбросу или зоне разломов. Если вдоль разлома происходит
смещение, то воздвигнутые непосредственно в его зоне сооружения размещены
совершенно ненадежно. Rt Прочие убытки не всегда зависят от расстояния до
разлома.
4. Инженерно-геологическое обоснование застройки. С точки зрения многих
инженеров и страховых экспертов, это важнейший фактор, определяющий
размеры разрушений при землетрясении. Исследования показали, что ущерб,
причиняемый постройкам на слабых грунтах, гораздо значительнее ущерба,
наносимого постройкам на твердом основании. В отношении реакции на
землетрясение расположение постройки частично на слабом, а частично на
прочном основании — плохое решение проблемы ее размещения.
5. Конструкция постройки. Необходимая проектная прочность зданий, способных
противостоять и горизонтальным, и вертикальным сейсмическим колебаниям,
может быть обеспечена при условии надлежащей жесткости и конструктивной
целостности сооружений.
Согласно классификационным тарифам, разработанным Тихоокеанским пожарным
квалификационным бюро (Pacific Fire Rating Bureau), конструкция постройки
представляет главный показатель при определении размеров страховых премий.
Размеры области землетрясения
Крупные землетрясения ощущаются на значительной территории, достигающей в
отдельных случаях свыше 4 млн. км2. Однако сила толчков на этой территории
весьма различна. Хотя с увеличением расстояния от эпицентра землетрясения
сила толчков обычно ослабевает, она значительно изменяется в зависимости от
прочности грунта, на котором построено здание. Интенсивность сотрясения и
соответственно разрушительное воздействие землетрясения могут быть гораздо
сильнее в удаленных от эпицентра районах, сложенных аллювием, морскими
песками, насыпными и другими слабосвязанными грунтами, чем на участке
скальных пород ближе к эпицентру.
Сильное землетрясение 1920 г. в китайской провинции Ганьсу на границе с
Тибетом вызвало разрушения на территории свыше 40 тыс. км2. Сообщали, что
оно ощущалось на площади 4 млн. км2.
Землетрясение 1811 г. в Нью-Мадриде, штат Миссури, вызвало сотрясение более
2/з территории СШД, на площади 2,6 млн. км2, и ощущалось даже в районе
восточного побережья и в Канаде (так, остановились часы в Бостоне, и начали
звенеть колокола в Виржинии). Землетрясение привело к огромным изменениям в
уровне поверхности земли на нескольких тысячах квадратных километров:
отдельные участки были подняты и опущены на 6 метров, осушены болота,
изменила направление река Миссисипи, возникли новые озера, такие, как озеро
Сент-Франсез к западу от Миссисипи и озеро Рилфут—к востоку, в Теннесси (Tufty,
1969).
Аляскинское землетрясение 1964 г. вызвало значительное изменение местности и
разрушение построек на территории 130 тыс. км2. Заметные колебания уровня
воды отмечались в успокоительных колодцах водомерных постов даже в штатах
Джорджия и Флорида. Такое сильное воздействие на кору земли и покров рыхлых
отложений оказывали лишь немногие -землетрясения (Hansen et al., 1966).
Географическое распределение
Землетрясения распространены по земной поверхности очень неравномерно (рис.
2).
Пояса, где происходят землетрясения, могут быть разделены на две группы. К
первой относятся области, где за историческое время известны и по
геологическим данным возможны в будущем разрушительные и катастрофические
землетрясения. Во вторую группу попадают сейсмические пояса, в пределах
которых хотя и происходят ощутимые землетрясения, но разрушительной силы, а
тем более катастрофического характера они ни разу не достигли.
Причиной землетрясения служит смещение горных пород по разлому. Чем больше
“оживший” разлом, тем больше сила подземного толчка. Максимальные разломы
приурочены к крупнейшим складчатым поясам – Тихоокеанскому и
Срединоземноморскому.
Самый большой пояс разрушительных землетрясений располагается по периферии
Тихого океана. В его пределах чаще всего возникают катастрофические
землетрясения. Особенностью этой глобальной сейсмической зоны является также
то, что к ней приурочено подавляющее большинство наиболее сильных цунами,
поскольку эпицентры сильнейших землетрясений часто расположены подо дном
океана. К этой высокосейсмической зоне приурочено и большинство действующих
вулканов.
Другая высокосейсмичная зона (Срединоземноморский пояс) пересекает
Евразиатский материк в субширотном направлении. Она начинается у побережья
Атлантического океана (Португалия, Испания), захватывает все
Срединоземноморье и Южную Европу, продолжается через высокогорные районы
Центральной Азии вплоть до Тихого океана.
Еще один пояс протягивается вдоль Восточной Африки до красного моря и далее
на Памир, Тянь-Шань, озеро Байкал и хребет Становой. В пределах этого пояса
сейсмичность очень высокая.
Области умеренной сейсмичности обычно располагаются ко краям
высокосейсмичных зон, а также образуют ряд самостоятельных полос. Такова
полоса слабых землетрясений, протягивающаяся вдоль Урала или Скандинавского
полуострова. В эту группу попадает и сейсмический пояс подводного СрединноАтлантического хребта, проходящего по оси Атлантического океана, и некоторые
другие.
Анализ сейсмических данных позволяет наметить те области, где следует ожидать
землетрясений и оценить их интенсивность. В этом состоит сущность
сейсмического районирования. Карта сейсмического районирования - это
официальный документ, которым должны руководствоваться проектирующие
организации. Пока проблема прогноза, т.е. определения времени будущего
землетрясения, не решена. Основной путь к решению этой проблемы регистрация “предвестников” землетрясения - слабых предварительных толчков,
деформации земной поверхности, изменений параметров геофизических полей и
др. Иногда землетрясениям предшествуют грозовые разряды в атмосфере,
выделение метана из земной коры. Знание временных координат потенциального
землетрясения во многом определяет эффективность мероприятий по защите во
время землетрясений.
В районах, подверженных землетрясениям, осуществляется сейсмостойкое
строительство. По принятой в России 12 балльной шкале опасными для зданий и
сооружений считаются землетрясения, интенсивностью 7 и более баллов.
Строительство в районах с сейсмичностью более 9 баллов неэкономично.
Обеспечение полной сохранности зданий во время землетрясений обычно требует
больших затрат, а в некоторых случаях - практически неосуществимо. Учитывая,
что сильные землетрясения случаются редко, нормы допускают возможность
повреждения элементов, не представляющих опасность для людей.
Рис. 2. Основные сейсмические пояса мира. Источник: U. S. Geological Survey.
Хотя большинство землетрясений происходит в пределах хорошо выраженных
сейсмических зон, в прошлом отмечались заметные исключения, например ньюмадридское (1811 г.) и чарлстоунское (1886 г.) землетрясения в США, агадирское
землетрясение (1960 г.) в Марокко, землетрясение в бассейне реки Койна (1967 г.)
в Индии и другие.
Магнитуда
В зависимости от типа землетрясения и имеющихся данных сейсмологи применяют
несколько магнитудных шкал. В Японии используют шкалу из семи магнитуд,
предложенную К. Вадати (К. Wadati). Именно из этой шкалы и заимствовал К. Ф.
Рихтер логарифмический масштаб, в котором измеряются магнитуды
землетрясений в диапазоне от менее 1 до более 8 (Richter, 1969). Для локальных
землетрясений во многих районах мира, например в Новой Зеландии, Италии и
Японии (Richter, 1958), сейсмологи применяют также другие шкалы.
Отражающий силу землетрясений “магнитудный” масштаб, который предложен
американским сейсмологом Рихтером, соответствует амплитуде наибольшего
горизонтального смещения, записанного стандартным сейсмографом на
расстоянии 10 км от эпицентра (точки земной поверхности непосредственно над
фокусом землетрясения). Изменение этого наибольшего горизонтального
смещения в зависимости от расстояния и глубины фокуса землетрясения (глубины
от поверхности земли до области зарождения землетрясения) определяют при
помощи эмпирических таблиц и графиков (Gilluly, Waters, Woodford, 1968).
Определенные таким способом магнитуды связаны с энергией эмпирическим
уравнением LogE = 11,4 + 1,5 М, где М—магнитуда, соответствующая амплитуде
горизонтального смещения (Richter, 1958), и Е — суммарная энергия. В
соответствии с этой зависимостью каждая последующая единица шкалы Рихтера
означает, что высвободившаяся энергия в 31,6 раза больше той, которая
соответствует предыдущей единице шкалы. Другие эмпирически установленные
зависимости показывают, что при увеличении магнитуды на единицу
высвобождается в 60 раз больше энергии. Следовательно, при землетрясении с
магнитудой 2 высвобождается в 30—60 раз больше энергии, чем при
землетрясении с магнитудой 1, а при землетрясении с магнитудой 8 высвободится
энергия, которая в 8х105—12х106 раз больше энергии, высвобождающейся при
землетрясении с магнитудой 4.
На землетрясения с магнитудой 1 по шкале Рихтера обычно реагируют только
чувствительные сейсмографы. Землетрясения с магнитудой 2 при подходящих
условиях ощущаются людьми в районе эпицентра. При землетрясениях с
магнитудой 4,5 (интенсивность VI—VII; см. табл. 6) разрушения отмечаются лишь
в редких случаях. Для удобства сейсмологи говорят о землетрясениях с
магнитудой 7 и выше по шкале Рихтера как о сильных землетрясениях (major
earthquakes), причем землетрясения с магнитудой 8 и больше будут, очевидно,
великими землетрясениями (great earthquakes) (Richter, 1969).
Землетрясение 1906 г. в Сан-Франциско имело магнитуду по шкале Рихтера 8,25, а
токийское землетрясение 1923 г.— магнитуду 8,1. Крупнейшими известными
землетрясениями, согласно методу оценки Рихтера, были колумбийское
землетрясение 1906 г. и ассамское землетрясение 1950 г. с магнитудой 8,6.
Расчетная магнитуда аляскинского землетрясения 1964 г. была порядка 8,4—8,6
(Gilluly, Waters, Woodford, 1968). Крупнейшие землетрясения, происшедшие в
период между 1897 и 1965 гг., отражены на рис. 3. Интересно отметить, что фокус
всех этих землетрясений, имевших магнитуду, по Рихтеру, свыше 8,0,
располагался на небольшой глубине.
Рис. 3. Великие землетрясения 1897—1965 гг. интенсивностью от 8 баллов и выше
по шкале Рихтера. Цифры характеризуют их повторяемость. Источник: U. S.
Geological Survey.
Энергия землетрясения Е связана с магнитудой М соотношением вида
Lg E = 4 + 1.6M или (по другим авторам)
lg E = 11.4 + 1.5 M или (по другим авторам)
lg E = 5.24 + 1.44 M
Величину K= lg E называют энергетическим классом. При землетрясении, для
которого М=5, из очага выделяется энергия Е = 1012Дж, К 12; при М= 8 Е =
1017Дж, К=17. В Ашхабаде в 1948 г. энергия землетрясения составила Е = 1015 Дж,
в Сан-Франциско в 1906 г. - Е= 1016Дж, на Аляске в 1964 г. - Е = 1018 Дж. (Энергия
одной атомной бомбы 8.4 1014 Дж = энергии землетрясений с магнитудой
немногим более 6.8). Как подсчитано Рихтером (Richter, 1958), крупнейшее
землетрясение высвобождает энергию порядка 1025 эрг (10 18 Дж), что примерно
эквивалентно энергии 12 тыс. атомных бомб типа хиросимской.
Из анализа зависимости повторяемости землетрясений от выделившейся энергии
следует, что катастрофа с энергией 1018 Дж может быть вызвана землетрясением
один раз в год – один раз в пять лет. Вероятность землетрясений с магнитудой 5
достигает несколько десятков в год.
Магнитуда М, интенсивность землетрясения в баллах и глубина очага h связаны
между собой (табл. 7). Чем меньше глубина очага, тем больше интенсивность
землетрясения в баллах при одних и тех же значениях магнитуды (выделении
энергии в очаге.)
Таблица 7
Примерное соотношение магнитуды М и балльности в зависимости от глубины
очага h.
Глубина
очага
(км)
Магнитуда
5
6
7
8
10
VII
VIII-IX
X
XI-XII
20
VI
VIIVIII
IX
X-XI
30
V
VI-VII
VII
IX-X
Значение магнитуды землетрясений определяется из наблюдений на сейсмических
станциях и регистрируются сейсмографами. Некоторые данные о параметрах
прошедших землетрясений приведены в табл. 8-9.
Таблица 8
Перечень некоторых землетрясений и их параметры
Дата
Регион
Магнитуда Интенсивность
в эпицентре,
баллы
Длина
разлома,
км
Ширина зоны
повышенной
интенсивности,
км
04.01.11 Кебин
8.2
X
230
4-6
14.03.83 Кум-Даг
5.4
YIII
22
1
01.09.62 Иран
7.2
Более YIII
Более 100
2-5
31.08.68 Иран
7.2
X
80
2-6
IX-X
11-12
2
23.12.72 Никарагуа 5.6-6.2
07.03.27 Оку-Танго 6.2
IX-X
18
2-4
Более 13
5.5
07.12.88 Спитак
7.0
IXX
31.01.06 Эквадор
8.9
XIXII
02.03.33 Япония
8.9
XIXII
04.12.57 Гоби
8.6
XIXII
>200
12.05.60 Чили
8.5
XIXII
500
20-30
Таблица 9
Обобщенные оценки воздействия землетрясений.
Магнитуда
землетрясения
по Рихтеру
Среднее число
землетрясений
в год
Длительность
сильных
сотрясений
грунта, сек
Радиус сильного
сотрясения грунта, км
4.0-4.9
8000
0-5
0-15
5.0-5.9
900
2-15
5-30
6.0-6.9
140
10-30
20-80
7.0-7.9
15
20-50
50-120
8.0-8.9
-
30-90
80-160
Землетрясения более сильные, чем с магнитудой 9, на Земле произойти не могут.
Как следует из табл. 9 сила землетрясения и его энергия (магнитуда)
определяются в первую очередь размером очага землетрясений. Самые сильные,
катастрофические землетрясения имеют очаг, достигающий по протяженности
500-1000 км и уходящий на глубину до 50 км. У максимального из
зарегистрированных землетрясений очаг равен 1000х100 км. Эта цифра близка к
максимальной длине разломов, известных на Земле. Следовательно, такие
землетрясения, как Чилийское и Гоби-Алтайское, близки к максимально
возможным.
Интенсивность
Интенсивность представляет некоторый качественный показатель последствий
землетрясения в определенном месте, характеризующий прежде всего размер
ущерба, количество жертв и восприятие людьми воздействия землетрясения.
Произвольно устанавливаемая шкала интенсивности начинается от некоторого
исходного состояния едва заметных сотрясений, возрастая далее соответственно
различным уровням человеческого восприятия и реакций, ущерба и движений
почвы до состояния всеобщей паники, полного разрушения и обширных подвижек
грунта.
В 80-е годы прошлого столетия де Росси и Форель создали первую шкалу
интенсивности (с диапазоном от I до X) (Adams, 1964). В 1902 г. итальянский
сейсмолог Меркалли предложил другую шкалу с диапазоном значений от I до XII,
дающую более детальную картину крупного ущерба, чем шкала Росси—Фореля. И
наконец, в 1931 г. шкала Меркалли была усовершенствована Вудом и Ньюменом
(Wood, Neumann), которые учли такие особенности современного быта, как
высотные здания, новые транспортные средства и подземные сооружения (lacopi,
1964). Эта усовершенствованная шкала известна под названием
“модифицированной шкалы Меркалли” (ММ). Чтобы не путать интенсивность с
магнитудами, ее значения обозначают римскими цифрами.
По международной шкале MSK-64 сила землетрясений оценивается в баллах
(табл.6).
Таблица 6
Описание и оценка последствий землетрясений в зависимости от их
интенсивности (силы)
Сила в Наименование
баллах землетрясений
Последствия землетрясений
I
Незаметное
Интенсивность колебаний лежит ниже предела
сотрясение почвы чувствительности людей; сотрясение почвы
обнаруживаются и регистрируются только
сейсмографами.
II
Очень слабые
толчки
Колебания ощущаются только отдельными людьми,
находящихся в покое внутри помещений, особенно
на верхних этажах.
III
Слабые толчки
Землетрясение ощущается немногими людьми,
находящимися внутри помещений; под открытым
небом -только в благоприятных условиях.
Колебания схожи с сотрясением, создаваемым
проезжающим легким грузовиком. Внимательные
наблюдатели замечают легкое раскачивание
висячих предметов, несколько более сильное - на
верхних этажах.
IY
Умеренное
Землетрясение ощущается внутри зданий многими
людьми, под открытым небом - немногими. Кое-где
спящие просыпаются, но никто не пугается.
Колебания схожи с сотрясением, создаваемым
проезжающим тяжело нагруженным грузовиком.
Дребезжание окон, дверей, посуды. Скрип полов и
стен. Начинается дрожание мебели. Висячие
предметы слегка раскачиваются. Жидкость в
открытых сосудах слегка колеблется. В стоящих на
месте автомашинах толчок заметен.
Y
Довольно сильное а) Землетрясение ощущается всеми людьми внутри
помещений, под открытым небом - многими. Многие
спящие просыпаются. Немногие лица выбегают из
помещений. Животные беспокоятся. Сотрясение
зданий в целом. Висячие предметы сильно
качаются. Картины сдвигаются с места. В редких
случаях останавливаются маятниковые часы.
Некоторые неустойчивые предметы опрокидываются
или сдвигаются. Незапертые двери и окна
распахиваются и снова захлопываются. Из
наполненных открытых сосудов в небольших
количествах выплескивается жидкость. Ощущаемые
колебания схожи с колебаниями, создаваемые
падением тяжелых предметов внутри здания;
б) возможны повреждения 1-й степени в отдельных
зданиях типа А;
в) в некоторых случаях меняется дебит источников.
YI
Сильное
а) Землетрясение ощущается большинством людей
как внутри помещений, так и под открытым небом.
Многие люди, находящиеся в зданиях, пугаются и
выбегают на улицу. Некоторые теряют равновесие.
Домашние животные выбегают из укрытий. В
немногих случаях может разбиться посуда и другие
стеклянные изделия; падают книги. Возможно
движение тяжелой мебели; может быть слышен
звон малых колоколов на колокольнях;
б) повреждения 1-й степени в отдельных зданиях
типа Б и во многих зданиях типа А. В отдельных
зданиях типа А повреждения 2-й степени;
в) в некоторых случаях в сырых грунтах возможны
трещины шириной до 1 см; в горных районах
отдельные случаи оползней. Наблюдаются
изменения дебита источников и уровня воды в
колодцах.
YII
Очень сильное
а) Большинство людей испуганы и выбегают из
помещений. Многие люди с трудом удерживаются на
ногах. Колебания отмечаются лицами, ведущими
машины; звонят большие колокола;
б) во многих здания типа В повреждения 1-й
степени; во многих зданиях типа Б повреждения 2-й
степени. Во многих зданиях типа А - повреждения 3й степени, в отдельных зданиях этого типа
повреждения 4-й степени. В отдельных случаях
оползни проезжих частей дорог на крутых склонах и
трещины на дорогах. Нарушение стыков
трубопроводов; трещины в каменных оградах;
в) на поверхности воды образуются волны, вода
становится мутной вследствие поднятия ила;
изменяется уровень воды в колодцах и дебит
источников. В немногих случаях возникают или
пропадают существующие источники воды.
Отдельные случаи оползней на песчаных или
гравелистых берегах рек.
YIII
Разрушительное
а) Испуг и паника; испытывают беспокойства даже
лица, ведущие автомашины; кое-где обламываются
ветви деревьев. Сдвигается и иногда
опрокидывается тяжелая мебель; часть висячих
ламп повреждается;
б) во многих зданиях типа В повреждения 2-й
степени, в отдельных зданиях этой группы повреждения 3-й степени. Во многих зданиях типа Б
повреждения 3-й степени, в отдельных - 4-й
степени; во многих зданиях типа А повреждения 4-й
степени, в отдельных - 5-й степени; отдельные
случаи разрыва стыков трубопроводов. Памятники и
статуи сдвигаются; надгробные камни
опрокидываются; каменные ограды разрушаются;
в) небольшие оползни на крутых откосах выемок и
насыпей дорог; трещины в грунтах достигают
нескольких сантиметров; возникают новые водоемы;
иногда пересохшие колодцы наполняются водой или
существующие колодцы иссякают; во многих
случаях изменяется дебит источников и уровень
воды в колодцах.
IX
Опустошительное
а) Всеобщая паника; большие повреждения мебели.
Животные мечутся и издают крики;
б) во многих зданиях типа В повреждения 3-й
степени и в отдельных 4-й степени; во многих
зданиях типа Б повреждения 4-й степени и в
отдельных - 5-й степени; во многих зданиях типа А
повреждения 5-й степени; памятники и колонки
опрокидываются. Значительные повреждения
искусственных водоемов; разрывы части подземных
трубопроводов; в отдельных случаях искривление
железнодорожных рельсов и повреждение проезжих
частей дорог;
в) на равнинах наводнения часто заметны наносы
песка и ила. Трещины в грунтах достигают ширины
10 см, а по склонам и берегам рек - свыше 10 см;
кроме того, большое количество тонких трещин в
грунтах; скалы обваливаются; частые оползни и
осыпание грунта. На поверхности воды большие
волны.
X
Уничтожающее
б) Во многих зданиях типа В повреждения 4-й
степени, а в отдельных - 5-й степени; во многих
зданиях типа Б повреждения 5-й степени, а в
большинстве зданий типа А повреждения 5-й
степени. Опасные повреждения плотин и дамб;
серьезные повреждения мостов; легкие искривления
железнодорожных рельсов. Разрывы или
искривления подземных трубопроводов. Дорожные
покрытия и асфальт образуют волнообразную
поверхность;
в) трещины в грунтах шириной несколько
дециметров и в некоторых случаях - до 1 м;
параллельно руслам водных потоков появляются
широкие разрывы. Осыпание рыхлых пород с крутых
склонов; возможны большие оползни на берегах рек
и крутых морских побережьях. В прибрежных
районах перемещаются песчаные и илистые массы;
выплескивание воды в каналах, озерах, реках и т. д.
Возникают новые озера.
XI
Катастрофическое б) Серьезные повреждения даже зданий хорошей
постройки, мостов, плотин и железнодорожных
путей;
шоссейные дороги приходят в негодность;
разрушение подземных трубопроводов;
б) Серьезные повреждения даже зданий хорошей
постройки, мостов, плотин и железнодорожных
путей;
шоссейные дороги приходят в негодность;
разрушение подземных трубопроводов;
в) значительные деформации почвы в виде широких
трещин, разрывов и перемещений в вертикальном и
горизонтальном направлениях; многочисленные
горные обвалы. Определение интенсивности
сотрясения (балльности) требует специального
исследования.
XII
Абсолютное
(сильное
катастрофическое)
б) Сильное разрушение или повреждение
практически всех наземных и подземных
сооружений;
в) радикальные изменения земной поверхности;
наблюдаются значительные трещины в грунтах с
обширными вертикальными и горизонтальными
перемещениями. Горные обвалы и обвалы берегов
рек на больших площадях; возникают озера,
образуются водопады; изменяются русла рек.
Определение интенсивности сотрясения
(балльности) требует специального исследования.
Шкала сейсмической интенсивности MSK-1964.
Классификация, принятая в шкале.
I. Типы сооружений (здания, возведенные без необходимых антисейсмических
мероприятий).
Тип А - здания из рваного камня, сельские постройки, дома из кирпича-сырца,
глинобитные дома.
Тип Б - обычные кирпичные дома, здания крупноблочного и панельного типов,
фахверковые строения, здания из естественного тесанного камня.
Тип В - каркасные железобетонные здания, деревянные дома хорошей постройки.
II. Количественные характеристики:
отдельные - около 5 %,
многие - 50 %,
большинство - около 75 %.
III. Классификация повреждений
1-я степень. Легкие повреждения: тонкие трещины в штукатурке и откалывание
небольших кусков штукатурки.
2-я степень. Умеренные повреждения: небольшие повреждения в стенах,
откалывание довольно больших кусков штукатурки, падение кровельных черепиц,
трещины в дымовых трубах, падение частей дымовых труб.
3-я степень. Тяжелые повреждения: большие и глубокие трещины в стенах,
падение дымовых труб.
4-я степень. Разрушения: сквозные трещины и проломы в стенах, обрушение
частей зданий, разрушение связей между отдельными частями зданий,
разрушение внутренних стен и стен заполнения каркаса.
5-я степень. Обвалы. Полное разрушение зданий.
IV. Группировка признаков шкалы:
а) люди и их сооружения,
б) сооружения,
в) природные явления.
Землетрясение - грозная стихия, не только разрушающая города, но и уносящая
тысячи жизней.
1908 г. Разрушен г. Мессина (Италия), погибло более 100 тыс. человек (магнитуда
8.2);
1923 г. Разрушены Токио, Иокогама (Хонсю, Япония), погибло около 1500 тыс. чел.
(магнитуда 8.0);
1948 г. Разрушен г. Ашхабад (магнитуда 7.0 – эпицентр под городом);
1995 г. Разрушен г. Нефтегорск, погибло более 2000 чел.
Защита
Проблема защиты от землетрясений стоит очень остро и делится на две группы
антисейсмических мероприятий:
а) предупредительные, профилактические мероприятия, осуществляемые до
возможного землетрясения;
б) мероприятия, осуществляемые непосредственно перед, во время и после
землетрясения, т.е. действия в чрезвычайных ситуациях.
Возможные приспособления к этому стихийному бедствию включают:
1. системы оповещения;
2. предотвращение землетрясений;
3. конструктивное усиление зданий, в том числе в отношении огне- и
сейсмостойкости;
4. страхование;
5. изменение землепользования;
6. предупредительные противопожарные мероприятия;
7. аварийно-спасательные работы;
8. ремонтно-восстановительные работы;
9. смирение с убытками при бездействии.
Системы оповещения и предотвращение землетрясений пока остаются
недоступными приспособлениями ввиду того, что знаний о механизме
землетрясений явно недостаточно. Как отмечалось выше, японцы с известным
успехом использовали систему оповещения, основанную на частоте
микросейсмических колебаний. Однако успех этой системы предсказания
определяется величиной заблаговременности, то есть отрезком времени до
начала явления землетрясения, а японская система пока не позволяет достаточно
точно установить время, место и интенсивность землетрясения.
Ввиду того что механизмы землетрясений в настоящее время изучены плохо, не
удается планировать какое-либо воздействие на землетрясения. Однако будущие
исследования и некоторые мероприятия, осуществляемые в настоящее время,
например закачка воды на большую глубину, возможно, позволят найти успешные
методы модификации землетрясений.
Лучшее приспособление, доступное в настоящее время, — изучение вопроса, где
жить, чтобы избежать этого бедствия, и как жить в условиях опасности, если она
неизбежна. Одно из доступных приспособлений, слишком редко использующееся,
— землепользование, не допускающее поселения большого количества людей в
районах высокой сейсмической опасности и строительства здесь сложных
сооружений. Часто бывает так, что именно в сейсмических районах, чрезвычайно
опасных для жизни людей и состояния имущества, вследствие их выгодного
стратегического положения создаются развитая сеть коммуникаций и
промышленность. Карты сейсмической опасности слишком редко используются в
качестве обязательной основы для карт зонирования, вычерчиваемых
планировщиками городов.
Один из последних примеров неправильного землепользования, которое должно
бы избегать сейсмоопасных районов,— выбор японцами неподходящих мест для
нового сталелитейного завода и шести новых центров по борьбе с последствиями
землетрясения. Новый сталелитейный завод в Кавасаки строится на насыпной
территории в префектуре Тиба, которая некогда представляла часть Токийского
залива. Эта территория, лишь на несколько футов возвышающаяся над уровнем
моря, подвержена опасности землетрясений, цунами, наводнений и тайфунов.
Одновременно здесь сооружаются шесть новых центров по борьбе с массовыми
бедствиями, чтобы помочь 600 тыс. жителей района Кото города Токио,
страдающих от наводнений и пожаров при землетрясениях. Вместо того чтобы
избегать сейсмически опасных и низколежащих прибрежных районов,
промышленность Японии словно выискивает их или создает там, где раньше такие
районы не существовали.
В США приходится сталкиваться с проблемами землепользования такого же рода.
По имеющимся оценкам, в 2000 г. 15% населения США будут жить возле
сейсмических зон одной только Калифорнии. Несмотря на полное отсутствие
каких-либо признаков землетрясения, многие специалисты в области техники и
исследователи высказывают озабоченность по поводу пока спокойного развития
этих районов в зоне высокого риска (Pakiser et al., 1969).
Сейсмостойкие сооружения представляют другое приспособление в районах
высокого риска. В Японии существует сеть из 250 особо чувствительных
сейсмографов, установленных специально для регистрации реакции построек на
малейшие сотрясения. В настоящее время реакции зданий предсказывают, вводя
сейсмографические данные в электронно-вычислительные машины. Эта
информация повела к изменениям в методах строительства и пересмотру
строительных норм в Токио, в настоящее время разрешена постройка зданий
свыше 36 этажей.
Подобные изменения в нормах и методах строительства наблюдались и в ЛосАнджелесе. Землетрясение 9 января 1971 г. показало, что некоторые
приспособления в целях сейсмозащиты зданий неудовлетворительны. Высотные
здания в Лос-Анджелесе (20—50 этажей) хорошо перенесли землетрясение без
каких-либо существенных разрушений конструкции, Но многие из них пострадали
в результате внешних повреждений, таких, как растрескивание штукатурки,
оконных стекол и потолков, выход из строя электросети и механического
оборудования. Пострадали некоторые другие новые здания сейсмостойкой
конструкции, в числе которых нельзя не упомянуть шестиэтажную больницу и
двухэтажную психиатрическую поликлинику на Олив-Вью. Оба эти здания понесли
серьезные разрушения конструкции (Earthquake Engineering Research Institute
Committee, 1971).
Перераспределение убытков путем страхования—другое доступное
приспособление. Новозеландская национальная программа страхования от
стихийных бедствий осуществляется в соответствии с законодательством об
ущербе при землетрясениях и военных действиях. Законом обеспечено создание
национального фонда посредством налоговых обложений, который позволяет
возмещать владельцам имущества материальный ущерб, понесенный в результате
стихийных бедствий. Наличие такого общегосударственного фонда значительно
облегчает введение и соблюдение строительных нормативов и правил
землепользования (зонирования) (O'Riordan, 1970).
Помощь жертвам массовых бедствий часто предоставляется посредством фондов,
создаваемых федеральными правительствами и крупными международными
организациями для аварийно-спасательных и ремонтно-восстановительных
мероприятий. Например, в США федеральная помощь при массовых бедствиях в
течение прошедшего десятилетия значительно возросла. Большие средства
выделяет Красный Крест для помощи при чрезвычайных обстоятельствах и
ремонтно-восстановительных работ. Такого рода деятельностью внутри страны
заняты около 50 федеральных учреждений (Mukerjee, 1971).
Разумное приспособление к землетрясениям требует продолжения научноисследовательских изысканий, которые позволят лучше понять это явление. По
мере развития городов и роста народонаселения ставится под угрозу все большее
число жизней. Размещение атомных электростанций, нефтеперерабатывающих
заводов, топливных емкостей, водохранилищ, плотин и трубопроводов в
сейсмических районах представляет растущую повседневную опасность для все
увеличивающегося населения. Чтобы научно-исследовательские изыскания
поспевали за этими явлениями, их нужно субсидировать надлежащим образом как
на национальном, так и мировом уровне.
Продолжительность
Землетрясения обычно отмечаются в виде серии толчков, которые включают
форшоки, главный толчок и афтершоки. Число толчков и промежутки времени
между ними могут быть самыми различными.
Все толчки, как правило, подобны друг другу, чего нельзя сказать об их
магнитудах. Главный толчок характеризуется наибольшей магнитудой.
Может наблюдаться целая серия форшоков, предшествующих главному толчку, а
иногда лишь небольшое их число. Порой форшоки настолько слабы, что люди не
замечают их. Однако птицы и животные реагируют иногда на малейшие
сотрясения, выказывая нервозность и тревогу.
В других случаях форшоки по своей силе подобны собственно землетрясению. В
августе 1965 г. в Японии отмечалась серия землетрясений в Мацусиро. Одно
время активность была настолько значительной, что ежедневно регистрировалось
до 600 толчков. За несколько месяцев до главного землетрясения в его
эпицентральной области отмечались очень слабые толчки. Затишье, наступившее
между этой ультрамикросейсмической группой и главным толчком с магнитудой,
равной 5, служило своего рода предзнаменованием.
Продолжительность главного толчка редко достигает минуты — обычно лишь
нескольких секунд, хотя людям, испытавшим его, это время кажется более
продолжительным.
Сильное сотрясение поверхности от главного толчка часто продолжается только
30—60 секунд. Главный толчок землетрясения 1906 г. в Сан-Франциско длился
всего 40 секунд. Однако при аляскинском землетрясении продолжительность
главного толчка составила 3—4 минуты.
После главного толчка отмечаются афтершоки — более слабые толчки, которые
могут продолжаться с перерывом в несколько суток, недель, месяцев и даже лет.
После аляскинского землетрясения 1964 г. в течение 69 суток после главного
толчка зарегистрировано около 12 тыс. афтершоков с магнитудой более 3,5, а в
последующие полтора года— еще несколько тысяч. В первые 24 часа отмечено 28
афтершоков, 10 из которых имели магнитуду более 6, и 35 афтершоков за первые
48 часов с магнитудой свыше 4 (Hansen et al., 1966).
Расчет очага поражения при землетрясениях
При землетрясениях образуются продольные, поперечные и поверхностные волны,
распространяющиеся от гипоцентра. Продольные сейсмические волны имеют
большую скорость (6-8 км/с) и ощущаются на поверхности земли в первую
очередь. Поперечные волны совершают колебания перпендикулярно продольным
и имеют скорость в 2-3 раза меньше. Продольные и поперечные волны
определяют разрушающее воздействие на ближних и средних расстояниях от
эпицентра землетрясения. Разрушающий же потенциал в дальней от эпицентра
зоне в основном связан с поверхностными волнами.
Основными характеристиками змлетрясений, определяющими размеры очага
поражения, являются: энергия (Е), магнитуда (М), интенсивность (сила)
землетрясения на поверхности земли (J), глубина гипоцентра (h).
Энергия землетрясения равна
E = 10 (5.24+1.44M) [Дж]
М - магнитуда землетрясения, определяемая как логарифм (lg) максимальной
амплитуды смещения почвы в мкм на расстоянии 100 км от эпицентра, измеряемая
в баллах по шкале Ч. Рихтера (0-9 баллов).
Сила землетрясния (характеризует степень разрушения) зависит от глубины очага
землетрясения (h), магнитуды (М), состава грунта и измеряется по шкале МSK- 64
(0-12 баллов), определяется по формуле:
J = 3 + 1.5 M – 3.5 lg (R2+h2)0.5 , (35)
где h и R - глубина залегания гипоцентра и расстояние до него в км.
Сильные сотрясения почвы наблюдаются на больших расстояниях от эпицентра.
Например, при М=8-9 баллов сотрясения на расстоянии 100-160 км будут
фиксироваться в течение 0.5-1.5 мин.
Проявление землетрясения можно разделить на две фазы.
Первая фаза - время прихода продольных волн (с), когда ощущаются толчки, и
здания получают незначительные разрушения, которое рассчитывается по
соотношению:
t1TM = (R2+h2)0.5 / Vпр , (36)
где Vпр - скорость продольных волн. Например, для осадочных пород она равна 1
км/с.
Вторая фаза - время прихода поверхностных сейсмических волн. Вторая фаза
главная, она определяет степень разрушения объекта и вычисляются по формуле:
t2Ф = h/ Vпр + R / Vпов , (37)
где Vпов - скорость поверхностных волн. Например, для песчаных грунтов она
равна 1.2 км/с; для глины - 1км/с; насыпного грунта-0.35 км/с.
Интервал времени между 1 и 2 фазами составляет 30-60 с, что позволяет принять
экстренные меры защиты.
Возможность предсказания
Сейсмоопасность различных территорий в настоящее время достаточно хорошо
изучена, поскольку большинство землетрясений происходит в определенных
областях мира, к тому же составлены карты сейсмического районирования.
Осуществление программы прогнозов землетрясений в Японии позволило
составить долгосрочный прогноз землетрясений в Мацусиро в 1966 г. (Hagiwara,
Rikitake, 1967). Специалисты Японского института исследований землетрясений,
Японского метеорологического агентства, Института географических исследований
и других государственных учреждений встречались примерно раз в месяц и
подробно обсуждали данные сейсмических наблюдений в Мацусиро, где
ежедневно регистрировались сотни микроземлетрясений. Всякий раз, когда они
считали вероятность толчков в несколько магнитуд достаточно высокой, Японское
метеорологическое агентство выпускало для населения предупреждения с
результатами анализа информации. В этих предупреждениях не делалось попыток
назвать точное время, место и магнитуду, а указывался только опасный период
(обычно порядка нескольких месяцев), примерное место и возможная
максимальная магнитуда.
Предупреждения создавались главным образом на основе результатов повторных
нивелировок, микро- и ультрамикросейсмических наблюдений и наблюдений при
помощи гидростатических наклономеров. Обеспечить такую информацию
населения было бы невозможно при отсутствии развитой сети наблюдений,
организованной до того, как начались сильные толчки. В какой-то мере удалось
предсказать землетрясения в Мацусиро, даже не располагая данными о процессах,
происходящих под землей. С успехом были предсказаны сильные толчки,
отмечавшиеся в апреле и в августе 1966 г.
Население Мацусиро приспособилось к землетрясениям. Реакция на
предупреждения изменилась. Местные власти приложили немало усилий, чтобы
предотвратить возможный ущерб от землетрясений, организовав ремонт
школьных помещений, укрепляя пожарные команды и т.п. Большая работа была
проведена также на государственных и частных железных дорогах.
Исследователи в США пока не создали систему оповещений. Однако в 1973 г. на
основе наблюдения группы микросейсмических колебаний Геодезическая служба
США сумела предсказать землетрясение с магнитудой 4,5, которое произошло в 20
милях к юго-востоку от Холлистера в Калифорнии. Некоторые исследователи из
Национального центра по изучению землетрясений считают, что в скором
будущем при условии создания надлежащей сети наблюдений станет возможным
долгосрочный прогноз землетрясений в Калифорнии (Pakiser et al., 1969). По
мнению Рихтера (Richter, 1969), предсказывать землетрясения так, как
предсказывают погоду, возможно, не удастся и в будущем столетии.
В настоящее время располагают многочисленными способами мониторинга,
позволяющими следить за наклонами местности, напряжениями в грунте,
сейсмической активностью, флуктуациями в магнитном поле и давлением пород в
буровых скважинах. К другим явлениям, которые можно было бы наблюдать в
целях предсказания землетрясений, относятся колебания уровня воды в колодцах
и грозовые разряды. В некоторых районах мира землетрясения часто
сопровождаются различными формами грозовых разрядов. Недавно высказано
предположение (Finkelstein, Powell, 1970), что эта корреляция может быть
обусловлена способностью кварца в земной коре создавать электрические заряды
под воздействием упругой деформации, которая наблюдается при землетрясении.
Предполагается, что наблюдения таких электрических предвестников
землетрясений могут быть полезны для прогноза. Немецкие сейсмологи следят за
выделениями таких подземных газов, как метан, которые в аномальных
количествах высвобождаются из разлома на месте будущего землетрясения. В
марте 1969 г. немецкие геологи успешно предсказали афтершок одного
землетрясения в южной части Германии, наблюдая аномальное содержание
метанового газа в поисковой скважине. Подобный метод использовали советские
геофизики, наблюдавшие за выделением редкого радиоактивного газа радона
(Purrett, 1971).
Полагают, что недавние землетрясения возле Денвера и Рейнджли, штат
Колорадо, искусственного происхождения и возникли вследствие увеличения
давления поровой жидкости при подземных инъекциях воды в этих районах (Healy
et al.” 1968; Raleigh et al., 1970).
Другие “искусственные” землетрясения выявлены при ядерных испытаниях. После
атомных взрывов в Неваде зарегистрировано несколько землетрясений умеренной
силы. Как полагают, ядерные взрывы вызывают освобождение энергии
естественных тектонических напряжений.
Способствуя новому пониманию механизма землетрясений, эти открытия
обеспечивают также потенциальные средства воздействия на землетрясения и
управление ими. В некоторых случаях закачка воды может позволить постепенно
разрядить нарастающее напряжение в виде серии слабых толчков, не
причиняющих ущерба (Byerlee, Wilson, Peselnick, 1972). Геологическая разведка
США осуществляет в Рейнджли, Колорадо, программу исследований зависимости
между изменениями давления жидкости и сейсмическими явлениями (Raleigh,
Healy, 1972).
Прогнозирование землетрясений может быть долгосрочным и краткосрочным. Оно
осуществляется сетью сейсмических станций на территории РФ. Предвестниками
землетрясений являются рост слабых толчков (форшоков), подъем воды в
скважинах, деформация поверхности земли, повышение уровня радиации (за счет
радона), необычное (беспокойное) поведение животных и птиц.
Действия населения при землетрясениях
Мероприятия и защита от последствий землетрясений разделяются на
предварительные и действия непосредственно во время землетрясения.
Предварительные меры защиты включают:
-сейсмостойкое строительство;
-подготовку служб спасения и ликвидации последствий;
-нейтрализацию источников повышенной опасности;
-обучение населения правилам поведения во время землетрясения;
-наличие в каждом доме запасов продуктов, воды на 3-5 суток, аптечек первой
медицинской помощи;
-закрепление в доме столов, шкафов и другого оборудования.
С началом землетрясения люди, находящиеся в домах не выше 2-го этажа,
должны срочно (за 25-30 с) покинуть здание и выйти на открытое место. При
невозможности покинуть здание за данное время, необходимо встать в дверной
проем или в проемы капитальных внутренних стен. Для большей безопасности
можно спрятаться под столом. Выключить свет, газ, воду.
После прекращения подземных толчков покинуть помещение. При этом ни в коем
случае не пользоваться лифтом. Далее следует включиться в работу по спасению
людей.
3.3.2 Оползни. Сели. Снежные лавины.
Оползни
Оползень - скользящее смещение масс грунта. По мощности вовлекаемой в
процесс массы оползни распределяются на малые ( до 10 тыс.м3), средние (от 11
до 100 тыс.м3), крупные (от 101 до 1000 тыс.м3) и очень крупные - свыше 1000
тыс.м3. По скорости движения оползни бывают быстрые (секунды), средней
скорости (минуты, часы) и медленные (дни, годы). Оползни формируются на
участках, сложенных из чередующихся водоупорных и водоносных пород
грунта. Оползни возникают вследствие нарушения равновесия пород. Когда
силы сцепления на поверхности скольжения становятся меньше составляющей
силы тяжести, масса начинает движение. Опасность оползней заключается в
том, что огромные массы почвогрунтов, внезапно смещаясь, могут привести к
разрушению зданий и сооружений и большим жертвам.
Побудителями оползневых процессов являются землетрясения, вулканическая
деятельность, строительные работы и др.
Предупреждение и защита от оползней предусматривает ряд пассивных и
активных мероприятий. К первой группе относятся мероприятия охранноограничительного вида: запрещение строительства, производства взрывных
работ, надрезки оползневых склонов. К активным мероприятиям относятся
устройства различных инженерных сооружений: подпорных стенок, свайных
рядов и т.п. В опасных местах предусматривается система наблюдения и
оповещения населения, а также действия соответствующих служб по
организации аварийно-спасательных работ.
Сели
Сели (от араб. “сайль” - бурный горный поток) - кратковременные бурные
паводки на горных реках, имеющие характер грязекаменных потоков.
Возникновению грязевого потока способствуют три условия: интенсивный
ливень или очень дружное снеготаяние; значительная крутизна склонов речных
долин и балок, т.е. большие уклоны водных потоко; наличие на склонах
больших масс легко смываемого рыхлого мелкообломочного грунта.
Основная опасность - огромная кинетическая энергия грязеводных потоков,
скорость движения которых может достигать 10 м/с (36 км/ч).
По мощности селевые потоки делятся на мощные (вынос более 100 тыс. м3
селевой массы), средние (от 10 до 100 тыс. м3) и слабые ( менее 10 тыс. м3).
Селевые потоки происходят внезапно, быстро нарастают и продолжаются
обычно от 1 до 3 часов, в редких случаях - до 6-8 часов. Сели прогнозируются
по результатам наблюдений за прошлые годы и по метеорологическим
прогнозам.
К профилактическим противоселевым мероприятиям относятся:
гидротехнические сооружения (селезадерживающие, селенаправляющие и др.),
спуск талой воды, закрепление растительного слоя на горных склонах,
лесопосадочные работы, регулирование рубки леса и т.д. В селеопасных
районах создаются автоматические системы оповещения о селевой угрозе и
разрабатываются соответствующие планы мероприятий.
Снежные лавины
Лавина - это снежный обвал - масса снега, падающая или сползающая с горных
склонов под влиянием какого-либо воздействия и увлекающая на своем пути
новые массы снега. Одной из побудительных причин лавины может быть
землетрясение. Снежные лавины распространены в горных районах. Опасность
лавины заключается в большой кинетической энергии лавинной массы,
обладающей большой разрушительной силой. Лавины образуются на безлесых
склонах крутизной от 15° и более. Оптимальные условия для образования лавин
- на склонах в 30-40°. При крутизне более 50° снег осыпается к подножию
склона, и лавины не успевают сформироваться. Сход лавины начинается при
слое свежевыпавшего снега в 30 см, а старого - более 70 см. Скорость схода
лавины может достигать 100 м/с, в среднем 20-30 м/с.
В Европе ежегодно лавины разного вида уносят около 100 человеческих
жизней.
В ХХ в. самая крупная катастрофа произошла в Альпах, во время первой
мировой войны, на австро-итальянском фронте. По последующим оценкам,
здесь от лавин погибло до 60 000 солдат – больше, чем в результате военных
действий. А 16 декабря 1916 г. осталось в памяти как “черный четверг”. В этот
день лавинами было засыпано более 6 000 солдат. Всего же в тяжелую зиму
1916/1917 года жертвами лавин стало более 10 000 человек.
В России практически весь Дальний Восток в той или иной мере является
лавиноопасным. Районы со значительной лавинной опасностью (лавины
встречаются часто, сходят ежегодно) на карте лавиноопасности отмечены на
севере Хабаровского края, западной части Якутии, в южной половине о.
Сахалин, на Камчатке и Чукотке. Приморский край относится к районам со
слабой лавинной опасностью (лавины встречаются в отдельных местах, сходят в
многоснежные зимы) и к районам с потенциальной лавинной опасностью.
Сахалин - самый лавиноопасный регион Дальнего Востока России. За февраль
2001 г. в Сахалинской области выпала почти полугодовая норма осадков, и за
этот же период Сахалинской области сошло более 200 снежных лавин.
Наиболее опасным стал Чангинский перевал, где только за несколько дней
сошло 66 лавин общей массой более 36 тыс. куб. м снега.
Профилактические мероприятия делятся на 2 группы: пассивные и активные.
Пассивные способы состоят в использовании опорных сооружений, дамб,
лавинорезов, надолбов, снегоудерживающих щитов, посадках и восстановлении
леса и др.
Активные методы заключаются в искусственном провоцировании схода лавины
в заранее выбранное время и при соблюдении мер безопасности. С этой целью
производится обстрел головных частей потенциальных срывов лавины
разрывными снарядами или минами, организуются взрывы направленного
действия, используются сильные источники звука.
В лавиноопасных регионах создаются противолавинные службы,
предусматривается система оповещения и разрабатываются планы мероприятий
по защите от лавин.
Оползни
Оползень - скользящее смещение масс грунта. По мощности вовлекаемой в
процесс массы оползни распределяются на малые ( до 10 тыс. м3), средние (от
11 до 100 тыс. м3), крупные (от 101 до 1000 тыс. м3) и очень крупные - свыше
1000 тыс.м3. По скорости движения оползни бывают быстрые (секунды),
средней скорости (минуты, часы) и медленные (дни, годы). Оползни
формируются на участках, сложенных из чередующихся водоупорных и
водоносных пород грунта. Оползни возникают вследствие нарушения
равновесия пород. Когда силы сцепления на поверхности скольжения
становятся меньше составляющей силы тяжести, масса начинает движение.
Опасность оползней заключается в том, что огромные массы почвогрунтов,
внезапно смещаясь, могут привести к разрушению зданий и сооружений и
большим жертвам.
Побудителями оползневых процессов являются землетрясения, вулканическая
деятельность, строительные работы и др.
Предупреждение и защита от оползней предусматривает ряд пассивных и
активных мероприятий. К первой группе относятся мероприятия охранноограничительного вида: запрещение строительства, производства взрывных
работ, надрезки оползневых склонов. К активным мероприятиям относятся
устройства различных инженерных сооружений: подпорных стенок, свайных
рядов и т.п. В опасных местах предусматривается система наблюдения и
оповещения населения, а также действия соответствующих служб по
организации аварийно-спасательных работ.
3.3.3 Извержение вулканов
Извержение вулканов
Совокупность явлений, связанных с перемещением магмы в земной коре и на ее
поверхности называется вулканизмом. Магма - это расплавленная масса
преимущественно силикатного состава, образующаяся в глубинных зонах
Земли. Достигая земной поверхности, магма изливается в виде лавы.
Принято считать, что верхняя часть мантии находится в состоянии, близком к
расплавленному, поэтому даже незначительные изменения давления (например,
при раздвижении тектонических плит) приводит к полному ее расплавлению.
Расплавленная порода (магма), будучи более легкой, чем окружающие породы,
медленно поднимается к поверхности. Чаще это происходит по разлома земной
коры. Второй причиной, вызывающей извержения, является наличие
радиоактивных источников. Немногочисленные материковые вулканы,
расположенные вдали от границ литосферных плит, вызваны как раз такими
локальными источниками радиоактивной теплоты или горячими точками в
мантии.
Вулканы разделяются на действующие, уснувшие и потухшие. К уснувшим
относятся вулканы, об извержениях которых нет сведений, но они сохранили
свою форму и под ними происходят локальные землетрясения. Потухшие - это
различные вулканы без какой-либо вулканической активности. Действующими
считаю вулканы, извержения которых происходили на памяти людей. В
вулканологии – науке о вулканических процессах – известно правило,
полученное на основании наблюдений за многими десятками вулканов: при
своем пробуждении вулкан должен проявить мощь, пропорциональную
длительности предшествующей стадии покоя. Примером может служить
Везувий (Италия), считавшийся потухшим до катастрофы, вызвавшей гибель
Помпей. В 1888 г. ожил Вулкан Бандай-Сан в Японии, уничтоживший 11
деревень; в 1951 г. 5000 человек стали жертвами вулкана Левингтон . в Новой
Гвинее. Наконец, в 1956 г. произошло самое сильное извержение ХХ в. – взрыв
считавшегося потухшим вулкана Безымянного на Камчатке.
Рис. 1. Строение вулкана.
Современные вулканы сосредоточены на Земле вдоль определенных зон
(поясов), характеризующихся высокой тектонической активностью.
Наиболее крупным на нашей планете является Тихоокеанское огненное кольцо,
где находится 526 вулканов. Из них 328 извергалось в историческое время. На
нашей территории в Тихоокеанском кольце входят вулканы Курильских
островов (140) и полуострова Камчатка (28).
Второй крупный вулканический пояс протягивается через Срединоземноморье,
Иранское плоскогорье к Зондскому архипелагу (Индонезия). В этом архипелаге
63 вулкана, из них 37 действующих.
Третий крупный вулканический пояс протягивается вдоль Атлантического
океана. Здесь насчитывается 69 вулканов, из них 39 извергалось в историческое
время. Наибольшее число вулканов на о. Исландия (40, 27 – действующих).
Четвертый пояс занимает Восточную Африку (40 вулканов, из них 16
действующих).
За пределами этих четырех вулканических поясов вулканы на материках почти
не встречаются. Но в океанах картина совершенно иная. На дне всех без
исключения океанов имеется огромное число крупных вулканических построек.
Особенно много их обнаружено на дне Тихого окекана.
Чаще всего извержения вулканов начинается выбросом из кратера столба
черного дыма или пепла высотой до 5 км, который быстро расплывается в
воздухе в виде огромной тучи; на склонах и на кратере появляются трещины,
через которые выделяются удушливые газы или горячая вода.
Вслед за этим обычно начинается ливневой грозовой дождь. Одновременно из
кратера выбрасываются крупные и мелкие раскаленные обломки горных пород,
из туч выпадает пепел, который покрывает склоны вулкана и окрестности.
При извержениях чаще всего наблюдаются: деформация и сотрясение земной
поверхности; выброс, выпадение продуктов извержения; движение лавы,
грязевых и каменных потоков, гравитационное смещение горных пород.
Извержения вулканов бывают длительными и кратковременными.
Продукты извержения (газообразные, жидкие, твердые) выбрасываются на
высоту 1-5 км (часто до 50 км и выше) и переносятся на большие расстояния.
Замечена взаимосвязь между вулканической деятельностью и землетрясениями.
Основой прогноза извержения являются сейсмические толчки,
характеризующие начало извержения.
Для характеристики силы извержения П.Хейдервари предложил вычислять
новую величину – магнитуду извержения, которая пропорциональна
выделившейся энергии. Энергию вулканического извержения, по мнению
П.Хейдервари, целесообразно определять атомно-бомбовым эквивалентом, т.е.
числом атомных бомб, могущих дать соответствующую энергию при взрыве.
Энергия одной атомной бомбы принята 8.4 1018 Дж. Оказалось, что самое
сильное извержение ХХ в. – взрыв считавшегося потухшим вулкана
Безымянного на Камчатке эквивалентно 4 атомных бомб.
Основные опасности.
Концентрация вулканического пепла бывает настолько большой, что возникает
темнота, подобная ночной. Объем излившейся лавы достигает десятков км3.
Известно извержение Везувия (Италия) в августе 79 г., в результате которого
погиб г. Помпеи. Толщина вулканического пепла составила 8 м. Со времен
разрушения Помпей и до XVII в. насчитывается восемь извержений вулкана
Везувия, не отличавшихся большой силой. В 1631 г. произошло сильное
извержение и лавовый поток залил всю окрестность, разрушив несколько
деревень. Следующее сильное извержение произошло в 1794 г., которое
разрушило 18-тысячный г. Тель-дель-Греко. Почти все жители города погибли в
огненном потоке.
В атмосферу при извержениях выбрасывается большое количество паров и
газов, что приводит к химическому загрязнению атмосферы.
Раскаленная лава приводит к тепловому загрязнению окружающей среды с
потенциальной опасностью образования крупномасштабных пожаров.
Нередко в кратерах в период покоя образуются озера, тогда в период
извержения водогрязевые потоки представляют основную опасность, даже
большую, чем потоки лавы (из-за больших скоростей перемещения по склонам).
Другие опасности - лавовые фонтаны, раскаленные газы, вулканические бомбы.
Взрывы вулканов могут инициировать оползни, обвалы, лавины, а на морях и
океанах - цунами.
О невероятной силе вулканических катастроф можно судить по двум
грандиозным извержениям, происшедшим в XIX в. на Зондском архипелаге.
В 1815 г. на острове Сумбара в Индонезии произошло грандиозное извержение
вулкана Тамбора (атомный эквивалент 200 000, повторяемость – один раз в
1500-2000 лет, магнитуда извержения – 10.1). Пробуждение вулкана началось в
1812 г. В апреле 1815 г. произошел первый мощный взрыв. В последующем
было еще три взрыва гигантской силы. Высота горы первоначально была 4000
м. После извержения она уменьшилась до 2850 м. Около 100 км3 горных пород
было обращено в пыль и выброшено в атмосферу. На месте исчезнувшей
вершины возник кратер размером 6х6.5 км и глубиной 700 м. Кальдера
(отрицательная форма рельефа вулканического происхождения) вулкана
Тамбора погубила 92000 человек.
Другая гигантская катастрофа произошла в Зондском архипелаге в 1883 г.:
взорвался вулкан Кракатау, молчавший более 200 лет (атомный эквивалент 20
000, повторяемость – один раз в 200 лет, магнитуда извержения – 9.5). В течение
нескольких месяцев до самой катастрофы в вулкане отмечались отдельные
взрывы. Перед катастрофой были замечены столбы пепла 27-33 км высотой.
Отмечено первой цунами, вероятно, вызванное обрушением кратера. В период
основного взрыва газы, пепел и обломки пород были подняты на высоту 70-80
км и рассеялись по площади около 1 млн. км2.
Вызванные чудовищным взрывом волны до 30 м в высоту обрушились на
острова. Все население островов Себеси и Серами было погреблено. При
следующем взрыве (почти такой же мощности) цунами не было. По
официальным данным число погибших равнялось приблизительно 40000
человек.
Волна цунами, вызванная взрывом Кракатау, обошла всю планету.
Грохот от взрыва Кракатау слышался на огромном расстоянии. От взрывной
волны в Байдензорге на острове Ява в 150 км от вулкана, удар был такой силы,
что окна и двери во многих домах были сорваны с петель, а со стен обвалилась
штукатурка. Грохот извержения был слышен в городе Манила, отстоящем от
Кракатау на 2000 км, и на Мадагаскаре в 4775 км от вулкана. Воздушная волна
обошла земной шар трижды, что было доказано барометрическими
наблюдениями в разных местах.
Уже по истечении трех месяцев в Европе прошел дождь из пыли и словно
снегом покрыл землю.
В самом сильном извержение ХХ в. – взрыве считавшегося потухшим вулкана
Безымянного на Камчатке (атомный эквивалент 4, повторяемость – один раз в
50 лет, магнитуда извержения – 9.0). Миллионы тонн раскаленной лавы были
подняты на высоту до 45 км. Извержение вулкана произошло в безлюдной
местности. Самая крупная вулканическая катастрофа ХХ в. не унесла ни одной
жизни.
Более подробно о вулканических катастрофах можно найти в книге Резанова
И.А. “Великие катастрофы в истории Земли” М.: “Наука”. 1980.
Защита.
Профилактические мероприятия состоят в изменении характера
землепользования, строительстве дамб, отводящих потоки лавы, в
бомбардировке лавового потока для перемешивания лавы с землей и
превращения ее в менее жидкую и др.
Контрольные вопросы
1. От чего более человек получает более тяжелое психическое воздействие – от
афтершока или главного толчка?
2. Как часто на Земле происходят землетрясения: 10с, 30с, 45с, 1мин., 1 ч,
месяц, год?
3. Что такое магнитуда?
4. Какой силы землетрясения не может произойти на Земле и почему?
5. Где располагается самый большой пояс землетрясений?
6. Что является причиной землетрясений – или смещение пород по разлому, или
взрыв огромной 7. силы, или падение метеорита?
8. Какие бывают предвестники землетрясений, цунами, извержения вулкана?
9. Если внезапно начинают мычать коровы, реветь ослы, лаять собаки – к чему
бы это?
10.Скорость селевого потока больше или меньше скорости спринтера?
11. Скорость схода лавин больше или меньше скорости гепарда?
12. Почему Сахалин самое лавиноопасное место на Дальнем Востоке ?
13. Сколько вулканов в Тихоокеанском кольце – 10, 50, 100, 500, 1000?
14. Как высоко выбрасывается сера из вулкана – на 100м, 1000, 5 км, 10 км, 20
км или 50 км?
15. Энергия извержения при природной катастрофе ХХ века – взрыве вулкана
Безымянный (1956г) эквивалента взрыву 1, 4, 8, 12, 16, 20, 20000, 200000
атомных бомб?
16. Какое природное явление с энергией, эквивалентной взрыву 200 000
атомных бомб, можно назвать катастрофой нового времени – извержение
вулкана Везувия (79г), взрыв вулкана Тамбора (1815г), взрыв вулкана Кракатау
(1883), падение Тунгусского метеорита (1908), взрыв вулкана Безымянный
(1956г).
17. Может ли человек быть причиной оползня?
3.4.1 Цунами
Цунами—японское слово, означающее волну в гавани. Теперь оно применяется
для обозначения гравитационных волн на поверхности воды, вызванных
главным образом землетрясениями или явлениями, связанными с ними
(например, оползнем), а также взрывами вулканических островов или ядерных
устройств. Прежде эти волны назывались “приливными” (tidal waves), но это
неверно, так как цунами не связаны с приливами. Японцы иногда пишут слово
“тунами” (tunami), но произносят “цунами” (tsunami). Во избежание
недоразумений в английской литературе принята только последняя форма
написания.
В силу малой сжимаемости воды и быстроты процесса деформации участков
дна, опирающийся на них столб воды также смещается, не успевая растечься, в
результате чего на поверхности воды образуется некоторое возвышение или
понижение уровня. Образовавшееся возмущение переходит в колебательное
движение толщи воды.
В соответствии с общей классификацией цунами относятся к длинным волнам.
Длина их достигает нескольких сотен километров, амплитуда над глубокой
частью океана обычно порядка одного метра. Поэтому их трудно обнаружить с
воздуха или с корабля. Волны распространяются со скоростью,
пропорциональной квадратному корню из глубины воды. В океане эта скорость
составляет несколько сотен километров в час.
Достигнув континентального шельфа, волны цунами замедляют свое движение,
а их высота возрастает. Подход цунами к берегу иногда сопровождается
отливом, которому могут предшествовать короткопериодные колебания уровня
воды малой амплитуды, называемые предвестниками. Цунами состоит из серии
волн, которые достигают берега с периодом от 5 до 90 мин. Самой высокой
обычно бывает не первая волна, но большей частью она оказывается среди
первых десяти. За главными волнами цунами следуют вторичные колебания
(ондуляции), в основном связанные с резонансными эффектами в бухтах,
удерживающих энергию главных волн.
Высота волн в области их возникновения находится в пределах 0.1-5 м, у
побережья - до 10 м, а в клинообразных бухтах, долинах рек - свыше 50 м. В
глубь суши цунами могут распространяться до 3 км. Известны более 1000
случаев цунами, из них около 100 - с катастрофическими последствиями.
Основной район, где проявляются цунами - побережье Тихого океана (80%
случаев), а также Атлантический океан и реже Средиземное море.
К зонам, подверженным цунами, относятся следующие: Япония, Азиатское
побережье Российской Федерации (Камчатка, Сахалин, Курилы), Алеутские
острова, Аляска, Гавайи, западное побережье Южной Америки, США и Канады,
восточное побережье Канады, Новая Зеландия, Австралия, Французская
Полинезия, Пуэрто-Рико, Виргинские острова, Доминиканская республика,
Коста-Рика, Азорские острова, Португалия, Италия, Сицилия, берега Эгейского,
Адриатического и Ионического морей, Греция, африканский берег восточного
Средиземноморья, Индонезия и Филиппины.
Цунами очень быстро достигает берега. Обладая большой энергией,
достигающей 1018 Дж, цунами производят большие разрушения и представляют
угрозу для людей.
Серьезность и частота причиняемого -цунами ущерба неодинаковы в разных
местах.
Опасные факторы
В прошлом столетии цунами, дословно – “ прибрежные волны “, унесли жизни
пятидесяти тысяч человек, нагрянув почти без предупреждения. И сейчас
ученые предполагают, что новое разрушительное цунами, по площади,
возможно, не уступающее Тихому Океану, может возникнуть в любой момент.
Последствие цунами могу быть минимальные, к примеру, частичное затопление
побережья, до масштабных: Волна смывает целые города, сотни и тысячи
погибших много миллионные разрушения.
В 1946 году в городе Хило ничто не предвещало беды. 1 апреля примерно в
12.30 a.m подводное землетрясение у берегов Аляски вызвало мощное цунами.
Уже через несколько минут оно наносит первый удар по одному из алеутских
островов Унимага в ста сорока километрах от эпицентра. На берегу острова был
маяк “Шатланская шапка”. Когда цунами обрушалось на остров, его высота
составляла около тридцати метров, когда волна прошла, маяк исчез с лица
земли вмести с обслуживающим персоналом. Цунами продолжает нестись к
Гавайским островам со скоростью более 650 км/ч. Высота первых волн
составляла 60-70 см. Поэтому никто не оценил угрозы. Добравшись до острова,
цунами легко накрывало верхушки девятиметровых пальм. Люди слышали
страшный удар, с которым волна обрушилась на Хило, и они знали, что все
дома находящиеся на берегу океана смыло водой; творилась жуткая
неразбериха город стоял в воде. В воде было множество раненых и пропавших
людей. Люди, видевшие всю ту ужасающую картину ничего не могли поделать.
Сила воды была настолько велика, что в нее не возможно было зайти. Смерть от
цунами была страшной, на лицах покойников был виден ужас, они тщетно
боролись за свою жизнь. Во время этого цунами погибло более трехсот человек,
были понесены огромные экономические потери, многие лишились жилья.
Опасность цунами состоит еще и в том, что многие не видят в них угрозы.
Ученым приходится убеждать людей, что цунами действительно существует и
представляет реальную угрозу.
В Японии наибольшую опасность возникновения цунами представляют
землетрясения, происходящие не в тысячах миль от суши, а гораздо ближе к
берегу. Это островное государство расположено на вершине одного из самых
сейсмически активных регионов мира.
В 1896 году землетрясение вблизи суши вызвало 30-метровые волны,
обрушившиеся на деревни и побережье Санрико. На следующее утро местные
рыбаки, вернувшиеся к берегу били поражены. В море, в нескольких милях от
родного дома, они не заметили, как под их лодками пронеслось цунами. Теперь
их дома были разрушены, многие их родственники погибли. Утонуло более 22
тысяч человек.
В 1993 году землетрясением у острова Акудзиры вызвало цунами, которое
достигло суши менее чем за 10 минут. Была середина ночи, и большинство
жителей не успело эвакуироваться. Акудзира исчез с лица земли, погибло более
200 человек.
Цунами. Природа и характер.
Цунами, видимо, возникают в виде одиночного импульса, передний фронт
которого распространяется со скоростью мелководной волны (отношение
глубины океана к длине волны больше 20). Для таких волн зависимость между
фазовой скоростью (С), длиной волны и глубиной бассейна (D) выражается
соотношением:
C = (gD) 0.5 = 3. 1 D 0.5 (38)
Средняя глубина Мирового океана составляет примерно 4000 м, и,
следовательно, скорость цунами достигает почти 200 м/с (около 400 узлов.) При
такой скорости волна цунами, зародившаяся в заливе Аляска, достигнет
Гавайских островов всего за пять часов. При вступлении на мелководье волна
тормозится: при глубине 100 м скорость снижается до 31 м/с, а при глубине 50 м
– до 22 м/с.
Известно, что подводные землетрясения или вулканическое извержение, все,
что вызывает резкое смещение морского дна, может переместить огромное
количество воды. Когда это волнение вырывается наружу, по поверхности воды
распространяется серия волн.
Рисунок 27. Первоначальное состояние поверхности океана.
Рисунок 28. Сдвиг дна (подводное землетрясение и т. п.)
В отличие от обычных волн, вызванных ветром или приливом, энергия цунами
равномерно распространяется по всему океанскому дну. Там где глубоко, по
поверхности распространяется еле заметная сыпь. (Рис. 29, 30)
Рисунок 29. Распространение цунами в океане.
Рисунок 30. Распространение цунами в океане.
По мере того как цунами приближается к суше, глубина океанского дна
уменьшается, происходит торможение подошвы волны, а оставшаяся часть
волны накатывается на нее, энергия компрессируется, высота волны
увеличивается, и может превышать 30 метров.
Рисунок 31.Распространение цунами.
Рисунок 32. Компрессия энергии и возрастание волн.
Теряя скорость, цунами растет в высоту. Это следует из условия сохранения
энергии. Отношение высоты волны к глубине бассейна для мелководной волны
цунами определяется с помощью формулы Грина:
H1/H2 =(D2/D1)1/4 (39)
Согласно этому соотношению, волна H1, которая в открытом океане, где D1 =
4000 м, имела высоту 5.3 м, при глубине места D2= 20 м достигнет высоты 20 м
(волна H2).
То есть, зная среднюю глубину залива (бухты) и глубину океана в районе
землетрясения при известной волне цунами в открытом океане, можно
приближенно оценить волну цунами в заливе (бухте) из соотношения:
Нзалив = Нокеан (Dокеан/Dзалив)0.25 (40)
Если принять, что характерный для волны цунами период составляет около 10
мин, то ее длина в открытом океане будет равна примерно 120 км; уклон
морской поверхности при этом получится равным 1:30 000. В этом несложном
рассуждении загадка того факта, что для кораблей, находящихся в открытом
море, цунами остается незаметным.
Менее ясно, почему цунами, разрушительные в одних районах, милостиво
относятся к другим районам. Важное значение, конечно, имеет расстояние от
места зарождения волны, местные особенности рефракции и фокусирование
исходного импульса. Весьма вероятно также, что широкий континентальный
шельф играет роль своеобразного отражателя и поглотителя энергии цунами;
мелководные шельфы к тому же служат ловушками для энергии волн. Каковы
бы ни были причины, но случаи катастрофических цунами в районах с
широким континентальным шельфом редки.
Цунами случается довольно редко. В бассейне Тихого Океана крупного цунами
не было уже долгое время. Но если посмотреть на хронику цунами прошлых
лет, то видно, что разрушительные цунами обрушивались на сушу, в среднем,
каждые 7 лет. В США от цунами погибло больше людей, чем от землетрясений.
Это одна из природных катастроф, которая наносит столь масштабный удар.
Степень изученности и возможность прогнозирования.
В 1948 году в Гонолулу правительство США создает Тихоокеанский центр
слежения за цунами. Центр ведет круглосуточное наблюдение, координируя
действия десятков стран расположенных в тихоокеанском бассейне. Они
регистрируют землетрясение, которые происходят по всему миру. Оценивая его
силу и возможные последствия, и с помощью системы слежения оповещают о
возможной опасности.
Для изучения волн цунами используются сейсмические, гидроакустические и
гидрологические методы исследований. С помощью специальных сейсмографов
и гидроакустической аппаратуры в некоторых случаях возможно по характеру
землетрясений определить район возникновения и предполагаемую
интенсивность волн цунами. Гидроакустический метод может быть также
использован для обнаружения перемещения водных масс., вызванные
подводными извержениями вулканов и оползнями.
Поскольку скорость распространения упругих волн в земной коре
(сейсмических волн) и в гидросфере (гидроакустических волн) значительно
выше скорости движения волн цунами в открытом океане, обнаружение
упругих волн на побережье может служить предвестником вероятного прихода
волн цунами. Однако, так как не при всех подводных землетрясениях возникают
волны цунами, только гидрологические наблюдения могут дать достоверные
сведения о приходе волн цунами. Гидрологические (мареографические)
наблюдения в комплексе с сейсмическими и гидроакустическими методами
исследований позволяют также установить соотношение между силой
землетрясения и вызванного им цунами, определить зону затопления в
зависимости от интенсивности цунами, проверить теоретические и
эмпирические методы расчета времени добегания волн цунами до
определенных районов побережья и выявить характеристики этих волн (высоту,
период, скорость и направление распространения, деформацию волн у берегов,
высоту наката, время и зону затопления и пр.) в пунктах с различными физикогеографическими условиями.
Ответить на вопрос, где и когда возникнет цунами, в ограниченном смысле,
можно.
В перспективе цунамирайонирование, позволяет выделить районы, где
возможны катастрофические волны и какой высоты они могут достигнуть. Это в
какой-то степени является "статистическим" прогнозом, который должен быть
полезным для планирования экономического развития и выбора инженерных
методов защиты от цунами.
Как нам известно, цунами в большинстве случаев - явление сейсмического
происхождения. Значит, проблема лежит в прогнозе землетрясений. В целом эта
проблема в настоящее время привлекает и ученых и общественность, как одна
из самых актуальных. В России, как и во многих странах, идет активное
изучение и проверка различных методов прогноза.
Прогноз землетрясения можно считать полным, если заблаговременно
предсказываются три элемента будущего события: место, интенсивность
(магнитуда) и время землетрясения. Сегодня известны свыше 300
предвестников сильных землетрясений, из них 10-15 неплохо изучено.
Появление большинства их основано на факте, что перед землетрясением
меняются физические свойства горных пород. В результате возникают
аномалии разного рода геофизических полей: сейсмического, поля скоростей
упругих волн, электрического, магнитного, аномалии в наклонах и деформациях
поверхности, гидрогеологическом и газохимическом режиме и т. д. Эти
изменения происходят в обширной области подготовки и по величине
достаточно значительны, чтобы быть зарегистрированными современной
аппаратурой. Также изучается связь землетрясений с электромагнитными
явлениями в атмосфере и ионосфере.
Исследователи считают, что все перечисленные стадии прогноза должны
реализовываться поэтапно. Сначала в пределах сейсмического региона
выделяется достаточно обширная область, где в течение нескольких лет или
десятилетий можно ожидать крупное сейсмическое событие. Такой метод
разработал академик С.А. Федотов. Суть его заключается в миграции
сильнейших землетрясений с периодом примерно в 100 лет. При этом новые
сильные землетрясения происходят в сейсмически "молчащих" зонах, т. е. там,
где они долго не возникали. Затем, последующим изучением, область
ожидаемого события сужается, изучаются возможная сила толчка и опасный
период времени. На последней стадии определяется место землетрясения, а
ожидаемое время сокращается до нескольких дней, часов.
Примерно по такой схеме был реализован прогноз в Китае 4 февраля 1975 г.
Прогноз был официально выдан в 10 ч. 30 мин., а в 19 ч. 36 мин. того же дня в
ожидаемом районе произошло сильное землетрясение. Его магнитуда равнялась
7.3. Благодаря своевременному оповещению, в районе с миллионным
населением погибло только 200-300 человек. Это при разрушении зданий до 90
процентов.
Однако, спустя полтора года, вновь в Китае разразилось неожиданное, ужасное
по числу жертв землетрясение.
События в Китае реально показали состояние изученности в области прогноза
землетрясений, когда наряду с удачным предсказанием имело место
пропущенное событие.
Ученые считают, что надежное предсказание землетрясений может стать
возможным только в результате объединения различных методов сейсмологии и
других наук, таких, как статистика, метеорология и астрофизика. Ну а пока, в
большинстве случаев, попытки предсказать землетрясения терпят неудачи.
Если нет надежного стопроцентного предсказания землетрясения, как тогда
решается вопрос предупреждения о цунами? Все дело в различии между
скоростью распространения сейсмической волны и скоростью вызванного
землетрясением цунами. Нам известно, что скорость распространения цунами в
океане приближается к 0.28 км/сек. Сейсмические волны распространяются в
твердом теле Земли гораздо быстрее. Их скорость равна от 3 до 10 км/сек, и в
50-80 раз больше скорости цунами. Отсюда следует, что произошедшее сильное
землетрясение может послужить сигналом о вероятном подходе волн к
побережью и обеспечить оперативный прогноз цунами.
Следует также сказать несколько слов о некоторых любопытных биологических
предвестниках цунами. Есть сообщения о явлении люминесценции, которое
было связано с цунами, вызванного землетрясением Санрику в 1933 году.
“Имеются многочисленные сообщения об огнях, сопровождающих
землетрясения. Так как эти огни наблюдались обычно одновременно с
землетрясениями, то они не имеют прогностической ценности. При цунами огни
нередко наблюдаются в море с берега. Возможно, что это свечение вызвано
люминесцированием планктона, возбужденного действием волны цунами.
Однако другие наблюдатели относят его к люминесцированию животных на дне
моря, которые открываются во время отступления моря, предшествующего
цунами. Таким образом, это явление представляло бы интерес для системы
предупреждения о цунами, если бы цунами начиналось с отхода воды”.
Упоминается также о наблюдаемом аномальном поведении рыб за несколько
часов до землетрясения и цунами 1933 г. и приводится два примера: поедание
донных диатомовых водорослей поверхностной рыбой и необычная миграция
глубоководных рыб.
Существует целый ряд и других предвестников цунами. К ним относятся:
необычный дрейф плавучего льда и внезапное появление трещин на береговом
припае; массовое появление мертвой рыбы (выпирание внутренностей у рыб);
необычные колебательные движения плавающих предметов; помутнение воды в
штилевую погоду; громадные взбросы у кромок льда и рифов при отсутствии
волнения; образование сильных течений, толчеи; необычные световые явления
и ряд других.
Свечение морской воды, как правило, может наблюдаться в ночное время. Это
явление известно морякам и рыбакам. Оно резко усиливается при подходе
цунами к берегу и напоминает вспышку прожектора. Иногда, при отходе воды,
светится морское дно. Во время цунами 1952 г. жители поселка Халактырка на
Камчатке видели, что гребень волны сильно светился.
Служба предупреждения о цунами
Хотя цунами известно с древних времен, люди долгое время были беззащитны
от этого стихийного бедствия. Службы предупреждения о цунами (СПЦ),
призванные регистрировать сильные землетрясения, оценивать возможность
возникновения цунами и своевременно предупреждать население для сведения
к минимуму губительного воздействия волн, стали появляться к середине
текущего столетия.
Первая служба предупреждения о цунами на Тихом океане была создана в США
в 1948 г., после разрушительного Аляскинского цунами 1 апреля 1946 г. На базе
обсерватории в г. Гонолулу на Гавайских островах был организован
Тихоокеанский центр предупреждения о цунами (ТЦПЦ). Основными задачами
ТЦПЦ являются оценка цунамиопасности землетрясений в бассейне Тихого
океана, наблюдение за возникновением цунами, прогноз времени добегания и,
если возможно, высот волн у различных участков побережья, своевременный
выпуск предупреждений и их доведение до населения прибрежный зон.
ТЦПЦ был ориентирован на оперативное наблюдение за возникновением и
распространением сильных транстихоокеанских цунами, существующих в
течение многих часов. Такая система была непригодна для прогноза местных
цунами, вызываемых близкими землетрясениями. Поэтому в последующие годы
стали создаваться региональные СПЦ в различных частях Тихого океана. В 1952
г. была создана СПЦ в Японии, в 1958-1959 гг. - в России и в 1967 г. на Аляске
США. В настоящее время всего их насчитывается около 25.
Служба предупреждения в США находится в ведении Национальной
администрации по океанам и атмосфере (НОАА) Департамента по торговле
США. Выполнение задач СПЦ возложено на Национальную службу погоды.
В ведении Аляскинского регионального центра службы погоды функционирует
Аляскинский центр предупреждения (АЦПЦ) в г. Палмере. На центр возложена
ответственность за прогноз цунами на всей территории штата Аляска и
западном побережье Канады и США. АЦПЦ обладает самой большой в мире
телеметрической сетью (передача информации на дальние расстояния), куда
входят 80 сейсмических и 20 мареографных станций (прибор, регистрирующий
изменения уровня моря). Все станции работают автономно в автоматическом
режиме.
Гавайская региональная СПЦ, входящая в ТЦПЦ, выполняет прогноз цунами
при землетрясениях в районе Гавайских островов. Имеется телеметрическая
автоматизированная сеть из 10 сейсмических и 5 мареографных станций.
Служба предупреждения о цунами в Японии находится в ведении Японского
метеорологического агентства (ЯМА). Службу цунами выполняет отдел
наблюдений за землетрясениями и цунами Сейсмического и
вулканологического отделения ЯМА. Организованы один национальный и
шесть региональных центров СПЦ. Служба Японии использует 116
сейсмических и 62 мареографных станций, большинство из которых являются
телеметрическими. Региональные центры находятся в окружных обсерваториях
ЯМА и ответственны за прогноз близких цунами. Центр, расположенный в г.
Токио, выполняет одновременно функции региональной и национальной
службы цунами.
Служба предупреждения о цунами в России создана после катастрофического
цунами 4 ноября 1952 г. Она находится в ведении двух ведомств: Федеральной
службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей Среды и Академии
наук России. СПЦ Дальнего Востока состоит из трех региональных служб.
Задачи службы предупреждения в Камчатской области выполняют станция
цунами Камчатского территориального управления по гидрометеорологии
(Камчатское УГМС) и сейсмическая станция "Петропавловск" Института
физики Земли Академии наук. В Сахалинской области службу предупреждения
осуществляют Центр цунами Сахалинского УГМС и сейсмическая станция
"Южно-Сахалинск" Института морской геологии и геофизики Академии наук.
По побережью Приморского края предупреждение о цунами выдает также
сейсмическая станция "Южно-Сахалинск" и Центр цунами Приморского УГМС.
Все СПЦ действуют автономно и передают предупреждение только по своим
административным образованиям. Причем, сейсмические станции ответственны
за объявление тревоги при близких землетрясениях, а подразделения
Федеральной службы по гидрометеорологии - при возникновении цунами в
удаленных районах Тихого океана. В СПЦ России нет телеметрических
автоматизированных сейсмических и мареографных станций. Обработка
сейсмической информации выполняется вручную, а наблюдения за уровнем
моря - визуально.
В настоящее время используются два метода, с помощью которых можно
предупредить о подходе цунами к побережью: сейсмический и
гидрофизический.
Основным рабочим методом в СПЦ России, как и в зарубежных, является
сейсмический. Он основан на регистрации опережающих цунами сейсмических
волн. Заблаговременность прогноза для Курило-Камчатского побережья в
неблагоприятных случаях составляет около 15-20 мин. Поэтому на ручную
обработку сейсмической записи близкого землетрясения с эпицентральным
расстоянием до 1000 км дежурному сейсмологу отводится не более 10 мин. с
момента начала события.
Возможность возникновения цунами в результате землетрясения оценивается по
магнитудно - географическому критерию. Землетрясение рассматривается
цунамиопасным, если его эпицентр попадает в цунамигенную зону, а
интенсивность превышает заданное пороговое значение магниту-ды. Для
землетрясений в Курило-Камчатской цунамигенной зоне М пороговое равно 7.0.
Для цунамигенной зоны Берингова моря это значение равно 6.5, Охотского моря
также 6.5, Японского моря - от 7.0 до 7.5 в районе Японии и 6.5 в районе
Сахалина.
В этом случае сообщение об угрозе цунами немедленно передается по схеме
оповещения населению, предприятиям и организациям, расположенных в
прибрежной зоне, а также судам в море, у причалов и на рейде. Далее по картам
времени добегания определяется время подхода волн к различным пунктам на
берегу и делается оценка ожидаемой высоты цунами.
Гидрофизический метод прогноза основан на регистрации изменений уровня
моря при прохождении волн. Наблюдения за цунами ведутся специальными
морскими станциями на акватории Тихого океана.
Применение метода выглядит следующим образом. После землетрясения
центры предупреждения непрерывно собирают сведения о колебании уровня
моря со станций наблюдения. В случае образования цунами, волны, в первую
очередь, будут регистрироваться ближайшими от очага землетрясения
станциями. По высоте волн и месту их наблюдения определяется возможная
зона охвата побережья. В СПЦ России при удаленных землетрясениях до
поступления данных об изменении уровня моря из зарубежных центров
предупреждения первая оценка их цунамиопасности выполняется по карте с
пороговыми значениями интенсивности землетрясений. Затем прогноз
уточняется при получении данных о цунами в районе землетрясения. В
большинстве случаев оценка ожидаемой высоты на тихоокеанском побережье
России делается на основании исторических данных.
Принято считать, что гибель людей и материальный ущерб от цунами могут
возникнуть при высоте заплеска, начиная с 2 м. Оптимальные параметры
микроклимата в производственных Помещениях обеспечиваются системами
кондиционирования воздуха, а допустимые параметры. Поэтому, при
наблюдении в районе очага цунами высоты заплеска равного 12 м и более,
принимается окончательное решение об объявлении тревоги цунами.
Заблаговременность метода тем больше, чем дальше от эпицентра
землетрясения находится защищаемое побережье, и чем чаще сеть морских
станций Он применяется преимущественно при удаленных землетрясениях.
В основном оба метода работают совокупно. При возникновении землетрясения
в ближней зоне, предупреждение составляется на основе сейсмического метода
В дальнейшем он уточняется на основании наблюдений за уровнем моря
Насколько эффективно работает служба предупреждения России? С таким
критерием необходимо подходить ко всем службам, чья деятельность
направлена на сохранение человеческих жизней и материальных ценностей.
Такой анализ позволяет вырабатывать направления по совершенствованию
работы. Так, за период 1958-1980 гг. в ближней зоне произошло 70
землетрясений, по которым должны были быть объявлены тревоги цунами. Из
них фактически тревога объявлялась для 30 событий (43 процента случаев).
Среди 30 поданных тревог оправдавшимися (с высотой волн на берегу больше
0.5м) являются 10, в остальных случаях тревоги следует считать ложными. При
необъявленных тревогах (40 событий) в восьми случаях служба дала пропуски
цунами. В это количество не входят цунами, которые вызвали на побережье
ущерб Все они были предсказаны.
Основной причиной пропусков тревог является погрешность в определении
магнитуды, а появление ложных тревог - занижение пороговых значений
магнитуд по отдельным зонам. Все это указывает на необходимость
совершенствования сейсмического метода, которое должно заключаться в
уточнении пороговых значений магнитуд, повышении точности оперативной
оценки магнитуд и в привлечении дополнительных критериев цунамигенности,
в частности, глубины гипоцентра. Решение проблемы ложных тревог связывают
также с установкой регистраторов волн в открытом океане в районах, близких к
возникновению цунами.
Существующая служба России, кроме того, имеет существенные
организационно-технические недостатки. Это становится очевидным при
сравнении ее с соответствующими зарубежными службами.
В организационном плане службу необходимо сосредоточить в одном
ведомстве, что позволит повысить ее надежность, мобильно реагировать на
появление новых технических средств, вырабатывать направления развития и
реализовывать их.
Техническое совершенствование, главным образом, должно заключаться во
внедрении автономных телеметрических сейсмостанций, в достаточном
количестве их для решения задач сейсмического метода; во внедрении
автономных телеметрических береговых пунктов регистрации уровня моря; в
создании космических видов связи сбора сейсмической и гидрофизической
информации и доведения тревоги цунами до населения прибрежных районов; в
организации в центрах цунами автоматизированных комплексов по обработке
оперативной информации и выдаче тревоги цунами.
Выполнение этих мероприятий позволит значительно увеличить надежность
системы и уменьшить время доведения тревоги до населения.
Как видим, поле деятельности огромное. Все проблемы не решить разом. Повидимому, коренные изменения по совершенствованию службы возможны
одновременно с экономическим становлением нашей страны.
В настоящее время во всех региональных службах внедряется компьютерная
технология передачи тревоги по существующим телеграфным каналам связи.
Это начало, и будем надеяться на продолжение работ по автоматизации всего
технологического процесса служб предупреждения о цунами России.
Защита от цунами
Очевидно, что не существует надежного метода полной защиты от разрушений,
которые приносит цунами. В некоторой степени от разрушительных волн могут
защитить волноломы. Существует богатая литература, посвященная различным
видам волноломов для защиты от короткопериодных волн.
Нередко производственные нужды требуют строительства портовых
сооружений в таких местах, где воздействие цунами не исключено. А причалы и
вовсе располагаются на урезе воды. Цунамирайонирование побережий и работа
службы предупреждения способствуют снижению ущерба и оперативному
принятию мер по спасению жизни людей на таких объектах. Тем не менее,
большое значение приобретают дополнительные инженерные мероприятия. К
ним относится строительство волнозащитных гидротехнических сооружений и
применение цунамистойких конструкций. Не менее важны мероприятия такие,
как: лесопосадки, противопожарные меры, обеспечение безопасности судов и т.
д..
Согласно схем цунамирайонирования для строительства портов, более
предпочтительны широкие, защищенные от океана бухты с узкими входами, и
теневые, не обращенные к цунамигенной зоне стороны островов, полуостровов
и мысов. Неприемлемы для этих целей клинообразные бухты, устья рек,
суживающиеся от океана проливы.
При полном или частичном отсутствии природных защитных факторов строят
разнообразные волнозащитные сооружения: стены, дамбы, молы и волноломы.
Они гасят энергию волн и защищают от них акваторию и береговую
территорию.
Молы и волноломы должны быть, как правило, выше, чем запроектированные
для зашиты от ветровых волн. Специалисты считают, что строительство таких
сооружений, рассчитанных для гашения цунами с высотой более 12-15 м, не
экономично. Здесь они должны применяться в комплексе с береговыми стенами
и дамбами, которые выполняют роль окончательного гасителя волн.
Причальные сооружения по характеру взаимодействия с волнами бывают
сквозного типа и в виде набережных стенок. Рекомендации по обеспечению их
цунамистойкости следующие. Сооружения сквозного типа в большинстве
случаев бывают свайными, на колоннах или на опорах других конструкций. При
их строительстве без учета воздействия цунами срывается верхний настил с
повреждением головок сваи или колонн. Здесь необходимо головы свай
объединять рамным каркасом, по которому устраивать легкий настил. При
проектировании причалов типа набережных стенок необходимо учитывать
увеличение бокового давления засыпки, насыщенной водой. Возможно
удваивание обычного расчетного давления во время осушки дна акватории.
Береговые здания и сооружения различного назначения при прохождении
цунами подвергаются большим разрушениям. Построенные по всем правилам
сейсмостойкости, они переносят землетрясение, но не выдерживают
воздействия цунами, если оно не учтено.
Разрушающая способность водного потока на берегу огромна, как при
движении в сторону суши, так и при скатывании обратно в океан. Водяной вал
оказывает на здания горизонтальное гидродинамическое и гидростатическое
давление. Сочетание статического (архимедового) взвешивания с
гидродинамическим воздействием приводит к значительным разрушениям.
Здания железобетонные и со стальным каркасом переносят воздействие цунами
лучше, чем здания других конструкций. Для повышения устойчивости здания
его необходимо возводить на высоких сваях. Тогда водный поток полностью
или частично проходит под зданием, не создавая значительного напора на него.
Деревянные здания, вследствие избыточной плавучести дерева, наименее
стойки к цунами. Деревянные одноэтажные дома при глубине затопления 1.3 м
всплывают, а при глубине 1.5-2.0 м - разрушаются. Для усиления
цунамистойкости необходимо сруб деревянного здания прочно скреплять с
фундаментом. Последний желательно делать высоким, до уровня
предполагаемого затопления.
Считается, что совместное применение, там где это можно, лесопосадок и
гидротехнических сооружений является эффективным мероприятием для
защиты от цунами. Лесопосадки желательно применять при небольших высотах
волн и малых скоростях водного потока на берегу, так как при
катастрофическом цунами они сами подвержены разрушению. Практикуют
лесные, кустарниковые посадки, а также посевы трав. Эти мероприятия имеют
следующие назначения: уменьшение разрушающего действия цунами и ширины
полосы затопления; задержку бревен, малых судов, обломков сооружений,
которые таранящим ударом усиливают разрушения; защиту деятельного грунта
от размывов; снижение солевого загрязнения полей.
При сильных землетрясениях и цунами часто возникают пожары в результате
замыкания в электрических сетях и устройствах, повреждения систем
отопления, нарушения работы двигателей и т. д. Если на территории порта
находятся склады жидкого топлива, то пожары могут приобрести
продолжительный характер и трагические последствия. Так, 12 июля 1993 г. в
результате землетрясения и цунами в Японии на острове Окусири возникли
пожары. Огонь вспыхнул от столкновения судов, смытых цунами. Небольшой
городок Аонае почти полностью был уничтожен цунами и пожарами. Заметно
ухудшается экологическая обстановка в районе трагедии в результате сгорания
большого количества нефтепродуктов и их стекания в море.
В сейсмических и цунамиопасных районах можно отметить следующие
противопожарные и экологические мероприятия:
1. Размещение складов жидкого, газообразного и твердого топлива,
нефтеперерабатывающих предприятий вне грузовых районов портов и
городской застройки.
2. Строительство отдельных топливных гаваней, выдача жидкого топлива судам
на рейде с помощью подводных трубопроводов к рейдовым причалам или
раздаточным колонкам.
3. Неплотная застройка площади зданиями. Использование промежутков между
ними для размещения парковых зон, бульваров, дорог и т. д.
4. Устройство пожарных систем водоснабжения, специальных бассейнов для
воды и т. д.
5. Устройство по периметру цистерн защитных барьеров для предотвращения
стекания нефтепродуктов из поврежденных емкостей на сушу и в море.
При угрозе цунами часто страдают суда. Те, которые оказались в прибрежной
зоне, портах, бухтах, могут получить повреждения в результате удара о дно и
рифы. Суда у причалов, в результате обрыва швартовых, столкновения между
собой и с причалами, разрушаются. Иногда суда выбрасывает на берег.
На судах, с получением предупреждения о цунами, должна объявляться судовая
тревога и выполняться следующие мероприятия:
1. Суда, стоящие у причалов бухт с узким входом и большой акваторией, как,
например, в Авачинской бухте на Камчатке, выводятся на рейд, располагаясь
носом по направлению на вход в бухту. На тех, которые не могут отойти или
быть отведены от причалов, швартовые ослабевают с учетом возможного
максимального изменения уровня моря для данного района, усиливаются
наблюдения за швартовыми концами. Принимаются меры предосторожности
против посадки судов на стенку и сталкивания судов между собой.
2. Суда, находящиеся в прибрежной зоне, стоящие на открытом рейде или в
бухтах с широким входом, а тем более у причалов, немедленно уходят в
открытое море за 50-метровую изобату перпендикулярно линии уреза воды или
фронтам волн, если они появились.
Действия населения в период угрозы цунами
Служба цунами должна предупредить население о грозящей опасности, но
иногда время добегания волн настолько мало, что с получением сигнала
остается совсем мало времени для принятия решения. А некоторые населенные
пункты не имеют постоянной оперативной связи со службой предупреждения.
Поэтому в числе всех мероприятий по защите от цунами большое значение
имеет подготовка населения к действию по тревоге цунами. Для этой цели
должны проводиться учебные тревоги с отработкой мероприятий по эвакуации
в безопасные районы. Население также должно знать природу цунами, характер
воздействия волн на берег, естественные признаки цунами и свои действия при
угрозе волн.
Первым сигналом возможного цунами является сильное землетрясение 6 баллов
и более и следующие за ним необычные колебания уровня моря.
Считается, что между характером прихода первой волны и направлением
смешения дна существует связь. Если дно опускается, то проявление волны у
берега начинается с отлива, а если дно смешается вверх, то первой
распространяется приливная волна.
В некоторых случаях приход первой волны с прилива остается незамеченным и
обычно наблюдается уже отход воды от берега. При этом стихает шум прибоя,
дно обнажается на десятки и сотни метров. Чем дальше отходит вода от берега,
тем большей силы следует ожидать цунами.
На тихоокеанском побережье России подъем воды при прохождении цунами
может достигать 30-40 м над уровнем моря. На берегу замкнутой бухты эта
высота составляет 5 м.
Необходимо отметить, что, как правило, первая волна не бывает высокой.
Следующие за ней вторая и третья волны достигают наибольшей силы. Эта
закономерность несколько увеличивает резерв времени, необходимый для
эвакуации людей из опасных зон на побережье. Но для этого необходима
хорошая организация наблюдений за состоянием уровня моря при получении от
службы предупреждения о цунами сигнала тревоги или при ощущении сильного
землетрясения. Также следует помнить, что приход первой волны возможен
через 15-20 мин. после землетрясения, а промежуток времени между моментами
прихода волн может колебаться от 5 до 60 мин.
Как было сказано выше, цунами представляет серию волн. Поэтому не следует
возвращаться на берег после прихода первой волны ранее, чем через 3 часа.
Неосторожный выход в зону отлива для сбора рыбы или спасения имущества
может иметь трагические последствия, так как цунами накатывается на берег
внезапно и с большой скоростью.
Для жителей прибрежных районов Приморья первым признаком возможного
подхода цунами является землетрясение силой 2-3 балла. На берегу существует
реальная угроза для людей, находящихся на высоте ниже 5-10м над уровнем
моря или ниже 2 м над уровнем моря на берегу замкнутой бухты. Первую волну
следует ожидать в интервале времени 0.5-2.5 ч. после землетрясения.
Для жителей Сахалина первым признаком возможного подхода ощутимого
цунами может служить землетрясения силой 6 баллов и более. На берегу угроза
цунами существует для людей, находящихся на высоте 5 м над уровнем моря.
На побережье замкнутой бухты эта оценка составляет около 1 м. Минимальное
время пробега цунами после возникновения землетрясения равно 20-30 мин.
Памятка для жителей тихоокеанского побережья Камчатки и Курильских
островов.
Жителям тихоокеанского побережья Камчатки и Курильских островов, чаше и
сильнее всего подвергающимся воздействию цунами, необходимо знать:
1. Если вы живете, работаете или временно находитесь на побережье
ниже 30-40 м над уровнем моря или на берегу замкнутой бухты ниже 5 м
над уровнем моря, то для вашей жизни существует опасность.
2. Сигнал тревоги для вашего места жительства, работы
(радиотрансляция, уличная звукофикация, сирена и др.).
3. Признаки угрозы цунами:





сильное землетрясение силой 6 баллов и более;
внезапный быстрый отход воды от берега на значительное расстояние и
осушка дна, при этом смолкает шум прибоя. Чем дальше отступает
море, тем выше могут быть волны;
быстрое понижение уровня моря в прилив или повышение в отлив;
необычный дрейф льда и других плавающих предметов, образование
трещин в припае, появление мертвой рыбы;
громадные взбросы у кромок неподвижного льда и рифов образование
толчеи, течений, свечение моря.
4. План действий вашей семьи.
5. На случай эвакуации надо держать наготове фонарик, спички, немного еды и
запасную одежду вместе с документами, уложенные в рюкзак.
6. Как добраться до ближайшей безопасной местности.
7. В населенных пунктах силы гражданской обороны и другие спасательные
формирования будут стараться спасти вашу жизнь. Содействуйте им во
всем.
При непосредственной угрозе цунами необходимо помнить:
1. В населенных пунктах, при получении от службы предупреждения сигнала
тревоги, необходимо покинуть жилые и служебные помещения. Соблюдая
порядок, уйти из опасной зоны согласно плану эвакуации.
2. Если вы находитесь вне зоны слышимости предупреждения или в
труднодоступных районах побережья, то при обнаружении признаков угрозы
цунами следует помнить, что волны могут достичь берега через 15-20 мин
после начала землетрясения. За это время надо незамедлительно принять меры
зашиты:
- необходимо уйти от побережья в глубину суши на возвышенность, где высота
над уровнем моря составляет 30-40 м.
если вы находитесь на берегу замкнутой бухты, то эта высота должна быть
не менее 5 м,
- уходить от берега необходимо вверх по склонам, а не по долинам рек, так как
наиболее в глубь суши цунами проникает именно по рекам,
- при отсутствии поблизости возвышенности надо уйти от берега не менее
чем на 2-3 км.
3. Если в течение 1-2 ч после сильного землетрясения волна не обрушилась на
берег, то цунами, как правило, уже не угрожает.
4. Не следует возвращаться на берег после первой волны ранее, чем через 3 ч,
так как за первой волной обычно следуют другие, причем вторая и третья
волны достигают наибольшей силы.
Если в районе имеется система оповещения, ждите сигнала отбоя тревоги.
3.4.2 Наводнения
Наводнение представляет наиболее известное человеку по опыту стихийное
бедствие, значительно более распространенное и вызывающее наибольшее число
жертв по сравнению с другими экстремальными событиями.
Половодьем называют ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон
относительно длительное увеличение водоносности рек, сопровождающееся
повышением уровня. Паводок - сравнительно кратковременное и непереодическое
поднятие уровня воды. Следующие один за одним паводки могут образовать
половодье, а последнее - наводнение. Значительное затопление водой местности
в результате подъема уровня воды в реке, озере или море, вызываемое
различными причинами, называется наводнением. Наводнение - наиболее
распространенная природная опасность. Наводнение на реке происходит от
резкого возрастания количества воды вследствие таяния снега или ледников,
расположенных в ее бассейне, а также в результате выпадения обильных осадков.
Наводнения нередко вызываются загромождением русла льдом при ледоходе
(затор) или закупориванием русла внутренним льдом под неподвижным ледяным
покровом и образованием ледяной пробки (зажор). Наводнения нередко
возникают под действием ветров, нагоняющих воду с моря и вызывающих
повышение уровня за счет задержки в устье приносимой рекой воды. Эти
наводнения называются нагонными. Наводнения такого типа наблюдались в
дельте Невы (1824, 1924 гг.), в Голландии, в Англии, в Гамбурге и других регионах
земного шара. На морских побережьях и островах наводнения могут возникнуть в
результате затопления волной, образующейся при землетрясениях, извержениях
вулканов и т.д.
Наводнения могут происходить как на постоянных, так и временных водотоках, а
также в районах, где вообще нет определенных русел, например в засушливом
районе с ливневым типом осадков. Проблема приспособления человека к
наводнениям приобретает особенно сложный характер, потому что лишь немногие
бедствия могут нести добро и зло одновременно. Людей привлекают на поселение
в опасных в отношении наводнений районах сами особенности этого явления:
наличие воды и пойменные земли, в связи с чем возрастает возможность ущерба.
Поэтому не удивительно, что попытки разрешить конфликт между
необходимостью освоения прибрежных земель и неизбежными убытками
предпринимались на протяжении всей истории человечества. Даже в условиях
более примитивно организованных доиндустриальных обществ прибегали к
экологическим приспособлениям к наводнениям. В числе известных
приспособлений крестьянских общин к периодическим наводнениям —
традиционные формы земледелия в низовьях Нила, ныне изменившиеся в связи с
сооружением высотной Асуанской плотины, и хуторская система рисоводства в
низовьях Меконга, которая в результате существования мероприятий по борьбе с
наводнениями в бассейне Меконга со временем изменится. Другой подобный
пример — население равнины Баротсе на северо-западе Замбии. Его
организованная реакция на ежегодные сезонные затопления прибрежных
территорий в верховьях р. Замбези — срединной области, в которой проживают
баротсе, — состоит в миграции населения на возвышенные участки. Социальноэкономические изменения в таких обществах при их индустриализации,
несомненно, приведут к увеличению ущерба от наводнений. Такое привычное
приспособление, как миграция, выпадет из числа доступных альтернатив.
Реализации других возможных приспособлений может воспрепятствовать
отсутствие знаний, технических и (или) материальных средств.
В индустриальных обществах XX столетия широко укоренилась концепция
многоцелевого использования речных бассейнов (United Nations, 1969), согласно
которой уменьшение ущерба от наводнений должно сочетаться с планированием
рационального водопользования.
Наводнения угрожают почти 3/4 земной суши. По данным ЮНЕСКО, от речных
наводнений за 20 лет погибло около 200 000 чел. Считается, что опасным уже
является слой воды до 1 м, со скоростью потока более 1 м/с. Подъем воды на 3
метра приводит к разрушению домов. Наводнения приносят большой
материальный ущерб. Сильнейшее наводнение произошло примерно 5600 лет
назад в долине Тигра и Евфрата в Месопотамии, что нашло отражение в Библии
как “Всемирный потоп”. В 1953 г. произошло сильное наводнение в Голландии уровень воды достиг 4.6 м. Защитные сооружения не выдержали. Погибло более
18000 чел. Катастрофические подъемы воды в Темзе происходили многократно за
время существования Лондона и сопровождались человеческими жертвами.
Острова дельты Невы, на которых был основан Санкт-Петербург, с 1703 г. более
260 раз заливались водой. Сильное наводнение случилось 7 ноября 1824 г. Вода
поднялась на 4.21 м. выше уровня Балтийского моря. Было разрушено более 3
тыс. домов и строений, погибло около 600 человек. Наводнение возникает из-за
того , что Нева не может пробиться к морю и течет вспять.
Короче говоря, опасность наводнений носит глобальный характер и при
соответствующем сочетании факторов наблюдается всегда в период выпадения
осадков. При этом характер выпадения осадков может быть различным: от
равномерного и повсеместного до спорадического и весьма локализованного.
Приспособления к этому стихийному бедствию должны зависеть как от
пространственных его особенностей, так и случайного во времени характера. К
тому же должны учитываться интересы рационального использования пойменных
земель и русел рек.
Таблица 1
Крупнейшие наводнения на Земном шаре (по 1972 г.).
Дата
Место
Число жертв
Материальный ущерб
Июнь 1972 г.
Восток США
Свыше 100
2 млрд. долл.
Июнь 1972 г.
Рапид-Сити, Южная Дакота
215
100 млн. долл.
11—23 мая 1970 г.
Орадя, Румыния
200
Пострадало 225 населе
пунктов
25—29 января 1969
г.
Юг Калифорнии
95
4 июля 1969 г.
Юг Мичигана и север Огайо
33
23 августа 1969 г.
Виржиния
100
29—31 мая 1968 г.
Север Нью-Джерси
8
140 млн. долл.
8—14 августа 1968 г. Гуджарат, Индия
1000
Январь—март 1967
г.
Штаты Рио-де-Жанейро и
Сан- Паулу
Свыше 600
26 ноября 1967 г.
Лиссабон
457
11—13 ноября 1966
г.
Рио-де-Жанейро
300
3—4 ноября 1966 г.
Долина реки Арно, Италия
113
18—19 июня 1965 г.
Юго-запад США
27
8—9 июня 1964 г.
Север Монтаны
36
Декабрь 1964 г.
Запад США
45
9 октября 1963 г.
Беллу но, Италия
Свыше 2000
14—15 ноября 1963
г.
Гаити
500
27 сентября 1962 г.
Барселона
Свыше 470
31 декабря 1962 г.
Север Европы
Свыше 309
Май 1961 г.
Центральные районы запада 25
США
2 декабря 1959 г.
Фрежюс, Франция
412
Разрушена плотина Ма
4 октября 1955 г.
Пакистан и Индия
1700
Убытки в 63 млн. долл
затопления 5,6 млн. ак
посевных земель
1 августа 1954 г.
Область Казвин, Иран
Свыше 2000
31 января— 1
февраля 1953 г.
Северная Европа
Свыше 2000
Опустошены прибрежн
2—19 июля 1951 г.
Канзас и Миссури
41
200 тыс. жителей лиши
крова, 1 млрд. долл.
28 августа 1951 г.
Манчжурия
Свыше 5000
14 августа 1950 г.
Провинция Аньхой, КНР
500
Лишились крова 10 мл
5 млн. акров затоплено
1юль—август 1939 г. Тяньцзинь, Китай
1000
Миллионы людей лиши
13 марта 1928 г.
450
Разрушена плотина в С
Франсис
Санта-Паула, Калифорния
15—27 марта 1913 г. Огайо и Индиана
700
1911 г.
100000
Р. Янцзы, Китай
Уничтожены сокровищ
во Флоренции и других
Перелив воды через да
80 млн. долл.
1903 г.
Хепнер, Орегон
Свыше 250
Город разрушен
11 мая 1889 г.
Джонстаун, Пенсильвания
Свыше 2000
1887 г.
Хэнань, Китай
Свыше 900000 Разлилась Желтая река
уничтожены многочисл
населенные пункты
1642 г.
Китай
300000
Ущерб от наводнений
С точки зрения происхождения, продолжительности, интенсивности, времени
наступления, величины стока, глубины затопления и сезонных особенностей типы
наводнений настолько разнообразны, что описать ущерб от наводнений можно
лишь в самых общих чертах. Размеры фактического и возможного ущерба в любом
подверженном наводнениям районе в значительной мере определяются
характером землепользования и стадией экономического развития, а также его
физико-географическими особенностями. Представляется также, что существует
обратная зависимость между имущественным ущербом в денежном его выражении
и числом жертв. Общества, которым есть что терять в смысле строительных
сооружений, инженерных сетей, транспортных средств и т. п., обычно
располагают и научно-техническими средствами для обеспечения мониторинга,
оповещений, эвакуации населения и ремонтно-восстановительных работ, а это все
способствует сокращению числа жертв. Напротив, доиндустриальные общества,
особенно с плотным сельским населением, несут менее значительные
имущественные потери, но не имеют необходимых средств для осуществления
предупредительных мероприятий и спасения людей.
Несомненно, что главный причиняющий ущерб агент — сама вода,
переполняющая русло и затопляющая земли, хозяйственно-бытовые сооружения,
здания, линии коммуникаций, дороги, технику, посевы и готовые изделия, в
отношении которых вовсе не предусматривалось, что они будут работать в воде
или противостоять ее действию. Кроме того, причиняющим прямой или косвенный
ущерб агентом является большая скорость текущей воды. В последнем случае
влекомые водой обломки представляют опасность для людей, таранят постройки,
уничтожают материальные ценности. Речные наносы, переносимые водой и
откладывающиеся на местности при отступлении воды, действуют как
дополнительные, наносящие ущерб агенты.
Различают прямой и косвенный (первичный и вторичный) ущербы. Такая
классификация полезна при различных оценках прибылей от осуществления той
или иной программы борьбы с убытками. Жертвы среди населения — наиболее
трагический и, безусловно, легче всего выделяемый прямой результат
наводнений. В сельских районах особенно велики убытки вследствие гибели скота.
Причина ущерба в сельскохозяйственных районах — затопление земли,
сопровождающееся эрозией и гибелью посевов. Именно в этих случаях особенно
большое значение имеет сезон наводнений. Вода повреждает
сельскохозяйственный инвентарь, складские материалы (семена, удобрения,
корма), выводит из строя ирригационные системы и другие источники
водоснабжения, разрушает дороги.
Вода наносит ущерб различному городскому имуществу, включающему постройки
всех типов, общественные учреждения, инженерные сети, транспорт, речное
хозяйство и открытые пространства. Техника, промышленные изделия,
оборудование различных предприятий, домашняя мебель—все это повреждается
водой, а также влекомыми ею обломками и илом.
Косвенные убытки обычно связывают с последствиями для здоровья людей и
общего благосостояния, хотя при этом следует учитывать и такие ценности, как
живописность ландшафта, рекреационные возможности и сохранение уголков
девственной природы. Нормальная деятельность санитарных служб весьма
осложняется вследствие повреждения транспортных средств и инженерных сетей,
особенно водопровода. В результате наводнения появляется возможность
заражения и загрязнения местности, вспышек эпизоотии и заболачивания
территории, что ведет к увеличению заболеваемости. Наводнение влияет на
снабжение продовольствием и состояние жилья и тем самым отрицательно
сказывается на здоровье населения. С другой стороны, неотложная помощь
населению пострадавших районов могла бы способствовать улучшению
санитарно-гигиенических условий и снабжению продовольствием по сравнению с
обычным их состоянием в некоторых обществах, в той или иной мере несущих
прямые и косвенные убытки.
Наводнения угрожают почти 3/4 земной суши. По данным ЮНЕСКО, от речных
наводнений за 20 лет погибло около 200 000 чел. Считается, что опасным уже
является слой воды до 1 м, со скоростью потока более 1 м/с. Подъем воды на 3
метра приводит к разрушению домов. Наводнения приносят большой
материальный ущерб. Сильнейшее наводнение произошло примерно 5600 лет
назад в долине Тигра и Евфрата в Месопотамии, что нашло отражение в Библии
как “Всемирный потоп”. В 1953 г. произошло сильное наводнение в Голландии уровень воды достиг 4.6 м. Защитные сооружения не выдержали. Погибло более
18000 чел. Катастрофические подъемы воды в Темзе происходили многократно за
время существования Лондона и сопровождались человеческими жертвами.
Острова дельты Невы, на которых был основан Санкт-Петербург, с 1703 г. более
260 раз заливались водой. Сильное наводнение случилось 7 ноября 1824 г. Вода
поднялась на 4.21 м. выше уровня Балтийского моря. Было разрушено более 3
тыс. домов и строений, погибло около 600 человек. Наводнение возникает из-за
того , что Нева не может пробиться к морю и течет вспять.
Но ветер не единственная причина наводнений. Иногда и при полном безветрии
бывали наводнения. Причиной их были длинные волны, возникающие в море под
влиянием циклонов. При одновременном действии всех возможных факторов
подъем уровня воды в дельте Невы может достичь 550 см. Гибель людей во время
наводнений, огромный материальный ущерб, приносимый ими, заставляют людей
изучать эти явления и изыскивать способы защиты от них. Наводнения делят на 4
категории: низкие, высокие, выдающиеся и катастрофические. Частота
наводнений различна в разных регионах. Низкие наводнения повторяются через
5-10 лет, высокие - через 20-25 лет, выдающиеся - через 50-100 лет,
катастрофические - не чаще одного раза в 100-200 лет. Продолжительность
наводнения - от нескольких до 80-90 дней.
Эффективность систем прогнозирования и
оповещения
Возможность предсказания наводнения ограничена отрезком; времени, в течение
которого складываются гидрологические условия, необходимые для наступления
наводнения. Для предсказания наводнения необходима информация о
наблюдающихся гидрологических условиях, таких, как осадки, уровень воды в
реке, запас воды (в снежном покрове), температура воздуха и состояние почвы на
всем водосборе, а также сводки и прогнозы погоды.
В верховьях бассейна прогноз максимального уровня воды и времени его
установления представляет единственную информацию для осуществления
эффективных приспособлений, поскольку в связи, со сравнительно высокой
скоростью , подъема и падения уровня воды продолжительность наводнения
оказывается незначительной. В низовьях крупных рек, где подъем и спад воды
происходят медленнее, важно предсказать моменты времени, в которые при
подъеме и спаде воды будут достигнуты различные критические уровни.
Надежность прогнозов для низовьев крупных речных систем обычно выше, чем
для их верховьев.
Заблаговременность прогноза времени максимального подъема уровня воды или
переполнения русла может колебаться от нескольких минут в условиях ливневых
осадков до нескольких часов на малых водосборах в верховьях рек и нескольких
суток в низовьях крупных рек. Как и в случае прогноза, заблаговременность и
надежность оповещения возрастает по мере движения вниз по реке при условии
наличия необходимых сведений о ходе наводнения на вышерасположенных по
реке участках.
Из этого следует, что объем необходимой информации, сеть наблюдений для ее
получения, техническая экспертиза при ее интерпретации и система связи,
предполагающая своевременное предоставление информации потенциальным
жертвам наводнения, таковы, что создание надлежащей службы во многих
развивающихся странах оказывается невозможным. Всемирная метеорологическая
организация при ООН при помощи Мировой службы погоды (World Weather Watch)
и Глобальной системы обработки данных (Global Data Processing System) надеется
скоординировать усилия для улучшения прогноза. В одном из сообщений
(Милюков, 1969) отмечается, что количественные прогнозы осадков за 24—48
часов осуществляются в ряде районов земного шара — в Австралии, Гонконге,
Индии, Иране, Камбодже, Канаде, Мавритании, Норвегии, Пакистане, Родезии,
Румынии, СССР, США, Филиппинах, Франции, ФРГ, Чехословакии, Швеции и
Японии. Прогнозы осадков для гидрологических целей составляются в Австралии,
Индии, Иране, Канаде, России, США, Франции, ФРГ и Японии. Большинство
развивающихся стран вынуждено полагаться на гораздо более скудные данные,
чем нужно для прогноза и оповещения, что в свою очередь снижает
эффективность их учета для предупреждения убытков от наводнений.
Защита от наводнений.
Защита людей в условиях наводнений включает оповещение, эвакуацию и другие
мероприятия в соответствии с планами борьбы с наводнениями и защиты
населения. Наиболее эффективный способ борьбы с речными наводнениями регулирование речного стока путем создания водохранилищ.
Принятие любой группой распорядителей тех или иных решений, составляющих
программу уменьшения ущерба от наводнений, связано с оценкой сравнительных
выгод того или иного возможного приспособления или их комбинации. Если
трудно оценить ущерб от наводнения, то предсказать ущерб при тех или иных
допущениях о реакциях разного рода еще сложнее.
Предложены методы, позволяющие вычислить максимальное уменьшение ущерба
и минимальные издержки в определенных ситуациях (White, 1964; Burton, 1969).
Такие методы могут стать дополнительным средством планирования в тех случаях,
когда пойма осваивается не столь интенсивно, как в некоторых индустриальных
странах, либо когда в этом нет необходимости. Некоторые из этих методов важны
ввиду того обстоятельства, что позволяют наиболее эффективно распределять
скромные ресурсы, будь то строительные материалы, рабочая сила или денежные
средства.
В настоящее время измерить сравнительный вклад каждого возможного
приспособления в уменьшение потенциального ущерба можно лишь весьма
приблизительно. Такое измерение осложняется тем, что отдельно взятые
сооружения, обеспечивающие 100%-ную безопасность при любом возможном
наводнении, обеспечат 100%-ное сокращение потерь, хотя издержки по созданию
такой защиты, видимо, будут неприемлемыми. Подобная степень безопасности
весьма маловероятна как по причине стоимости сооружений, так и из-за
несовершенства знаний о возможных наводнениях. В зависимости от размера
наводнения и характера построек снижение ущерба, наносимого им наводнением,
может составлять от 40 до 100%.
Из сведений о мелиорации водосборов невозможно получить определенные
выводы о снижении ущерба, а данных, связанных с модификацией погоды, не
имеется. Регулирование и изменение землепользования могут обеспечить даже
90%-ное сокращение ущерба в зависимости от эффективности решений и темпов
их осуществления.
Данные по одному из городов в США (White, 1964) показывают, что даже
минимальная гидроизоляция современных построек в случае частых, но
неглубоких затоплений оказывается весьма эффективной, обеспечивая снижение
ущерба на 60—85%. Строительные проекты должны предусматривать
гидрозащиту при высоком уровне и скорости затопления.
Спасательные мероприятия при чрезвычайных обстоятельствах наиболее
эффективны в районах, наводнения в которых характеризуются продолжительным
отрезком времени от начала до пика наводнения, частой повторяемостью,
невысоким уровнем подъема воды и малой продолжительностью затопления и
низкими скоростями течения. При наличии в районах с такими условиями
соответствующих средств оповещения, персонала и техники спасательные
мероприятия в чрезвычайных обстоятельствах могут обеспечить снижение ущерба
на 15—25%. Более вероятна величина 5—10%. “Соответствующая” система
оповещения представляется совершенно необходимым условием существования
сообществ, подвергающихся наводнениям, хотя создание хорошей системы —
дело непростое и требует значительных затрат. Часть издержек связана с
организацией метеослужбы и сети коммуникаций. Даже при наличии прекрасной
сети информации о природном явлении могут возникать трудности при доведении
этой информации до лиц, которые должны принимать решения о
приспособлениях.
Среди факторов, определяющих неоптимальный характер работы системы
оповещения, можно назвать следующие:
1. Нежелание властей давать ложные тревоги.
2. Отсутствие средств связи для передачи оповещений (радио, телефонов и т.
п.) по той причине, что сообщества и отдельные жители не могут позволить
себе иметь такие средства.
3. Неверие людей в опасность далеких (и необязательных) событий (ураганы,
наводнение).
4. Неправильное толкование оповещений, особенно если некоторые из них
противоречивы или неполны.
5. Неспособность дать точную информацию о том, что следует делать
получателям оповещений.
6. Невозможность оповестить достаточно заблаговременно (до начала
эвакуации).
7. Отрицательный эффект сигналов оповещения, вносящих элементы паники,
что сводит на нет преимущества системы.
Страхование от наводнений и списания налогов растягивают бремя убытков во
времени и переносят значительную их часть на остальную часть общества, но не
уменьшают этот ущерб.
На рис. 1 показана образцовая организация работы во время наводнения в
Шрусбери (Великобритания), который находится на реке Северн примерно а 250
км от Лондона.
Рис. 1. Схема оповещения и план мероприятий при наводнении в Шрусбери.
Для защиты от наводнений строятся специальные защитные сооружения. В дельте
Невы строится защитный комплекс длиной более 25 км. В конструкции
предусмотрены судопропускные и водопропускные сооружения, каменно-земляные
дамбы, возвышающиеся над гладью залива на 8 м. При угрозе наводнения мощное
сооружение из стали и бетона по команде диспетчера наглухо закроет акваторию,
преградив путь длинной волне к городу.
План защитных сооружений и Невской губы.
Действия населения при наводнении
Самым эффективным способом защиты от наводнения является эвакуация. Перед
эвакуацией необходимо отключить в домах электроэнергию, газ, воду; взять запас
продуктов, медикаментов, документы и убыть по указанному маршруту. При
внезапном наводнении надо срочно покинуть дом и занять ближайшее безопасное
(возвышенное) место, вывесив сигнальное белое или цветное полотнище.
После спада воды при возвращении домой необходимо соблюдать меры
безопасности:
-не соприкасаться с электропроводкой;
-не использовать продукты питания, попавшие в воду;
-не включать без соответствующей проверки газ.
При входе в дом провести проветривание.
3.4.3 Экстремальные ледовые условия и обледение судов
Экстремальные ледовые условия и обледение судов.
Часто экстремальное развитие ледовых условий на замерзающих акваториях
морей и океанов могут принести существенный экономический урон, а в ряде
случаев - и человеческие жертвы. Например, в 1987 г. в Охотском море более
200 судов добывающего флота попали в ледовый плен в районе западной
Камчатки. Это сопровождалось авариями винтов, корпусов судна,
непроизводительными затратами времени и т.д.
Дальневосточные (Японское, Охотское, Берингово) моря относятся к морям
имеющим сезонный ледяной покров.
Рис. 33. Сезонное распределение экстремально малой (1), экстремально
большой (2) и средней (3) многолетней ледовитости дальневосточных морей
Японское море.
По ледовым условиям Японское море можно разделить на 3 района: Татарский
пролив, район от м. Поворотного до м. Белкина и залив Петра Великого,
причем, в зимний период постоянно лед наблюдается только в Татарском
проливе и заливе Петра Великого, на остальной акватории лед, за исключением
закрытых бухт и заливов, наблюдается не всегда. Самым холодным районом
является Татарский пролив, где в зимний период формируется и локализуется
более 90% всего льда, наблюдаемого в Японском море. По многолетним данным
продолжительность периода со льдом в заливе Петра Великого составляет
около 120 дней, а в Татарском проливе в силу его большой меридиональной
протяженности, - от 40 - 80 дней в южной части пролива до 140-170 дней в
северной его части.
Первое появление льда повсеместно наблюдается в вершинах бухт и заливов,
закрытых от ветра, волнения и имеющих опресненный поверхностный слой. В
умеренные зимы в заливе Петра Великого первое появление льда обычно
наступает во второй декаде ноября. В Татарском проливе в вершинах заливов
Советская Гавань, Чихачева и проливе Невельского первичные формы льда
наблюдаются уже в начале ноября. Раннее ледообразование в заливе Петра
Великого (Амурский залив) наступает в начале ноября, в Татарском проливе во второй половине октября. Позднее - в конце ноября. В начале декабря
развитие ледяного покрова вдоль о. Сахалин происходит быстрее, чем вблизи
материкового берега и соответственно в восточной части Татарского пролива в
это время льда больше, чем в западной. К концу декабря количество льда в
восточной и западной частях выравнивается, и после достижения параллели м.
Сюркум направление кромки меняется: смещение ее вдоль сахалинского берега
замедляется, а вдоль материкового - активизируется. В начале января лед
заполняет всю северную часть Татарского пролива примерно до широты м.
Ламанон. В Японском море ледяной покров достигает максимального развития
в середине февраля, рис.1. В среднем льдом покрывается около 52% площади
Татарского пролива и 56% площади залива Петра Великого. В Татарском
проливе абсолютный максимум ледовитости (86.8%) был зафиксирован в зиму
1950-51 гг. В заливе Петра Великого этот максимум пришелся на зиму 1969-70
гг. (95% от площади залива). Минимум ледовитости в Японском море
зафиксирован в 1991 г (23.7%).
Таяние льда обычно начинается в первой половине марта. В середине марта от
дрейфующего льда очищаются открытые районы залива Петра Великого и все
приморское побережье до м. Золотой. Граница ледяного покрова в Татарском
проливе отступает на северо-запад. В восточной части пролива происходит
очищение от льда. Раннее очищение Японского моря от льда наступает во
второй декаде апреля, позднее - в конце мая - начале июня (приложение).
Несмотря на относительно небольшую площадь, занимаемую льдом в Японском
море, сплоченность, возраст и формы льда отличаются значительным
пространственно-временным разнообразием. Например, при сильных и
продолжительных западных и северо-западных ветрах, происходит вынос льда в
центральную и восточную часть Татарского пролива. Одновременно вдоль
западного побережья образуется полынья шириной до 5-10 миль, где, в свою
очередь, происходит интенсивное продуцирование начальных видов льда. При
продолжительных штормах с ветрами северных направлений происходит
разрежение, а при южных ветрах - сплочение льда в центральной части пролива,
приводящее к смещению кромки льда на север.
В заливе Петра Великого к середине декабря, в восточных и северных частях
Амурского и Уссурийского заливов, а также в заливе Посьет преобладают зоны
льда сплоченностью 7-9 балов. В бухтах и заливах центрального Приморья
сплоченность льда не превышает 6 баллов, и только в бухте Преображения и
гавани Тихая Пристань сплоченность льда может достигать 9-10 баллов.
Распределение возрастных видов льда имеет свои закономерности. В самой
северной части пролива, как правило, наблюдается зона серого льда с
преобладающей сплоченностью 9 баллов. Южнее ее располагается массив
сплоченного серо-белого и тонкого однолетнего льда. В прикромочной зоне
шириной 10-15 миль преобладает битый серо-белый лед. В мягкие зимы более
тяжелый лед скапливается у западного и юго-западного побережья, а в зимы,
близкие к норме, - концентрируется вдоль сахалинского берега. Ледовитым
зимам соответствует широтное распределение возрастных зон льда: от пролива
Невельского молодой лед постепенно переходит в более старые виды и только
вблизи ледовой кромки повторяемость молодого льда вновь увеличивается.
В январе-феврале Амурский и Уссурийский заливы в основном заполнены
серым и серо-белым льдом сплоченностью 7-9 баллов. Понижение температуры
способствует смерзанию малых форм льда в поля сморози, которые, начиная с
января, встречаются по всей акватории Амурского и Уссурийского заливов.
Весной в результате интенсивного таяния сплоченность льда быстро
уменьшается, исчезают молодые виды льда и увеличивается процентное
содержание более старого льда. В середине марта сплоченный лед можно
встретить только в северной половине Амурского и восточных районах
Уссурийского заливов. За одну - две декады до окончательного очищения
сплоченность льда повсеместно уменьшается до 1-3-х баллов.
Торосистость ледяного покрова в различных районах Японского моря имеет
существенных различия. В центральных частях Амурского и Уссурийского
заливов торосистость льдов невелика и редко достигает 2-х баллов. Лишь у г.
Владивостока в прибрежной полосе шириной 0.5-1.5 мили изредка отмечалась
торосистость льда до 4 баллов. В северо-западной части Татарского пролива
обычно наблюдается ровный молодой лед. К югу и юго-востоку в зоне
преобладающего серо-белого льда встречаются хаотически расположенные
торосистые образования, занимающие от 10 до 30% поверхности льда. На
участках с преобладающим тонким однолетним льдом торосистость в среднем
составляет 2 балла и лишь вблизи мыса Сюркум,. в отдельных случаях она
может достигать величины 4-5 балла.
Снежный покров на льду Японского моря невелик, но является важным
маскирующим фактором возраста льда. На образовавшийся ледяной покров
преимущественно выпадает незначительное количество осадков в виде снега,
толщина которого на ровных участках в заливе Петра Великого редко
превышает 5 см, а в Татарском проливе - 19 см. На торосистых участках снег
задерживается, образуя сугробы высотой до 100 см. В заливе Петра Великого и
до 200 см. - в Татарском проливе.
Сжатие во льдах, происходит при сплоченности 9-10 баллов, приводя к резкому
ухудшению условий плавания и часто оказываются причиной вынужденной
стоянки судов. В ледяном покрове сжатия происходят в основном под
воздействием ветра и приливных явлений. Различают два типа сжатий:


непереодические - обусловленные взаимодействием ледяных массивов с
препятствием (побережье, припай) или между собой и вызываемые
действием ветра;
периодические - обусловленные приливо-отливными явлениями.
В Татарском проливе приливные сжатия, затрудняющие морские операции на
акватории, наблюдаются с января по апрель.
Наиболее опасные сжатия - ветровые - особенно если они происходят у берегов
или в 10-ти бальном льду. При меньшей сплоченности значительная доля
энергии ветра затрачивается на “сгущение” льда до предельной сплоченности
(10 баллов) и результирующие сжатия оказываются невелики. Направление зон
ветровых сжатий в основном согласуются с направлением результирующего
ветра. Ветровых сжатий могут радикально изменить ледовую обстановку в
районе, так при ветровых сжатиях (ветер 10-12 м/c) канал шириной около 20 м
закрывается льдом уже через 30 секунд.
Судоводителям необходимо знать характерные особенности сжатия льдов и
представлять обстановку при которой вероятность сжатия наиболее велика:



наиболее сильные сжатия фиксируются во время прохождения глубоких
циклонов через район плавания;
увеличение интенсивности сжатия происходят при резкой (до 90°)
перемене направления ветра;
очень сильные сжатия (3 балла) имеют, как правило, незначительную
продолжительность (1-3 часа).
Наибольшая повторяемость сжатий наблюдается на участке мыс Красный
партизан- мыс Датта и преимущественно при северных ветрах. Для открытой
части пролива максимальная повторяемость сжатий приходится на район между
50°10’ и 51° с.ш. Величина сжатий в мористой части пролива обычно не
превышает 1-2 баллов. У побережья сжатия более выражены и их
интенсивность возрастает до 2-3 баллов.
В заливе Петра Великого приливы незначительные и их влияние на
деформационные особенности ледяного покрова незначительны. Возможны
ветровые сжатия, которые обычно отмечаются у мысов при сильных ветрах по
нормали к берегу. Чаще всего они фиксируются после взлома припая.
При ветрах западных или восточных направлений (отжимные ветра) между
припаем или берегом и дрейфующим льдом часто образуются зоны чистой воды
значительных размеров (полыньи). Эти полыньи используются при плавание в
порты Ванино, Углегорск, Ильинск, Де-Кастри, Устойчивость полыней целиком
зависит от устойчивости отжимных ветров. Высокая повторяемость наличия
полыньи в течение зимы (60% и более) прослеживается в районе мыс Песчаный
- мыс Датта.
Генеральное направление дрейфа льда в Татарском проливе ориентировано с
севера на юг и совпадает с осью пролива. Изменчивость дрейфа в значительной
мере обусловлена изменчивостью ветрового режима. При слабых ветрах
доминирующей становится приливная составляющая дрейфа. Средняя скорость
дрейфа (район вблизи п. Ванино) равна 0.263 м/с. Максимальные скорости
дрейфа наблюдаются при ветрах северных румбов. При этих же направлениях
ветра отмечается и максимальная изменчивость дрейфа.
Охотское море.
Средняя продолжительность периода с отрицательными температурами
составляет около 215 дней на севере и 150 дней - на юге моря.
Средняя продолжительность ледового периода в море около 250 дней. В
суровые зимы ледовый период может продолжаться около 290 дней в году.
У северного Сахалина, в районах северного побережья моря средняя
продолжительность ледового периода составляет около 190-200 дней. На юге
моря эти сроки уменьшаются до 110-120 дней.
Первый лед появляется во второй половине октября в некоторых закрытых
бухтах северной части Охотского моря. В конце октября-начале ноября
наблюдается устойчивое ледообразование в Амурском лимане, Удской губе,
заливах Академии и Тугурском. Затем лед образуется во всех бухтах северного
побережья моря. Декабрь-январь характерны интенсивным развитием ледяного
покрова в северной и западной частях моря. В это время льдом перекрываются
все трассы на подходах к портам, за исключением пролива Лаперуза, последний
обычно заполняется льдом в начале февраля. Максимум распространения
ледяного покрова наступает в первой половине марта. К этому времени чистая
вода обычно сохраняется лишь в юго-восточной части моря. В среднем льдом
покрывается около 77% площади Охотского моря. Абсолютный максимум
ледовитости (97%) был зафиксирован в зиму 1967г. Минимум ледовитости
(57.1%) выпал на зиму 1984 г.
Начиная с апреля, кромка льда смещается к северу, общая ледовитость моря
сокращается. К середине мая от льда очищается более половины площади моря.
В июне встречаются отдельные пятна льда у северо-восточного Сахалина
вблизи Шантарских островов, вокруг п-ова Лисянского, в Ямской и
Пенжинской губах. Окончательное очищение моря от льда происходит обычно
в июле, но после экстремально суровых и ледовитых зим возможно смещение
срока полного очищения моря до конца августа-начала сентября (приложение).
К концу ноября - началу декабря с усилением выхолаживания в северозападных районах моря формируются пятна льда сплоченностью 9-10 баллов. В
период максимального развития ледяного покрова (март) сплоченный лед
занимает около 80% площади моря. Лед сплоченностью 10 баллов наблюдается
в это время на юге залива Терпения, у северного Сахалина, на северо-западе
моря и в заливе Шелихова. Восточнее этой зоны сплошного льда обычно
примыкает участок со сплоченностью 7 баллов и более. В юго-восточной части
моря, в прикромочной полосе распространен лед сплоченностью 6 баллов и
менее.
Весной полоса разреженного льда начинает увеличиваться и к концу мая началу июня сплоченность ледяного покрова в среднем составляет 6-8 баллов, а
у кромки - 1-3 балла. Однако в районе Шантарских островов сохраняется лед
сплоченностью 9-10 баллов.
Начальные виды льда (сало, шуга, темный нилас, блинчатый лед) в Охотском
море под воздействием ветра, приливных явлений и температуры воздуха
превращаются в светлый нилас и серый лед, который в середине ноября
переходит в стадию серо-белого (в Амурском лимане и в Пенжинской губе). В
декабре в этих районах появляется белый лед. Зона серо-белого льда с наличием
белого формируется также в районе Сахалинского залива. В конце декабря эти
два района покрываются тонким однолетним льдом, который в силу
динамических и термических факторов распространяется в южные районы
моря. В середине февраля сахалинский массив с преобладающим белым льдом
доходит до о.Хоккайдо, закрывая с востока выход из пролива Лаперуза. Массив
белого льда Пенжинской губы смещается в юго-западном направлении и в
марте соединяется с сахалинским массивом белого льда. Наиболее тяжелая
ледовая обстановка складывается в Сахалинском заливе, к югу от Шантарских
островов и в Ямской губе. Однако массивы “тяжелого” льда в этих районах не
являются однородными. Они состоят из “пятен” льда повышенной
сплоченности, возрастных характеристик и наиболее крупных для данного
периода времени размеров льдин, которые разделяются зонами льда
пониженной сплоченности или зонами битого льда. Именно по этим зонам и
возможно осуществление движения судов попавших в массив льда. В районе,
прилегающем к побережью западной Камчатки, в Гижигинской губе и заливе
Терпения в силу отжимных ветров преобладают молодые виды льда на
протяжении всей зимы. В апреле молодой лед быстро исчезает, и в мае в море
преобладает белый лед, который встречается вплоть до полного разрушения и
очищения.
Преобладающие осенью первичные формы льда по мере эволюции развиваются
и образуют поля, которые ломаются, продуцируя более мелкие формы, а также
подвергаются смерзанию, формируя поля сморози. В Амурском лимане,
Сахалинском заливе и вокруг Шантарских островов уже в середине декабря
преобладают поля сморози из белого и серо-белого льда. В период с января по
март количество ледяных полей в море увеличивается. В феврале в северозападной части моря могут встречаться обширные ледяные поля (размером до
10 км). Битые льды встречаются лишь вблизи кромки. В апреле интенсивное
разрушение льда приводит к увеличению количества битых льдов, а в мае
ледяные поля обычно встречаются лишь в Сахалинском заливе и у Шантарских
островов. В июне в Охотском море преобладает мелкобитый и тертый лед.
Торошение льда в Охотском море происходит под совокупным влиянием ветра,
приливных явлений и течений. Штормовой ветер вызывается глубокими
циклонами, заходящими в Охотское море с юга, вследствие чего такой вид
торошения наиболее характерен для южной и восточной частей моря.
Торошение под воздействием приливных явлений наиболее выражено для
Пенжинской губы и акваторий, прилегающих к Сахалинскому заливу. Однако
наиболее сильные процессы торошения отмечены в районах Сахалинского
залива, Ямской губы и у северо-восточных берегов о. Сахалин, где оно
происходит под суммарным воздействием всех отмеченных факторов. Здесь же
на глубинах до 25 м. Возможна встреча со стамухами. В Сахалинском заливе
уже в декабре, когда наблюдаются наибольшие суточные колебания уровня и
максимальные скорости ветра, начинают формироваться зоны с торосистостью
до 3 баллов. Высота торосов в открытом море в среднем составляет около 1
метра. На участках же с интенсивным торошением (Сахалинский залив, Ямская
и Пенжинская губы, восточный шельф о. Сахалина и некоторые другие) она
увеличивается до 2-4 м.
Снежный покров сильно развит в районах Сахалинского залива, Ямской и
Пенжинской губах и уже в декабре нередко достигает 2 баллов. В постепенно
увеличиваясь заснеженность льда достигает своего максимума к концу марта.
Зона с заснеженность 3 балла к этому времени занимает весь район Шантарских
островов, Сахалинский залив и распространяется на прибрежные районы
восточного Сахалина почти до о. Хоккайдо. Начиная с апреля заснеженность
повсеместно уменьшается.
В Охотском море в зимний период за счет особенностей ветрового режима
существуют стационарные зоны сжатия и разрежения льда. Зоны сжатия в
основном локализуются в районах Шантарских островов, Сахалинского залива,
Ямской и Пенжинской губах. Зоны разряжения - в заливах Анива, Терпения, на
северо-западе моря и в Гижигинской губе. Приливные сжатия могут возникать
один, а в некоторых районах и два раза в сутки. При этом сжатия, как правило,
наблюдаются на спаде, а разрежения - на подъеме уровня. В зимние месяцы
сжатия льда более продолжительны чем весной, что объясняется смягчением
ветрового режима над морем при переходе от холодного периода к теплому.
Основной причиной формирующей дрейф льда в море является ветровой
режим. Влияние приливных явлений и постоянных течений существенно лишь
вблизи берегов и в узкостях. Зимняя муссонная циркуляция обуславливает
циклоническую направленность дрейфа льда в море. В первую половину
ледового периода на севере лед из залива Шелихова смещается на запад-югозапад, а у восточного Сахалина - на юг. В апреле со сменой муссонных потоков
лед начинает дрейфовать в северном направлении. Средняя суточная скорость
дрейфа льда в открытых районах моря составляет около 0.3 узла. Ближе к
берегу и в узкостях она может возрастать до 1.5-2 узлов.
Берингово море.
В Беринговом море продолжительность ледового периода в зависимости от
суровости зимы и района моря может изменяться в широком интервале от 80 до
252 в мягкие зимы, от 120 до 294 дней - в умеренные и от 170 до 365 дней - в
суровые зимы.
Берингово море покрывается льдом лишь наполовину. В зимы с малым
распространением льда максимум ледовитости может наступить в конце
февраля и достигать 28% от площади моря. Минимальная ледовитость моря
зафиксирована в зиму 1979 г. (26.9%). Для ледовитых зим характерно смещение
максимума ледовитости на первую половину апреля, когда она достигает
значения 56% (1976 г.). В зимы, близкие к нормальным, возможно
существование двух максимумов ледовитости - в конце февраля или первой
половине апреля, достигающих значения 37%, рис. 33.
Первое раннее ледообразование в отдельных заливах может наблюдаться в
середине сентября. Чаще всего ледообразование начинается в конце октября в
северных районах моря. В декабре и январе процессы ледообразования
усиливаются и распространяются на юг вдоль берегов. В феврале - апреле
ледяной покров достигает максимального развития; лед занимает всю северную
половину моря и районы, прилегающие к восточному побережью Камчатки,
вплоть до южной ее оконечности. Во второй половине апреля начинается
очищение моря ото льда. В мае и первой половине июня кромка льда быстро
смещается к северу. В июне-июле море обычно очищается ото льда, но в случае
экстремальных ситуаций (очень суровые в ледовом отношении зимы) лед в море
(западная половина Берингова пролива) может встречаться круглый год
(Приложение).
Зоны максимальной сплоченности (до 10 баллов) первоначально формируются
на севере моря. Начиная с декабря, они постепенно распространяются к югу,
особенно активно вдоль восточного побережья азиатского материка. Во второй
половине апреля зона сплоченных льдов начинает отступать к северу, и к
середине мая практически по всему морю максимальная сплоченность не
превышает 7-8 баллов. Значительные колебания сплоченности, особенно 10-ти
бальной (до 20-30%), отмечаются при прохождении глубоких циклонов. В
отдельных районах иногда наблюдается увеличение количества льда
сплоченностью до 10 баллов в мае под воздействием дрейфа льда.
Повторяемость разреженного льда сплоченностью 1-6 баллов весьма высока
осенью и весной, а в зимний период может уменьшаться до нуля. Интересной
особенностью многолетнего распределения зон различной сплоченности
является их расположение, часто повторяющее конфигурацию берегов и
рельефа дна. Кроме того, отмечается заметная монотонность при переходе от
зоны к зоне, т.е. в большинстве случаев зоны льда большей сплоченности
сменяются зонами c чуть меньшей градацией сплоченности, за исключением
прибрежных районов. Следует отметить также, что зона минимальной
сплоченности (меньше 1 балла) существует только в центральной части моря. В
каждом районе Берингова моря можно отметить свои характерные особенности
распределения сплоченности льда. Наиболее сложными по сплоченности льда
являются районы Берингова пролива, Анадырского и Карагинского заливов. Им
аналогичен район моря между о-вом Св. Лаврентия и заливом Нортон. Легкими
по сплоченности льда районами являются залив Олюторский и центральный
участок моря вблизи о-ва Св. Матвея.
Ранней осенью при ледообразовании появляются ледяные иглы, сало, шуга,
темный нилас и блинчатый лед. Затем под влиянием низких температур
начальные виды льда перерастают в стадию молодых. В различных районов
процесс ледообразования имеет свои особенности. Например, в Анадырском
заливе уже через неделю после ледообразования начальные виды льда
переходят в серо-белый лед. Этому способствуют приливные явления, сток
пресных вод и ветер восточных направлений. Залив Креста, также как и
Анадырский залив, глубоко вдается в материк. Но здесь уже господствует
отжимной ветер, и время перехода начальных видов в преобладающий серобелый лед в среднем составляет около месяца. Общим для всего моря является
уменьшение до нуля повторяемости серого льда к концу апреля - началу мая. В
отдельных районах моря уже в середине февраля молодые виды льда
практически не встречаются. Наибольшая повторяемость их (от 75 до 100%)
отмечается только в начальный период ледообразования. Серо-белый лед имеет
наибольшую повторяемость (до 30-45%) в начале или середине зимы в
зависимости от района. Максимальная повторяемость белого льда (до 80-100%)
отмечается весной, когда начинается интенсивное вытаивание молодого льда.
При прохождении глубоких циклонов площадь занятая белым льдом может
понизиться на 10-20%.
В отличие от значительной широтной составляющей в распределении
сплоченности льда в ориентации возрастных характеристик доминирует
меридиональная направленность зон. Зоны максимальных возрастных видов
приурочены к северо-восточным и северо-западным областям и вытянуты к
югу. В начале декабря это отдельные участки серо-белого льда, а к концу
месяца уже формируется обширная зона данного вида. Одновременно на севере
начинают развиваться зоны белого льда, которые, постепенно увеличиваясь,
спускаются к югу и уже в марте начинают преобладать над другими
возрастными видами льда. Зоны более легких возрастных характеристик в
основном локализуются в южных областях. Тем не менее, в течение всего
ледового сезона подобная зона наблюдается также в виде языка, вытянутого к
югу от Чукотского полуострова. Небольшая, достаточно стационарная зона
тяжелых льдов формируется в прибрежной полосе на севере п-ва Камчатка.
В начале периода ледообразования преобладают формы мелко - и крупнобитого
льда. В декабре начинается формирование полей льда, а с января и до конца
ледового периода большая часть покрытой льдом поверхности моря заполнена
большими полями и обломками полей. Встречаются и обширные поля. В
прикромочной полосе в первой половине холодного периода преобладает
мелкобитый, а позднее - крупнобитый лед. По повторяемости форм льда все
северные районы моря имеют определенное сходство. Здесь при
ледообразовании появляются первичные формы льда, которые во второй
половине ноября уступают место битым льдам повторяемостью до 50%. Затем
происходит резкое увеличение крупных форм льда, повторяемость которых уже
в начале декабря достигает 70-80%. В середине зимы повторяемость наличия
ледяных полей и обломков полей увеличивается до 90-100%, и только в конце
апреля - начале мая отмечается ее уменьшение. Разрушение льда весной
приводит к тому, что в июне преобладающими становятся битые льды. Для
центральной части моря в декабре-январе характерно наличие битого льда, а
затем, в феврале-апреле, ледяных полей повторяемостью до 60%. В мае вновь
происходит увеличение повторяемости битого льда до 60%. Зоны битого льда
обычно приурочены к прикромочной области, но в отдельные годы они могут
распространяться на всю центральную часть моря .
Зоны с повышенной торосистостью в первой половине зимы стационируют в
Беринговом проливе, у мыса Наварин и во внутренней части Карагинского
залива. На большей части моря занятого льдом (при возрастных
характеристиках от серо-белого) торосистость составляет 1-2 балла. К марту
происходит общее увеличение торосистости льда до 2-3 баллов. В это время в
центральной части моря формируются пояса льда с повышенной торосистостью,
распространяющиеся из районов бухты Кускоквим к мысу Наварин. В апреле, с
изменением генерального направления дрейфа льда с западного на северное,
происходит некоторое перераспределение зон повышенной торосистости:
повышается торосистость льда в северных районах, а на юге, в связи с
процессами таяния и разрушения льда, торосистость уменьшается.
Торосистость льда косвенно характеризует участки со стационарными
сжатиями льда, основными из которых являются внутренняя часть залива
Карагинский, западный район Анадырского залива, западная половина
Берингова пролива и северные районы Бристольского залива. Наиболее сильные
сжатия до 3 баллов отмечаются при штормовых ветрах, совпадающих по
направлению с приливными течениями.
Сильные сжатия льда в открытой части моря возникают при выходе глубоких
циклонов в юго-западную и южную части моря.
Залив Олюторский и восток Анадырского залива расположены в зонах, где под
действием ветра происходит оттеснение льда от берега на протяжении почти
всего зимнего периода.
В Беринговом море можно выделить четыре зоны с повышенной
заснеженностью. Уже в декабре зоны с заснеженностью более 2-х баллов
образуются в западной части Анадырского залива, к востоку от о. Св. Лаврентия
вплоть до Берингова пролива, во внутренних частях заливов Карагинский и
Нортон-Саунд. Начиная с января, к северу от прикромочной зоны количество
снега на льду постепенно увеличивается до 2-х баллов. Наибольшее количество
снега (3 балла) отмечается только в Анадырском лимане и заливе Креста.
Нарастание снежного покрова на льду происходит до конца марта, а уже в
начале мая начинают превалировать процессы таяния и разрушения [23].
В зависимости от суровости зимы дрейф льда в Беринговом море имеет свои
особенности.
В умеренные зимы лед дрейфует от берегов Аляски в широтном направлении. В
западной половине моря дрейф льда меняет свое направление на запад-югозапад. Тяжелый лед, дрефующий из залива Нортон, проникает в восточную
часть Анадырского залива, а из районов бухты Кускоквим тяжелый лед,
двигаясь вдоль кромки, может достигать мыса Наварин.
Для суровых зим характерен дрейф льда по более южной траектории. Из
районов бухты Кускоквим тяжелый лед дрейфует к корфскому побережью, где
смыкается со льдом, распространяющимся из залива Нортон и западной части
Анадырского залива. В связи с этим к апрелю вдоль кромки льда образуется
пояс, сформированный из тяжелых льдов.
В мягкие зимы наблюдается выраженный циклонический дрейф льда в море: из
Бристольского залива лед дрейфует в сторону Берингова пролива, а из
Анадырского залива - к восточному побережью Камчатки. При этом происходит
происходит накопления льда в Анадырском заливе.
Средняя скорость дрейфа льда в открытом море составляет 10-15 см/с. Однако,
при выходе глубокого циклона его мгновенная скорость может достигать 100
см/c.
Особенности зимних плаваний на дальневосточных морях.
Безопасность и эффективность зимних морских операций на дальневосточных
морях во многом зависит от знания ледовой обстановки и умения эти знания
правильно использовать. При этом, учитывая, что активные операции
проводятся не по всему бассейну, а по отдельным наиболее перспективным и
доступным районам или конкретным трассам, проведение исследований их
обобщение и выдача рекомендаций по этим районам необходимы особо.
Японское море.
В Японском море навигация и рыбный промысел поддерживается
круглогодично. Отсутствие скрытых навигационных опасностей в заливе Петра
Великого и вдоль восточного побережья Приморья, а также наличие здесь
слабого ледяного покрова позволяет судоводителям не придерживаться
определенных курсов движения судов за исключением подходов к нефтебазе в
Амурском заливе. В данном случае трасса прокладывается и поддерживается в
припае портовым ледоколом. В более сложных климатических условиях
расположены порты и порт-пункты Татарского пролива, где зачастую зимняя
навигация невозможна без привлечения мощных ледоколов. В зависимости от
характера ветровых условий судоходство в северные порты Японского моря
может осуществляться по нескольким вариантам. При сильных и
продолжительных ветрах западных направлений у материкового берега
образуется разрежение льдов, и целесообразно трассу прокладывать вдоль
материка. При ветрах северо-восточных направлений полынья под материковым
берегом закрывается, при этом одновременно возможно формирование зон
разряжения у восточной границы пролива, и трассу желательно прокладывать
там. Во всех других случаях в силу особенностей среднемноголетнего
распределения ледовых условий обычно используют центральный вариант
трассы.
В Японском море по интенсивности эксплуатации выделяется порт Ванино.
Поэтому при планирование или осуществление зимних маршрутов в этот порт
судоводителям необходимо помнить следующее:

наиболее тяжелыми для зимней навигации месяцами являются январьфевраль. В суровые зимы уже к концу декабря, за счет совокупного
действия низких температур воздуха и частой смены ветров, происходит



быстрое увеличение мощности льда. Самостоятельное плавание судов
становится вначале затруднительным, а затем и невозможным. Кромка
льда опускается до широты 46° с.ш., а на востоке пролива подходит к
берегам о. Сахалин. Проводки судов в этом случае ведутся северным
вариантом - с выходом вначале на широту 49°10’с.ш., а лишь затем - на
юго-восток в район кромки льда;
пояс максимально тяжелых льдов наблюдается непосредственно за
границей берегового припая. Ширина этого пояса в районе подходов к
бухте Ванино в январе-феврале достигает 25-30 миль;
при усилении северных, северо-восточных и восточных ветров до 15-20
м/с за границей припая в поясе тяжелых льдов от мыса Датта на севере до
мыса Красный Партизан на юге возникают “ледовые реки” - области
дрейфоразделов льда. Это очень опасное явление природы. Вход в
“ледовую реку” может иметь самые неблагоприятные последствия для
судов любого класса. Со стиханием ветра или переходом его на другие
румбы “реки” быстро исчезают, и на их месте образуются ниласовые
разводья, а затем заприпайная полынья;
отжимной дрейф льда возникает когда ветер переходит к северо-западу,
западу, но только с румба от 330° и меньше (при больших углах между
временем смены направления ветра и началом отжимного дрейфа имеется
сдвиг по времени). Оптимальными трассами для проводок судов или их
самостоятельного плавания в этом случае будет или центральная (выход в
центр пролива и потом к кромке льда) или южная (после выхода из
припайных льдов бухты сразу на югу вдоль материкового побережья)
трассы.
Общее руководство ледовыми проводками судов на подходах к порту Ванино
осуществляет капитан порта. При благоприятной ледовой обстановке капитан
судна с разрешения капитана порта может следовать в порт самостоятельно.
При этом, во избежания опасных для судна ситуаций следует:
1. Постоянно вести наблюдения за направлением ветра, особенно при
подходе к району ограниченному параллелью мыса Красный Партизан и
меридианом 140°30’. В случае изменения направления ветра на северный
или восточных четвертей, заходить в указанный район без ледокольного
обеспечения запрещается.
2. Избегать приближения к мысу Красный Партизан ближе 5 миль.
3. Проявлять особую осторожность при прохождении ледовых перемычек,
соединяющих отдельные массивы льда, помня, что разрушение
перемычки может повлечь внезапную и опасную подвижку наветренного
массива льда, последующие сжатия и торошения.
4. При плавании прибрежным маршрутом по береговой полынье
внимательно следить за изменением направления ветра, чтобы
своевременно предусмотреть возможное закрытие полыньи.
Охотское море.
Зимняя навигация в Охотском море в период максимального развития льда, в
основном, осуществляется в порты Корсаков и Магаданский. В отдельных
случаях в порты Охотск и Эвенск. Кроме того в районах банки Кошеварова,
западного побережья Камчатки, некоторых Курильских проливах и т.д.
проводится круглогодичный рыбный промысел.
Плавание зимой в порт Корсаков осуществляется судами класса УЛ (усиленный
ледовый) самостоятельно. Ледовая трасса проходит вдоль западного берега
залива Анива. Зимнее плавание в заливе Терпения осуществляется лишь в его
вершине на трассе Поронайск - Владимирово. Здесь практически постоянно
существует прибрежная полынья, заполненная начальными видами льда, в
которых суда класса УЛ могут вести работу почти всю зиму. Работа судов в
этом районе на время прекращается лишь при сильных южных ветрах,
способствующих уплотнению льда в вершине залива.
В порты северной части Охотского моря зимнее плавание осуществляется по
следующей схеме: от кромки льда в порт Магаданский под проводкой ледокола,
а оттуда в Охотск. Эта трасса проходит вдоль берега от бухты Нагаево, южнее о.
Спафарьева и п-ова Лисянского, где зимой преобладают серые льды, и суда
класса УЛ их могут форсировать самостоятельно. Сложности могут возникнуть
только при сильных южных ветрах, что обычно наблюдается в конце апреля мае. На трассе от Охотска до Аяна зимнее плавание не осуществляется, но оно
возможно вдоль берега при отсутствии нажимных ветров.
В Охотском море можно выделить ряд районов, имеющих первостепенное
значение, что требует большей детализации сведений о
гидрометеорологическом (ледовом) их режиме. К ним в первую очередь
относятся:
I.
Пролив Лаперуза.
До 1974 года пролив Лаперуза закрывался зимой для плавания судов всех
классов. Сроки закрытия и открытия пролива целиком зависели от ледовых
условий юго-западной части Охотского моря и период закрытия составлял от 47
до 95 суток. Начиная с 1978 года, пролив Лаперуза закрывается для плавания
судов всех классов в наиболее тяжелый зимний период - с февраля по апрель.
Расчеты тарифных расстояний при следовании судов проливами Лаперуза и
Сангарским показали, существенную разницу. Однако с учетом необходимости
преодоления ледяного покрова в проливе, что сопряжено с большими
трудностями даже при достаточном ледокольном обеспечении, эффективность
транзитного плавания зимой данным маршрутом не всегда очевидна. Таким
образом, вопрос обоснования зимних плаваний в проливе Лаперуза достаточно
сложен, так как выгоден, пожалуй, лишь для судов, следующих из района порта
Ванино.
Характерные особенности ледовых условий пролива Лаперуза, а также
практические рекомендации по проведению зимней навигации в этом районе
могут быть сведены к следующему:


Обычно более слабые льды и отдельные локальные разрежения
наблюдаются южнее мыса Анива, примерно по широте 45°50’, и
оптимальный маршрут трассы должен проходить именно здесь. Подобное
распределение ледовых условий объясняется разделением здесь основной
струи Восточно-Сахалинского течения на две ветви, одна из которых идет
в залив Анива, а другая на юго-восток.
Наиболее резкие и частые изменения в ледовой обстановке происходят на
западной кромке льда. При действии даже кратковременных ветров
западной и юго-западной четверти лед отходит от мыса Анива к востоку,
создавая ложное впечатление о легком проходе в этом месте. При этом по
параллели мыса Анива и севернее (примерно до 147°00’ в.д.) не
образуется ни разрывов, ни локальных разводий в перемычке тяжелых
льдов блокирующих пролив
.


II.
При усилении ветра любых румбов до 5-6 баллов и более канал трассы
закрывается практически сразу. При ослаблении ветра до 2-3 баллов
условия значительно улучшаются.
Под действием даже кратковременных ветров юго-восточной четверти
происходит дрейф льда в район мыса Крильон. В этом случае судам
(Корсаковская линия) не рекомендуется входить в лед до смены
направления ветра.
Район северного Сахалина.
Район по плаванию судов в ледовых условиях изучен слабо. В виде
предварительного обобщения можно отметить:





ледяной покров имеет здесь повышенную торосистость (3-4 балла) и, как
правило, сильно заснежен.
Неблагоприятными для целей навигации являются северные и восточные
ветры.
Средняя скорость дрейфа льда составляет около 0,7 узла, при общем
направлении на юг и юго-восток.
При усилении ветров северных направлений до 10-15 м/с и более
скорость ветрового дрейфа может увеличиваться до 1 узла. Одновременно
возникают зоны сжатия льда. Как только ветер стихает или меняет
направление, дрейф льда замедляется, и могут возникать ниласовые
разводья. В этом районе вблизи берегов заметно сказывается влияние
приливной волны на характер ледовых условий.
Ледокольная проводка транспортных судов возможна, но не “напролом”
от кромки льда, а в обход тяжелых участков - по разводьям и зонам более
слабых льдов, что выполнимо при соответствующем обеспечение с
воздуха.
III. Северная часть Охотского моря.
В северной части Охотского моря на фоне общих закономерностей ледовых
условий каждую зиму возникают непредвиденные ситуации, которые
необходимо учитывать при проведении зимней навигации:

В конце марта
- апреле часто отсутствует зона более слабых льдов вдоль берега от мыса
Алевина до мыса Евреинова и далее на восток. Тяжелые льды при этом
вплотную прижаты к берегу, что ставит суда перед необходимостью
выбора новых нестандартных путей следования.


Не всегда существует зона более слабых льдов западнее острова
Завьялова. Одновременно в Ольском проливе, за счет высокой
динамичности льда, ледовая обстановка меняется буквально по часам, что
требует частого поиска новых путей следования в самом проливе.
Интересно, что периоды максимальных сжатий льда в Ольском проливе
при умеренных или слабых ветрах наступают спустя час или полтора
после наступления полных вод в бухте Нагаево, то есть сжатие льда
происходит на фазе отлива. Это имеет важной практической значение,
поскольку основные маршруты в апреле-мае смещаются именно на район
Ольского пролива и Тауйской губы.
При любом типе распределения ледовых условий наиболее тяжелым
участком является ледовый пояс на подходах к берегам п-ова КониПьягина между широтами 57°00’ и 58°30’ с.ш. Именно этот пояс тяжелых
льдов и приходится преодолевать судам при зимних плаваниях в порт
Магаданский. Относительно характера изменчивости этого пояса
можно отметить:



В случаях, когда на подходах к Тауйской губе отмечается сильный ветер
южных направлений, дрейф льда приобретает существенную северную
составляющую и весь пояс тяжелых льдов (толщина льда 30-120 см)
смещается к берегу. При этом ледяной покров подвергается сжатию силой
до 3 баллов.
При ветрах северо-восточных направлений ширина пояса увеличивается,
но при этом удельная мощность его (мощность льда на единицу
расстояния), за счет увеличения повторяемости молодых видов льда,
уменьшается. В центральной и восточной частях пояса могут возникать
разрывы, по которым наиболее выгодно осуществлять проводки судов.
Для эффективности плавания очень важно, чтобы капитаны судов,
подходящих с юга к поясу тяжелых льдов, правильно оценивали
обстановку и выходили точно в район рекомендованной подходной точки
для встречи с ледоколом.
Для других, районов, имеющих важное практическое значения ледовые условия
существенно мягче. Тем не менее и для них приводятся основные показатели
ледового режима, табл.7.
Берингово море.
Судоходство в порты Берингова моря и тихоокеанского побережья п-ова
Камчатка носит сезонный характер за исключение порта ПетропавловскКамчатский, где характер ледовых условий позволяет проводить
круглогодичную навигацию. Между остальными портами и порт-пунктами
навигация может эпизодически прерываться, как за счет формирования тяжелых
ледовых условий, так и по соображениям хозяйственной целесообразности.
Плавание в северной части Берингова моря зимой требует самого тщательного
изучения района судоходства и пристального внимания к постоянно
меняющимся ледовым условиям.
Прежде всего, маршруты в порты северной части Берингова моря следует
прокладывать не напрямую, а в обход Анадырского массива с востока, по зонам
более легких льдов. Суда выходят вначале в район бухты Провидения после
чего дальнейший их путь проходит вдоль берега в район мыса Уэткаль и далее в
залив Креста или в район Анадырского лимана. Именно здесь располагаются
наиболее слабые льды, а часть пути по прибрежному варианту вообще проходит
по зонам молодых ниласовых льдов. Наличие таких льдов связано с
преобладанием зимой ветров северных направлений. Наиболее сложные
ледовые условия наблюдаются на подходах к порту Беринговский (бухта
Угольная), а также в Анадырском лимане. Ледовые авиаразведки, спутниковые
снимки ледяного покрова и практика ранних проводок судов в район бухты
Угольной показывает, что припай бухты почти всегда состоит из набивных
заснеженных льдов, с мористой стороны оконтуренный грядами мощных
торосов Барьер этих торосов с моря часто бывает блокирован поджатым поясом
сплоченных льдов, которые даже сильный ветер северных направлений не
отрывает от припая. Попытки форсировать припай бухты при наличии пояса
поджатых льдов обречены на неудачу. В бухту Угольная навигация
осуществляется обычно с июня по ноябрь. При этом для расширения сроков
навигации производится взлом припая в бухте с помощью ледоколов.
В Анадырском лимане вскрытие припая определяется воздействием паводковых
вод. Характерной особенностью ледового режима лимана является сжатость
сроков между взломом припая и полным его очищением от льда. Другой
особенностью является ограниченность искусственного вмешательства в
естественное течение природных процессов. Это обусловлено мелководностью
залива, не позволяющие выше косы Николаева использовать для разрушения
ледяного покрова мощные ледоколы. В силу этого морские операции в
Анадырском лимане, как правило, начинаются в сроки естественного взлома
припая. Анадырский морской порт функционирует обычно с середины июня до
начала ноября.
Зимняя навигация в порты Провидения и Эгвекинот также не проводится за
исключением экспериментальных рейсов.
Из других районов Берингова моря имеющих первостепенное хозяйственное
значение и, где при проведении зимней навигации также необходимо учитывать
ледовые условия, можно отметить районы Корякского побережья , НаваринскоКорфовский район и некоторые другие. Хотя льда здесь и значительно меньше,
но в целях информационного обеспечения для этих районов приведены средние
оценки ледовых условий, табл. 8.
Дополнительные сложности зимних рейсов.
Характерной особенностью плавании в холодный период года является
возможность обледенения судов, которая представляет непосредственную
опасность и значительно осложняет морские операции в регионе.
Обледение судов.
Кроме непроизводительных затрат, определяемых потерей ходового времени и
ремонтом судов, зарегистрировано значительное число трагических исходов
(гибели судов) связанных с этим явлением. За период с 1952 года на
дальневосточном бассейне в результате обледенения погибло более 80 судов.
Так 19 января 1965 года в Беринговом море от быстрого обледенения погибло
четыре средних рыболовных траулера. В Японском море подобная трагическая
ситуация сложилась с т/х “Путятин”, когда 5 февраля 1969 года, находясь, в
тыловой части циклона, в координатах 44°00’, 139°00’ в.д., подвергся быстрому
обледенению. Примером трагического исхода вызванного обледенением
является также гибель со всем экипажем научно-исследовательского судна
“Гидролог”- 6 февраля 1969 года.
Обледенение судна — это появление льда на различных частях судна при
отрицательной температуре воздуха вследствие замерзания морской воды или
ее брызг, попадающих на палубы судна, или вследствие замерзания капель
дождя, мороси, тумана или намерзания снега.
При появлении обледенения определяют его причину, характеристику и
измеряют толщину отложения льда.
Обледенение судна является чрезвычайно опасным явлением для мореплавания.
Нарастание льда на надстройках, палубах, рангоуте и такелаже существенно
ухудшает остойчивость судна и затрудняет управление им. Систематическое
информирование капитана судна об интенсивности обледенения (толщине
отложения льда и скорости его нарастания) позволяет ему своевременно
принимать необходимые меры по обеспечению безопасности судовождения
(скалывание льда, изменение курса, скорости хода судна во избежание
дальнейшего нарастания льда и т. п.).
Обледенение судов. При плавании в условиях низких температур возможно
обледенение, судов. Образующийся на бортах, открытых палубах, надстройках,
рангоуте и такелаже лед увеличивает парусность, значительно повышает
положение центра тяжёсти судна и уменьшает остойчивость последнего. В
отдельных случаях обледенение приводит к опрокидыванию судна. При
обледенении затрудняется и становится опасной работа на палубе.
Освобождаются ото льда на судне механическими, термическими и
химическими способами. Наибольшую опасность обледенение представляет для
малых судов.
Обледенение происходит вследствие замерзания на частях судна брызг морской
воды, срываемых с гребней волн, и брызг, образующихся при ударе волн о
судно, замерзания морской воды, попадающей на палубу, замерзания капель
тумана - (в частности, при парении моря) или дождя. Нарастание льда
происходит, когда температура поверхности частей судна ниже температуры
замерзания воды.
Основными элементами гидрометеорологического режима, определяющими
возникновение явления обледенения судов, являются температуры воздуха и
воды, скорость и направление ветра, высота волн.
Анализ фактических данных показал, что наиболее благоприятные условия для
возникновения обледенения наблюдаются в тыловой части циклонов при
перемещении последних над акваторией моря (более 50% всех случаев
обледенения). Главным фактором, определяющим обледенение, здесь является
адвекция холодного воздуха в тыловой части циклона при достаточно сильных
ветрах, преимущественно северного или северо-западного направлений. Зона
обледенения, обычно, находится на некотором удалении от холодного фронта.
Это можно объяснить тем, что непосредственно за фронтальным разделом
температура воздуха еще не достигает тех низких значений, которые требуются
для возникновения обледенения. К тому же в зоне фронта в следствии
изменения направления, а соответственно и скорости ветровых потоков,
происходит ослабление волнения.
Основной причиной обледенения судов является их забрызгивание и заливание
водой, нередко в сочетании с осадками (более 95% случаев). Явление
обледенения по имеющимся данным возможно с октября по апрель. Характер
распределения зафиксированных случаев обледенения приведен в таблице 10.
Таблица 10
Повторяемость (в%) случаев обледенения судов на дальневосточном бассейне
Охотское море
Степень
обледенения
Медленное
СГЯ
Всего
Японское море
Степень
обледенения
Медленное
СГЯ
Всего
Берингово море
Степень
обледенения
Медленное
СГЯ
Всего
Месяц
X
0.5
0.1
0.6
XI
11.0
0.3
11.3
XII
26.4
2.3
23.7
I
27.2
1.7
28.9
II
16.4
1.4
17.8
III
9.3
0.3
9.6
IV
3.0
0.1
3.1
Месяц
X
-
XI
1.8
0.4
5.2
XII
22.0
0.9
22.9
I
47.2
1.0
48.2
II
19.8
0.8
20.6
III
2.9
0.1
3.0
IV
0.1
0.1
Месяц
X
0.9
0.6
1.5
XI
8.7
1.2
9.9
XII
16.7
1.2
17.9
I
21.5
1.1
22.6
II
22.2
3.5
25.7
III
16.3
1.9
18.2
IV
4.2
4.2
Общей особенностью в распределении повторяемостей является уменьшение
числа случаев обледенения в ситуациях когда температура воздуха ниже -16° С,
что, по-видимому, связано с интенсивным ледообразованием происходящим
при низких температурах, которое в свою очередь препятствует возникновению
волнения, то есть устраняется основная причина обледенения - забрызгивание.
Интересно и то, что зависимость обледенения от высоты волн довольно проста
и практически не меняется в зависимости от рассматриваемой акватории.
Таблица 11
Повторяемости (в %) случаев обледенения судов
в зависимости от волнения моря
Степень
обледенения
Медленное
СГЯ
Всего
Высота волн ( м )
0-1
2
3.9
10.7
0.1
3.9
10.8
3
27.1
0.7
27.8
4
31.0
1.0
32.0
5
16.4
1.5
17.9
6
2.9
1.3
4.2
Максимум повторяемости медленного обледенения лежит в интервале высот
волн 3-4. Максимум повторяемости СГЯ (стихийное гидрометеорологическое
явление, в данном контексте - быстрое и очень быстрое обледенение), как и
6
2.4
1.0
3.4
следует из физических предпосылок, несколько сдвинут и находится в
интервале высот волн 5-6 м. Тем не менее однозначно выделить
преобладающую высоту волн, наиболее способствующую обледенению,
затруднительно, так как обледенение определенных образом зависит не только
от высоты волны, но и от курса судна относительно направления волнения.
Помимо перечисленного следует отметить, что за весь рассматриваемый период
условия для очень быстрого обледенения (свыше 6 т/час) на дальневосточном
бассейне складывались редко и вероятность очень быстрого обледенения
невелика.
Максимальная вероятность обледенения существует при северо-западных
ветровых потоках (более 50%), в Охотском и Японском морях и северовосточных (более 50%) в Беринговом море, минимальная - при ветрах третьей
четверти (восточные, юго-восточные, южные). Обледенение чаще всего
происходит при верах имеющим скорости от 6 до 20 м/с (около 85%). При
увеличении скорости ветра свыше 15 м/с число случаев обледенения
уменьшается. Это, возможно, связано с уменьшением числа наблюдений в
подобных условиях, так как при штормовых ветрах суда уходят в укрытие. В то
же время при высоких значениях скорости ветра с уменьшением общего
количества случаев обледенения возрастает (почти в два раза) относительный
вклад СГЯ в суммарную повторяемость обледенения. СГЯ наиболее вероятно
при ветрах северных направлений со скоростями выше 15 м/c. При южных, юговосточных и восточных ветрах оно вообще не отмечалось, таблица 12-14.
Полученные результаты уже в настоящем виде могут служить некоторым
справочным пособием для учета возможного обледенения в зависимости от ряда
основных гидрометеорологических факторов при планирования мер по
обеспечению безопасности зимних плаваний на морях дальневосточного
бассейна.
Таблица 12
Повторяемости обледенения судов (в %) на Охотском море
в зависимости от гидрометеорологических параметров
Охотское море
Градации скорости
ветра (м/с)
3
3-5
6-10
11-15
16-20
Месяц
X
9.1
90.9
XI
5.5
28.0
40.1
22.0
XII
0.7
6.5
26.4
41.0
19.1
I
2.6
4.4
32.2
37.4
15.5
II
2.3
6.0
31.0
38.3
16.5
III
3.3
4.0
21.2
37.1
21.2
IV
7.1
7.2
25.0
46.4
10.7
 20
Направление
ветра
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
Градации
температуры (°С)
Вода
 3°
 3°
Воздух
 -3°
-3°  -16°
 -16°
Месяц
X
9.1
90.9
Месяц
X
4.4
6.3
7.9
5.9
13.2
3.6
XI
4.9
8.7
1.6
1.6
9.8
6.5
66.9
XII
8.6
12.3
1.2
2.3
0.4
6.8
11.7
56.7
I
10.7
13.1
1.2
2.7
0.4
7.5
10.7
53.7
II
13.0
20.1
0.9
5.2
1.2
7.8
11.1
40.7
III
5.4
12.3
2.7
2.7
12.2
13.0
51.7
IV
12.0
12.0
8.0
12.0
56.0
XI
XII
I
II
III
IV
100.0
34.4
65.6
16.5
83.5
13.0
87.0
13.3
86.7
8.1
91.9
4.0
96.0
100.0
-
33.3
65.5
1.2
23.2
75.4
1.4
14.9
81.5
3.6
24.4
75.6
-
31.1
68.9
-
41.4
58.6
-
Таблица 13
Повторяемости обледенения судов (в %) на Японском море
в зависимости от гидрометеорологических параметров
Японское море
Градации скорости
ветра (м/с)
3
3-5
6-10
11-15
16-20
 20
Направление
ветра
Месяц
X
Месяц
X
XI
3.3
38.9
45.6
11.1
1.1
XII
1.7
4.6
27.4
43.9
17.5
4.9
I
1.0
4.9
26.5
44.2
17.0
6.4
II
2.2
5.1
22.8
43.0
21.3
5.6
III
2.5
15.4
15.4
43.6
15.4
7.7
IV
100.0
-
XI
XII
I
II
III
IV
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
Градации
температуры (°С)
Вода
 3°
 3°
Воздух
 -3°
-3°  -16°
 -16°
Месяц
X
5.3
3.2
2.1
1.0
6.3
14.7
67.4
12.9
7.2
0.2
0.2
6.3
6.3
66.9
9.2
10.3
0.4
0.4
0.6
2.8
10.2
66.1
9.3
10.7
0.3
0.5
0.3
3.5
9.6
65.8
13.0
13.0
5.5
3.7
7.4
57.4
100.0
-
XI
XII
I
II
III
IV
-
71.1
28.9
50.4
49.6
43.3
56.7
45.6
54.4
33.3
66.7
100.0
-
35.4
64.6
-
12.5
84.1
3.4
11.6
84.9
3.5
13.6
84.7
1.7
28.8
71.2
-
100.0
-
Таблица 14
Повторяемости обледенения судов (в %) на Беринговом море
в зависимости от гидрометеорологических параметров
Берингово море
Градации скорости
ветра (м/с)
3
3-5
6-10
11-15
16-20
 20
Направление
ветра
С
СВ
В
Месяц
X
16.7
66.6
16.7
Месяц
X
66.7
-
XI
1.8
5.4
30.3
35.7
14.3
12.5
XII
8.8
7.3
24.1
32.8
20.4
6.6
I
1.8
4.7
26.6
39.6
18.4
8.9
II
0.5
6.1
30.2
30.2
22.6
10.4
III
0.8
4.5
18.8
46.6
13.5
15.8
IV
17.6
41.2
17.6
23.6
XI
23.0
34.4
-
XII
17.4
36.4
3.0
I
18.1
52.0
1.1
II
7.6
55.3
10.6
III
6.8
72.9
3.0
IV
11.1
27.8
5.6
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
Градации
температуры (°С)
Вода
 3°
 3°
Воздух
 -3°
-3°  -16°
 -16°
33.3
Месяц
X
3.2
3.3
36.1
0.8
0.8
3.0
3.8
34.8
0.6
2.2
4.0
22.0
5.9
1.2
0.6
18.8
2.3
0.7
2.3
12.0
5.5
5.5
44.5
XI
XII
I
II
III
IV
50.0
50.0
25.7
74.3
27.3
72.7
9.5
90.5
14.9
85.1
13.7
86.3
23.5
76.5
66.7
33.3
-
17.1
82.9
-
24.8
68.2
7.0
17.3
74.4
8.3
22.3
72.0
5.7
16.8
83.2
-
41.2
58.8
-
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы по разделу “Гидросферные опасности”
1. Скорость движения волны цунами в открытом океане – 5 км/ч, 50, 100, 500,
1000, 1500 км/ч?
2. Причина цунами – подводное землетрясение, или подводный оползень, или
падение метеорита, или подводное извержение вулкана?
3. Может ли взрыв вулкана вызвать цунами? А взрыв водородной бомбы в
океане?
4. Может ли быть причиной цунами быстродвижущийся тайфун?
5. Если вода после волны цунами ушла, дно обнажилось, можно ли собирать
крабов?
6. Если перестает шуметь морской прибой, что это означает?
7. Может ли ветер быть причиной наводнения?
8. Может ли возникнуть наводнение, если не было дождей, если нет ветра?
9. Какой самый эффективный способ защиты от наводнения, цунами,
штормового нагона?
10. Какой наиболее эффективный способ борьбы с наводнениями?
11. Что необходимо предпринять капитану и членам экипажа судна при
интенсивном обледенении?
12. Возможно ли обледенение на судне с тефлоновым покрытием.
13. В каком море Японском, Охотском или Беринговом отмечается
максимальная ледовитость?
14. Замерзает ли залив Петра Великого?
15. В каком море Японском, Охотском или Беринговом отмечается больше
продолжительность ледового периода?
16. Какие элементы гидрометеорологического режима определяют
возникновение явления обледенения судов?
17. Отмечены ли случаи обледенения при положительной температуре воздуха?
А воды?
3.5.1 Основные понятия
АТМОСФЕРНЫЕ ОПАСНОСТИ
Неравномерность нагревания способствует общей циркуляции атмосферы,
которая влияет на погоду и климат Земли.
В результате естественных процессов, происходящих в атмосфере, на Земле
наблюдаются явления, которые представляют непосредственную опасность или
затрудняют функционирование систем человека. К таким атмосферным
опасностям относятся туманы, гололед, молнии, ураганы, бури, смерчи, град,
метели, торнадо, ливни и др.
Сила ветра у земной поверхности оценивается по шкале Бофорта (Ф.Бофорт,
1806), принятой в 1963 г. Всемирной метеорологической организацией (табл.
15).
Таблица 15
Сила ветра у земной поверхности по шкале Бофорта
(на стандартной высоте 10 м над открытой ровной поверхностью)
Баллы Словесное Скорость
Бофорта определение ветра. М/с
силы ветра
Действие ветра
на суше
на море
0
Штиль
0-0.2
Штиль. Дым
поднимается
вертикально
Зеркально-гладкое море
1
Тихий
0,3-1,5
Направление ветра
заметно по откосу
дыма, но не по
флюгеру
Рябь, пены на гребнях нет
2
Легкий
1.6-3,3
Движение ветра
Короткие волны, гребни не
ощущается лицом,
опрокидываются и кажутся
шелестят листья,
стекловидными
приводится в движение
флюгер
3
Слабый
3,4-5,4
Листья и тонкие ветви
деревьев все время
колышутся, ветер
развевает верхние
флаги
Короткие, хорошо выражен
волны. Гребни опрокидыва
образуют стекловидную пе
Изредка образуются мален
белые барашки
4
Умеренный 3,5-7,9
Ветер поднимает пыль Волны удлиненные, белые
и бумажки, приводит в барашки видны во многих
движение тонкие ветви местах
деревьев
5
Свежий
8.0-10,7
Качаются тонкие
стволы деревьев, на
воде появляются волны
с гребнями
Хорошо развитые в длину,
очень крупные волны, повс
видны белые барашки (в
отдельных случаях образую
брызги)
6
Сильный
10,8-13,8
Качаются толстые
сучья деревьев, гудят
телеграфные провода
Начинают образовываться
крупные волны. Белые пен
гребни занимают значитель
площади (вероятны брызги
7
Крепкий
13,9-17,1
Качаются стволы
деревьев . идти против
ветра трудно
Волны громоздятся, гребни
срываются. пена ложится
полосами по ветру
8
Очень
крепкий
17,2-20.7
Ветер ломает сучья
деревьев, идти против
ветра очень трудно
Умеренно высокие длинны
волны. По краям гребней
начинают взлетать брызги.
Полосы лены ложатся ряда
по направлению ветра
9
Шторм
20,8-24,4
Небольшие
повреждения: ветер
срывает дымовые
колпаки и черепицу
Высокие волны. Пена широ
плотными полосами ложит
ветру. Гребни волн начина
опрокидываться и рассыпа
брызги, которые ухудшают
видимость
10
Сильный
шторм
24.5-28.4
Значительные
разрушения строений
деревья вырываются с
корнем. На суше
бывает редко
Очень высокие волны с
длинными загибающимися
гребнями. Образующаяся п
выдувается ветром хлопьям
виде густых белых полос.
Поверхность моря белая от
Сильный грохот волн подо
ударам. Видимость плохая
11
Жестокий
шторм
28.5-32,6
Большие разрушения
на значительном
пространстве. На суше
наблюдает очень редко
Исключительно высокие во
Суда небольшого и среднег
размера временами скрыва
из вида. Море я все покрыт
длинными белыми хлопьям
пены, располагающимися п
ветру. Края волн повсюду
сдуваются в пену. Видимос
плохая.
12
Ураган
32.7 и
более
Большие разрушения
на значительном
пространстве. На суше
наблюдается очень
редко
Воздух наполнен пеной и
брызгами. Море все покры
полосами пены. Очень пло
видимость
Кратковременные усиления ветра до скоростей 20-30 м/c называются шквалами.
3.5.2 Гололед, туман, град, молнии
Гололед, туман, град, молнии
Гололед - слой плотного льда, образующийся на поверхности земли и на
предметах (проводах, конструкциях и т.п.) при замерзании на них
переохлажденных капель тумана или дождя. Обычно гололед наблюдается при
температурах воздуха от 0 до -3° С, но иногда и более низких. Корка
намерзшего льда может достигать толщины несколько сантиметров. Под
действием веса льда могут разрушаться конструкции. Гололед повышает
опасность для движения транспорта и людей.
Туман - скопление мелких водяных капель или ледяных кристаллов, или и тех, и
других в приземном слое атмосферы (иногда до высоты в несколько сотен
метров), понижающее горизонтальную видимость до нескольких сотен метров и
менее. В очень плотных туманах видимость может понижаться до нескольких
метров. Туманы препятствуют нормальной работе всех видов транспорта.
Прогноз туманов имеет важное значение для безопасности.
Град - вид атмосферных осадков, состоящих из сферических частиц или
кусочков льда (градин) размером от 5 до 55 мм, встречаются градины размером
130 мм и массой около 1 кг. Плотность градин 0.5-0.9 г/см3. В 1 мин на 1 см3
падает 500-1000 градин. Продолжительность выделения града обычно 5-10 мин,
редко - до 1 часа. Разработаны радиологические методы определения
градоносности и градоопасности облаков и созданы оперативные службы
борьбы с градом. Борьба с градом основана на принципе введения с помощью
ракет или снарядов в облако реагента (обычно йодистого свинца или серебра),
способствующего замораживанию переохлажденных капель. В результате
появляется огромное количество искусственных центров кристаллизации.
Поэтому градины получаются меньших размеров и успевают растаять еще до
падения на землю.
Гром - звук в атмосфере, сопровождающий разряд молнии. Вызывается
колебаниями воздуха под влиянием мгновенного повышения давления на пути
молнии (непосредственной опасности не представляет).
Молнии
Молния - это гигантский электрический искровой разряд в атмосфере,
проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом.
Молнии делятся на внутриоблачные, т.е. происходящие в самих грозовых
облаках, и наземные, т.е. ударяющие в землю. Сила тока при разряде молнии
может достигать сотен тысяч ампер. Скорость продвижения молнии - 107- 108
м/с. Температура канала при главном разряде может превышать 25000°С, длина
канала молнии - 1-10 км, диаметр - несколько сантиметров. Молнии часто
бывают причиной пожаров. Обычно молнии состоят из нескольких повторных
разрядов, общая длительность которых может превышать 1 сек.
Внутриоблачные молнии могут достигать длины 150 км.
Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения
его высоты и возрастания электропроводности почвы. Эти обстоятельства
учитываются при устройстве молниеотводов. В отличие от молний, называемых
линейными, существуют шаровые молнии, которые нередко образуются вслед
за ударом линейных молний.
Опасности.
Разряды атмосферного электричества способны вызвать взрывы, пожары и
разрушения зданий и сооружений.
Любые молнии могут быть причиной тяжелых травм и гибели людей.
Удары молний могут сопровождаться разрушениями, вызванными ее
термическими и электродинамическими воздействиями. Наибольшие
разрушения вызывают удары молний в наземные объекты при отсутствии
хороших токопроводящих путей между местом удара и землей. От
электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которых
создается очень высокая температура, и часть материала испаряется со взрывом
и последующим воспламенением. Наряду с этим возможно возникновение
больших разностей потенциалов между отдельными предметами внутри
строения, что может быть причиной поражения людей электрическим током.
Весьма опасны прямые удары молний в воздушные линии связи с деревянными
опорами, что может привести к пожарам и поражению людей электрическим
током.
Опасно попадание молний в самолеты.
При ударе молнии в дерево могут быть поражены находящиеся вблизи него
люди.
Зашита от молний.
Молниезащита - комплекс защитных устройств, предназначенных для
обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений,
оборудования и материалов от разрядов молнии.
Молния способна воздействовать на здания и сооружения прямыми ударами
(первичное воздействие) которые вызывают непосредственное повреждение и
разрушение, и вторичным воздействием - посредством явлений
электростатической и электромагнитной индукции. Высокий потенциал,
создаваемый разрядами молнии, может заноситься в здания по воздушным
линиям электропередач и другим коммуникациям. Здания и сооружения
подлежат молниезащите в соответствии с СН 305-77. Выбор защиты зависит от
назначения здания, интенсивности грозовой деятельности в рассматриваемом
районе и ожидаемого числа поражений объекта молнией в год.
Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним числом
грозовых часов nч или грозовых дней в году nд. Определяют ее с помощью
соответствующей карты, приведенной в СН 305-77, для конкретного района.
Применяют и более обобщенный показатель - среднее число ударов молнии в
год (n) на 1 км2 поверхности земли, который зависит от интенсивности грозовой
деятельности:
интенсивность грозовой
деятельности, ч/год 10-20 20-40 40-60 60-80 80 и более
n 1 3 6 9 12
Ожидаемое число поражений молнией в год зданий и сооружений N, не
оборудованных молниезащитой, определяется по формуле:
N = (S+6hx)(L+6hx) n 10-6,
где S и L - соответственно ширина и длина защищаемого здания, имеющего в
плане прямоугольную форму, hx - наибольшая высота здания, n - среднегодовое
число ударов молнии на 1 км2 земной поверхности в месте расположения
здания.
Для дымовых труб, водонапорных башен, мачт и т.п. ожидаемое число ударов
молнии в год определяется:
N = 9 hx 10-6 .
В незащищенную от молний линию электропередачи протяженностью L км со
средней высотой подвеса проводов hср. число ударов молнии за год составит при
допущении, что опасная зона распространяется от оси линии в обе стороны на 3
hср,
N = 0.42 L hср nч 10-3 .
В зависимости от вероятности вызванного молнией пожара или взрыва, исходя
из масштабов возможных разрушений или ущерба, нормами установлены
различные категории (три) устройств молниезащиты.
Здания защищаются от прямых ударов молнии молниеотводами. Зоной защиты
молниеотвода называют часть пространства, примыкающую к молниеотводу,
внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с
определенной степенью надежности.
Молниеотводы состоят из молниеприемников (воспринимающих на себя разряд
молнии), заземлителей, служащих для отвода тока молнии в землю, и
тоководов, соединяющих молниеприемники с заземлителями.
Для обеспечения безопасности людей рекомендуется ограждать заземлители
или во время грозы не допускать людей к заземлителям на расстояние менее 5-6
м. Заземлители следует располагать вдали от дорог, тротуаров и т. д.
3.5.3 Смерчи
Смерчи
Смерч - это атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и затем
распространяющийся в виде темного рукава или хобота по направлению к
поверхности суши или моря. В верхней части смерч имеет воронкообразное
расширение, сливающееся с облаками. Когда смерч опускается до земной
поверхности, нижняя часть его тоже расширяется, напоминая опрокинутую
воронку. Высота смерча может достигать 800-1500 м. Воздух в смерче
вращается и одновременно поднимается по спирали вверх. Скорость вращения
может достигать 330 м/с. Диаметр смерча над морем измеряется десятками
метров, над сушей - сотнями метров. Смерч возникает обычно в теплом секторе
циклона и движется вместе с циклоном со скоростью 10-20 м/с. Смерч проходит
путь длиной от 1 до 40-60 км. Смерч сопровождается грозой, дождем, градом и,
если достигает поверхности земли, почти всегда производит большие
разрушения, всасывает в себя воду и предметы, встречающиеся на его пути,
поднимает их высоко вверх и переносит на большие расстояния. Смерч на море
представляет опасность для судов. Смерчи над сушей в США называют
торнадо.
20 сентября 1997 г. непосредственно по территории г. Владивостока с 13 ч 05
мин до 14 ч 20 мин. прошло три смерча по официальной шкале смерчей
Метеорологической службы США (1973) интенсивностью F2 (скорость ветра
50-69 м/с) и F3 (скорость ветра 70-92 м/с), еще один смерч наблюдался в районе
о. Попова. Все смерчи шли по дуге с юга на северо-восток. Их появление и
исчезновение характеризовались неожиданностью. На метеорологической
станции Владивосток-гора это метеорологическое явление не зарегистрировано,
но в 13 ч 55 мин. по данным метеостанции отмечался шквал, южный, югозападный ветер усилился до 20 м/с и продолжался до 14 час. 55 мин. В районах
от ст. Седанка до ст. Амурский залив прошел град, на АС Сад-Город в 14 ч 39
мин. отмечен град диаметром 13 мм. (Тунеголовец В.П., Мехайленко Т.Д., 1998)
Ранее в Приморском крае, по свидетельству очевидцев, один случай смерча
наблюдался в селе Бойском Пограничного района в течение трех минут 28
августа 1987 г., второй - на территории Ольгинского района 30 лет назад.
Свидетельством прохождения крупного смерча у восточного побережья
Приморского края может служить факт выпадения в середине 30-х годов в
поселке Кавалерово из грозового облака морских медуз. Пос. Кавалерово
расположен более чем в 50 км от побережья. Данный случай приведен в книге
академика Д.В. Наличника (1976).
Во Владивостоке в начале 30-х годов после выпадения крупного града в черте
города обнаруживалась выброшенная с дождем и градом морская рыба, что
может служить косвенным подтверждением пронесшемуся над акваторией
залива Петра Великого небольшого смерча. По воспоминаниям инженерагидролога шхуны “Вестник”, принадлежащей Дальневосточному научно-
исследовательскому гидрометеорологическому институту, в конце 50-х - начале
60-х годов к югу от о. Попова (залив Петра Великого) в конце августа
наблюдался в течение нескольких минут смерч, своим хоботом достигший
поверхности воды, о чем было записано в журнале наблюдений.
Общий ущерб от стихийных явлений 20 сентября 1997 г. (смерчи, град,
шквалистый ветер) по данным штаба ГО Приморского края составил около 17
млрд. рублей (в ценах 1997 г.).
Формирование стихийных явлений 20 сентября 1997 г. в Приморском крае и во
Владивостоке происходило в период выхода западного циклона с хорошо
развитыми фронтами. Во Владивостоке приближение холодного фронта
сопровождалось появлением на юго-западе вала облачности с довольно низкой
верхней границей, который “дымился и клубился”. Временами появлялись
выбросы облачности на вершине вала в виде куполов или перьев. Облачность
смещалась к городу. В 12 ч 45 мин МС “Гора” отметила начало грозы, а в 13 ч
05 мин над Амурским заливом появился смерч.
Вот как описывали очевидцы образование первого смерча, пронесшегося по
территории города.
На юго-западе от Владивостока над Амурским заливом появилась темная
облачная полоса, надвигающаяся от о. Русский к п-ову Эгершельд. У одного из
облаков образовался воронкообразный выступ, который узкой трубкой начал
опускаться к морской поверхности. Впечатление было такое, как будто
облачная воронка некоторое время оставалась на месте. По наблюдениям
профессора В.Абрамова этот темный смерч, не доходя до Эгершельда, втянулся
в тучу и исчез. Через несколько минут на переднем фронте облака как-то вдруг,
почти вертикально, воронка появилась вновь, постепенно расширяясь и темнея.
Смерч пересек полуостров, вышел на акваторию Амурского залива и сразу
распался.
В 13 ч 30 мин. в бухте Новик о. Русский этот смерч на 3-4 м над морем поднял
12-местный пассажирский катер. Люди, находившиеся на борту, полетели в
воду, а катер несколько минут крутило над волнами, прежде чем швырнуло
вниз. Людям удалось спастись.
Чуть позже смерч проявил себя уже в одном из районов Владивостока,
полуострове Шкота (рис. 34). Сначала он приподнял на несколько метров над
поверхностью попавшийся на пути металлический гараж, перенес его по
воздуху на несколько метров, поднял в воздух 5-футовый контейнер и бросил
его на землю на значительном расстоянии. На автозаправочной станции куски
жести с крыши здания разбросало на 300-400 м, а некоторые и на 1000 м.
Изрядно погнуло столб электропередачи, порвало провода, повредило
заправочные колонки. По свидетельству очевидцев недалеко от этого района
смерч выбросил на сушу около центнера рыбы.
Продолжительность жизни смерча была около получаса - над изрезанной
местностью полуострова Муравьева-Амурского происходило быстрое его
разрушение. Используя шкалу интенсивности смерчей /2/, официально
принятую Метеорологической службой в США, скорость ветра внутри смерча
по значительным разрушениям на п-ове Эгершельд можно оценить близкую к
50-69 м/с.
Рис. 34. Смерч над районом Эгершельда г. Владивостока 20 сентября 1997
г.
(Фото В. Андреева).
Второй смерч, нанесший более существенные разрушения, проявил себя между
14 ч 00 мин и 14 ч 20 мин в районе 2-ой Речки вблизи объездной дороги Баляева
- Русская. Его формирование связано с темным кучевым облаком, имеющим
вихревую спиральную структуру и смещающимся с Амурского залива /1/. Края
тучи вращались против часовой стрелки (если смотреть снизу вверх). В
середине тучи возник серый провал (или “глаз”). Из него вскоре появилась
вихревая воронка, которая закручивалась по часовой стрелке. “Хобот” смерча
по наклонной пошел вниз. Воронка достигла земли только в районе улицы
Русской. В тылу смерча шел дождь зарядами и стеной.
Полоса поваленных и вывернутых с корнем деревьев шириной 50 м и длиной
около 1000 м отметила путь смерча. Ущерб около 1 млрд. рублей нанесен
заводу "Дальприбор". Здесь значительно разрушено остекление основных
производственных корпусов, сорваны крыши с 4-х цехов, разрушены стены 3-х
металлосборных зданий, около 100 м пролетел в воздухе козловой кран
грузоподъемностью в 10 т. Пострадала женщина - охранник, находившаяся в 5метровой вышке на железных сваях. Вышку отбросило в овраг на расстояние 7
м. Женщина с тяжелыми переломами и сотрясением мозга была доставлена в
больницу. Ветер в смерче при подобных разрушениях достигает 70 - 92 м/с.
Формирование третьего смерча происходило также над акваторией Амурского
залива и связано с темным (черным) облаком, вращающимся против часовой
стрелки. Хобот смерча выпадал по полого-наклонной плоскости и достиг
поверхности, находясь еще над водной поверхностью. Смерч вышел на сушу в
районе ст. Санаторная, пересек автотрассу и распался в предгорьях полуострова
Муравьев-Амурский.
На участке автотрассы вблизи ст. Океанская смерч порвал провода электросети
и контактной троллейбусной сети. Движение по автотрассе и на железной
дороге было прервано на 1,5 ч. Вековые деревья на территории санатория
"Приморье" были вывернуты с корнем. Начало появления смерча на территории
санатория 14 ч 10 мин. Интенсивность смерча, видимо, была между F2 и F3.
Профессорам В.Абрамовым отмечен еще один интересный момент, связанный с
вращающимися облачными массивами.
Между вторым и третьим смерчами им наблюдалось в районе мыса Фирсова
(район Второй Речки) внезапное появление над Амурским заливом темной
бурлящей тучи. Туча двигалась вдоль побережья на север, при этом ее края
закручивались по часовой стрелке. Из этой тучи, которая своим крылом
накрыла побережье, сплошной стеной пошел град, сопровождавшийся
порывами шквального ветра. Размер градин был от одного до трех сантиметров.
Одна из градин достигла 5 см. Эта градина В. Абрамовым зафиксирована на
фотографии. В цветовой палитре присутствовали прозрачные, голубоватые,
зеленоватые, серые, белые и жемчужные горошины. Преобладали круглые и
яйцевидные, но встречались и плоские, дискообразные и даже в форме “Сатурна
с кольцами” (летающие блюдечки).
Смерчи - это суперконвективные явления, по структуре и силе ветра
напоминающие тайфуны. Принято считать, что для их зарождения в нижних
слоях атмосферы должны складываться особо благоприятные условия для
сильной неустойчивости стратификации.
По академику Д.В. Наливкину (1976), смерч является продуктом атмосферного
мезовихря, то есть первичным оказывается наличие в средней атмосфере вихря
диаметром от нескольких километров до нескольких десятков километров. При
формирования тромба вниз происходит формирование смерча, вверх интенсивное градообразование.
В США в 70-е годы с помощью доплеровских локаторов инструментально
подтверждено наличие во вращающихся мощных кучево-дождевых облаках
мезовихрей (мезоциклонов) и описаны их характеристики /2/. Так, за 40-50 мин
до образования смерча, в кучево-дождевом облаке в средней тропосфере
образуется мезоциклон диаметром 4-8 км, который затем суживается вверх и
вниз. В его правой передней части примерно в 60-70% случаев возникает смерч.
В Национальном центре по прогнозу сильных штормов в США для прогноза
смерчей используются полученные на большом статистическом материале пять
синоптических признаков атмосферных процессов.
Все пять синоптических признаков в той или иной мере имели место при
формировании СГЯ в г. Владивостоке 20 сентября 1997 г.
3.5.4 Тайфуны. Ураганы
Тайфуны. Ураганы
Ураган- это циклон, у которого давление в центре очень низкое, а ветры
достигают большой разрушительной силы. Скорость ветра нередко достигает 25
км/ч. Иногда ураганы на суше называют бурей, а на море - штормом, тайфуном.
Ураганы могут сопровождаться сильными дождями, наводнениями, в открытом
море - образованием волны высотой более 10 м, штормовыми нагонами. Особой
силой отличаются тропические ураганы, радиус сильных ветров которых может
превысить 300 км. Ежегодно на Земле развивается в среднем 70 тропических
циклонов. Средняя продолжительность урагана - около 9 дней, максимальная - 4
недели. Сильный тайфун - ЛИНДА (наиболее мощный за последние 10 лет)
вышел в конце октября - начале ноября 1997 г. на побережье Вьетнама. В
результате его действия разрушено множество домов и коммуникаций, без
вести пропало более 100 человек. Предполагают, что многие из них погибли.
Циклон, известный иначе как депрессия, или область низкого давления,
представляет систему погоды, в которой атмосферное давление убывает до
некоторой минимальной величины в центре, а ветры дуют по спирали в
направлении этого центра. (Ветры дуют по часовой стрелке в южном
полушарии и против нее в северном полушарии.) В своей развитой форме
система превращается в тропический циклон, определяемый Всемирной
метеорологической организацией (WMO, 1966) как “циклон тропического
происхождения малого диаметра (несколько сотен километров) с минимальным
давлением у поверхности, иногда менее 900 мб, очень сильными ветрами и
проливным дождем; иногда сопровождается грозами. В нем обычно различают
центральную область, или “глаз урагана”, с диаметром порядка нескольких
десятков километров, слабым ветром и более или менее незначительной
облачностью”. Циклоны и кинетическая энергия, которую они высвобождают,
представляют часть общей циркуляции атмосферы. Циклоны — необходимый
фактор формирования того, что человек называет “погодой”, но в своих
экстремальных формах циклоны превращаются в опасность для человека.
Такие штормы впервые были названы ураганами в Карибском море, а затем это
наименование распространили на все тропические циклоны в южной части
Тихого и Индийского океанов и северной части Атлантического океана, если
ветер в циклоне приобретал огромную силу. В Китайском море, обычно в
западной части северной половины Тихого океана и в Индийском океане над
Бенгальским заливом их называют “тайфунами”.
Термин “тайфун” укоренился еще с давних исторических времен (по-китайски
иероглиф “тай” означает сильный ветер) в применении к ТЦ западной части
Тихого океана в Северном полушарии, а именно эти вихри и представляют
собой серьезную опасность для дальневосточных регионов России – Приморья,
о. Сахалин, Курильских о-вов и Камчатки.
Следует отметить, что тайфуны западной части Тихого океана образуют
наиболее мощный очаг ТЦ, по сравнению с другими регионами. При
среднеклиматическом количестве ТЦ за год на глобусе примерно равном 80,
около 26 (т.е. более 30%) приходится именно на эту часть Мирового океана.
Хотя лишь малый процент тайфунов на деле представляет опасность для
российского Дальнего Востока, ущерб от этих явлений весьма значителен.
Тропические циклоны представляют собой огромные вихри, достигающие в
диаметре 1000 - 1500 км, а иногда и более, и простирающиеся по вертикали на
всю тропосферу (до 15 - 18 км). Максимальная скорость ветра в наиболее
мощных ТЦ достигает vm = 90 - 100 м/с (т.е. 300 - 360 км/ч) и минимальное
давление у поверхности океана в центре вихря po доходит до рекордно низких в
метеорологии значений (абсолютный минимум – 870 гПа – был зафиксирован в
супертайфуне Тип в октябре 1979 г.).
Климатология тропических циклонов определяется, прежде всего, основным
источником, поддерживающим их существование – выделением скрытой
теплоты конденсации влаги, что в максимальной степени происходит над
тропическими океанами, причем там, где температуры их поверхности To
наивысшие (обычно еще со времени Э.Пальмена (Пальмен и Ньютон, 1973))
критическими значениями To считаются значения 26 - 27 С.
В Северном полушарии ТЦ возникают, прежде всего, в следующих
океанических областях:
1. в Тихом океане – к востоку от Филиппинских островов и в южной
части Южно-Китайского моря, в основном, с мая по ноябрь, а также
к западу от Калифорнии и Мексики с июня по октябрь;
2. в Атлантическом океане – к востоку от Малых Антильских
островов и на востоке Карибского моря с июля по октябрь, к северу
от Больших Антильских островов с июля по октябрь, в западной
части Карибского моря в июне и с конца сентября до начала ноября,
в Мексиканском заливе с июня по ноябрь и, наконец, у островов
Зеленого Мыса с июля по октябрь;
3. в Индийском океане – в Аравийском море в мае - июне и октябре ноябре, а также в Бенгальском заливе с июня по ноябрь.
4. В Южном полушарии ТЦ зарождаются в Индийском океане – к
востоку от Мадагаскара и северо-западнее Австралии с ноября по
апрель - май, а в Тихом океане – в районе островов Новые Гебриды
и островов Самоа с декабря по апрель.
В целом, следует заключить, что ТЦ чаще всего образуются в тропической зоне
между 4 и 30 широты (ближе к экватору, из-за недостаточной величины
закручивающего момента, связанной с силой Кориолиса – ноль на экваторе –
ТЦ образуются крайне редко). Наиболее часто ТЦ возникают между 10 и 15 .
Горизонтальные размеры ТЦ, определяемые радиусом последней замкнутой
изобары, зависят от географического района и сезона. Тихоокеанские тайфуны –
самые крупные из них, их диаметр, в среднем, составляет 600 - 800 км (для
ураганов Атлантики – 400 км).
Схематически структура зрелого ТЦ представляет следующее. В нижнем слое
атмосферы (толщиной 2 - 5 км) в циклоне воздух устремляется к центру, при
этом ветер усиливается и достигает максимальных значений в узкой
кольцеобразной зоне вокруг центра ТЦ, удаленной от него на 20 - 100 км. В зоне
максимальных ветров устанавливается приблизительное равновесие между
силой барического градиента, направленного к центру циклона, и силами
противоположной направленности: центробежной и Кориолиса (так называемой
градиентный баланс). Не имея возможности двигаться дальше к центру ТЦ,
воздух вытесняется вверх и поднимается в мощных кучево-дождевых облаках,
перенося с собой количество движения, тепло и влагу. В верхней тропосфере
воздух отклоняется от центра наружу, образуя слой оттока, в котором
переносится завеса (или “щит”) перистых облаков. Отток концентрируется
вблизи изобарической поверхности 150 гПа. В отличие от нижнего слоя,
циркуляция здесь совершенно асимметрична, а по направлению становится
антициклонической (рис. 35).
Внутри и вблизи зоны максимальных ветров формируется “глаз бури” (самая
внутренняя, обычно свободная от облаков зона ТЦ диаметром от 5 до 50 км), с
окружающей его “стеной” облачности. Глаз образуется в ТЦ не всегда, а только
лишь тогда, когда давление в центре на уровне моря po падает ниже 985 гПа и
максимальная скорость ветра превышает 23-25 м/с.
Динамика глаза, причины и механизм его формирования до сих пор не совсем
ясны. Одним их наиболее “продвинутых” исследований поля ветра и
нестационарных процессов в глазе бури на основе гидродинамического
моделирования является цикл работ Е.М.Добрышмана 1994 - 1998 гг.
(Добрышман, 1995 и 1998).
Рис. 35. Схема структуры зрелого тропического циклона (Руководство...,
1986).1 — башни кучевых облаков в глазе бури; 2 — конвективные облака;3 —
высокослоистые облака; 4 — перистые облака
Другой характерной структурной особенностью ТЦ являются спиральные
полосы кучево-дождевых облаков и дождя, движущиеся против часовой стрелки
(в Северном полушарии) вокруг центра ТЦ.
Изображение глаза бури и стены облаков со спиральными полосами в тайфуне
Эллис в августе 1982 г., полученное с американского полярноорбитального
спутника NOAA, показано на рис. 35а.
В центральных областях тайфунов градиент давления может составлять 60 гПа
на 100 км, а иногда до 20 гПа на 20 км. Давление в центре развитых ТЦ у
поверхности океана составляет 950 - 960 гПа (значение абсолютного минимума
было приведено выше).
Наибольшая скорость ветра в движущемся тайфуне наблюдается в правых (по
отношению к направлению перемещения) квадрантах, где скорость в системе
самого ТЦ складывается со скоростью фонового потока. Максимум скорости
ветра наблюдается на высоте около 1 км, скорость ветра на уровне флюгера (10
м) составляет около 70% от этой величины. Выше 1-2 км скорость ветра с
высотой убывает. На изобарической поверхности 200 гПа она почти в два раза
меньше, чем на поверхности 500 гПа.
Существует целый ряд эмпирических зависимостей приземного давления от
расстояния r до центра ТЦ, равно как и связей между максимальной скоростью
ветра в ТЦ и перепадом приземного давления между периферией и центром ТЦ,
но, по мнению авторов, они носят только чисто оценочный характер.
Рис. 35а. Снимок с ИСЗ NOAA тайфуна Эллис. (Снимок принят на борту
НИС "Академик Королев" в период экспедиции КЭТИ-82)
Одной из основных черт ТЦ является наличие в нем теплого ядра.
Максимальные температурные аномалии отмечаются в глазе ТЦ в слое вблизи
250 гПа и могут достигать 15 С и более.
Области развитой конвекции в тайфунах отличаются значительно большей
относительной влажностью q по сравнению с соседними областями. В
центральной кольцевой зоне (r = 20 - 100 км) вплоть до изобарической
поверхности 450 гПа значения q превышают 90%.
Кинетическая энергия ТЦ, по ряду независимо произведенных оценок
(Добрышман, 1994; Голицын, 1997) имеет порядок 1018 Дж (полная энергия:
кинетическая + потенциальная – на полтора - два порядка больше). В системе
общей циркуляции атмосферы ТЦ, в сезон своей активности, переносят
существенную часть момента количества движения из тропиков в более
высокие широты (Голицин, 1997).
Говоря о движении тайфунов (как и всех ТЦ вообще), следует сказать, что оно в
большой степени определяется тремя основными факторами: взаимодействием
между фоновым потоком и самим вихрем, изменением параметра Кориолиса с
широтой (т.н. “эффект Россби”) и трением о подстилающую поверхность. Имеет
место тенденция к перемещению ТЦ в области с более теплой поверхностью
воды.
С тех пор как были составлены карты средних месячных приземных изобар и
траектории ТЦ стали наноситься с достаточной степенью точности,
метеорологи установили, что эти траектории приблизительно параллельны
средним изобарам в системе субтропического антициклона. Это привело к
появлению концепции ведущего потока.
Если исходить из параболической (или близкой к ней) формы траектории ТЦ, то
принято выделять ее прямую ветвь (в Северном полушарии это движение на
запад – северо-запад), точку поворота (чаще всего тихоокеанские тайфуны
проходят ее на широтах 22 - 32 ) и обратную ветвь (движение на восток –
северо-восток). Только тайфуны на обратной ветви своей траектории выходят
на Дальний Восток России.
Даже при отсутствии точки поворота, ТЦ обоих полушарий обычно смещаются
из более низких в более высокие широты. Можно показать, что это происходит
под влиянием упоминавшегося уже “Эффекта Россби”, или, как его иногда
называют, “бета-эффекта” (   l/  – изменение параметра Кориолиса l с
широтой  ). Впрочем, в отдельных (довольно редких) случаях, скажем, при
возникновении петлеобразных траекторий, тайфун или ураган в течение
определенного периода может двигаться и по направлению к экватору.
Тропические циклоны проходят в своем развитии (эволюции) несколько стадий.
Стадия формирования – обычно циклон в этой стадии называют тропической
депрессией (TD, vm < 17 м/с). Ее начало отождествляется с образованием
(скажем, из восточной волны или другого незамкнутого тропического
возмущения) системы, обладающей на приземной карте одной или несколькими
замкнутыми изобарами; давление на уровне моря может упасть до 1000 гПа.
Лишь около 10% тропических депрессий получают дальнейшее развитие.
Стадия молодого циклона – это соответствует в принятой терминологии
понятию “тропический шторм” (TS, 17 м/с  vm  24 м/с) или “сильный
тропический шторм” (STS, 25 м/с  vm  32 м/с). Эта стадия может
продолжаться несколько суток, но иногда носит и “взрывной” характер, когда за
12 ч возникает хорошо выраженный вихрь с глазом бури. Разрозненные очаги
облаков и осадков образуют систему узких полос дождя, сходящихся у центра,
но охватывающих еще небольшую область. ТЦ прослеживается до
изобарической поверхности 500 гПа, иногда 300 гПа.
Стадия зрелого циклона, т.е., собственно, тайфуна (TY) или урагана (Hr).
Теперь vm  33 м/с, давление в центре ТЦ сначала достигает минимального
значения, а затем начинает увеличиваться. Система циркуляции в этой стадии,
которая может существовать неделю, расширяется по площади. Радиус циклона
достигает максимальных размеров, характерных для той или иной акватории;
ТЦ прослеживается вплоть до тропопаузы (~ 100 гПа). В западной части Тихого
океана тайфун с vm > 50 - 65 м/с (разные значения в разных прогностических
центрах) иногда называют “супертайфуном” (STY). Число таких супертайфунов
за всю историю наблюдений весьма невелико.
Стадия затухания, или трансформации в полярно-фронтовой циклон.
Заполнение ТЦ происходит при выходе на сушу, в зону низких температур
поверхности океана или при больших вертикальных сдвигах ветра. Все эти
факторы связаны с уменьшением притока энергии (тепла и влаги) с
поверхности, а при выходе на сушу – и с увеличением трения о подстилающую
поверхность. По мере продвижения по обратной ветви траектории к северовостоку (в Северном полушарии) ТЦ либо регенерируют на полярном фронте и,
постепенно утрачивая специфические “тропические” черты, превращаются в
циклоны умеренных широт (с давлением в центре 950 - 960, а иногда до 1000
гПа), либо, как только что упоминалось, заполняются. Отметим, что хотя
скорость ветра при трансформации ТЦ ослабевает, осадки могут даже
усилиться, оставаясь, как правило, значительно более сильными, чем во
внетропических циклонах, а охватываемая ими зона значительно расширяется.
Полное время жизни среднего тропического циклона обычно считают равным 6
- 7 сут.
В прежние времена (XVI - XIX вв.) ТЦ на испанских островах Карибского моря
называли по имени того святого, с чьим днем, по католическому календарю,
совпадало их опустошительное нашествие. Так, известен громадными
разрушениями ураган Санта-Ана на о. Пуэрто-Рико 26 июля 1825 г.
Официального или всеобщего характера это правило, однако, не приобрело.
Иногда ТЦ получили имя той местности, в которой они особенно запомнились.
История знает ураган Саванна-ла-Мар, обрушившийся на одноименный поселок
о. Ямайки в 1780 г. Надолго останутся в памяти японцев печально знаменитый
тайфун Мурото, вышедший на мыс Мурото 21 сентября 1934 г., и тайфун залива
Исеноуми, 26 - 27 сентября 1959 г., разрушивший г. Нагою и унесший 5 тыс.
человеческих жизней.
С 1953 г. в Бюро погоды США на каждый сезон ураганов стали составлять
список женских имен в алфавитном порядке, которыми и нарекали вновь
возникающие тропические циклоны Атлантического океана, когда они
достигали определенной стадии развития (TS). При этом список составлялся
заранее, как правило, на несколько лет вперед. Вскоре алфавитные списки
женских имен были введены американцами и для тихоокеанских тайфунов
(Ситников, 1975).
С 1978 г. в списках тайфунов (а с 1979 г. – ураганов) женские имена чередуются
с мужскими (алфавитный порядок сохраняется). Вот так, например, выглядел
список наименований тайфунов и тропических штормов, реально возникших на
западе Тихого океана в сезон 1998 г.:
Николь
(Nichole)
Стелла
(Stella)
Янни
(Yanni)
Даун
Отто
(Otto)
Тодд
(Todd)
Зеб
(Zeb)
Элвис
Пенни
(Penny)
Вики
(Vicki)
Бебс
(Babs)
Рекс
(Rex)
Вальдо
(Waldo)
Чип
(Chip)
Имя первого тайфуна каждого сезона начинается с буквы английского алфавита,
следующей за той, с которой начиналось имя последнего ТЦ предыдущего
сезона. (В Атлантике список ураганов каждый год начинается с имени на
первую букву алфавита – А).
К этому остается добавить, что японцы, как и много лет назад, снабжают
очередной тайфун комбинацией из четырех цифр, где первые две цифры
означают год, а вторые две – его порядковый номер в данном году. Так, первый
тайфун, скажем, 1999 г., идентифицируется как 9901. На Филиппинах, наряду с
официальным “американским” именем, в сводках национальной
гидрометслужбы PAGASA можно встретить и свои, локальные наименования:
например, Лузинг (Lusing), Трининг (Trining) и др.
С 2000 г. порядок присвоения имен тайфунам изменился. Комитет по тайфунам
(международный орган Всемирной метеорологической организации), членами
которого являются (в порядке алфавита на английском языке): Камбоджа,
Китай, Северная Корея, Гонгконг, Япония, Лаос, Макау, Малайзия,
Микронезия, Филиппины, Южная Корея, Тайланд, США и Вьетнам, составил
пять списков имен тайфунов (табл. 16). Список введен в действие с 1 января
2000. Последний тропический циклон 2000 г. носил имя Soulik (наименование
представлено Микронезией), а первый 2001 г. – имя Cimaron (наименование
представлено Филиппинами).
Таблица 16
Список имен тропических циклонов северо-западной части Тихого океана
и Южно-Китайского моря.
Номер списка
I
Предложено
страной
Наименование Наименование Наименование
Наименование Наименовани
Cambodia
Damrey
Kong-Rey
Nakri
Krovanh
Sarika
China
Longwang
Yutu
Fengshen
Dujuan
Haima
Dpr Korea
Kirogi
Toraji
Kalmaegi
Maemi
Meari
Hk, China
Kai-Tak
Man-Yi
Fung-Wong
Choi-Wan
Ma-On
Japan
Tembin
Usagi
Kammuri
Koppu
Tokage
Lao Pdr
Bolaven
Pabuk
Phanfone
Ketsana
Nock-Ten
Macau
Chanchu
Wutip
Vongfong
Parma
Muifa
Malaysia
Jelawat
Sepat
Rusa
Melor
Merbok
Micronesia
Ewiniar
Fitow
Sinlaku
Nepartak
Nanmadol
Philippines
Bilis
Danas
Hagupit
Lupit
Talas
Ro Korea
Kaemi
Nari
Changmi
Sudal
Noru
Thailand
Prapiroon
Vipa
Megkhla
Nida
Kularb
U.S.A.
Maria
Francisco
Higos
Omais
Roke
Viet Nam
Hoamai
Lekima
Bavi
Conson
Sonca
Cambodia
Bopha
Krosa
Maysak
Chanthu
Nesat
China
Wukong
Haiyan
Haishen
Dianmu
Haitang
Dpr Korea
Sonamu
Podul
Pongsona
Mindulle
Nalgae
Hk, China
Shanshan
Lingling
Yanyan
Tingting
Banyan
Japan
Yagi
Kajiki
Kujira
Kompasu
Washi
Lao Pdr
Xangsane
Faxai
Chan-Hom
Namtheun
Matsa
Macau
Bebinca
Vamei
Linfa
Malou
Sanvu
Malaysia
Rumbia
Tapah
Nangka
Meranti
Mawar
Micronesia
Soulik
Mitag
Soudelor
Rananim
Guchol
Philippines
Cimaron
Hagibis
Imbudo
Malakas
Talim
Ro Korea
Chebi
Noguri
Koni
Megi
Nabi
Thailand
Durian
Ramasoon
Hanuman
Chaba
Khanun
U.S.A.
Utor
Chataan
Etau
Kodo
Vicente
Viet Nam
Trami
Halong
Vamco
Songda
Saola
II
III
IV
V
Краткая климатология тайфунов
Информация о параметрах тропических циклонов северо-западной части Тихого
океана поступает в свободный обмен данными от Японского
метеорологического агентства и от Объединенного центра предупреждения о
тайфунах США (о. Гуам) в виде синоптических карт, предупреждений о
тайфунах, штормовых оповещений, а также распространяется по сети Internet и
на технических носителях в виде многолетних и годовых наборов данных..
Технологии определения параметров тайфунов в Японском метеорологическом
агентстве и в Объединенном центре предупреждения о тайфунах США (о. Гуам)
различны. Это приводит к тому, что передаваемая информация о тайфунах
существенно отличается. Например, давление в центре тайфуна Herb (9609) по
данным Японского метеорологического агентства, Центрального бюро погоды
на Тайване и Объединенного центра предупреждения о тайфунах США (о.
Гуам) отличались на 20-35 гПа в период максимального развития циклона.
Тропический циклон Herb (9609) по данным Объединенного центра
предупреждения о тайфунах находился в стадии супертайфуна (скорость ветра
более 130 узлов). В то же время, последний супертайфун, зарегистрированный
по данным Японского метеорологического агентства был только в 1979 г. – Tip
(7920). По данным же Объединенного центра число тайфунов со скорость ветра
более 65 м/с ежегодно отмечается в количестве 4-6. В 1999 г, видимо в самом
аномальном году по интенсивности тропического циклогенеза (по
классификации Японского метеорологического агентства только четыре
циклона достигли стадии тайфуна), по данным Объединенного центра
предупреждения о тайфунах США также отмечен один супертайфун.
Сравнение данных о тайфунах Японского метеорологического агентства и
Объединенного центра предупреждения о тайфунах США (о. Гуам) за период с
1963 по 1989 гг. приводится ниже.
Числа тропических циклонов, достигших стадии тропического шторма (более
17 м/с), оказались близкими – 706 в первом наборе и 718 – во втором. С ростом
интенсивности в тропическом циклоне различие увеличивается. Количество
тропических циклонов, достигших стадии супертайфуна, отличаются весьма
существенно – 95 против 13. Различие в оценке определено различными
методиками определения максимального ветра в Объединенном центре
прогноза тайфунов о. Гуам и Японском метеорологическом агентстве.
В Объединенном центре прогноза тайфунов о. Гуам используется технология
оценки текущей и прогностической интенсивности тропических циклонов с
использованием спутниковых данных (технология Дворака). Соотношения
между минимальным давлением и максимальным ветром, применяемые в
Объединенном центре предупреждения о тайфунах, получены в 1977 г. Atkinson
and Holliday (1977).
Оценка положения центра определяется достаточно точно (несколько десятков
км) при выходе центра на сушу. До 30-40 км определение точности принято
считать отличным. Хуже всего местоположение определяется при нахождении
ТЦ на ранних стадиях развития. Принято считать, что давление в центре
определяется с точность до 5 гПа, максимальный ветер до 5 м/с.
В табл. 17 приведены данные о количестве тропических циклонов, достигших
той или иной стадии развития, за период 1957-1999 гг. в северо-западной части
Тихого океана (данные 1957 г. и данные о тропических депрессиях – неполные).
Таблица 17.
Количество тропических циклонов северо-западной части Тихого океана по
степени интенсивности (давление) за период 1957-1999 гг. (по данным JHS)
Р (гПа)
Месяц
I
II
III
IY
Y
YI
YII
YIII
IX
X
XI
XI
>1001
1
1
3
1
1
3
10
5
6
7
3
0
1000-991
6
1
4
5
10
13
27
41
25
26
30
16
990-981
3
0
7
6
5
22
27
49
31
18
13
5
980-971
3
1
1
3
9
12
38
41
31
21
12
8
970-961
3
1
1
3
5
9
19
26
30
18
2
3
960-951
0
0
1
3
3
7
9
25
18
20
6
4
950-941
1
1
0
0
3
5
7
19
19
14
8
9
940-931
3
0
3
3
2
3
10
10
16
18
14
2
930-921
1
0
0
4
2
3
12
9
12
9
13
4
920-911
0
0
0
2
2
0
9
11
10
8
6
3
910-901
0
0
0
0
1
1
6
3
11
7
10
1
900-891
0
0
0
0
0
0
5
3
9
8
6
1
890-881
0
0
0
0
1
0
0
1
2
2
1
0
880-871
0
0
1
0
0
1
0
0
1
3
1
0
 870
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
Итого
21
5
21
30
44
79
179
243
221
180
125
56
Рср.
975
980
977
967
969
974
967
969
959
957
957
96
По данным Японского метеорологического агентства 85.4% тропических
циклонов зарождается в сезон тайфунов (июнь-ноябрь). Более половины
тропических циклонов северо-западной части Тихого океана (51.0%) достигают
давления в центре 970 гПа и глубже, около трети (32.4%) - 950 гПа и глубже
(расчет без учета депрессий). Только 4.04% всех тайфунов достигают глубины
900 гПа и менее. По данным Объединенного центра предупреждения о
тайфунах США (табл. 2.6 ) эти же показатели соответственно равны - 89.3%,
52.5%, 35.1% и 9.2%.
За период 1963-1999 гг. по данным JMA достигло стадии 30 узлов и более 996
тропических циклонов, по данным JWTC – 1070. По данным Японского
метеорологического агентства - 61.7% тропических циклонов достигают
максимальной силы ветра 30 м/с (60 узлов) и более, около 17.1% - 50 м/с (100
узлов) и более. Только 1.3% всех тайфунов достигают интенсивности
супертайфуна (65 м/с или 130 узлов). По данным Объединенного центра
предупреждения о тайфунах США эти же показатели соответственно равны 64.3%, 29.5% и 13.2%.
Наиболее глубоким тайфуном по данным JHS с 1957 г. по 1999 г. был
тропический циклон 7920, достигший 12 октября 1979 г. глубины 870 гПа при
ветре 69 м/с (135 узлов), наиболее мощным - тропический циклон 6228,
максимальная скорость ветра в котором 13 ноября 1962 г. составляла 79 м/с (155
узлов) при давлении 900 гПа.
По данным же JWTC наиболее мощным был тропический циклон 6118
(классификация ВМО), который 12 сентября 1961 г. достиг максимального
ветра 185 узлов (94 м/с), что соответствует давлению в циклоне 850 гПа. Этот
же циклон по данным JMA имел глубину 890 гПа (информация о ветре
отсутствует).
Интересно отметить, что по данным JWTC в супертайфуне Tip (7920) 12
октября 1970 г. максимальная скорость ветра была 165 узлов (84 м/с).
Количество циклонов, достигших стадии супертайфуна (ветер 130 узлов и
более), за весь период наблюдений (1956-1999) по данным JHS – 19 (рис. 36).
Последним супертайфуном был тропический циклон 7920, последним
тропическим циклоном достигшим глубины 890 гПа и менее был тропический
циклон 8422 (875 гПа и максимальный ветер 61 м/с или 120 узлов). В то же
время, по данным Объединенного центра прогноза тайфунов о. Гуам отмечен
тренд на увеличение супертайфунов с середины 70-х годов (до 7 циклонов в
1991 г.).
ЯМА
ОЦПТ США (о. Гуам)
Рис. 36. Районы достижения максимальной интенсивности супертайфунами по
данным Японского метеорологического агентства за период 1956-1999 гг. (19
тайфунов) и по данным Объединенного центра предупреждения о тайфунах
США (о. Гуам) за период 1956-1999 гг. (152 тайфуна)
Наибольшие размеры тропические циклоны имеют в октябре, наименьшие – в
марте. Средний радиус зоны сильных ветров в эти месяцы, соответственно,
почти 300 морских миль (556 км) и 145 (около 270 км).
Почти 2/3 (63.4%) всех тропических циклонов к югу от 44 с.ш., находясь еще в
стадии тропического шторма или тайфуна, имеют зону сильных ветров более
200 морских миль (370 км). Более 14% (115 из 808 ТЦ за период с 1969 по 1999
гг.) имеют размеры в моменты максимального своего развития, близкие к
размерам самых глубоких внетропических циклонов. Зона сильных ветров
(более 15 м/с) у таких ТЦ была больше 400 морских миль (более 740 км), у 5.8%
зона сильных ветров превышает 500 морских миль (табл. 2.9).
Половина этих циклонов возникла в последние 10 лет. Наибольшее число таких
размеров циклонов было в 1972 г. и 1990 г. - четыре, в 1997 г - пять. У 16
тайфунов зона сильных ветров превышала 500 морских миль (более 925 км).
Самым крупным по размерам радиуса зоны сильных ветров был тропический
циклон 8928, который 29 октября 1989 г., находясь на 40 с.ш. 158 в.д. еще в
стадии тайфуна при глубине 960 гПа и максимальной скорости ветра 36 м/с (70
узлов), имел радиус зоны сильных ветров 800 морских миль или 1482 км,
радиус зоны ураганных ветров (более 25 м/с или более 50 узлов) составлял всего
200 морских миль.
В октябре-ноябре максимален размер зоны ураганных ветров – 110-111 морских
миль (более 200 км). Минимальные размеры зон ураганных ветров в
тропических циклонах в январе-феврале - 64-68 морских миль (около 120 км).
Наибольших размеров радиусы зон ураганных ветров зафиксированы в
тропическом циклоне 8422 при глубине 880 гПа и максимальном ветре 61 м/с
(120 узлов) и в тропическом циклоне 8305 при глубине ТЦ 920 гПа и
максимальной скорости ветра 51 м/с (100 узлов). В обоих циклонах радиусы
равны 250 морских миль (463 км), а также в тропическом циклоне 9199 - 280
морских миль (518 км).
Важно заметить, что тропический циклон MIREILLE (9119) таких размеров
достиг в пределах Японского моря (43.5 с.ш. и 141.7 в.д. – западной побережье
о-во Хоккайдо), находясь в стадии тайфуна. При этом радиус сильных ветров
был всего 350 морских миль (648 км). Максимальной интенсивности (925 гПа)
тайфун MIREILLE (9119) достиг 24 сентября; скорость ветра вблизи центра в
этот момент составила 50 м/с. Его интенсивность оставалась без изменения до
точки поворота, которая наблюдалась 26 сентября на 24-26 с.ш. На уровне Н500
тайфун от момента своего зарождения, прослеживался как самостоятельный
центр.
Траектории тропических циклонов северо-западной части Тихого океана
проходят либо вдоль широтного круга с выходом на юго-восточную Азию, где и
затухают, либо по параболической траектории с выходом в умеренные широты
или восточного побережья Азии, или западной части Тихого океана.
Из всего числа зародившихся тропических циклонов только 42.3% пересекают
30 с.ш., при этом из числа ТЦ, достигших стадии тропического шторма и выше
- 49.7%. Из последних - 77.7% проходят через район течения Куросио.
Рис. 37. Частота по квадратам 5 5 зарождения тайфунов, вышедших на район
Куросио за 1957-1997 гг.
На рис. 37 представлена информация о районах зарождения ТЦ за период 19571997 гг., вышедших впоследствии на выделенный район в зоне действия
течения Куросио.
К рассмотрению привлекались только ТЦ, достигшие стадии тропического
шторма и выше (425 ТЦ). Максимум числа выходов обнаруживается в районе
действия южного меандра Куросио. Наиболее часто траектории ТЦ проходили
через квадрат 25-30 с.ш. 130-135 в.д. (195 ТЦ), несколько менее в район 27-30
с.ш. 135-140 в.д. (164 ТЦ). Наиболее повторяющаяся траектория параболическая траектория из центра Филиппинского моря с точкой поворота у
30 с.ш. 130 в.д. На выделенный район из общего число 436 ТЦ (1957-1997гг.)
в стадии тайфуна вышло 94 тропических циклона, в стадии тропического
шторма - 211, а в стадии заполняющейся тропической депрессии - 131 ТЦ.
Максимальное количество тропических циклонов, вышедших на район Куросио
19 (1960), минимальное - 5 (1973) при среднем в год 10.6 ( =3.16). Среднее за
год количество ТЦ, вышедших на район Куросио в стадии тайфуна, составляет
2.3 ( = 1.25), максимальное количество - 5 (1965), минимальное - 0 (1967).
Интересно отметить, что в 1967 г. общее количество тропических циклонов,
зародившихся в северо-западной части Тихого океана, было близко к
абсолютному максимуму (44-1964) и равнялось 41. Среднее за год количество
тропических циклонов, вышедших на район Куросио в стадии тропического
шторма, составляет 5.1 ( = 2.4), максимальное количество - 11 (1960),
минимальное - 1 (1979).
В научных публикациях отмечается, что в последнее десятилетие происходит
аномальное усиление тропического циклогенеза и скоростей ветра,
обусловленное усилением интенсивности меридионального переноса.
Действительно, с 1989 по 1997 гг. ежегодно число зародившихся тропических
циклонов, включая тропические депрессии, превышает их среднемноголетнее
значение (31.3).
Опасные факторы
Человеческие жертвы (300 тыс. человек погибли в циклоне Бенгальского залива
в ноябре 1970 г.) и огромный материальный ущерб (исчисляемый иногда
миллиардами американских долларов) связаны чаще всего с наводнениями,
вызванными либо приливной волной ТЦ, либо ливневыми осадками и речными
паводками (именно такого происхождения потери от тайфунов характерны для
Дальнего Востока России). Не так уж редки и случаи возникновения в ТЦ
чрезвычайно интенсивных (со скоростями ветра до 500 км/ч) мелкомасштабных
(обычно не больше километра в диаметре) атмосферных вихрей – смерчей, или
торнадо.
Наиболее опасными для людей и имущества факторами тропического циклона
представляются штормовые нагоны и морские волны, ветер, ливни и связанные
с ними ливневые паводки (наводнения).
Все эти факторы, вместе взятые, представляют огромную угрозу для
человеческой жизни и материальных ценностей (рис. 38).
Рис. 38. Виды возможных убытков от тропических циклонов.
Штормовой нагон
Термином “штормовой нагон” обозначают подъем морских вод выше среднего
уровня океана, который отмечается при приближении тропического циклона к
берегу.
В открытом море низкое атмосферное давление в центре шторма вызывает
подъем воды выше уровня окружающей поверхности. При приближении
шторма к побережью ветер может нагнать и без того высокую воду к берегу в
зависимости от конфигурации последнего. Если это совпадает с высоким
лунным приливом, подъем уровня моря над его обычным уровнем может
достигать 7 метров и более, что приводит к быстрому затоплению низких
участков побережья и представляет большую угрозу для жизни людей и
состояния имущества.
Имея в центре низкие значения давления, циклоны обеспечивают также
изменения статического уровня поверхности океана. Стоит напомнить, что
понижение давления на 1/10 стандартной атмосферы (100 гПа) обеспечивает
подъем уровня на 1 м.
Собственно нагон происходит на участке шириной 15— 30 км. Действие
ветровых волн и зыби может распространяться на расстояние до 350 км от
центра циклона. Совместное воздействие ветра, волн и волновых течений может
вызывать размыв берега, в результате чего уничтожаются пляжи и
сельскохозяйственные земли, постройки и города. Ущерб не сводится только к
этому — и после затопления, при спаде воды, может происходить проседание
земли и зданий.
Период высокой воды может длиться примерно от 6 часов до нескольких дней в
районах с плохим стоком. При этом может происходить засоление почв, и в
результате они становятся непригодными для сельскохозяйственного
использования,
Штормовой нагон зависит от целого ряда факторов, таких как рельеф дна,
конфигурация береговой линии, а также размер, интенсивность, направление и
скорость движения ТЦ. Наиболее высокие нагоны бывают в заливах с широким
устьем и резким уменьшением его глубины или ширины. Высота нагона при
таких условиях может достигать 2 - 5,5 м, а его продолжительность – от
нескольких десятков минут до нескольких суток. Значительные штормовые
нагоны, вызванные тайфунами, бывают во многих местах побережья Японии.
Так, во время катастрофического нагона высотой в 3,4 м, вызванного тайфуном
Вера (1959 г.), затопило город Нагоя, что привело к гибели около 5 тыс. человек
(Григоркина и Фукс, 1986).
Наличие низин, выходящих к мелководному побережью, при их затоплении
приводило в истории наблюдений за ТЦ и к более тяжелым последствиям.
Знаменитый Галвестонский ураган (штат Техас, США) 1900 г. вызвал гибель
более 6 тыс. человек. Ураган Камилла 1969 г. вызвал в устье р. Миссисипи
штормовую волну высотой более 7 м, погибло более 100 чел. и был причинен
ущерб в 1 млрд долларов.
Штормовые нагоны, несомненно, представляют наиболее разрушительный
фактор. 12 ноября 1970 г. тропический циклон в северной части Бенгальского
залива вызвал 6-метровый подъем уровня моря, совпавший с высоким
приливом. В результате этого урагана и возникшего наводнения погибло
примерно 300 тыс. человек, и одни лишь потери урожая оцениваются в 63 млн.
долл., но эти цифры не отражают всех последствий урагана. Погибло примерно
60% населения, занятого в прибрежной зоне ловом рыбы, уничтожено 65%
рыболовецких судов в прибрежном районе, что существенно сказалось на
снабжении белковыми продуктами всего района (Frank, Husain, 1971).
В сентябре 1954 г. вследствие сильного штормового нагона, совпадающего с
полной водой астрономического прилива, с 23 ч 13 сентября до 19 ч 14 сентября
уровень воды в бухте Золотой Рог поднялся на 1 м (Климат Владивостока,
1978). Ущерб не зафиксирован.
Наиболее просто (и практически с достаточной точностью и обеспеченностью)
можно подсчитать высоту подъема уровня по следующим эмпирическим
формулам
hmax = 0,867 (1005 - P0)0.618 или
hmax = 0,154 (1019 - P0 )
где P0 - давление в центре циклона.
Изменение коэффициента в уравнениях может быть связано с формой береговой
черты и конфигурацией дна. Действие штормового нагона значительно
усугубляется тем, что на нем, как на первичной волне развиваются вторичные
волны - ветровые и проходит зыбь из других районов, где тайфун был ранее.
Волны зыби и ветровые волны, величина которых обычно недостаточна для
преодоления волнозащитных стенок и волноломов, с помощью штормового
нагона легко преодолевают эти препятствия и волны врываются в бухты и
порты-убежища. Вместе с ветров они создают чрезвычайно опасные условия
для находящихся здесь судов.
Дожди
Интенсивность осадков в тайфунах может превышать 1000 мм/сут. На Дальнем
Востоке России при выходе тайфуна иногда выпадает дождей до 200 - 350
мм/сут. Осадки распределяются крайне неравномерно как по пространству, так
и по времени. В среднем интенсивность осадков в развитом тайфуне в области
радиусом до 200 км составляет 80 - 100 мм/сут.
Иногда во время тропического циклона может выпасть до 2500 мм осадков или
ни капли, но довольно обычна величина 500 мм. Результатом выпадения
большого количества осадков являются наводнения, особенно когда ураган
пересекает горную местность. Так было, например, во время урагана “Камилла”
в 1969 г., когда .в течение 5 часов на уже насыщенную влагой почву выпало 790
мм осадков (U. S. Department of Agriculture, 1970).
Режим осадков, вызываемых тайфунами на Дальнем Востоке
Наибольший ущерб, приносимый тайфунами на РДВ, связан именно с
обильными осадками, являющимися причиной сильных, порой
катастрофических наводнений.
Под очень сильными дождями в метеорологии понимаются дожди с
количеством осадков 50 мм и более за 12 ч и менее, выпадающие одновременно
на площади, охватывающей 30% и более рассматриваемой территории
(Пинскер, 1986). Очень сильные дожди, подпадающие под категорию особо
опасных явлений (ООЯ), отмечаются, если говорить о Приморском крае, только
с июля по октябрь с максимумом в августе (54,6%). В 90% случаев при этом
причиной выпадения являются тайфуны, выходящие на само Приморье или
север Японского моря (в октябре – южные циклоны).
При выходе тайфунов количество выпадающих осадков колеблется в больших
пределах: от 50 до 197 мм за 12 ч (Пинскер, 1986). В отдельных случаях близ
Владивостока осадки достигали 150 - 300 мм за одни - двое суток.
Интенсивность ливней может в августе - октябре доходить до 2,0 - 2,4 мм/мин и
более (Климат Владивостока, 1978). Доля тайфунных дождей здесь наибольшая
в августе и сентябре (41 - 51%) и в июле (34 - 35%). На 1990 г. приходится
абсолютный суточный максимум – 13 июля в период выхода тайфуна Робин во
Владивостоке выпало 247.2 мм осадков, или 30% годовой нормы (19,2% всего
количества осадков за этот год) (Тунеголовец и Федорей,1997). По другой
статистике, тропические циклоны, выходящие на Приморский край, вызывают
сильные дожди в 76% случаев. Наиболее часто (84%) такие дожди выпадают на
побережье, реже – в центральных районах края (64%). Повсеместное выпадение
сильных осадков в крае связано только с тайфунами, смещающимися в глубь
территории Дальнего Востока. Классическими примерами такого смещения
являются выход тайфуна Ирвинг 14 - 18 августа 1979 г. и тайфуна Орчид 11 - 13
сентября 1980 г. Когда тайфуны движутся над акваторией Японского моря,
обильные дожди обычно выпадают только на побережье, в то время как на
остальной территории края в это время отмечается погода без осадков
(Тунеголовец, 1997).
На о. Сахалин, при ветрах ураганной силы (до 50 м/с), сильные ливневые дожди
могут наблюдаться над всей территорией. Так, значительные дожди, связанные
с выходом тайфуна Тип (1979), продолжались здесь более двух суток (19 - 21
октября). Наибольшее зарегистрированное количество осадков составило 197
мм.
Во многих случаях тайфуны, находясь на достаточном удалении от берегов,
оказывают косвенное влияние на обострение фронтальных разделов,
увлажнение воздушных масс, что проявляется в необычно сильных ливневых
дождях с грозами, градом и шквальным ветром. Именно таким было
воздействие тайфуна Мелисса 17 - 21 сентября 1994 г. Только во Владивостоке в
первые четыре дня выпало 188 мм осадков, ежедневно превышая 30 мм/сут
(Тунеголовец, 1997).
Дожди в Приморье начинаются еще до подхода тайфуна к полярному фронту;
наибольшей интенсивности они достигают, когда тайфун выходит к берегам
Приморья.
Обострение полярного фронта и муссонные факторы (часто – в комплексе)
относятся к наиболее часто встречающимся типам процессов, обуславливающих
сильные дожди в Приморье. Другие, более редкие типы включают
взаимодействие трансформирующихся тайфунов с холодными высотными
мезовихрями или непосредственное воздействие еще нетрансформированных
тайфунов на Приморский край (Тунеголовец, 1997б).
Теперь – коротко о наводнениях, вызываемых сильными осадками в
дальневосточных тайфунах. К наводнениям в Приморском крае приводят
паводки на реках его юго-восточной и центральной частей и, прежде всего,
стекающих с гор хр. Сихотэ-Алинь.
Так, в сентябре 1994 г. под влиянием расположенного неподалеку тайфуна
Мелисса паводок достиг величин, наблюдающихся один раз в 20 - 50 лет;
подъем уровня на реке Партизанской составил около 7 м (Митник и др., 1997).
Основной ущерб от катастрофического наводнения охватил 5 районов, а также
города Находка и Партизанск.
На о. Сахалин наводнения, вызванные выпадением дождей тайфунного
происхождения, отмечаются, в основном, в южной части острова. При выходе
17 октября 1970 г. ТЦ Джорджия наводнение, помимо южных районов,
охватило юг центральной части острова и также носило катастрофический
характер. Величина подъема уровня на отдельных реках составила 1 - 5 м, юговосточные ветры создали подпор воды в устьях рек, что еще более обострило
обстановку. Высота воды на пойме достигла 0,5 - 1,0 м, а в отдельных местах
доходила до 2,5 м (Тунеголовец, 1997а).
Имеется опыт мониторинга наводнений в Приморье по спутниковым данным
(Митник и др., 1997). Ценность спутниковой информации при этом резко
возрастает при уменьшающемся количестве гидрометеорологических станций и
постов, не обеспечивающих получение площадных характеристик достаточной
точности. Особенную ценность представляет мониторинг в СВЧ-диапазоне, где
облачность и осадки являются полупрозрачной средой, и поэтому реализуется
возможность зондирования подстилающей поверхности независимо от
облачности. Насколько это важно, видно из того, что, например, во время
наводнения 1994 г. (см. выше) район затопления только в 10 - 15 % всех случаев
съемки в видимом и ИК-диапазонах был свободен от облаков. Понимание
необходимости оперативного распространения различных спутниковых данных,
обеспечивающих мониторинг наводнений, привело к разработке новых
технологий, использующих сеть Internet (Митник и др., 1997).
Ветер
Скорость ветра в тропическом циклоне при выходе их на сушу может достигать
свыше 250 км/ч, вызывая гибель людей и телесные повреждения от рушащихся
строений и переносимых по воздуху предметов, разрушая дома, коммуникации,
уничтожая растительность. Иногда урагану сопутствуют торнадо. Внезапные
сильные порывы ветра могут быть особенно опасны, потому что возникают
неравномерные давления с разных сторон постройки, что может привести к ее
обрушению. Сильные порывы ветра могут вызвать колебания высотного
сооружения, например радиобашни, и привести к его разрушению.
Максимальная скорость ветра в тропическом циклоне Vmax при развитии над
океанами может достигать свыше 100 м/с в Атлантике, и около 90 м/с в Тихом
океане.
Для быстрого расчета максимальной приводной скорости ветра (vm, м/с) по
известному давлению в центре тайфуна (po, гПа) используются формулы:
vmax = 0,125 (1040 - po)4/3 (Похил, 1985) или
vmax = 3,45 (1010 - po)0.644 (Atkinson and Holliday, 1977) или
vmax = 3,40 (1010 - po)0.648 (Dvorak, 1984) или
vmax = 4,89 (1010 - po)0.577 (Fujita, 1971)
Во многих тайфунах ветер почти симметричен относительно оси вращения, по
крайней мере, на первой стадии развития и по крайней мере в радиусе 300-400
км. Радиальное изменение Vr можно определять по эмпирическим формулам
Vr = Vmax (rmax/r) æ
где: æ для r > rmax меняется от ½ до 1.0.
Или vΘ = 3 vmax (r/r0)/(2+(r/r0)3)
где значение vmax – максимальной скорости ветра в тайфуне и ro – расстояния от
центра тайфуна, соответствующего vmax.
В настоящее время в Японском метеорологическом агентстве прогноз ветра в
тайфуне на различные сроки заблаговременности (рис. 39).
Усиление ветра (более 15 м/с) при выходе тайфуна на побережье может быть
весьма значительным. Это отчасти связано с тем, что при подходе к побережью
интенсивность ветра возрастает за счет орографических и мысовых эффектов. В
прибрежной зоне Приморского края в 36,8 % случаев выхода ТЦ на побережье
ветер достигает ураганной силы (с порывами до 40 м/с). Так, в тайфуне Ирвинг
(1979) в этой ситуации ветер достигал 34 м/с, а в порывах даже превосходил 40
м/с (при давлении в центре 975 гПа) (Тунеголовец, 1997а).
Рис. 39. Прогноз ветра на 3.07 12 СГВ тайфуна Утор от Японского
метеорологического агентства.
(Обозначения: большое перо у стрелки обозначает 5 м/с, маленькое – 2.4 м/с,
треугольник – 25 м/с, стрелка указывает направление откуда дует ветер.).
Прогноз дан с суточной заблаговременностью.
Вероятность оказаться под воздействием сильных (более 15 м/с) или ураганных
(более 25 м/с) ветров тайфунного происхождения зависит от времени года и
местонахождения судна (Приложение 2). Наибольший риск (повторяемость)
характерен летних месяцев при плавании и работах в северной части
Филиппинского моря (рис. 40). Изменчивость количества тайфунов от года к
году, как было показано, весьма существенна. Максимальное количество
тайфунов было отмечено в 1967 г. (44), минимальное – в 1998 (21). По этой
причине вероятность встречи сильных или ураганных ветров тайфунного
происхождения оказывается также крайне изменчива.
Рис. 40. Средний и максимальный риск (х10-2) встречи сильных ветров (>15 м/с)
в сентябре.
Максимально возможная вероятность (риск) оказаться под воздействием
сильных или ураганных ветров тайфунного происхождения в 2-3 раза
превышает средние значения (рис. 40). В августе-октябре в некоторых районах
северной части Филиппинского моря до 50% времени работ в течение месяца
может оказаться в условиях сильного ветра и до 30% - в условиях ураганных
ветров (Тунеголовец, 2001).
Волнение
О волнении в зоне урагана до сих пор имеются наиболее редкие и разноречивые
сведения. Попутные судовые наблюдения являются почти уникальными, так как
суда стараются по возможности избежать ураган, разойтись с ним. Даже в
случаях встречи судна с ураганом измерения высоты волн производится очень
редко и неточно.
На рис. 41 изображена картина волнения коря, когда в тайфун попала эскадра
японских военных кораблей (Arakawa H., Suda, 1953). Высота волн указана в м.
Рис. 41 Волны в тайфуне 25 сентября 1935 г.
Ветровое волнение, вызываемое тайфунами, имеет самый широкий спектр: от
коротких гравитационных волн, вызванных местным ветровым режимом (рябь
высотой в несколько мм), до волн длиной в несколько десятков метров. Режим
волнения зависит от скорости ветра и допустимой степени разгона волн. Для
состояния атмосферы в области тайфуна характерны быстрые и резкие
изменения скорости ветра, что приводит к сложным интерферирующим
системам ветрового волнения и зыби (о ней чуть ниже). Высота ветровых волн в
глубоких тайфунах может достигать 10 - 15 м, а максимальные значения
превышают 20 м (Григоркина и Фукс, 1986; Global guide ... , 1993).
Один из вариантов диагностики состояния океана в штормовых зонах возможен
по определенным облачным структурам, обнаруживаемым на основе
спутниковой информации. Дело в том, что взаимодействие океана и атмосферы
в различных условиях сопровождается процессами, приводящими к
образованию облачности, либо тормозящими ее развитие (Похил, 1983). В
указанной работе рассматривается взаимосвязь эволюции полей облачности и
полей волнения при перемещении ТЦ. Получен также упрощенный метод
расчета ветра и волнения в центральной зоне шторма, сопровождающих ТЦ.
Предлагаемый метод (Похил, 1985) основан на расчете по номограмме,
содержащей графики:



зависимости скорости ветра в центре штормовой зоны от давления в
центре ТЦ;
зависимости так называемых “значительных высот” волн вблизи центра
штормовой зоны от скорости ветра в ней;
зависимости значительных высот волн вблизи центра штормовой зоны от
давления в центре ТЦ.
Ниже представлена также эмпирическая формула для расчета значительной
высоты волны (h, м) по скорости ветра вблизи центра штормовой зоны (Похил,
1985):
h = 0,58 vm3/4.
Изучение траекторий и развития тайфунов Филлис и Тед (август 1981 г.),
соответствующих им зон штормового волнения, а также сопоставление их со
спутниковой информацией по облачности (ТВ и ИК-снимки) позволяют
заключить, что анализ динамики облачных структур является возможным
методом диагностики состояния подстилающей поверхности в зонах жестоких
штормов. При этом получено (Похил, 1985), что при малой скорости
перемещения центра циклона (10 - 20 км/ч) в открытом океане зона
максимального волнения близка к центру циклона и находится на расстоянии 50
- 150 км от него. При увеличении скорости продвижения ТЦ зона штормового
волнения отстает от его центра и смещается в правую тыловую часть
относительно направления движения ТЦ. При регенерации ТЦ на атмосферном
фронте скорость его перемещения увеличивается до 40 км/ч и более. Ускорение
перемещения ТЦ происходит обычно на 35 - 38 с.ш. При выходе ТЦ на
побережье или острова зона максимального волнения отстает от центра циклона
и сдвигается в его тыловую часть.
По мере того как ветровые волны распространяются в океанические области,
далекие от места их зарождения, т.е. от области штормового волнения, они
постепенно превращаются в зыбь (swell). Волны зыби – это гравитационные
волны, обладающие скоростью 40 - 80 км/ч, не связанной со скоростью
преобладающих ветров в достигнутой ими зоне океана и значительно
превышающей скорость перемещения самого тайфуна. Так, зыбь, которая
распространяется от тайфуна, приближающегося к Японии, обычно опережает
сам тайфун на 700 - 1500 км и выходит на побережье на несколько часов раньше
него. Поэтому крупная зыбь иногда является как бы предвестником тайфуна и
может служить признаком его существования в удаленном от наблюдения
районе.
Волны зыби обычно на протяжении сотен миль довольно слабо затухают по
высоте, которая может доходить до 3 - 6 м, а иногда и до 10 - 15 м. При этом
известны случаи, когда зыбь отмечалась на еще больших (чем приведено выше)
расстояниях от центра тайфуна, вплоть до 2000 -3000 км. Периоды зыби во
время сильных тайфунов могут доходить до 15 с. Высокая зыбь от тайфунов на
отдельных участках побережья, обращенных к открытому морю, создает
сильнейший прибой, разрушающий берега и гидротехнические сооружения. На
защиту берегов от таких волн государствами северо-западной части Тихого
океана тратятся огромные средства (Григоркина и Фукс, 1986).
Еще в 1920 г. Клайн (по В.М. Лившицу, 1969) высказал мысль, что высочайшие
волны урагана и зыбь возникают в правой тыловой четверти урагана и лишь
затем проходят через небольшие волны передовых частей урагана, сохраняя
направление движения времени образования.
Наблюдения показывают, что направление зыби отклоняется вправо от
направления ветра. Наибольшее среднее отклонение в девой тыловой четверти,
наименьшее в правой тыловой. Во фронтальных четвертях отклонения
промежуточные между тыловыми. Это относится к случаю движущегося
шторма. Стационированный шторм обладает почти симметричной картиной
ветра и волн.
Аракава (1954) нашел, что в ограниченной районе правой тыловой четверти
направление зыби отклоняется не вправо, а влево от направления ветра, и что
именно здесь путем взаимодействия зыби и ветровых волн возникают так
называемые пирамидальные волны.
Так как при движении шторма усиливается ветер в правой его половине и
увеличивается время его действия на волны, а также длина пути, на котором
образовавшиеся волны продолжают получать энергию от ветра .(разгон),
картина волнения в урагане становится очень несимметричной. Умение
правильно учесть этот факт может оказать неоценимую помощь судну,
попавшему в ураган. По степени опасности обычно на первом месте стоит
правая тыловая четверть урагана, затем правая фронтальная, левая фронтальная
и левая тыловая. Эта схема не относится к моментам поворота или быстрого
изменения скорости.
Прогноз волнения на 3.07 00 СГВ тайфуна Утор
Фактическое волнение 3.07 00 СГВ
Утор
Рис. 42. Прогностические и фактические данные о волнении в тайфуне Утор от
Японского метеорологического агентства.
На рис. 42 приведены прогностические и фактические данные о волнении в
тайфуне Утор от Японского метеорологического агентства. Скорость
перемещения тропического циклона составляла 15-20 узлов. Отчетливо видна
несимметричность распределения волнения в правой относительно движения
части тайфуна. Максимальное волнение в циклоне превышает 8 м. При этом
тропический циклон имел глубину 980 гПа и максимальную скорость ветра 50
узлов. Размеры зоны сильных ветров достигали 450 морских миль, а ураганных
ветров – 50 миль.
Не следует считать, что зона возможной встречи с ураганами узкой полосой
проходит через тропические и субтропические области океана. Многие мощные
ураганы уходят довольно далеко в высокие широты, прежде чем начинают
ослабевать.
К приведенным данным о волнении в тропическом циклоне (ураган, тайфун)
необходимо добавить следующее (Лившиц, 1969).
Уменьшение скорости ветра в глазе циклона не всегда означает уменьшение
волнения. Состояние поверхности моря здесь меньше связано с характером
ветра, а больше зависит от скорости движения самого циклона и волн.
Наибольшее волнение возникает при совпадении или приближении скорости
циклона и скорости волн. В циклоне малой скорости или стационарном
волнении меньше, но в глазе такое же, как и в области сильного ветра. При
очень большой скорости тайфуна или урагана волнение в его “глазе” отбудет
сравнительно невелико.
При приближении к атмосферному фронту очень высокие волны возникают не
только в центральной части циклона, трансформирующегося во внетропический
шторм, но и вблизи фронта. Зыбь распространяется обычно со скоростью 20-30
узлов и при меньшей скорости циклона может уйти далеко вперед от него. По
высоте зыби можно приближенно судить о мощности и отдаленности шторма,
например, по формуле
Н зыби = 0,67 ((1013-Ро)/г)0.5
где Ро - давление в центре циклона, r - расстояние от центра циклона.
Скорость зыби определяется через V = 3,5 t. где t - период в секундах V скорость в узлах.
Согласно расчетам академика В.В. Шулейкина (1960, 1975) в Атлантическом
океане при скорости ветра, возрастающей в течение 5 часов от 0 до 60м/с волны
5%-ной обеспеченности имеют следующие значения: высота - 12,6 м, длина 230 м, период - 12,1 сек, фазовая скорость 19 м/сек. Аналогичный расчет
проведен для волн тайфуна в Южно-Китайском море (Тайванский пролив). Для
моря глубиной 60 м при максимальной скорости ветра 40 м/о за 35 ч
развиваются волны высотой 9 м, длиной 160 м, периодом 10 сек. В работе В.В.
Шулейкин произвел также расчет затухающего волнения под действием
встречного ветра. По расчету, за 4 часа при встречном ветре, ослабевающем от
60 до 10 м/о, высота волн уменьшается с 13 до 2 м.
Это указывает на возможность полного гашения зыби встречным ветром. Такое
явление действительно было замечено судном "Ван Вервик" в Индийском
океане. При прохождении судна по периферии урагана наблюдалось внезапное
временное прекращение зыби.
Ущерб от тропических циклонов
От примерно 80 тропических циклонов, ежегодно появляющихся в различных
бассейнах Мирового океана, в той или иной мере потенциально могут
пострадать около 50 стран, а сумма годового ущерба, по оценкам (Southern,
1979), составляет 6 - 10 млрд долларов США. Совместное действие
перечисленных выше факторов приводит к необычайно широкому спектру
воздействия ТЦ на самые различные природные и созданные человеком
структуры.
Согласно статистике, опубликованной ВМО (Global perspectives ... , 1995), за
период 1947 - 1980 гг. во всем мире от тропических циклонов погибло почти
500 тыс. человек, что выводит их на первое место среди десяти наиболее
опасных стихийных бедствий. При этом, помимо жителей прибрежных районов,
в случае если ТЦ медленно движется в глубь суши, продолжая вызывать
обильные дожди, немалый ущерб падает и на территории, весьма удаленные от
берега. Оценки материального ущерба, произведенные Комитетом
ЭСКАТО/ВМО по тайфунам, говорят о том, что в странах побережья западной
части Тихого океана экономические потери от тайфунов ежегодно превышают 4
млрд. долларов США. За период с 1985 по 1988 гг. 52 тайфуна из 59, вышедших
здесь на побережье, вызвали значительный ущерб. В августе 1975 г. тайфун
Нина, вышедший на побережье Китая, и “застрявший” над провинцией
Фуцзянь, вызвал рекордные дожди (1062 мм за сутки и 1605 мм за трое суток).
В провинции Хэнань были разрушены два крупных водохранилища и смыты
железнодорожные пути (Global perspectives ... , 1995). Впечатляющие цифры
жертв и ущерба для циклонов Бенгальского залива были приведены ранее.
В литературе часто приводится диаграмма, показывающая число жертв и
материальный ущерб по пятилетиям от тропических циклонов в США за период
1900 - 1969 гг. (см., например, (Ситников, 1975; Уайт, 1978; WMO, 1979)).
Нетрудно заметить, что число человеческих жертв за последние десятилетия
значительно сократилось. Это, бесспорно, связано с усовершенствованием
системы наблюдений, анализа и прогноза ураганов, что позволило
своевременно предупреждать население и эвакуировать людей из прибрежных
зон. Однако, экономические потери за последние 30 лет в США, вызванные
действием ураганов, значительно возросли. Так, в начале 1980-х гг. эти потери в
среднем составляли 1 млрд долларов США в год, что в пять раз превышает
ежегодную сумму потерь в 1950-х гг. Это обстоятельство, прежде всего,
вызвано небывалым ростом населения и промышленности в береговых зонах,
несмотря на наличие в этой стране специальных строительных кодексов,
запрещающих (или ограничивающих) возведение зданий и прочих
промышленных сооружений в районах, подверженных действию ураганов.
Самый “дорогой” в истории США ураган Эндрю (Andrew), вышедший в конце
августа 1992 г. на юг Флориды и штат Луизиана, принес убытков на 27 млрд.
долларов. Whitehead and Elsner (1999) выражают озабоченность, что ущерб от
ураганов такого порядка может стать нормой по мере вхождения в XXI век.
Число жертв при этом было относительно невелико: несколько десятков
человек.
Практически вся территория Японии подвержена влиянию тайфунов. Среди
других стихийных бедствий по статистике ущерба тайфуны в этой стране
занимают первое место, оставляя позади ливневые дожди на т. наз. фронте байю и вызываемый ими разлив горных рек; землетрясения, вулканическую
деятельность и цунами; оползни, заморозки и снегопады и пр. Согласно (Накано
и др., 1978), число жертв от тайфунов за период с 1946 по 1970 гг. составило
около 14 тыс. чел., от ливневых осадков – несколько более 7 тыс., от
землетрясений – около 5,5 тыс., от извержения вулканов – 12 чел. Тайфуны в
Японии приурочены к сезону с июня по октябрь, при наибольшей
повторяемости в августе (выход на Дальний Восток России происходит с июля
по сентябрь).
Заслуживает самого пристального внимания та скрупулезность, с которой
японцы изучают причины и характер бедствий, связанных с тайфунами,
анализируют размеры и распределение ущерба по территории страны,
классифицируют ущерб от ветра и наводнений при тайфунах. Особенно
интересен анализ социальной стороны стихийных бедствий, в т.ч. тайфунов,
показывающий, как и почему от этих бедствий, прежде всего, страдают
беднейшие слои населения, селящиеся поневоле в утлых постройках на
окраинах больших портовых городов. Может оказаться весьма полезным и в
наших условиях (несмотря на множество различий) тщательный анализ
ответственности государства за мероприятия, связанные со стихийными
бедствиями: например, злоупотребления при постройке дамб, неприятия
должных мер при наступлении бедствия, волокита, медлительность в оказании
помощи пострадавшим (Идет тайфун, 1953).
Цифры по потерям от тайфунов на российском Дальнем Востоке в печати очень
немногочисленны. В то же время, согласно В.П. Тунеголовцу (1997б),
экономический ущерб от воздействия одного тайфуна на Приморский край
может достигать 300 млн долл. США (наводнение в сентябре 1994 г., вызванное
воздействием ТЦ Мелисса) и приносить человеческие жертвы.
Частые разрушительные наводнения являются главным из природных факторов,
ограничивающих социально-экономическое развитие Приморского края. Они
формируются в условиях преимущественно горной территории с муссонным
климатом, наиболее сильные из них связаны как раз с выходом тайфунов.
Катастрофические паводки (наводнения), обеспеченностью 1 - 3% (т.е.
случающиеся 1 - 3 раза из 100 случаев всех паводков) вызывают длительное
затопление населенных пунктов и сельхозугодий на большую глубину,
максимальные зарегистрированные ущербы от них сравнимы с годовым
бюджетом края (Тунеголовец, 1997б).
Основные характеристики систем оповещения и предупреждения о
тропических циклонах
Ввиду значительного ущерба, причиняемого тропическими циклонами, в
странах, подверженных их влиянию, возникает естественная необходимость в
организации служб оповещения и предупреждения о надвигающейся опасности.
В соответствии с данными ВМО, своевременное предупреждение о СГЯ
способно обеспечить до 10% сокращения ущерба. Конечно, непреложным
элементом любой такой службы является метеорологический прогноз, прежде
всего, перемещения ТЦ и выхода его на сушу, а также основных параметров
шторма: минимального давления в его центре, максимальных ветров и их
распределения по различным секторам циклона, режима осадков, высот и
локализации штормового нагона и пр. Однако понятие службы предупреждения
о ТЦ вбирает в себя множество и других звеньев, ориентированных на
распространение предупреждений (например, через средства массовой
информации – СМИ) и оптимальную реакцию населения на них (WMO, 1982).
Схема процесса предупреждения о тропическом циклоне представлена на рис.
3.22, взятом из (Global guide ... , 1993). В этом подразделе мы коснемся, в
основном, элементов этой схемы, изображенных в трех правых столбцах. (Об
истории создания служб предупреждения см. (Ситников, 1975)).
Подготовка и выпуск предупреждений
Метеорологи обычно стремятся определить угрожаемый участок побережья,
место ожидаемого максимального штормового нагона, районы ливневых
дождей и наводнений, а также признаки сопровождающих некоторые ТЦ
торнадо (смерчей), по меньшей мере, за 36 - 48 ч до выхода циклона на берег.
Однако, чтобы проинформировать органы (службы), отвечающие за действия
при чрезвычайных обстоятельствах (в т.ч. на промышленных предприятиях, где
для принятия превентивных мер требуется иногда значительное время),
заблаговременный сигнал тревоги в связи с потенциальной угрозой (Early Alert)
выпускается иногда даже за 48 ч. Этим сигналом СМИ и ответственные лица
просто информируются о том, что в океане сравнительно недалеко от
предупреждаемого района сформировался тропический циклон. При этом
никаких прогнозов о возможности возникновения опасных условий пока не
дается. “Тональность” сигнала – спокойная, подается он обычно один или два
раза в сутки с целью возбудить интерес к событию, которое может произойти, и
создать своеобразный “климат ожидания” при переходе к следующей фазе
развития события. Целенаправленная информация специального содержания
может быть передана находящимся в море рыболовным судам и на буровые
вышки (Global guide ... , 1993). (Здесь и ниже, в основном, цитируется гл. 7 этого
сборника, подготовленная R.L.Southern).
Следующей фазой (если до нее дойдет дело) является выпуск штормового
оповещения о ТЦ (Cyclone Watch) с заблаговременностью 36 - 48 ч до
ожидаемого выхода ТЦ на сушу. Его цель – поставить население в известность
о возрастающей угрозе, по-прежнему, без выдачи прогнозов о конкретной
опасности для тех или иных участков береговой зоны. Частота оповещений
становится выше, чем во время предыдущей фазы, а именно каждые 6 ч, но их
характер все еще остается довольно общим, например, указывается
возможность выхода циклона на протяженную часть берега, заведомо большую
по размерам, чем типичный для ТЦ сектор ветров штормовой интенсивности.
Предполагается, что на этой фазе возможно начало реализации общественных,
весьма дорогостоящих действий по обеспечению безопасности, таких как
учреждение центров по организации чрезвычайных мер и развертыванию
соответствующих средств и ресурсов (Global guide ... , 1993).
За 24 ч до ожидаемого выхода ТЦ на берег выпускается, собственно,
штормовое предупреждение (Cyclone Warning). В нем обычно очерчиваются
береговая зона протяженностью 600 - 800 км (в зависимости от размеров самого
циклона), где прогнозируются ветры разрушительной силы, а также две 200-км
зоны по обе стороны от “эпицентра”, на которые распространяется пока еще
просто штормовое оповещение (см. выше). Общая стратегия предупреждения
состоит в том, чтобы обозначить участки между крупными населенными
пунктами, которые могут подвергнуться опасности. Эта фаза является ключевой
во всей системе предупреждений и должна сопровождаться проведением целого
ряда дорогостоящих операций со стороны заинтересованных организаций.
Соответствующие центры начинают работать на круглосуточной основе для
осуществления срочных мер, которые часто включают эвакуацию населения из
наиболее опасных районов и закрытие целого ряда промышленных
предприятий. Такие предупреждения даются уже каждые 3 ч, а через СМИ
могут передаваться ежечасные короткие сообщения. По мере приближения ТЦ к
берегу выпускается более конкретная, чем ранее, информация о его
разрушительной силе, а также общее предупреждение об ожидаемых зонах
максимального штормового нагона (Global guide ... , 1993).
Вслед за этим наступает фаза, называемая иногда в литературе (Global guide ... ,
1993) “фазой неизбежного выхода” ТЦ на сушу. Штормовые ветры,
сопровождаемые обильными осадками, сильным волнением на море и
растущими по высоте приливами, в данной, сравнительно узкой, береговой
полосе уже начинаются, и людям следует находиться в укрытиях в ожидании
выхода ТЦ на сушу в пределах 6 - 8 ч. Специальные бригады по действиям в
чрезвычайных обстоятельствах проверяют, находятся ли люди в безопасности.
Радио- и телевизионные передачи передают конкретизированную информацию
о наиболее подверженных действию шторма участках. Точка выхода циклона на
сушу должна на этой фазе быть определена с точностью 50 - 100 км. Может
начаться выпуск предупреждений для береговых водосборных площадей и
речных бассейнов. Прогностические сводки имеют теперь заблаговременность 3
- 6 ч (“nowcasting”). Поскольку траектория и структура циклона перед выходом
на сушу может неожиданно измениться, некоторые специалисты (Simpson,
1971) рекомендуют выпускать “предупреждения последней минуты”,
ориентирующие население на “курс наименьшего сожаления” (course of least
regret), т.е. на более вероятный удар ТЦ по крупному городу или другому
объекту, где последствия могут быть максимальные (если этого не произойдет,
тем лучше!).
Предупреждения об уже вышедшем на сушу ТЦ должны продолжаться с 3-ч
интервалом вплоть до момента около 12 ч после его вторжения на берег. Акцент
полностью переносится на сведения о внезапном выходе рек из берегов,
наводнениях и, при необходимости, о сопутствующих торнадо (Global guide ... ,
1993).
Распространение предупреждений
В любой системе предупреждений важным является по сути каждое его звено.
Как только предупреждение подготовлено соответствующим
метеорологическим центром (по регламенту, описанному выше), существенным
становится его быстрое распространение по различным каналам связи и
передача по СМИ. Во многом методы “доставки” предупреждений потребителю
зависят от инфраструктуры коммуникаций в той или иной стране. Однако, в
любом случае технология выпуска предупреждений, интерфейса
“автоматизированное рабочее место синоптика – коммуникации” играет
существенную роль. Как и в прежние годы, продолжает оставаться актуальным
распространение предупреждений по телефону. Радиотрансляции
предупреждений также по-прежнему широко практикуются и весьма
эффективны, во многом потому, что они способны достигать удаленных
районов, где нет телевидения, а также из-за их дешевизны. Тем не менее, более
чем в 70% стран (Global guide ... , 1993) для передачи предупреждений чаще
всего используется телевидение. Рекомендуются четыре способа получения
телевизионной информации этого типа: 1) непосредственные сообщения об
опасности надвигающегося циклона в передачах новостей; 2) “бегущая полоса”
с наиболее свежими деталями предупреждений в нижней части экрана; 3)
графическое представление последних новостей о циклоне (включая
использование его радиолокационных или спутниковых изображений); 4)
интервью с синоптиком-прогнозистом.
Здесь вступает в силу поведенческий фактор взаимодействия телевизионной
(или радио-) аудитории со СМИ, определенный характером подачи новостей об
угрозе ТЦ. Люди будут реагировать на предупреждение только в том случае,
если они верят в правдивость информации. Поэтому от опыта ведущего эту
тему на радио или ТВ зависит очень многое. Кроме перечисленных выше
рекомендаций, убеждающим для зрителя ТВ будет, к примеру, показ центра
метеорологических прогнозов и предупреждений в действии. Представители
СМИ должны в период надвигающегося ТЦ иметь прямой доступ в такие
центры (что широко принято, например, в США, в Национальном центре по
ураганам в Майами). Помимо всего сказанного, большую роль играют
профессиональная подготовка специалистов всех профилей и традиции каждой
индивидуальной страны (Global guide..., 1993).
Реакция общества на предупреждения
Эффективность любой системы предупреждений определяется не только тем,
насколько грамотно и своевременно подготовлены и распространены
штормовые предупреждения, но и реакцией общества на них. Можно, конечно,
предположить, что предупреждение не исказится при передаче, что терпящие
бедствие поймут его так, как того хотели лица, выпускающие предупреждения,
что пострадавшие сами знают, как лучше поступать по получении
предупреждения, и что его получат все жители. Все эти условия, однако,
выполняются редко. Так, в США системы оповещения об ураганах достаточно
совершенны, и в среднем 1,9 млн жителей получают штормовые
предупреждения. Однако, например, во время урагана Камилла (1969), несмотря
на многократные предупреждения, полученные жителями побережья в районе
штата Миссисипи, многие из них не прибегли к эвакуации, недооценив
сокрушительность этого урагана (Стихийные бедствия ... , 1978).
Единая система предупреждений и реакции на них со стороны общества
состоит, таким образом, из нескольких связанных между собой компонент,
каждая из которых должна работать эффективно и дополнять другие
компоненты. Даже от самых совершенных предупреждений будет мало пользы,
если отклик на них минимален. Мерой оценки общей эффективности
комбинированной системы (“предупреждение плюс реакция на него”) может
служить график, представленный R.L.Southern, см. (Global guide ... , 1993). Здесь
каждый из факторов, отложенных по осям абсцисс и ординат, имеет градации от
1 до 10 (“прогресс” обозначен стрелками). Оценка эффективности (в
процентах), понимаемой как минимизация ущерба и человеческих жертв,
производится путем умножения степени вклада от предупреждения в этой
шкале на степень реакции общества (также в шкале 1 - 10). Так, превосходное
предупреждение с эффективностью “9” (90%), сопровождаемое неадекватной
реакцией общества с оценкой “1”, т.е. 10%, будет иметь результатом 9 x 1 = 9%
общей эффективности всей системы. В высшей степени удовлетворительный
результат будет лишь тогда, когда каждый из двух факторов наберет оценку “9”,
что даст 81% общей эффективности.
Реакция на штормовое предупреждение во многом зависит от того, в каких
терминах, каким языком оно дано. Так, те, кто составляет прогноз ТЦ (а от него
сильно зависит и степень “серьезности” самого предупреждения), часто
обладают тенденцией переоценивать качество своего прогноза, что в результате
выражается в “точном” предсказании точки выхода ТЦ на побережье, когда до
этого выхода остается еще несколько дней. Ни в коем случае предупреждения
не должны основываться на таких “сверхдоверительных” прогнозах. Вслед за
ними обычно появляются существенные поправки, а в итоге у населения
происходит путаница в умах, что может привести к трагическим последствиям.
Поэтому предпочтение заведомо следует отдавать прогнозам, в которые
введены вероятностные характеристики (по крайней мере, пока циклон
находится еще довольно далеко от берега). Примером таких вероятностных
прогнозов служат методики, основывающиеся на “эллипсах рассеивания”
(probability ellipses).
Еще одна забота со стороны метеорологов, которая может повлиять на
публичную реакцию, заключается в том, чтобы предусмотреть разного рода
необычные ситуации в поведении ТЦ. “Ожидайте необычного, это нормально”,
– так называется один из разделов главы о штормовых предупреждениях в
(Global guide ... , 1993). О подобных неожиданностях население всегда следует
проинформировать заранее: люди должны отдавать себе отчет в том, что
известная неопределенность в предупреждениях иногда напрямую связана с
труднопредсказуемым поведением ТЦ.
Публичная реакция на предупреждение может быть разной в зависимости от
степени интенсивности ТЦ. Для получения должного отклика в целом ряде
стран вводят (и широко пропагандируют) специальные шкалы, связывающие
такие характеристики шторма, как сила максимального ветра, величины
минимального давления в его центре и штормового нагона, с ожидаемым
ущербом. Примером является употребляемая для ураганов Атлантики в США
“шкала Сэфайра - Симпсона” (Saffir - Simpson Scale: (Global guide ... , 1993)).
Она приведена в табл. 18.
Таблица 18
Шкала Сэфайра-Симпсона оценки интенсивности ураганов,
по (Global guide ... , 1993)
Категория урагана
Максимальная
скорость ветра в
урагане (м/с)
Характерная высота
штормового нагона (м)
Степень ущ
1
33 - 42
1,2 – 1,7
Минимальны
2
43 - 49
1,7 – 2,6
Умеренный
3
50 - 58
2,6 – 3,8
Значительны
4
59 - 69
3,8 – 5,5
Чрезвычайны
5
 70
 5,6
Катастрофич
В таблице были также использованы материалы 23-й конференции по ураганам
и тропической метеорологии (Даллас, США, 10 - 15 января 1999 г.).
Минимальный ущерб означает, что строительные конструкции не повреждаются,
а страдают только незаякоренные плавучие жилища, кустарниковые насаждения
и деревья. Умеренный ущерб предполагает, что у зданий могут повреждаться
крыши, двери и окна; в значительной мере страдают растительный покров,
оказывающийся на пути стихии, дома на колесах, молы и пирсы. Небольшие
суда на незащищенных местах стоянки срываются с якоря. Значительный ущерб
означает, что конструкции небольших домов и подсобных помещений
поддаются под напором ветра, но стены повреждаются лишь в редких случаях.
Чрезвычайный ущерб предполагает, что крыши небольших домов могут
срываться полностью; стены также испытывают значительные повреждения.
Наконец, в случае катастрофического ущерба многие жилые дома и
промышленные постройки остаются без крыш; некоторые здания полностью
разрушаются, а небольшие подсобные помещения могут сноситься и даже
уноситься ветром.
Подобная шкала, также содержащая пять категорий ТЦ, применяется в
Австралии. Для тайфунов западной части Тихого океана ее характеристики
могут быть иными, чем приведенные в табл. 3.3 и прокомментированные выше.
Разработка аналогичной шкалы для тайфунов, выходящих на российский
Дальний Восток (с необходимыми поправками), была бы крайне полезным
делом.
Тропический циклон коварен: являясь крупномасштабным метеорологическим
явлением, он производит значительный ущерб лишь в отдельных зонах, т.е. в
мезомасштабе. Так, жители шельфовых островов, к примеру, очень неохотно
будут покидать свои жилища в условиях “голубого неба” даже при очень
строгом предупреждении; а когда они спохватятся, при усиливающемся ветре и
подъеме воды отходные пути могут быть уже отрезаны. Так произошло с 200
жителями о. Галвестон в 1983 г. при выходе на него урагана Алисия (Sheets,
1990).
Очень тонким моментом в процессе принятия людьми соответствующего
решения является выпуск “сверхпредупреждения” (overwarning), т.е.
рекомендаций и указаний, рассчитанных на их поведение в условиях более
сильного шторма, чем это имеет место в действительности. С одной стороны,
привычка к таким предупреждениям (если они повторяются достаточно часто)
может создать у людей “синдром ложной тревоги”, т.е. они просто не поверят
очередному предупреждению и тогда, когда опасность действительно будет
налицо (Sheets, 1990). С другой стороны, недостаточно убедительное
предупреждение, данное в условиях потенциально сильной опасности, может
привести к еще худшим последствиям (скажем, гибели людей, не
эвакуировавшихся из настигнутого тайфуном города). Естественной реакцией
отвечающих за прогноз метеорологов в таких ситуациях будет стремление
перестраховаться.
Чтобы обеспечить выполнение мер по уменьшению ущерба от ТЦ, службы
предупреждений должны находиться в состоянии постоянной “готовности”
(“preparedness”). Примеры наиболее важных решений, которые им предстоит
принять в случае приближения тайфуна или урагана, включают следующие
компоненты: суда должны покинуть угрожаемые порты; морские,
железнодорожные, воздушные пути должны постепенно, по мере возрастания
опасности, перекрываться; то же относится к работе электростанций; уровни
окрестных водохранилищ должны быть выровнены; школьные занятия и
коммерческая деятельность прекращены; происходящая эвакуация населения и
связанные с этим меры должны производиться при помощи армии; заранее
должны быть обеспечены запасы продовольствия, одежды и медицинских
средств. Каждый вид этой деятельности требует проведения специальных
метеорологических брифингов, расширяющих рамки кратких официальных
предупреждений (A global view ... , 1987).
Немаловажную роль в предотвращении последствий стихийных бедствий,
связанных с ТЦ, играют образовательные программы. В таких странах, как
Япония и Филиппины, часто посещаемых тайфунами, изучение готовности к
противостоянию им входит в обычные школьные программы. Метеорологи
Бирмы (Мьянмы) приобрели высокую репутацию в составлении школьных
учебников по циклонам, а писатели этой страны сочиняют пьесы, поэмы и
песни для школьников, повествующие об угрозе ТЦ. В ряде стран издаются
брошюры с броскими названиями, например: “Что делать, когда пришел
циклон”, “Будьте осторожны: циклоны убивают!” и т.п. Широко
распространяются плакаты, пропагандирующие изучение местных
предупредительных сигналов. Выпускаются фильмы с названиями типа “Леди,
зовущаяся Камиллой” (США), “Циклон приближается” (Австралия) и т.п. (A
global view ... , 1987). Более взрослая часть общества вовлекается в специальные
курсы типа курсов гражданской обороны, также направленные на увеличение
готовности к приходу ТЦ. Учеными Австралии и США (Holland et al., 1985)
разработана специальная “Игра в циклон” (Cyclone Game), воспроизводящая
многие оперативные аспекты деятельности Центра по предупреждению о
тропических циклонах в г. Перт (Австралия).
Уже после того как натворивший бед тропический циклон ушел, организуются
специальные проверки и ревизии эффективности работы системы
предупреждений и реакции на них со стороны общества. Анализируется
деятельность страховых компаний. Особо подробному изучению подвергается
работа системы в условиях экстремально мощного ТЦ, когда все необходимые
меры просто невозможно предусмотреть, а следует оценить степень риска и
вероятность неизбежного ущерба. Составляются также “таблицы уязвимости”
(vulnerability), классифицируются, в частности, жертвы прошедших тайфунов по
возрастным группам; подводится итог сообщениям о случаях мародерства
(статистика показывает, что в этих случаях они не столь часты!). Выявляется
роль привычных в западных обществах добровольных, неправительственных
организаций: так, только со стороны обществ Красного Креста и Красного
Полумесяца в мерах по обеспечению готовности к ТЦ и помощи участвуют
более 20 тысяч добровольцев! (A global view ... , 1987).
Потенциал мер по усовершенствованию системы предупреждений о
тропических циклонах и реакции на них со стороны общества далеко не
исчерпан. Всл изложенное в данном подразделе имеет одну цель:
способствовать реализации существующего мирового опыта в нашей стране
(если что-то еще не сделано, не учтено). Разработанная дальневосточными
специалистами “Информационная система предупреждения о тайфунах” как
первый шаг в создании там эффективной службы предупреждений, излагается в
следующем подразделе.
Информационная система предупреждения о тайфунах на российском
Дальнем Востоке
Материал данного подраздела основывается преимущественно на двух
источниках: (Тунеголовец, 1997) и дается на примере Приморского края.
К 1997 г. наблюдательная сеть Приморского УГМС, которая может быть
использована для целей создания и усовершенствования системы наблюдений и
оповещений населения края, насчитывала 76 гидрологических станций и постов,
45 метеорологических станций и постов. Относительно удовлетворительно
изучен режим бассейнов рек Уссури и Раздольной. В то же время целый ряд
бассейнов рек центральной части Сихотэ-Алиня (зона формирования паводков
стока) не охвачен или слабо охвачен наблюдениями как за стоком, так и за
осадками, что снижает заблаговременность и качество гидрологических
прогнозов. Почти отсутствуют наблюдения в устьевых частях рек, впадающих в
Японское море, где наводнения формируются паводками (в т.ч. связанными с
тайфунами), в сочетании с нагонными явлениями (часто тоже тайфунного
происхождения), приливами, цунами. Отсутствуют наблюдения на малых реках,
пересекающих территории городов и крупных населенных пунктов.
В существующей информационной системе предупреждения о тайфунах,
являющейся частью Российской системы предупреждения и действий в
чрезвычайных ситуациях по наблюдению и наблюдению и контролю за СГЯ,
функционирующей в рамках Росгидромета, подсистема наблюдений в
Приморском крае намного уступает лучшим аналогичным подсистемам
Мирового сообщества. Так, гидрометеорологическая сеть края в 7,5 раза реже,
чем в Японии; в 7,2 раза реже, чем в Республике Корея, и в 11,2 раза реже, чем
во Франции.
Никакому сравнению не поддаются дистанционные средства измерений. В
Приморском крае имеется только один метеорологический радиолокатор,
который, к тому же, с июля 1995 г. не функционирует. В то же время, во
Франции в 1986 г. было 11 локационных систем, а в Японии, при меньшей
площади, чем во Франции, но большой протяженности береговой линии, число
МРЛ почти вдвое больше. Еще хуже обстоит дело с наличием станций приема
спутниковой информации: по АРТ (аналоговый сигнал) – 1 против 28 и 51 во
Франции и Японии соответственно, по HRPT (цифровой сигнал) – 0 против 3 и
1.
В южной части Приморского края в “треугольнике” Владивосток - Уссурийск Находка проживает около 80% населения. Здесь же сконцентрирована основная
промышленность. Но именно в этой части края и, в частности, в г. Владивостоке
и его окрестностях приблизительно с 1 млн. жителей, информационная система
наблюдения за тайфунами и предупреждения о них имеют наибольшие
недостатки. В городе работает только станция Владивосток, а в пригородной
зоне Сад-Город – аэрологическая станция. Все остальные станции либо
прекратили свое существование, либо переведены в более низкий разряд. Во
Владивостоке, как и во всем Приморском крае, полностью отсутствуют средства
наблюдения за локальными вихревыми образованиями типа смерчей (торнадо).
Существующая подсистема оповещения о тайфунах в крае отличается низкой
эффективностью, что связано со значительной продолжительностью “дозвона”
до потребителя по телефону. Полностью отсутствует автоматизированная
технология взаимообмена информацией с потребителями.
Представленные здесь сведения находятся в вопиющем контрасте с
требованиями к системе предупреждений о тайфунах, изложенными в
предыдущем подразделе.
Подытоживая все сказанное выше, следует отметить, что, несмотря на целый
ряд планируемых мер по сокращению ущерба от тайфунов на российском
Дальнем Востоке вся проблема оповещений и штормовых предупреждений в ее
многогранности в нашей стране еще далека от адекватной постановки. Как
метеорологическому сообществу в России (и, прежде всего, Росгидромету), так
и специалистам по социальным наукам, их поведенческим аспектам, равно как и
федеральной и районным администрациям в Приморском и Хабаровском краях,
Сахалинской и Камчатской областях предстоит еще большая работа по
приведению системы предупреждений в надлежащий вид, который она имеет в
других странах, подверженных влиянию тропических циклонов и, прежде всего,
в США и Японии. Заметная роль в этой работе может принадлежать и
Министерству по чрезвычайным ситуациям.
3.5.5 Зимние южные циклоны
Зимние южные циклоны
В разряд южных циклонов относятся все циклонические образования,
смещающиеся на район выхода с юго-запада.
Южные циклоны Восточной Азии – это циклоны, которые возникают на
полярном фронте в субтропических широтах (между 30 и 45°), а затем смещаясь
на восток-северо-восток, северо-восток или северо-северо-восток, выходят в
высокие широты. Циклоны, траектории которых отклоняются к западу при
наличии южной составляющей движения, именуют ''аномальными''.
Общее число южных циклонов, развивавшихся над районами Восточной Азии,
Японским и Охотским морями, северо-западной частью Тихого океана только за
период с 1966 по 1989 гг., составило 577. За этот же период на Японское и
Охотское моря, Приморский край и Сахалинскую область вышло из
тропической зоны 86 бывших тайфунов. То есть, из общего числа 663 южных
циклонов тропические циклоны составляют всего около 13%.
Из общего числа 383 тайфунов за период с 1961 по 1989 гг., имеющих глубину
развития менее 975 гПа, только единицы из тропических циклонов развивались
в пределах, в основном, Японского моря. Выхода глубоких тропических
циклонов на Охотское море не наблюдалось вообще. Некоторым исключением
может быть выход трансформированного во внетропический циклон
супертайфуна 7920 (Тип) в октябре 1979 года. В период развития над Охотским
морем в процессе регенерации давление в нем понизилось менее 975 гПа. В то
же время, южных циклонов такой мощности и более за период с 1961 по 1989
гг. в пределах Японского и Охотского морей было 160.
Например, южный циклон, оказавший существенное влияние на Сахалинскую
область 18-20 сентября 1970 г., возник на волне полярного фронта. Сильные
ветры быстро распространились на центральную часть и восточное побережье
южного Сахалина и 18 сентября уже почти повсеместно скорость ветра
достигала 28 м/с, с порывами 40 м/с и более. Отдельные пункты (Долинск, м.
Крильон) зарегистрировали среднюю скорость ветра 40 м/с.
В отличие от тропических циклонов, основной циклогенез южных циклонов
приходится на холодный период года. В это время глубина южных циклонов
намного превосходит глубину тропических циклонов в период их прохождения
в теплый период года над Японским и Охотским морями.
Опасные факторы
Воздействие южных циклонов соизмеримо, а зачастую и более, с воздействие
тропических циклонов, вышедших на Японское море и Приморский край, даже
при нахождении последних в стадиях сильного тропического шторма или
тайфуна, как это, например, отмечалось в период воздействия тайфуна “Ирвинг”
(7910) на Приморский край в августе 1979 г.
Наиболее опасными для людей и имущества факторами зимнего южного
циклона представляются штормовые нагоны и морские волны, ветер и
снегопады, обледенение судов и сооружений.
Наибольший ущерб в ДВ регионе от южных циклонов наблюдается на о.
Сахалин, Курильских островах и полуострове Камчатка.
Снежный циклон на Сахалине 1 февраля 2001 г., сформировавшийся над
Японским морем, обрушился к вечеру 1 февраля на Сахалин, принес в ЮжноСахалинск только за одну ночь 30% месячной нормы осадков. Скорость ветра
достигала 20 м/сек. В результате циклона было прервано воздушное и морское
сообщение между островом и материком. Мощный снегопад парализовал
работу аэропорта, т.к. высота снега на взлетно-посадочной полосе составила 75
см. Прервалось паромное сообщение Ванино-Холмск, было остановлено
автомобильное сообщение. На некоторых участках железнодорожных путей
образовались снежные заносы и произошел сход снежных лавин. Из-за сильного
ветра случились обрывы линии электропередач, в результате чего пять
населенных пунктов остались без электроэнергии.
Сахалин - самый лавиноопасный регион России. За февраль 2001 г. в
Сахалинской области выпала почти полугодовая норма осадков, и за этот же
период Сахалинской области сошло более 200 снежных лавин. Наиболее
опасным стал Чангинский перевал, где только за несколько дней сошло 66
лавин общей массой более 36 тыс. куб. м снега.
Другой циклон вышедший на Сахалин 12 марта 2001 г. также практически
полностью парализовал остров. В результате снежных заносов и сильного ветра
на Сахалине было парализовано воздушное и морское сообщение. Закрыт
аэропорт Южно-Сахалинска. Частично прекращено автомобильное движение.
Из-за снежных лавин закрыто движение поездов между городами Холмск и
Чехов на западном побережье острова. Прервано электроснабжение в
нескольких населенных пунктах. В школах отменены занятия. Из-за стихии
возникла угроза срыва графика поставок угля на главные энергетические
объекты острова - Сахалинскую ГРЭС и Южно-Сахалинскую ТЭЦ-1.
Официальное число жертв обрушившегося на Сахалин циклона достигло 8
человек. Из них двое отравились угарным газом в собственных автомобилях и
шестеро погибли от переохлаждения.
Кроме того, вечером 11 марта спасателям удалось вызволить из снежного плена
в районе поселка Пятиречье бригаду лесозаготовителей из 18 человек. Люди
были эвакуированы в Южно-Сахалинск с помощью вертолета Ка-32
сахалинской таможни.
По информации Главного управления по делам ГО и ЧС области, общий
предварительный ущерб от стихии пока оценивается в 130 млн. рублей. В
результате циклона на Сахалине повреждено 304 км линий электропередачи, из
них половину уже удалось восстановить. Снегом было занесено 350 км
автодорог.
Климатология южных циклонов северо-западной части Тихого океана.
Рис. 43. Повторяемость по 5х5 квадратам количества южных циклонов за
период 1966-1989 гг. (577 циклонов).
На рис. 43 представлено распределение по 5х5 квадратам количества южных
циклонов, развивающихся в данном квадрате в период с 1966 по 1989 гг. Общее
число южных циклонов составляет за этот период 577. Как следует из рис. 43,
основная траектория смещения южных циклонов, определенная по наибольшей
повторяемости, проходит с юго-запада на северо-восток через Корейский
пролив, о. Хоккайдо и гряду Курильских островов.
Более половины южных циклонов достигают глубины 985 гПа и ниже, 27.7% 975 гПа и ниже, 10.9% -965 гПа и ниже (табл. 19).
Таблица 19.
Распределение южных циклонов по месяцам и интенсивности за период 19661989 гг.
P (гПа)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
> 1016
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1011-1015
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
1
2
1006-1010
1
0
1
2
0
0
1
0
1
0
2
2
1001-1005
1
2
3
1
5
3
7
2
6
5
2
4
996-1000
6
4
4
8
9
9
14
6
7
4
3
4
991-995
1
3
3
10
7
11
10
8
5
5
4
6
986-990
5
2
5
7
6
9
8
9
7
7
5
8
981-985
7
2
4
6
7
4
1
4
4
10
5
7
976-980
7
7
6
6
10
2
2
3
7
8
5
8
971-975
7
6
4
8
4
1
0
2
2
4
8
7
966-970
4
1
6
6
3
0
1
1
1
8
4
9
961-965
2
0
3
1
2
0
0
0
0
1
6
4
956-960
4
1
5
1
2
1
0
0
0
2
5
7
951-955
4
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
2
946-950
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
941-945
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
936-940
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
931-935
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
926-930
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
<925
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Всего:
49
28
47
57
55
40
44
35
40
57
50
7
%
8.5
4.9
8.1
9.9
9.5
6.9
7.6
6.1
6.9
9.9
Глубина развития южных циклонов намного больше глубины развития
тропических циклонов в периоды их существования в Японском и Охотском
морях. Наиболее глубокие циклоны развиваются с ноября по март. Наименьшая
среднемноголетняя глубина 978.7 гПа в период максимального развития южных
циклонов отмечается в декабре-январе (табл. 20). Для этих же месяцев
характерна наименьшая средняя глубина циклонов. Наименее глубокие южные
циклоны в теплый период года. В июле среднее давление в циклонах едва
превышает 999 гПа.
Таблица 20.
Интенсивность южных циклонов в течение года.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
N
49
28
47
57
55
40
44
35
40
57
50
75
Рм
978.
7
984.
4
979.
1
984.
8
986.
1
992.
0
995.
1
989.
6
990.
9
984.
3
980.
4
978.
7
990.
0
994.
0
990.
5
993.
1
994.
0
996.
9
999.
2
996.
4
998.
0
993.
9
992.
4
990.
8
ин
Рср
.
Наиболее глубоким южным циклоном был циклон, развивавшийся в декабре
1981 года. В точке с координатами 52 с.ш. и 176 в.д. 21.12.81 в 12 ч СГВ он
достиг глубины 930 гПа.
В отличие от тропических циклонов, основной циклогенез южных циклонов
приходится на осенне-зимний период. Глубина развития южных циклонов
намного больше глубины развития тропических циклонов в периоды их
существования в Японском и Охотском морях. Из общего числа 383
тропических циклонов, имеющих глубину развития менее 975гПа, только
единицы их развивались в пределах Японского и Охотского морей. В то же
время, такой мощности южных циклонов было 160.
8.7
1
Основными районами формирования южных циклонов являются ВосточноКитайское и Японское моря (рис. 44). Формирование обычно происходит на
волне полярного фронта.
Рис. 44. Районы формирования южных циклонов.
Максимальное число формирований в год составляет 41 южный циклон (1966
г.), минимальное - 12 (1983 и 1988 гг.). Наибольшее количество глубоких
циклонов (в период максимального развития давление менее 975 гПа)
зафиксировано в 1979 году – 14. В этом же году отмечен вторичный максимум
общего числа циклонов – 35.
Рис. 45. Районы достижения максимального развития южных циклонов.
Выделяется два района достижения максимального развития южных циклонов.
Первый район расположен в западной части Японского моря с центром вблизи
о. Хоккайдо, второй – вблизи центральных Курильских островов (рис. 45).
Глубокими приняты южные циклоны, в своем развитии достигшие глубины
менее 975 гПа. Наиболее часто глубокие циклоны встречаются в районе
северных Курильских островов и юго-восточнее полуострова Камчатка.
Районы формирования глубоких южных циклонов локализованы пределами
Восточно-Китайского и Японского морей (рис. 46).
Рис. 46. Зарождение глубоких южных циклонов. (160 циклонов).
Районы достижения максимального развития глубоких южных циклонов –
восточная часть Охотского моря и акватория к востоку о полуострова Камчатка
(рис. 47).
Рис. 47. Районы достижения максимального развития глубоких южных
циклонов.
Наиболее часто глубокие южные циклоны развиваются в марте и ноябредекабре. В декабре их обнаружено наибольшее количество.
Очень небольшое число отмечено циклонов в июне-сентябре. В период с 1966
по 1989 гг. в июле не обнаружено ни одного южного циклона, достигшего в
своем развитии 975 гПа и менее.
Системы оповещения и предупреждения о южных циклонах в
Дальневосточном регионе
Специализированной службы предупреждения о южных циклонах, подобной
службе предупреждения о тайфунах, в Дальневосточном регионе не существует.
Для целей прогноза южных циклонов используются результаты расчетов по
глобальным моделям циркуляции атмосферы Мировых метеорологических
центров (Вашингтон, Москва, Токио).
Прогнозы по глобальным моделям циркуляции атмосферы в гидрометцентрах
дальневосточных Управлений по гидрометеорологии и мониторингу
окружающей среды (УГМС) уточняются и распространяются среди
потребителей.
Для целей предупреждения о южных циклонах в последнее время довольно
широко используется система передач метеорологических прогнозов погоды и
предупреждений через Сеть безопасности в рамках ГМССББ.
Сеть безопасности (SafetyNET SM) является международной автоматической
службой спутниковой связи с прямым буквопечатанием для передачи на суда
навигационных и метеорологических предупреждений, метеорологических
прогнозов и других срочных сообщений, связанных с безопасностью информации о безопасности на море (ИБМ). Она была создана как служба
безопасности на основе, системы расширенного группового вызова (РГВ)
Международной организации морской спутниковой связи (ИНМАРСАТ) для
обеспечения простых и автоматизированных способов получения ИВМ на судах
в открытом море и в прибрежных водах, согласно ее предназначению.
Передаваемая информация относится ко всем морским судам, а средства отбора
сообщений обеспечивают мореплавателей возможностью принимать по радио
ИБМ, приспособленную к их конкретным нуждам.
В Глобальной морской системе связи при бедствии и для обеспечения
безопасности (ГМССББ - Global Maritime Distress and Safety System - (GMDSS)
составную роль выполняет Сеть безопасности, разработанная Международной
морской организацией (ИМО) и включенная в поправки 1988 г. к
Международной конвенции по охране человеческой жизни на море (Конвенция
СОЛАС-74 г.), как требование к судам, к которым применяется Конвенция.
Возможность принимать информацию службы сети безопасности будете в
основном необходима для всех судов, находящихся за пределами района
действия, службы НАВТЕКС (NAVTEX - Международная автоматическая
служба связи с использованием узкополосного прямого буквопечатания для
передачи на суда навигационных и метеорологических предупреждений и
срочной информации на частоте 518 кГц с использованием английского языка)и
предписывается всем Администрациям, ответственным за морской транспорт, и
мореплавателям, которым требуется эффективная служба ИБМ в водах, не
обслуживаемых службой НАВТЕКС.
Наставление по Международной службе сети безопасности предназначено для
использования мореплавателями, владельцами судов, морскими
администрациями, поставщиками информации Сети безопасности и другими
заинтересованными лицами при подготовке, передаче и получении информации
о безопасности на море.
Для обеспечения единообразия передач метеорологических бюллетеней и
предупреждений во всем мире используется следующий стандарт кодов "С" для
объявления метеорологических прогнозов погоды и предупреждений через Сеть
безопасности в рамках ГМССББ.
Гидрометеорологическое обеспечение метеозоны METAREA XIII по ГМССБ
выполняют Приморское, Камчатское, Сахалинское и Чукотское УГМС.
Координатором работ является Приморское УГМС.
Метеозона METAREA XIII разделена на подзоны ответственности, каждая из
которых закреплена за отдельными УГМС:
1. Анадырский залив, Берингов пролив до государственной границы РФ
(Чукотское УГМС);
2. Северо-западная часть Тихого океана к востоку от Камчатки до линии 50°N
180° - 53°N 172° Е между 50°N и Командорскими островами, Берингово море к
востоку от Камчатки до линии 53°N 172°Е - западная оконечность острова
Св.Лаврентия, Охотское море к востоку от линии 55° N 150°Е - м.Тайганос
(Камчатское УГМС);
3. Северная часть Охотского моря к северу от 55°N, (Колымское УГМС);
4. Южная часть Охотского моря к югу от 55°N, Японское море к северу от
линии м.Соя-м.Золотой (Сахалинское УГМС);
5. Северо-западная часть Тихого океана от Курильских островов до 180° между
45 и 50°N, Японское море к северу от 42°17 '5"N до линии м.Соя-м.Золотой
(Приморское УГМС).
Рис. 48. Районы метеозоны, морское метеорологическое обеспечение которых
выполняют дальневосточные УГМС.
Непосредственно работы по гидрометобеспечению выполняют
Гидрометцентры, которые непрерывно в течение суток следят за
гидрометеорологической ситуацией в своей подзоне ответственности,
выпускают штормовые предупреждения и регулярные метеорологические
бюллетени.
Гидрометцентры по своей подзоне к 08.20 и 19.20 UTC готовят бюллетень и в
08.30 и 19.30 передают во Владивосток. Гидрометцентр Приморского УГМС
формирует единый метеорологический бюллетень, переводит его на английский
язык, оформляет формат сообщения.
Морской метеорологический бюллетень в 09.15 и 21.15 UTC передается на БЗС
Перт.
При возникновении опасных или стихийных гидрометеорологических явлений
составляется штормовое предупреждение, которое немедленно, вне расписания,
передается на БЗС Перт.
Бюллетень включает три части:
- штормовое предупреждение; синопсис;
- синопсис основных характеристик приземной карты погоды;
- прогноз на 1 сутки.
Синопсис и прогноз погоды на сутки (включая волнение, ледовый прогноз)
составляются по исходным данным сроков 06 и 18 UTC.
В бюллетене прогноз дается по 5 основным подзонам, если синоптическая
ситуация позволяет это. Если синоптическая ситуация очень сложная, то каждая
подзона может разделяться еще на районы, для которых составляется отдельный
прогноз.
3.5.6 Метели
МЕТЕЛИ
Метель — это перенос снега над земной поверхностью ветром достаточной для
этого силы. Ее разновидностями являются поземок, низовая и общая метель.
Поземок — перенос ранее выпавшего сухого снега в слое порядка 10 см при
ветре более 10 м/с. Вызывает перераспределение снежного покрова, увеличение
неравномерности его залегания и приводит при длительности действия более
12-24 час и небольшом (до 5 см) снежном покрове к заносам и сдуванию снега с
почвы.
Низовая метель — более сильный перенос снега в слое несколько метров. При
ветре более 15 м/с или продолжительности более 6-12 часов последствия,
аналогичные вышеназванным, могут стать чрезвычайными. При ветре более 15
м/с, даже кратковременном, опасно ухудшается видимость, если снег выпал
недавно и температура ниже -10°С.
Общая метель — перенос снега при выпадении его из облаков, причем при
ветре сильнее 10 м/с и морозе сильнее -10°С. Переносится как снег,
выпадающий из облаков, так и сухой ранее выпавший снег. Последствия,
особенно ухудшение видимости и увеличение заносов, часто бывают более
значительными, чем при других разновидностях метели. Увеличение
продолжительности и усиление снегопада при температуре ниже 0°С может
привести к чрезвычайным ситуациям.
В целом, метель (Руководство..., 1986; Песков и др., 1996) тем опаснее, чем
сильнее ветер и снегопад и чем продолжительнее эти явления.
Метель перемещается вместе с циклоном в течение нескольких суток,
захватывая последовательно обширную территорию в несколько тысяч
километров.
Единовременные размеры зоны метели обычно составляют 500-800 км в длину
и 150-300 км в ширину. Иногда циклон и антициклон бывают малоподвижными,
и тогда метель может быть продолжительной в одном и том же районе (суткитрое). Снегопад в таком циклоне постепенно ослабевает, но низовая метель
может усиливаться.
На периферии антициклона при свежевыпавшем снежном покрове иногда
возникает поземок или низовая метель. В циклоне общая метель тем сильнее,
чем ниже в нем давление.
Метель как неблагоприятное опасное явление
Автомобильный и железнодорожный транспорт наиболее часто подвергается
воздействию метелей из-за заносов дорог снегом. Снегопады при ветре менее 7
м/с дают равномерный снежный покров толщиной примерно в 10 раз больше
количества водных осадков, то есть при осадках 10 мм ~ 10 см снега, при
осадках 20 мм ~ 20 см снега. Мокрый (при Т > -5°С) и слежавшийся снег дает
меньшую толщину покрова, но уборка его усложняется из-за большой
плотности.
Чем сильнее ветер, тем неравномернее ложится снег; местами заносы (сугробы)
могут достигать метровой толщины и быть непроходимыми для транспорта.
Снегозащитные и даже своевременные снегоуборочные мероприятия не всегда
способны предотвратить остановку движения транспорта, особенно, если не
учитывается прогноз снегопада и сильной метели.
В районах с редкими населенными пунктами остановка движения, особенно
грузовых автомобилей, при сильной продолжительной метели и последующем
морозе (ниже -20°С) чревата опасностью для жизни водителей и пассажиров.
Сильные метели в сельской местности заносят местные дороги целиком. Они не
часты, поэтому прогностические предупреждения о них крайне важны, с тем
чтобы люди имели возможность заранее подумать о надежном укрытии или
переждать метель в населенном пункте.
Снегопады и метели могут стать опасными для транспорта также из-за часто
сопровождающих их оттепелей, выпадения мокрого снега или дождя,
переходящего в снег при быстром его замерзании. Возникающие при этом
гололедные явления на авто- и железных дорогах осложняют обстановку из-за
скользкости наката, нарушения работы железнодорожных стрелок и т.д.
В настоящее время во многих странах при прогнозе снегопада и метели (обычно
сильных) заранее, до их начала, принимаются предупредительные меры, такие
как применение соли на дорогах, приостановка транспорта, профилактическое
усиление служб, в том числе медицинских, увеличение количества и
своевременный ремонт уборочных средств. Особенно важен прогноз метели за
несколько часов, поскольку он наиболее точен и позволяет принимать
окончательные решения и начинать реальные профилактические работы. Важны
также и ориентировочные предупреждения о возможности сильной метели за
сутки или несколько суток до её начала, особенно в ночное время, выходные и
праздничные дни.
Сильная метель очень опасна для авиации, как из-за низкой сплошной
облачности, турбулентности, так и из-за сочетания интенсивного заноса полосы
с плохой и временами очень плохой видимостью (менее 200 м ) и/или
порывистым боковым ветром.
При общем уменьшении видимости, временами при сильной метели наступают
многократные резкие ухудшения видимости до 100-50 м, т.е. практически до
полной ее потери, что может парализовать движение транспорта и вызвать
аварии.
Ущерб от метелей в целом может быть следующих видов:
— заносы, в результате которых замедляется движение или простаивает
транспорт (авиационный, железнодорожный, автомобильный), задерживаются
пассажиры и грузы, идут затраты на расчистку (ущерб относительно небольшой
или средний); сюда же относятся затраты на защитные сооружения;
— приостановка работ (средний ущерб);
— разрушение строений, нарушения в работе линий электропередачи и связи,
гибель скота, посевов, плодовых деревьев (существенный ущерб);
— дорожно-транспортные и иные происшествия с человеческими жертвами
(чрезвычайный ущерб).
По ряду оценок существенный и чрезвычайный ущерб от снегопадов или
метелей бывает в 20% по отдельности и примерно в 35% случаев при их
совместном действии. Гибель людей отмечается соответственно в 1 и 6%
случаев. По данным из США, в очень редких случаях при сильной метели и
сильном снегопаде, наблюдавшихся одновременно в плотно заселенной
местности, ущерб доходил до 1 млрд. долларов.
Продолжительность и общие условия сочетания комплекса элементов
метели
Опасные кратковременные метели возникают в небольших (до 500 км в
диаметре) активных, быстро движущихся циклонах, на их холодных фронтах,
перемещающихся со скоростью более 50 км/час, повсеместно или на отдельных
участках в тылу фронтальных волн. Кратковременные метели могут быть и на
менее подвижных (30-40 км/час) холодных фронтах и фронтах окклюзии, если
на этих фронтах идет ливневый снег при ветре более 15 м/с. Обычно это
наблюдается в тыловой части циклонов с теплых незамерзших морей.
Быстродвижущиеся циклоны со временем расширяются и замедляют свое
движение. При этом, вблизи их центра может идти сильный снег при слабом
(особенно в закрытых местах) ветре. Вдали от центра циклона снег идет слабее,
но ветер сильнее, что иногда приводит к метелям, особенно в местах с
подвижным верхним слоем снежного покрова.
В редких случаях (примерно в одном из 10) циклон расширяется, но в его
центре продолжается падение давления и, несмотря на замедление движения,
давление перед ним падает более 5 гПа за 3 часа, а за ним растет на 3-4 гПа / 3
часа. Такая ситуация создается за счет энергии второй системы теплого и
холодного фронтов, тогда как первая сливается в единый фронт окклюзии. В
результате сильные снегопады захватывают обширную зону, ближайшую к
центру циклона. По мере удаления от центра сильный ветер (более 15 м/с) и
метели перемещаются вместе с циклоном, а при его замедлении
продолжительность метелей в каждом пункте становится больше (иногда более
12-24 часов).
Метели достигают наибольшей силы, если циклон выходит с теплых
незамерзающих морей, обычно с юга и юго-запада в южной половине
Европейской территории России; с юго-запада и запада в северной ее половине
и с юго-востока на востоке России. В Западной Сибири сильные метели бывают
при циклонах, движущихся как с юго-запада, запада, так и с северо-запада над
обширными открытыми пространствами тундры и степей. Верхний слой
снежного покрова здесь обычно сухой, легко переносимый. Способствует
метелям также и рельеф Алтая и Восточной Сибири. Восточную Сибирь
циклоны обычно достигают в ослабленном состоянии, ветры проносятся над
горами и не достигают защищённых межгорных пространств.
Наиболее сильные и продолжительные метели — вьюга, пурга, буран —
отмечены в зоне 2-3-х фронтов вдали от центра южного циклона, достигшего
максимального развития (обычно в северо-восточной, восточной и южной его
частях) при его “столкновении” с холодным антициклоном. При этом циклон
становится обширным и тоже малоподвижным; центральная его часть имеет
низкое давление (ниже 985-980 гПа), которое здесь почти не изменяется, изобар
мало, ветер и снегопад слабый. Активные процессы при этом отмечаются на
расстоянии более 500-1000 км от центра циклона. В этой зоне изобар много,
ветер достигает 20, а при порывах — 25 м/с, а снегопады и метели
продолжаются. На границе с антициклоном общая метель переходит в низовую.
Если антициклон не отступает или даже идет навстречу циклону, метели могут
продолжаться несколько суток. Дальше от циклона наблюдается позёмок, если
снег сухой. По мере ослабления циклона общая метель переходит в опасную
низовую, при этом часто отмечается сильное похолодание. Иногда, вслед за
первым может прийти еще один циклон и усугубить чрезвычайную ситуацию.
Наиболее метелеопасными являются: Сахалин и Курильские острова,
Камчатская область и другие.
Сильными (особо опасными) метелями формально называются те метели
(общие и низовые), которые продолжаются 12 час и более при ветре 15 м/с и
более. Ими могут стать и кратковременные метели при ветре более 25-30 м/с
или при сильном снегопаде (свыше 20 мм за 12 часов).
Максимальное число дней с этими особо опасными явлениями отмечается на
Охотском море и в окружающих его регионах. Причем о. Сахалин по степени
опасности стоит на первом месте.
Контрольные вопросы
Контрольные вопросы по разделу “Атмосферные опасности”
1. Какую опасность представляет туман? А град? А гром?
2. Способна ли молния прожечь броневой щит, толщиной 10 см, если он лежит
на поверхности земли?
3. Представляет ли молния опасность, если непосредственно в дом разряд не
попал?
4. Где больше скорость ветра – в тайфуне, смерче, тромбе или торнадо? Какова
эта скорость?
5. Если Вы находитесь в доме, на который движется смерч, Ваши действия –
закрываете плотно окна и двери, прячетесь под кровать, или собираетесь всей
семьей в подпол и закрываете крышку?
6. Какова причина подъема предметов в торнадо – низкое давление в центре,
сильные вертикальные скорости движения воздуха во внутренней части, или
подъемная сила, возникающая при больших скоростях?
7. Что такое тропический циклон? Относятся ли к ним тайфуны, багио, виливили, ураганы, циклоны?
8. Где расположена область, где наиболее часто возникают тропические
циклоны – в Индийском океане, в Южной Атлантике, в юго-восточной части
Тихого океана, в северо-западной части Тихого океана, северо-восточной части
Тихого океана, В северной Атлантике?
9. Что такое “глаз бури”? Каков там ветер? Волнение?
10. Где более крутые ветровые волны – в урагане, тайфуне, циклоне?
11. Какова максимальная высота волны, зафиксированная в океане – 10м, 15, 20,
25, 30, 35, 40?
12. Что такое супертайфун – тайфун с максимальным ветром в центральной
части 25 м/с, 32 м/с, 50 м/с, 65 м/с, 75 м/с, 100 м/с?
13. Какой тайфун сильнее – обнаруженный японской службой наблюдения или
американской, или российской?
14. Что такое “штормовой нагон”?
15. Почему число жертв от тропических циклонов уменьшается? Циклоны стали
слабее? Траектории смещения ушли из населенных районов?
16. Каков риск оказаться в зоне ураганных ветров при работах в сентябре в
центральной части Филиппинского моря – 1%, 10%, 30%, 50%, 75%?
17. Какой максимальный ущерб от тропического циклона – 1 млн. дол. США,
10, 50, 500, 1 млрд., 10 млрд., 25 млрд., 50 млрд.?
18. Может ли возникнуть обледенение судов в зоне действия тропических
циклонов? А в зоне действия южных циклонов?
19. Где давление меньше – в тайфуне или южном циклоне? А ветер? А
волнение?
20. Бывают ли метели от южных циклонов? Где?
3.6 Космические опасности
Космические опасности
Космос - один из элементов, влияющих на земную жизнь, представляет
определенную опасность для жизнедеятельности людей.
Астероиды - малые планеты
Современные астрономические наблюдения, геологические данные,
информация об эволюции биосферы Земли, результаты космических
исследований планет свидетельствуют о фактах существования
катастрофических столкновений нашей планеты с крупными космическими
телами (астероидами, кометами) в прошлом. Примером тому, что космическая
бомбардировка продолжается и в современную эпоху, - Тунгусская катастрофа
1908 года.
Яркой демонстрацией реальности и грандиозности масштабов космических
ударов по планетам стала серия взрывов в атмосфере Юпитера, обусловленная
падением на него фрагментов кометы Шумейкер-Леви-9 в июле 1994 года.
Столкновение такого масштаба с Землей привело бы не только к гибели
человечества, но и к вымиранию многих видов живых организмов, как это уже,
по мнению ряда ученых, неоднократно имело место в истории нашей планеты.
В солнечной системе находится громадное количество небольших тел астероидов и комет, свидетелей той эпохи, когда происходило образование
планет. Время от времени они переходят на орбиты, пересекающиеся с
орбитами Земли и других планет. При этом возникает вероятность их
столкновения с планетами. Доказательством существования такой вероятности
являются гигантские кратеры - астроблемы, которыми испещрены поверхности
Марса, Меркурия, Луны. На Земле, с ее мощной атмосферой и, соответственно,
с интенсивными эрозионными процессами, кратеры со временем разрушаются и
исчезают. Однако и здесь их выявлено более сотни. Астероиды и кометы,
орбиты которых пересекают орбиту Земли и представляют для нее угрозу,
получили название опасных космических объектов (ОКО). Начиная с некоторых
минимальных размеров, в зависимости от типа и скорости соударения,
разрушения ОКО происходит вблизи поверхности Земли и имеет характер
взрыва. При этом возможны существенные разрушения на Земле и
крупномасштабные пожары. ОКО диаметром 1 км и больше достигают
поверхности Земли и производят удар по ней. В результате образуется кратер,
масса грунта выбрасывается в атмосферу, вызывая ее запыление, что может
привести к долговременным или даже катастрофическим изменениям климата.
При падении астероида в океан образуются цунами.
Вероятность столкновения, прежде всего, зависит от количества ОКО того или
иного размера и типа. Со времени открытия первого астероида, орбита которого
пересекает орбиту Земли, прошло 60 лет. В настоящее время количество
открытых астероидов размером от 10 м до 20 км, которые можно отнести к
ОКО, составляет около трехсот и увеличивается на несколько десятков в год. По
оценкам астрономов, общее количество ОКО диаметром более 1 км, которые
могут привести к глобальной катастрофе, составляет от 1200 до 2200.
Количество ОКО диаметром свыше 100 м составляет 100000.
Хотя вероятность столкновения с ОКО, приводящая к глобальным
последствиям, не велика (вероятность столкновения астероидов с Землей
оценивается как 10-5 - 10-8), но, во-первых, такое столкновение может произойти
в следующем году точно так же, как и через миллион лет, а во-вторых,
последствия будут сравнимы только с глобальным ядерным конфликтом. В
частности, поэтому, несмотря на низкую вероятность столкновения, число
жертв от катастрофы столь велико, что в расчете на год сравнимо с числом
жертв авиакатастроф, убийств и т.п.
На опасные космические объекты можно воздействовать двумя основными
способами:


изменить его траекторию и обеспечить гарантированный пролет мимо
Земли;
разрушить (раздробить) ОКО, что обеспечит пролет части его фрагментов
мимо Земли и сгорание остальных в атмосфере, без нанесения ущерба
Земле.
Поскольку при разрушении ОКО угроза его падения на Землю не устраняется, а
уменьшается лишь уровень воздействия, более предпочтительным
представляется способ изменения траектории ОКО. Для этого требуется
перехватить астероид или комету на очень большом расстоянии от Земли.
Чем можно воздействовать на ОКО? Это может быть:




кинетический удар массивного тела по поверхности ОКО, изменение
отражающей световой способности (для комет), что приведет к
изменению траектории под воздействием излучения Солнца;
облучение лазерными источниками энергии;
размещение двигателей на ОКО;
воздействие мощными ядерными взрывами и другие способы.
В настоящее время ядерные взрывные устройства обладают наибольшей
концентрацией энергии по сравнению с другими источниками, что позволяет
рассматривать их в качестве наиболее перспективного средства воздействия на
опасные космические объекты. К сожалению, в космических масштабах ядерное
оружие является слабым даже для таких малых тел, как астероиды и кометы.
Общепринятое мнение о его возможностях является сильно преувеличенным. С
помощью ядерного оружия нельзя расколоть Землю, испарить океаны (энергией
взрыва всего земного ядерного арсенала можно нагреть океаны на одну
миллиардную долю градуса). Всем ядерным боезапасом планеты можно
раздробить астероид диаметром всего девять километров при взрыве в его
центре, если бы это было технически осуществимо.
Тем не менее, человечество не бессильно. Задача предотвращения наиболее
реальной угрозы столкновения с астероидами диаметром сто метров является
разрешимой на современном уровне земных технологий.
Основным средством борьбы с астероидами и кометами, сближающимися с
Землей, является ракетно-ядерная технология. В зависимости от размеров
опасных космических объектов (ОКО) и используемых для их обнаружения
информационных средств имеющееся время на организацию противодействия
может изменяться в широких пределах - от нескольких суток до нескольких лет.
С учетом операций на обнаружение, уточнение траектории и характеристик
ОКО, а также запуск и подлетное время средств перехвата, требуемая дальность
обнаружения ОКО должна составлять около 150 млн. км. Тела с размерами
порядка 100 м могут появиться в непосредственной близости от Земли
достаточно внезапно. В этом случае избежать столкновения путем изменения
траектории практически не реально. Единственная возможность предотвратить
катастрофу - это разрушить тела на несколько мелких фрагментов.
Космические излучения
Солнечная радиация оказывает огромное влияние на человеческую жизнь. Не
останавливаясь пока на положительных моментах солнечной радиации, отметим
некоторые связанные с ней опасности.
Наиболее активной в биологическом отношении является ультрафиолетовая
часть (5%) солнечного спектра. Интенсивность УФ - излучения у поверхности
Земли зависит от широты места, времени года, состояния погоды, степени
прозрачности атмосферы. При облачной погоде интенсивность УФ - излучения
у поверхности Земли может снижаться до 80%; за счет запыленности эта потеря
составляет 11-50%. Уровень УФИ в различных районах земли следующий: в
городах - низок из-за загрязнения воздуха, на пляже - отражение от песка - 917%, от воды - 5% , в горах - возрастание мощности УФИ на 15% на каждые
1000 м, на снегу - усиление на 85%, в регионах “озоновых дыр” УФИ может
быть опасным.
Опасным для кожи ультрафиолетовое излучение делает высокая энергия. Оно
проникает в кожу и разрушает биохимические структуры. Солнце излучает три
вида ультрафиолетовых лучей (описаны ниже в порядке возрастания
разрушительного воздействия):
1. UVA-лучи (А-лучи) - проникают глубоко в кожу, снижая ее эластичность
и упругость, вызывая преждевременное старение кожи, выражающееся в
ускоренном образовании морщин, пигментных пятен и веснушек,
особенно у светловолосых и светлоглазых людей. Высокая активность
таких лучей провоцирует развитие рака кожи.
2. UVB-лучи (В-лучи) - могут вызвать ожоги кожи, являются
непосредственной причиной возникновения рака кожи.
3. UVC-лучи (С-лучи) - смертоносны для флоры и фауны. Озоновый слой
атмосферы, окружающий нашу землю, поглощает их, защищая все живое
от разрушительного воздействия этих лучей. Но, как известно, озоновый
слой атмосферы за последние десятилетия стал менее мощным. Ученые
прогнозируют значительное увеличение количества заболеваний раком
кожи.
В результате действия ультрафиолетовых лучей появляются так называемые
свободные радикалы, которые обусловливают солнечный ожог, и
регенерирующая способность клеток понижается. Следствием становятся
видимые не сразу, но возникающие надолго высыхание и затвердевание тканей,
преждевременное образование морщин и, в худшем случае, болезненные
изменения кожи вплоть до рака.
Так загорать или не загорать?
Сначала рассмотрим некоторые положительные стороны воздействия солнца.
Находясь на солнце, Вы чувствуете себя здоровым, повышается уровень
циркуляции крови, появляется ощущение бодрости. Солнце полезно для костей,
зубов и гормональной системы человека. Под воздействием солнца
вырабатывается витамин D. В некоторых случаях солнце помогает избавиться
от прыщиков и псориаза.
Теперь - о том, в чем риск. Воздействие солнца вызывает: преждевременное
старение кожи; глубокие морщины (которые невозможно разгладить);
появление пятен и веснушек на коже; рак кожи; ожог; фотореакции на
некоторые виды продуктов, лекарств и косметики; появление раздражения в
виде водянистых пузырьков; у некоторых людей - появление высыпаний на
коже. Согласно последним исследованиям, избыточное действие
ультрафиолетовых лучей может ослабить иммунную систему.
Солнечный ожог - это не просто временное явление, которое бесследно
исчезает. Как правило, солнечный ожог - это довольно стабильная форма
поражения кожи, и ученые приводят все больше доказательств того, что
солнечные ожоги предрасполагают к заболеванию злокачественной меланомой наиболее серьезной формой рака кожи. Только в США каждый год
приблизительно 600 000 человек заболевают раком и около 7800 из них
умирают. Из всех раковых заболеваний рак кожи - одна из наиболее
распространенной форм.
Заболевания, связанные с УФИ излучением:
ФОТОКЕРАТИТ Ожог роговицы и коньюнктивы может быть вызван UV-B и
UV-C (от сварочного аппарата - эффект ослепления).UV-B на снегу может
вызвать снежную слепоту. Отраженные лучи для глаз более опасны (в нижнем
сегменте глаза слабее защита).Симптомы: боль, слезотечение, жжение,
гиперемия глаз.
КАТАРАКТА UV-излучение ускоряет процесс старения, формирования
катаракты. МАКУЛЯРНЫЕ ДЕГЕНЕРАЦИИ - процесс старения сетчатки,
особенно подвержены люди со светлыми глазами и афакией.
ДОБРОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГЛАЗНОГО ЯБЛОКА Птеригиум гиперплазия бульбарной коньюнктивы. Пингвекула - дегенеративные изменения
бульбарной коньюнктивы. Птеригиум часто связан с интенсивным UVизлучением. Может указывать на гиперчувствительность к UV-лучам.
ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГЛАЗНОГО ЯБЛОКА
коньюнктивальная карцинома интраокулярная меланома - в экваториальных
странах.
Контрольные вопросы по разделу “Космические опасности”
1. Какова вероятность катастрофических столкновений нашей планеты с
крупными космическими телами (астероидами, кометами)?
2. Была ли космическая бомбардировка и в современную эпоху? Если да, то что
это было?
3. Как можно воздействовать на опасные космические объекты?
4. Можно ли с помощью ядерного оружия нельзя расколоть Землю, испарить
океаны?
5. Опасен ли солнечный ожог?
6. Опасны ли космические излучения, приходящие из далекого космоса?
7. Что в солнечном спектре излечения наиболее опасно для человека?
8. В чем заключается роль озонового слоя?
9. Полезно ли загорать?
Библиография к главе 3
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК к главе 3
Абрамов В.А. И померк белый свет... - Владивосток: Еженедельник
“Завтра России”, № 45, 13-20 ноября 1997 г., - с. 11.
Алексеев Н.А. Стихийные явления в природе. М.: Мысль, 1988. 255 с.
Адеев А. Космическая опасность: мифы и реальность. / Интернет
Безопасность жизнедеятельности. Краткий конспект лекций/ Под
ред. О.Н. Русака. СПб.: Изд-во. ЛТА, 1992.-115 с.
Блекфорд Майкл, Волтер Дадли. Национальная география. ”Волна,
несущая разрушение”.1999 г.
Васильев А.А., Песков Б.Е., Снитковский А.И. Смерчи 9 июня
1984г. - Л: Гидрометеоиздат, 1985. - 40 с.
Дрейк Ч., Имбри Дж., Кнаус Дж., Турекиан К. Океан сам по себе и
для нас. / М:, “Прогресс”. – 1982. С. 470.
Заякин Ю.А. Цунами на Дальнем Востоке России. / ПетропавловскКамчатский: “Камшат”, - 1996. – 88 с.
Казанцев Ю.В. Теория атмосферных вихрей и ее применение для
задач прогноза. - Л: Гидрометеоиздат. 1988. - 62 с.
Ларин С. И. На суше и на море: Повести. Рассказы. Очерки. Статьи.
”Гигантские волны“, 1994
Маклаков А. Ф. Человек и стихия. Научно популярный сборник
`80:”Цунами”, 1989 г.
Мурти Т.С. Сейсмические морские волны цунами. / М.:
Гидрометеоиздат. – 1981- 448 с.
Наводнения и борьба с ними. М.: Знание, 1982.-47 с.
Наливкин Д.В. Ураганы, бури и смерчи. Географические
особенности и геологическая деятельность.//Л.: Изд-во “Наука”,
1969, 487 с.
Осипов В.И. Природные катастрофы на рубеже XXI века / Вестник
Российской Академии Наук, том 71, №4, с. 291-302, 2001
Б.Е. Песков МЕТЕЛИ - В книге “Гидрометеорологические
опасности” Тематический том / Под. Г.С.Голицина, А.А. Васильева
-–М: Издательская фирма “КРУК”, 2001, 296 с.
Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Часть I. Л.:
Гидрометеоиздат, 1986, 703с.
Ситников И.Г. Бетси, Камилла и другие ... Рассказ о тропических
циклонах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975, 144 с.
Ситников И.Г. и Зленко В.А. Опыт численного прогноза траекторий
тропических циклонов // Метеорология и гидрология, 1987, № 8, с.
40-47.
Ситников И.Г. и Зленко В.А. Бароклинная схема прогноза
траекторий тропических циклонов // Метеорология и гидрология,
1991, № 3, с. 5-12.
Ситников И.Г., Машкович С.А. и Похил А.Э. Численное
моделирование и прогноз тропических циклонов // В сб.: 70 лет
Гидрометцентру России. М., 1999, с. 256-265.
Ситников И.Г., Фалькович А.И., Похил А.Э. и Зленко В.А.
Численное прогнозирование траекторий тропических циклонов
Северного и Южного полушарий в Гидрометцентре СССР //
Метеорология и гидрология, 1990, № 1, с. 30-38.
Ситников И.Г., Похил А.Э., Тунеголовец В.П. Тайфуны – В книге
“Гидрометеорологические опасности” Тематический том / Под.
Г.С.Голицина, А.А. Васильева -–М: Издательская фирма “КРУК”,
2001, 296 с.
Стихийные бедствия: изучение и методы борьбы. М.: Прогресс,
1978.-439 с.
Тунеголовец В.П. Трансформация поля температуры океана после
прохождения тропического циклона (на примере тайфуна Тэсс
(1975) // Метеорология и гидрология, 1976, № 12, с. 60-66.
Тунеголовец В.П. Статистический метод прогноза интенсивности
тайфунов // Труды ДВНИГМИ, 1987, вып. 138, с. 146-179.
Тунеголовец В.П. Статистическая модель эволюции тропических
циклонов на ранней стадии развития // Труды ДВНИГМИ, 1993,
вып. 146, с. 135-142.
Тунеголовец В.П. Новый статистический регрессионный способ
прогноза перемещения тайфунов, давления в центре,
максимального ветра и зон с сильными, ураганными и
максимальными ветрами // Труды ДВНИГМИ, 1997 а, вып. 149, с.
152-159.
Тунеголовец В.П. Тропические циклоны северо-западной части
Тихого океана: структура, эволюция, прогноз интенсивности и
перемещения статистическими методами // Диссертация на
соискание ученой степени доктора географических наук.
Владивосток, 1997 б, 243 с.
Тунеголовец В.П. Информационная система предупреждения о
тайфунах. Состояние и направления развития // Международная
конференция “Стихия. Строительство. Безопасность”. Владивосток,
8-12 сентября 1997 г. Сборник тезисов докладов. Владивосток, 1997
в, с. 114-116.
Тунеголовец В.П. Альтернативный прогноз сильных дождей по
территории Приморского края // Международная конференция
“Стихия. Строительство. Безопасность”. Владивосток, 8-12
сентября 1997 г. Сборник тезисов докладов. Владивосток, 1997 г, с.
180-181.
Тунеголовец В.П., Баранов Г.Г., Дубина В.А. и Кузин B.C.
Результаты разработки методов прогноза перемещения и эволюции
тропических циклонов в ДВНИГМИ в 1991-1995 гг. // Научная
конференция по результатам исследований в области
гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды.
Москва, декабрь 1996 г. Сборник тезисов докладов. Москва, 1996, с.
16-17.
Тунеголовец В.П. и Дубина В.А. О вероятности выхода тайфунов
на советский Дальний Восток // Труды ДВНИГМИ, 1988, вып. 141,
с. 52-62.
Тунеголовец В.П., Михайленко Т.Д. Смерчи во Владивостоке 20
сентября 1997 г. – Ж. “Метеорология и Гидрология”, вып. 6, 1998.
Тунеголовец В.П. и Федорей В.Г. Параметры тропических
циклонов, выходящих на Дальний Восток, и частота интенсивных
осадков в Приморском крае // Международная конференция
“Стихия. Строительство. Безопасность”. Владивосток, 8-12
сентября 1997 г. Сборник тезисов докладов. Владивосток, 1997, с.
112-113.
Хаин А.П. Математическое моделирование тропических циклонов.
Л.: Гидрометеоиздат, 1984, 248 с.
A global view of tropical cyclones / R.L.Elsberry — editor // Marine
Meteorology Program, Office of Naval Research, USA, 1987,185 pp.
Dvorak V.F. Tropical cyclone intensity analysis and forecasting from
satellite imagery // Mon. Wea. Rev., 1975, V. 103, pp. 420-430.
Global guide to tropical cyclone forecasting // WMO, Tropical Cyclone
Programme, Report №. TCP-31, WMO/TD-№ 560. Geneva, 1993, 367
pp.