Р. П. Бернгардт

Развитие шкалы Бофорта применительно к современным характеристикам ветра

(адмирал Бофорт и его вклад в безопасность мореплавания)

Исследуется почти двухсотлетняя история развития и совершенствования визуальной шкалы оценки скоростей ветра, созданной английским гидрографом Фрэнсисом Бофортом, и делается попытка адаптировать показания современных анемометров к ее баллам, что способствует повышению безопасности мореплавания.

Прошло без малого 200 лет с тех пор, как английский гидрограф Фрэнсис Бофорт изобрел шкалу визуальной оценки силы ветра. В основу своей шкалы он положил качественные характеристики состояния поверхности моря. Он же первым практически применил ее для безопасности мореплавания. Это было время расцвета парусного флота. Тогда ветер, воздействуя на паруса, приводил в движение корабли, давая морякам заработок и радость новых открытий, но он же, вздымая громадные, быстронесущиеся, губительные волны, создавал смертельную угрозу деревянным кораблям. Уже давно человечество строит корабли без парусов, из металла и с машинами. Изменились не только корабли, но и средства измерения скорости ветра. Однако ветровые волны–убийцы существуют и продолжают уносить жизни моряков на всех океанах и морях, в том числе и на морях дальневосточной окраины России. Так, всего за три недели с 19 октября по 8 ноября 2000 г., при сильном ветре у берегов о-ва Сахалин, Курильских островов и п-ова Камчатка потерпели бедствие 5 кораблей, из них 4 погибли [2]. Таких примеров можно приводить очень много. Все они указывают на то, что режим опасных скоростей ветра как природного явления на морях не изменился. По-прежнему, как сотни и тысячи лет назад, экипажи любых кораблей, попав в штормовое море, реально борются с ветровыми волнами за свою жизнь.

Несомненно, что важные изменения в средствах мореплавания и измерений скорости ветра должны найти отражение в усовершенствованной шкале Бофорта, которая была и остается важным и нередко единственным инструментом оценки опасной ситуации в штормовом море. Цель данной статьи ‑ исследовать историю создания шкалы Бофорта и адаптировать показания современных анемометров к ее баллам, что наверняка будет способствовать повышению безопасности мореплавания.

Паруса применяются мореплавателями свыше 5 тыс. лет [4]. За такую долгую историю практического применения моряки научились управлять парусом и оценивать с его помощью силу ветра. Именно они изобрели не только различные названия ветров, но и научились отличать один ветер от другого по поведению идущего под парусами корабля. По свидетельству А.Х. Хргиана [6], неизвестный автор английского произведения „Историческое описание большой бури 1703 г.", изданного в 1769 г., предложил двенадцатибалльную шкалу оценки силы ветра: полный штиль, тихая погода, слабый ветер, небольшой бриз, малый ветер, свежий ветер, топсельный ветер, крепкий ветер, сильный шквал, „fret of wind", шторм и буря tempest). Автор описания четко осознал, что оценка силы ветра зависит от конструкции и оснащения судна. „То, что наши (1769 г.) моряки называют топсельным ветром, — пишет он, — загнало бы мореплавателей тех времен (1703 г.) в гавань. Когда налетает, по нашему выражению, сильный шквал, — они назвали бы это бурей, а при „fret of wind" они молились бы богу".

Но прежде чем говорить о шкале Бофорта, уместно обозначить основные вехи творчества известного во всем мире английского ученого Роберта Гука (1635–1703), изобретателя метеорологических приборов, которые наилучшим образом можно было применить в морском деле. А. Н. Боголюбов пишет [3], что Роберт Гук в 1674 г. много времени уделяет опытам с магнитом: его интересуют изменения направления магнитной иголки в разных местах поверхности Земли. В конце 1663 г. он изобретает прибор для определения глубины моря (эхолот) и для забора морской воды с любой глубины. В январе следующего года он предъявляет Королевскому Обществу воздушное ружье, пуля из которого пробивает дверь на расстоянии 20 ярдов. Тогда же он занимается усовершенствованием барометра, предложенного Реном, строит секундомер, предлагает модель фермы для подвески длинных телескопов. В 1665 г. Гук изобретает прибор для шлифовки оптических стекол, прибор для точного деления зубчатых колес, изготавливаемых часовщиками, ‑ прообраз делительной головки. В июне 1665 г. он представляет Королевскому Обществу изобретенный им секстант, объясняет его устройство и способ пользования. Одним из важных созданий изобретательского гения Гука явились приборы для метеорологических наблюдений. В сущности, ему принадлежат все важнейшие приборы для наблюдения погоды. Некоторые из них, например барометр, до настоящего времени сохраняют принцип, положенный Гуком в основу их конструкции. Последним его изобретением оказался морской барометр. Гук описал принципы калибровки термометров и предложил принимать за нуль точку замерзания дистиллированной воды. Гук построил прибор для измерения влажности воздуха и дождемер. Используя идею Рена, он создал «часы погоды» — над ними он работал в течение многих лет, постоянно их совершенствуя. Эти часы каждые четверть часа записывали на бумажной ленте показания барометра, термометра, гигрометра, дождемера и ветромера. Бумажная лента прибора приводилась в движение при помощи маятниковых часов. «Часы погоды» были предъявлены Гуком Королевскому обществу на заседании 29 мая 1679 г. Гук сконструировал также прибор для измерения силы ветра (рис. 1); она определялась отклонением пластины от вертикального положения.

Таким образом, задолго до Бофорта трудами гениального Роберта Гука был создан инструментарий, необходимый для наблюдения всех основных явлений погоды.


Рис. 1. Ветромер Гука. Такой прибор строили и применяли еще в годы первой мировой войны, по-видимому, до 1920 г., т.е. около 250 лет с момента изобретения.

Глядя на устройство ветромера Гука, трудно отделаться от мысли, что именно деления этого прибора послужили основой для назначения Бофортом баллов силы ветра. Адмирал английской службы Фрэнсис Бофорт приступил к изобретению своей шкалы оценки силы ветра, имея сильных, опытных, оставивших свой след в науке предшественников.

Фрэнсис Бофорт (1774-1857) поступил в военный флот 13-летним юнгой. С 1805 г. он командир судна „Ульвич". С 1809 до 1812 г. он проводил гидрографическую съемку Карамании (части Сирии). После тяжелого ранения, полученного в столкновении с пиратами, Бофорт покинул службу на море. С 1814 г. он член Лондонского Королевского общества. В 1829-1855 гг. адмирал Бофорт состоял в должности гидрографа флота.

Свои дневники и журналы наблюдений Бофорт начал вести с 1793 г., вначале давая общие характеристики погоды, а затем регулярно через каждые 2 часа. В своем дневнике погоды за январь 1806 г. он дал первый проект шкалы ветра и погоды, сопровождая его следующим замечанием: „Отныне я буду оценивать силу ветра в соответствии со следующей шкалой, так как ничто не может дать более неопределенного представления о ветре и погоде, чем прежние выражения „умеренный ветер” или „облачная погода”. Предлагаемая Бофортом первая шкала состояла из 14 ступеней, включая ноль. В 1807 г. Бофорт объединил 1-ю и 2-ю ступени в одну и свел таким образом свою шкалу к 13 ступеням, включая нуль. В 1838 г. адмиралтейство ввело ее для общего употребления в английском военном флоте. Эта шкала применяется в английском военном флоте до настоящего времени.

Помимо словесного определения силы ветра шкала Бофорта в 1869 г. получила оценку скорости ветра, соответствующую каждому баллу. Эти эквиваленты, предложенные Скоттом, применялись в английской метеорологической службе до 1909 г., а в русской до 1914 г.

Таблица 1.
Шкалы Бофорта для оценки силы ветра на море в разные годы применения в Англии

Балл 1806 год 1807 г, действующая с 1838 г. в английском военном флоте

Оценка силы ветра

0 Тихо Обозначает штиль.
1 Слабое движение воздуха, почти штиль Легкое движение воздуха,
достаточное для того, чтобы дать ход судну.
2 Слабое движение воздуха Легкий бриз, при котором, под всеми парусами,
судно может идти со скоростью 1 – 2 узла.
3 Легкий бриз Небольшой бриз, при котором, под всеми парусами,
судно может идти со скоростью 3 – 4 узла.
4 Небольшой бриз Умеренный бриз, при котором под всеми парусами,
судно может идти со скоростью 5 – 6 узлов.
5 Умеренный бриз Свежий бриз,
при котором то же самое судно может нести бом-брамсели.
6 Свежий бриз Сильный бриз,
при котором судно может нести марсели в 1 риф и стаксели.
7 Свежий устойчивый ветер Умеренный ветер,
при котором судно может нести марсели в два рифа и кливера.
8 Умеренно-сильный ветер Свежий ветер, при котором судно,
сохраняя марсели в два рифа и кливера, ускоряет ход.
9 [неразборчиво] Сильный ветер, при котором судно
может нести зарифленные марсели и нижние паруса.
10 Сильный ветер Шквал, при котором судно может
сохранять лишь зарифленный грот-марсель и зарифленный фок.
11 Крепкий ветер Буря, при которой судно должно ограничиться
штормовыми стакселями.
12 [неразборчиво] Ураган, при котором судно не может нести никаких парусов.
13 Шторм

Широкому международному распространению шкалы Бофорта способствовало принятое в 1874 г. решение Постоянного комитета Первого метеорологического конгресса рекомендовать ее для употребления в метеорологических телеграммах.

С течением времени шкала Бофорта совершенствовалась. В ней появились определения силы ветра по характеру ее проявления не только на море, но и на суше. Скотт дополнил ее оценками скорости ветра, соответствующими каждому баллу. После эквивалентов Скотта наиболее употребительными оказались эквиваленты, предложенные Кеппеном и Симпсоном и признанные в 1913 г. Римским собранием Постоянного метеорологического комитета наилучшими. В табл. 2 приведены эквиваленты скорости ветра, соответствующие баллам шкалы Бофорта [1, 4-7].

Таблица 2.
Шкала Бофорта в разные годы ее применения

Балл Словесная
характеристика
Средняя скорость ветра по рекомендациям
Симпсона Кеппена Международного метеорологического комитета
1906 1913 1939 1946 1963-1983
0 Штиль 0 0 0 0 0

1

Тихий ветер 0,8 0,7 1,2 0,8 0,9
2 Легкий ветер 2,4 3,1 2,6 2,5 2,4
3 Слабый ветер 4,3 4,8 4,3 4,4 4,4
4 Умеренный ветер 6,7 6,7 6,3 6,7 6,7
5 Свежий ветер 9,4 8,8 8,7 9,4 9,3
6 Сильный ветер 12,3 10,8 11,3 12,3 12,3
7 Крепкий ветер 15,5 12,7 13,9 15,5 15,5
8 Очень крепкий ветер 18,9 15,4 16,8 18,9 18,9
9 Шторм 22,6 18,0 19,9 22,6 22,6
10 Сильный шторм 26,4 21,0 23,4 26,4 26,4

11

Жестокий шторм 30,0 27,1 30,6 30,5
12 Ураган 29,0 33,0 32,7
13 39,0
14 44,0
15 49,0
16 54,0
17 59,0

В настоящее время наблюдатели погоды и прежде всего моряки пользуются шкалой эквивалентов, предложенной в 1906 г. Симпсоном.

Такая эволюция эквивалентов скорости баллам шкалы Бофорта, завершившаяся, по сути, возвращением к одному из первоначальных вариантов, указывает на то, что не все нововведения в вопросах определения скорости ветра выдерживают проверку временем, и потому к их принятию следует подходить в высшей степени осторожно. И тем не менее, в силу того что инструменты, которыми осуществляется измерение скорости ветра на судах морского флота, за последнее столетие претерпели изменения, возникла настоятельная необходимость дополнить шкалу Бофорта эквивалентами скорости, адаптированными к показаниям современных анемометров. Такие эквиваленты получены по результатам опубликованных исследований [1, 2]. Усовершенствованная, осовремененная шкала Бофорта приведена в табл. 3. Ее применение позволит не только капитанам стальных океанских кораблей, но и любителям путешествий под парусом верно оценить свои силы, чтобы заблаговременно принять правильное решение и избежать тем самым бед штормового моря.

Таблица 3
Сила ветра у земной поверхности по шкале Бофорта ВМО [5, 6] (на стандартной высоте 10 м над открытой ровной поверхностью) с эквивалентами средней (за 10 мин) скорости (м/с) ветра, адаптированными автором [1, 2] к показаниям современных анемометров: динамометрического М-27С (флюгеров Вильда); чашечного М-12; винтового М-63М1 (или по прогнозу погоды)

Балл Словесное определение силы ветра Критерии скорости ветра, применительно к данным:

Характерные признаки действия ветра при наблюдениях

ВМО, М-27С М-12 М-63М1 на суше на море с борта судна на море с берега
0 Штиль 0 0 0 Штиль. Дым поднимается вертикально. Зеркально гладкое море. Штиль.
1 Тихий
ветер
0, 3–1,5 0,3–1,7 0,3–1,6 Направление ветра заметно по относу дыма, но не по флюгеру. Образуется рябь в виде чешуи, но без пенных гребней. Рыболовные смэки начинают слушаться руля.
2 Лёгкий
ветер
1,6–3,3 1,8–3,8 1,7–3,6 Движение ветра ощущается лицом, шелестят листья, приводится в движение флюгер. Короткие волны, гребни не опрокидываются и кажутся стекловидными. Ветер наполняет паруса смэков, которые начинают передвигаться со скоростью 1-2 узла.
3 Слабый
ветер
3,4–5,4 3,9–6,2 3,7–5,8 Листья и тонкие ветви деревьев все время колышутся, ветер развевает верхние флаги. Малые волны. Гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену, изредка образуются белые барашки. Смэки начинают крениться. Их скорость достигает 3- 4 узлов.
4 Умеренный
ветер
5,5–7,9 6,3–8,3 5,9–8,0 Ветер поднимает пыль и бумажки, приводит в движение тонкие ветви деревьев. Малые волны становятся удлинёнными, везде видны белые барашки. Хороший рабочий ветер. Смэки идут под всеми парусами с хорошим креном.
5 Свежий
ветер
8,0–10,7 8,4–10,2 8,1–9,8 Качаются тонкие стволы деревьев, на воде появляются волны с гребнями. Образуются большие волны.; повсюду белые пенистые гребни. На смэках убавляют паруса.
6 Сильный
ветер
10,8–13,8 10,3–12,1 9,9–11,8 Качаются толстые сучья деревьев; гудят телеграфные провода. Волны начинают укрупняться; белые пенистые гребни занимают значительные площади (вероятны брызги). Смэки идут под двойными рифами на гротовых парусах; рыбная ловля требует осторожности.
7 Крепкий
ветер
13,9–17,1 12,2–14,0 11,9–13,5 Качаются стволы деревьев; идти против ветра трудно. Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру. Смэки остаются в гавани, а те, что в море, ложатся в дрейф.
8 Очень
 крепкий
ветер
17,2–20,7 14,1–16,6 13,6–15,5 Ветер ломает сучья деревьев, идти против ветра очень трудно. Умеренно высокие длинные волны. По краям гребней начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра. Все смэки возвращаются в гавань, если она близко.
9 Шторм 20,8–24,4 16,7–20,0 15,6–17,8 Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу. Высокие волны. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Гребни волн начинают опрокидываться и рассыпаться на брызги, которые ухудшают видимость.
10 Сильный
шторм
24,5–28,4 20,1–23,9 17,9–20,1 Значительные разрушения строений, деревья вырываются с корнем. На суше бывает редко. Очень высокие волны с длинными загибающимися вниз гребнями. Образующаяся пена выдувается ветром большими хлопьями в виде густых белых полос. Поверхность моря белая от пены. Сильный грохот волн подобен ударам, видимость плохая.
11 Жестокий
 шторм
28,5–32,6 24,0–26,7 20,2–22,8 Большие разрушения на значительном пространстве. На суше наблюдается очень редко. Исключительно высокие волны. Суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Море всё покрыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися по ветру. Края волн повсюду сдуваются в пену. Видимость плохая.
12 Ураган 32,7 и более Больше 26,8 Больше 22,8 Большие разрушения на значительном пространстве. Воздух наполнен пеной и брызгами. Море все покрыто полосами пены. Очень плохая видимость.

Литература:
1. Бернгардт Р.П. Климатологические обобщения и применение информации о скорости ветра и гололеде. Южно-Сахалинск: Изд-во СахГУ, 2003. 96 с.
2. Бернгардт Р.П. О восстановлении однородности рядов максимальных скоростей ветра. Метеорология и Гидрология. 2001. №12. С. 31–37.
3. Боголюбов А.Н. Роберт Гук. М.: Наука, 1984. 238 с.
4. Большая советская энциклопедия в 33 томах. Статьи: Бофорт, Парус, Шкала Бофорта.
5. Прох Л.З. Словарь ветров. Л: Гидрометеоиздат, 1983. 312 с.
6. Руководство по метеорологическим приборам и методам наблюдений. 5-е изд. / Секретариат Всемирной метеорологической организации. Женева-Швейцария, 1983. № 8; 1988, Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД.
7. Хргиан А.Х. Очерки развития метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1948. 350 с.