Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Ответы к зачету 4 курс.
1.ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ НА ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.
Атмосфера представляет собой механическую смесь различных газов, водяного пара и твердых частиц. Она неоднородна по
своему составу и неодинакова по своим свойствам. Свойства атмосферы изменяются в довольно широком диапазоне как во времени, так и в пространстве. А эти изменения оказывают определенное воздействие на помещенные в атмосферу предметы - аэростаты, радиозонды, космические аппараты, самолеты, вертолеты и т.п. В результате этого воздействия при выполнении полета ЛА изменяются аэродинамические силы, скорость полета, режим работы двигателей, расход топлива, а также показания различных аэронавигационных приборов. Неучет этого воздействия может привести к значительным ошибкам в определении параметров полета, что в свою очередь - к угрозе безопасности полета или невыполнению (срыву) полетного задания. Методика учета влияния метеоусловий основана на введении в рассмотрение так называемой "стандартной атмосферы", позволяющей получать сравнимые между собой показания приборов, данные летных испытаний и результаты аэродинамических расчетов, а также геофизических и метеорологических наблюдений
Стандартная атмосфера (СА) - это условное, заранее заданное и постоянное, "стандартное" распределение физических характеристик состояния атмосферы с высотой. Другими словами, если у земли параметры атмосферы заданы, то с высотой они изменяются по определенному (известному) закону, близкому к среднему распределению. Стандартная атмосфера не зависит от времени года и суток, места испытаний, всегда одинакова и неизменна. Таким образом, в СА изменения метеовеличин происходят не так, как в реальной атмосфере. По мере изучения атмосферы, появления новых видов авиационной и космической техники, возрастания ее зависимости от состояния атмосферы, повышались требования к стандартной атмосфере. В настоящее время действует СА-81 (ГОСТ 4401-81), где определены средние значения параметров атмосферы в диапазоне от -2 до + 1200 км для широты 45°32¢33². Стандартная атмосфера представляет собой сборник таблиц. Таблицы параметров СА рассчитаны в предположении, что воздух представляет собой идеальный газ, и базируются на общепринятых для среднего уровня моря исходных значениях температуры, давления и плотности воздуха. Стандартная атмосфера широко применяется при решении научно-практических задач. Возникающие в полете аэродинамические силы, сила тяги двигателя, расход топлива, скорость и предельно допустимая высота полета а также показания некоторых аэронавигационных приборов могут значительно изменяться в условиях реальной атмосферы. Вследствие этого возникает необходимость решения задач трех видов:
3.Обработка результатов геофизических и метеорологических наблюдений
В описаниях и инструкциях по эксплуатации летательных аппаратов все летные характеристики указываются для условий стандартной атмосферы, поэтому важно в случае отличия реальных условий от стандартных значений осуществлять так называемое приведение их к стандартной атмосфере. На практике наиболее часто применяется приведение результатов
летных испытаний (полетов) к стандартным высотам, т.е. таким высотам, на которых атмосферные условия, наблюдаемые в момент испытания (полета), аналогичны условиям в стандартной атмосфере. Наиболее употребительны следующие виды стандартных высот:
1. Барометрическая высота Zp - высота в СА, на которой атмосферное
давление равно фактическоу давлению на уровне полета (рст = pz).
2. Высота по плотности воздуха Zr - высота в СА, на уровне которой
плотность воздуха равна фактической плотности на уровне полета (rст = rz).
Эта высота используется в расчетах летно-технических характеристик ЛА при взлете и посадке на горных аэродромах
Выбор способа приведения зависит от характера решаемой заачи. При этом исходят из того, что значение некоторой заданной функции от давления и температуры F (P,Т) - должно быть одинаковым в реальных условиях и на условной высоте в СА, т.е. должно выполняться соотношение F (Pст, Tст) = F(Р,Т), где: Рст, Тст - давление и температура в СА; Р , Т - фактические давление и температура на уровне полета. В качестве функции F может быть выбран любой параметр, например, высота полета, скорость полета или подъемная сила
Барометрический способ определения высоты полета
Высота полета летательного аппарата является одной из важнейших летных характеристик . Высота полета - расстояние по вертикали от начального уровня до летательного аппарата
основным прибором для определения высоты полета является барометрический высотомер (баровысотомер), представляющий из себя чувствительный барометр-анероид. На практике одной из важнейших задач метеоподразделения является тесно связанное с барометрическим методом приведение давления к уровню
ВПП. Известно, что атмосферное давление определяется в метеоподразделениях ежечасно и по мере необходимости с помощью ртутно-чашечного барометра. Измеряется давление в миллибарах (гектопаскалях) и затем переводится в мм.рт.ст. Именно это давление передается на борт ЛА дельтаh=8000/Pмп(1+ 0,004t )
Влияние давления и температуры воздуха на аэродинамические характеристики летательных аппаратов (ЛА)
Атмосферное давление-сила,дейст. На единицу горизонтальной поверхности и равная весу столба воздуха,простирающегося от данной поверхности до верхней границы атмосферы. В полете на ЛА действуют подъемная сила - Y; сила лобового сопротивления - Х; сила тяги - P, создаваемая двигателем; сила тяжести — G величина аэродинамических сил прямо пропорциональна давлению и плотности воздуха и обратно пропорциональна температуре воздуха
Влияние давления и температуры воздуха на показания указателя воздушной скорости.
Для определения воздушной скорости, т.е. скорости движения самолета относительно воздуха, применяется прибор, называемый указателем скоростии работающий на принципе измерения разности между полным и статическим давлением воздуха в полете, т.е. динамического давления (скоростногО напора).На современных ЛА для определения воздушных параметров полета используются комплексные автоматические измерительные системы - система воздушных сигналов (СВС) и информационный комплекс высотно -скоростных параметров (ИКВСП). В этих приборов применяются вычисли-
тельные устройства, с помощью которых по измеренным значениям динамического и статического давления и температуры заторможенного воздуха рассчитываются истинные значения скорости и высоты полета
Влияние давления и температуры воздуха на силу тяги двигателя и расход топлива.
Принято различать потребную силу тяги двигателя, которая необходима для преодоления лобового сопротивления и набора высоты, и располагаемую силу тяги, которую максимально может развить двигатель на данной высоте при допустимом режиме работы. При понижении давления и температуры часовой расход топлива уменьшается.В целом при повышении температуры на 10оС часовой расход топлива увеличится на 1,7-2,3%
Влияние температуры и давления воздуха на взлет и посадку, скороподъемность и потолок летательных аппаратов
Взлетные и посадочные характеристики самолета (длина разбега, скорость отрыва при взлете, посадочная скорость, длина разбега при посадке и другие) в значительной степени зависят от физических характеристик состояния атмосферы.
Для того, чтобы самолет смог взлететь, необходимо, чтобы величина подъемной силы стала равна весу самолета. Равновесие сил (подъемной и силы тяжести) наступает уже на минимальной скорости. Однако, отрыв самолета на минимальной скорости опасен по причине возможности потери устойчивости и управляемости самолета. Поэтому уста-
новлено, что скорость отрыва у самолета с турбовинтовыми двигателями на 10-15% больше минимальной. Значительные колебания температуры и давления воздуха вызывают существенные изменения скорости отрыва. В свою очередь изменение скорости отрыва влияет на длину разбега и всей взлетной дистанции. Это особенно важно иметь в виду при взлете с аэродромов, имеющих ограниченной длины взлетные полосы, и при максимальных загрузках самолетов, а также в районах с жарким климатом и в горах. Например, повышение температуры воздуха на 10оС приводит к увеличению скорости отрыва на 1,75%, длины разбега на 13%. Это эквивалентно изменению взлетной массы самолета на 3,5% или примерно на 2000 кг.Подводя итоги, можно еще раз указать : На взлете скорость отрыва зависит от температуры и давления воздуха,длина разбега от температуры воздуха. Длина разбега увеличивается на 7-13%, скорость отрыва на 1,8 % при положительном отклонении температуры от стандартной на 10оС. 25 При наборе высоты при том же условии вертикальная скорость уменьшается на 10-20%, время набора высоты увеличивается на 6-10 %.В горизонтальном полете дальность и продолжительность полета с ростом температуры уменьшаются, часовой расход топлива увеличивается на 1,7-2,3 % при повышении температуры на 10оС. Разгон самолета целесообразно выполнять в зоне наиболее низких температур, где время и путь разгона минимальны. Такие условия наблюдаются у нижней границы тропопаузы. Максимальная скорость при повышении температуры на 5оС уменьшается на 1 %. Потолок самолета с ростом температуры понижается. Длина пробега увеличивается в среднем на 3,5 % при положительном отклонении температуры на 10оС. Все вышесказанное свидетельствует о важности учета метеоусловий при обеспечении полетов авиации и необходимости для метеоспециалистов ясно понимать причины такого положения.
2.ПРГОНОЗ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА.
3.ПРОГНОЗ ШКВАЛОВ.
Шквал — кратковременное увеличение скорости ветра до значений, намного превышающих скорость градиентного ветра. Он представляет
собой одно из проявлений интенсивной конвективной деятельности. Шквалы являются особо опасными явлениями погоды. Во-первых,
они связаны с кучево-дождевой облачностью. Во-вторых, шквалы сопровождаются интенсивными ливневыми осадками и градом. Скорость ветра при шквале достигает разрушительной силы.
Классификация шквалов по скорости ветра:
♦ слабые шквалы — при скорости ветра 20 м/с;
♦ умеренные шквалы — при скорости ветра 20—25 м/с;
♦ сильные шквалы — при скорости ветра 25—30 м/с;
♦ особенно сильные шквалы — при скорости ветра более 30 м/с.
Шквалы — явление локальное. Иногда в одном пункте может наблюдаться целая серия шквалистых усилений ветра. Физические условия образования шквалов. Кучево-дождевые облака образуются в результате реализации больших запасов энергии неустойчивости атмосферы. В начальной стадии развития формируются преимущественно восходящие потоки воздуха, которые в процессе развития кучево-дождевых облаков усиливаются за счет дополнительного тепла, выделяющегося в облачном воздухе в процессе конденсации и кристаллизации водяного пара. Когда в облаках накапливается достаточное количество влаги и происходит укрупнение облачных элементов, некоторые объемы облачного воздуха начинают опускаться вниз под действием массы накопленной в облаке капельно-жидкой влаги, кристаллов и града. Накопление влаги происходит наиболее интенсивно на высотах, где температура воздуха составляет –10 °С и ниже, а восходящие
потоки воздуха достигают максимальных скоростей. В процессе опускания объемов облачного воздуха вниз влага в них испаряется, что, в свою очередь, вызывает более ускоренное движение вниз. Наиболее интенсивные потоки достигают поверхности земли и, пребразовываясь в горизонтальный поток, создают резкое усиление ветра. Это первое условие, вызывающее возникновение шквала. Вторым условием является возникновение мелкомасштабных волн падения и роста давления, что обусловливает очень большие барические градиенты давления. Причиной такого процесса являются мощные восходящие конвективные потоки в передней части облака и нисходящие в цен-
тральной и тыловой частях облака. Восходящие потоки создают дефицит массы воздуха, что сопровождается резким падением давления, а нисходящие потоки определяют рост давления. Наличие вертикальных потоков разного знака способствует образованию шквалистого ворота с горизонтальной осью впереди кучево-дождевого облака. Горизонтальная ось располагается в среднем на высоте 500—600 м впереди Cb за 1—2 км до сплошной завесы дождя. Шквалы, как правило, сопровождаются осадками в виде ливневого дождя и града. Время начала ливневого дождя и время начала шквала довольно близки. Особенно сильные шквалы наблюдаются в зоне ливневого дождя спустя 5—10 мин после его начала, если же шквал начинается до начала дождя, то он имеет умеренную интенсивность. Это обусловливается тем, что в этом случае нисходящий поток обгоняет ливень и теряет свою энергию. Аэросиноптические условия возникновения шквалов. В зависимости от синоптических условий, при которых наблюдаются возникновение и развитие шквалов, различают внутримассовые и
фронтальные шквалы. Фронтальные шквалы наблюдаются в 75 % случаев, а внутримассовые — только в 25 % случаев. Внутримассовые шквалы обычно бывают умеренными или слабыми, наблюдаются с мая по август, как правило, во вторую половину дня. Внутримассовые шквалы связаны с кучево-дождевыми облаками, образующимися при термической конвекции в теплой неустойчивой воздушной массе, либо при термодинамической конвекции в холодной неустойчивой воздушной массе в тыловой части циклонов. Шквал перемещается
вместе с порождающим его облаком, поэтому последствия шквала прослеживаются в пределах определенной полосы («след» шквала).
Иногда шквалы возникают вдоль «линий неустойчивости», которые в отличие от атмосферных фронтов существуют кратковременно и не прослеживаются на картах барической топографии. Синоптическая обстановка при возникновении шквалов характеризуется наличием слабых барических и термических градиентов как у поверхности земли, так и на высотах. Температура воздуха у поверхности земли имеет хорошо выраженный суточный ход с максимумом в 14—15 ч местного времени, причем значение максимальной температуры воздуха,
как правило, выше 25 °С. Фронтальные шквалы являются наиболее опасными и чаще связаны с холодными атмосферными фронтами и холодными фронтами окклюзии. По синоптическим условиям исследованные фронтальные шквалы можно разделить на четыре типа.
Первый тип фронтального шквала соответствует синоптической обстановке, при которой наблюдается хорошо выраженный в поле температуры малоподвижный холодный фронт с волнами. Волновые возмущения со скоростью 40—70 км/ч перемещаются вдоль линии фронта. Контрасты температуры воздуха в зоне фронта у поверхности земли превышают 10 °С. Шквалы возникают вблизи вершины
волновых возмущений преимущественно в теплом воздухе (в теплом секторе волны). Чаще всего такие шквалы возникают в дневное время. Они встречаются в 55 % случаев от общего числа фронтальных шквалов. Второй тип фронтального шквала наблюдается на быстродвижущемся холодном атмосферном фронте с большими (более 10 °С) контрастами температуры воздуха у поверхности земли. Шквалы на холодных атмосферных фронтах данного типа возникают весьма часто, но сильные шквалы наблюдаются сравнительно редко. Наличие в зоне холодного атмосферного фронта достаточно мощных упорядоченных вертикальных движений, обусловленных циклонической кривизной изобар, способствует развитию вынужденной конвекции. В зоне холодных атмосферных фронтов, располагающихся в глубоких барических ложбинах, такие вертикальные движения бывают наиболее интенсивными. Третий тип фронтального шквала наблюдается вблизи точки окклюзии — на стыке теплого и холодного атмосферных фронтов, хорошо выраженных в поле температуры воздуха Шквалы у точки окклюзии — более редкое явление, чем шквалы первого типа. Скорость ветра у поверхности земли в 75 % случаев достигает 20—30 м/с, а в 25 % случаев превышает 30 м/с. Наиболее благоприятные условия для образования шквалов у точки окклюзии создаются в теплую половину года во второй половине дня (12—18 ч местного времени). Характерной особенностью шквалов данного типа является то, что они наблюдаются только при отрицательных барических тенденциях вблизи точки окклюзии, превышающих — 3,0 гПа за 3 ч. Четвертый тип фронтального шквала наблюдается в тыловой части циклона в неустойчиво стратифицированной воздушной массе при прохождении вторичных холодных атмосферных фронтов. Особенностью разработки прогноза шквалов является то, что кроме факта возникновения шквала необходимо также предсказать значение максимальной скорости ветра.
Метод Г.Д. Решетова разработан для центральных районов европейской части России и позволяет прогнозировать шквал с заблаговременностью 9—12 ч. Исходными аэросиноптическими материалами являются: приземные синоптические и кольцевые карты погоды, карты барической топографии текущих суток, данные вертикального зондирования атмосферы за 3 ч для пункта прогноза и по территории. Прогноз шквала разрабатывается в два этапа. На первом этапе разрабатывается прогноз синоптического положения и, если оно благоприятно для возникновения шквала, производится расчет параметров, определяющих условия возникновения шквала. Прогноз шквала разрабатывается с помощью диаграммы. Если точка пересечения попадает в область «Шквалы», то следует ожидать его
возникновения. Расчет скорости ветра осуществляется по графикуМетод Р.А. Ягудина разработан для прогноза шквала в районе Но-
восибирска. Он позволяет прогнозировать факт возникновения шквала и максимальную скорость ветра при нем. Условия возникновения шквала обусловливаются достаточной энергией неустойчивости и достаточным значением влажности в нижнем и среднем слоях тропосферы.
4.ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА ВЗЛЕТ И ПОСАДКУ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ. СДВИГ ВЕТРА.
На деятельность авиации существенное влияние оказывает ветер как в приземном слое, так и ветер на высотах. Приземный ветер влияет на взлет и посадку самолетов и вертолетов, а ветер на высотах – на их навигацию и боевое применение. Сильный ветер при взлете и посадке, кроме изменения взлетных и посадочных характеристик, может привести к летным происшествиям. Не учет или неправильный учет ветра при навигационных расчетах может привести к нарушению безопасности полетов или к невыполнению летного задания. Ветер представляет собой горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Основными его характеристиками являются направление и скорость
Струйные течения и условия полетов в них СТ-узкие потоки воздуха со скоростью более 30 м/с.Возникают в областях значительных градиентов давления и температуры, воздуха, характерных для высотных фронтальных зон. Особенности метеорологических условий в зонах СТ обусловлены тем, что для них характерны большие скорости ветра, значительная турбулентность. Зоны максимальной интенсивности турбулентности связаны с максимальными скоростями ветра. Эти зоны имеют очаговый характер. Важное значение приобретает учет СТ в том случае, если направление ветра в нем не совпадает с направлением полета, а также когда необходимо на маршруте пересекать СТ. В первом случае полета в СТ следует избежать, а во втором – входить в область СТ целесообразно под меньшим углом. Взлет и посадка летательного аппарата являются исключительно важными и ответственными этапами полета. Каждый самолет имеет взлетные и посадочные характеристики, к которым относятся длина разбега, скорость отрыва при взлете, посадочная скорость и длина пробега при посадке. Эти характеристики зависят от метеорологических условий на данном аэродроме. Для устойчивого полета взлет и посадку необходимо осуществлять против ветра. Полеты с попутным ветром запрещаются Значительно осложняется взлет и посадка при боковом ветре, когда управление самолетом затруднено возникновением дополнительных аэродинамических сил. Под действием дополнительных аэродинамических сил возникают кренящий и разворачивающий моменты, сильно усложняющие пилотирование ЛА. Поэтому инструкцией для каждого типа ЛА устанавливается предельно допустимая скорость бокового ветра (боковая составляющая), при которой возможен взлет и посадка. Зависит она от особенностей конструкции и веса ЛА, состояния поверхности ВПП и т.п. Для современных самолетов боковая составляющая составляет от 6 до 15 м/с, и оценивается с помощью формулы Uб = U . Sina, где Uб – боковая составляющая; a - угол между направлением ветра и направлением ВПП, а также составленным по этим спискам графикам, таблицам или планшетам. Ограничения полетов по ветру важно учитывать в ходе метеообеспечения полетов, причем в совокупности с влиянием других метеоусловий (выпадение осадков, низкая облачность высокие температуры воздуха и т.п.). Особое внимание на взлете и посадке уделяется не только скорости и направлению ветра, но их изменениям в пространстве. Резкие изменения направления или скорости ветра в двух точках пространства, отнесенные к расстоянию между этими точками называют сдвигом ветра. Величина сдвига ветра – векторная. Различают горизонтальные, вертикальные и боковые сдвиги ветра. Интенсивность Сдвиг ветра, м/с на 30 м Слабый 0-2 м/с умеренный 2-4 сильный 4-6 очень сильный >6. Для авиации сдвиг ветра более 4 м/с на 30 м считается опасным. Сдвиг ветра как правило возникает вблизи и под кучево-дождевыми облаками, в зоне атмосферных фронтов, при наличии инверсии у поверхности Земли, а также в горной местности и в прибрежных районах
5.ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА ПУТЕВУЮ СКОРОСТЬ и НАПРВЛЕНИЕ ПОЛЕТА. УГОЛ СНОСА.
В неподвижном воздухе направление движения самолета относительно земной поверхности совпадает с направлением его продольной оси, а ско
рость перемещения равна воздушной скорости (скорости относительно воздуха). Ветер, представляющий горизонтальное движение воздушной массы относительно земли, обусловливает снос самолета вместе с этой воздушной массой. Скорость полного движения самолета представляет собой геометрическую сумму двух векторов: вектора воздушной скорости и вектора ветра. Построенный на этих векторах треугольник получил название навигационного треугольника скоростей
Влияние ветра на путевую скорость, то есть на скорость движения самолета относительно земли, и на величину угла сноса зависит от скорости и направления ветра и оценивается с помощью взаимосвязи между элементами навигационного треугольника величина угла сноса прямо пропорциональна отношению скорости ветра к скорости самолета и синусу угла ветра
sinфи=u/v*sine. При e = 0 или 180°, что соответствует попутному или встречному ветру, угол сноса равен нулю (j = 0). При e = 90° (боковой ветер) угол сноса максимальный. Для учета влияния ветра на величину путевой скорости введено понятие «эквивалентный ветер».
Под эквивалентным ветром понимают некоторый всегда направленный вдоль маршрута расчетный ветер, который оказывает такое же влияние на значение путевой скорости, как и фактический ветер. Использование понятия «эквивалентного ветра» позволяет применить статистический подход в реше-
нии задач, связанных с необходимым для полета запасом топлива, при оценке
времени прибытия ЛА в конечный пункт, при составлении расписания пере-
дач и т.п. Таким образом, введение понятия эквивалентного ветра позволяет с небольшой ошибкой заранее, привлекая для расчетов кинематических данных о ветре на интересующих высотах и различные варианты заданного ветра получить таблицы и графики. С их помощью определить расход топлива, продолжительность полета, время прибытия в конечный пункт маршрута, рассчитать скорость полета по маршруту и т.п.
6.ХАРАКТЕРИСТИКА ТУРБУЛЕНТНЫХ ЗОН В ТРОПОСФЕРЕ И СТРАТОСФЕРЕ
Одним из характерных свойств атмосферы является турбулентность.Она представляет собой неупорядоченное, хаотическое движение воздуха.
Основными причинами возникновения турбулентности в атмосфере являются градиенты температуры и скорости ветра. В свою очередь такие градиенты наблюдаются при следующих процессах:
- неравномерный нагрев подстилающей поверхности;
- взаимодействие воздушных масс между собой или с земной поверхностью;
- интенсивное облакообразование;
- деформация воздушных течений горными препятствиями.
Очевидно, что эти процессы могут проявляться в различных сочетаниях и действовать одновременно или наоборот разнесенными по времени. Однако в большинстве случаев одни атмосферные процессы преобладают над другими и, учитывая это, турбулентность можно подразделять на термическую, динамическую и механическую.
Термическая турбулентность – возникает при неравномерном нагреве подстилающей поверхности или в результате адвекции холодного воздуха на теплую подстилающую поверхность. Характерным проявлением этого является возникновение конвективных облаков. Термическая турбулентность имеет хорошо выраженный суточный ход (максимум – днем, минимум – ночью) и существенно зависит от количества облаков (при № 3 = 3-5 баллов – турбулентность максимальная). Термическая турбулентность может проявляться во всей толще тропосферы.
Динамическая турбулентность обусловлена существованием значительных вертикальных и горизонтальных сдвигов ветра, возникающих при
взаимодействии воздушных масс с разными характеристиками (например,различные скорости воздушных масс приводят к трению одной воздушной массы о другую). Динамическая турбулентность проявляется на всех высотах,но большая повторяемость наблюдается в зоне струйных течений.
Механическая турбулентность образуется в результате взаимодействия воздушного потока с поверхностью земли или деформации воздушного потока орографическими препятствиями (в частном случае говорят об орографической турбулентности). Этот вид турбулентности, как правило, наблюдается в приземном слое, однако в горной местности проявляется и на больших высотах (толщина зон турбулентности превышает высоту препятствий в 3-4 раза). В тропосфере толщина турбулентных зон составляет 400-800 м, в стратосфере – несколько меньше – 200-3—м. Следует учитывать, что с уменьшением широты вырастает повторяемость больших толщин турбулентных зон. В конкретных метеорологических условиях могут наблюдаться значительные отклонения от указанных выше, в некоторых случаях их толщина достигает нескольких тысяч метров. Турбулентные зоны имеют различную горизонтальную протяженность: от нескольких километров до нескольких сотен (400-500 км), а иногда тысяч километров. Однако чаще всего (около 70% случаев) для умеренных широт РФ горизонтальная протяженность составляет менее 100 км, и только в 4%случаев – больше 400 км.Горизонтальная и вертикальная структура турбулентных зон очень сложна. Турбулентные зоны могут быть сплошными, а также прерывистыми,состоящими из нескольких турбулентных участков.Продолжительность существования турбулентных зон может изменяться в больших пределах. Как правило, она составляет в 75% случаев – около 5 часов. В частных случаях отмечалась следующая повторяемость: в 80-90% случаев на высотах 8-12 км около 1 часа, в 60-75% - в течение 1,5-6,0 часов. Особое место в изучении турбулентных зон принадлежит турбулентности при ясном небе (ТЯН), являющейся разновидностью динамической турбулентности. ТЯН отмечается в умеренных широтах примерно в 10%, а в южных в 15-20% от общего числа полетов самолетов. В стратосфере ТЯН наблюдается еще реже (около 1%).Интенсивность ТЯН не превышает умеренной, горизонтальные размеры в 89% случаев не превышают 140-170 км. в тропосфере в 90% случаев не более 1000 м, в стратосфере около 350 м. Следует учитывать, что характеристики зон ТЯН могут измениться в довольно широких пределах и иногда существенно отличаться от вышеприведенных значений. Атмосферная турбулентность оказывает значительное воздействие на динамику полета самолетов и вертолетов, вызывая их болтанку.
7.ПЕРЕГРУЗКА и БОЛТАНКА, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ПОЛЕТЕ В ТУРБУЛЕНТНОЙ АТМОСФЕРЕ.
Степень влияния турбулентности на полет ЛА зависит от размеров облачных вихрей и скорости ветра в них и проявляется через болтанку ЛА. При этом болтанка обусловливается главным образом вихрями, размеры которых соизмеримы с размерами самолета (вертолета). Таким образом, для каждого ЛА можно выделить спектр размеров турбулентных вихрей, которые оказывают воздействие на его полет. Очевидно, что вихри, вызывающие болтанку, например самолеты, и наоборот.Вместе с тем влияние турбулентности на полет зависит только от часто-
ты изменения направления турбулентного вихря, воздействующего на самолет. При медленных изменениях воздушного потока самолет переносится вместе с ним, а высокочастотные изменения оказывают столь кратковременное воздействие, что практически незаметны.
С увеличением скорости полета спектр частот изменения турбулентных вихрей, оказывающих влияние на полет данного типа ЛА, смещается в сторону более низких частот. Например , на полет самолета с дозвуковыми скоростями оказывают влияние вихри длиной от 10-20 км до 3-4 км (тяжелых самолетов – 6-7 км), а при полете со сверхзвуковой скоростью на высотах 20 км и выше – длиной до 15-20 км. В авиационных расчетах используются главным образом данные о величине и повторяемости так называемой эффективной скорости вертикальных порывов воздуха Wэф.
Приращение перегрузки – ускорение, которое имеет ЛА при полете в турбулентной зоне, выраженное в долях ускорения свободного падения q. В зависимости от величины n удобнее оценивать интенсивность болтанки летательных аппаратов (таблица 2.1.).
Шкала для оценки интенсивности болтанки
Таблица 2.1
Интенсивность болтанки
Диапазон
Скорость
одиночного
порыва, м/с
Характеристика поведения самолета
1. Слабая (n) 0,5 10
Толчки, покачивание. Режим по-
лета сохраняется. Не требуется
вмешательство в управление.
Пассажиры переносят хорошо.
2. Умеренная 0,5 (n) 1 10 - 15 Отдельные броски (Н20 м/с),
крены, рыскание изменение ско-
рости (до 20 км/ч). вмешательст-
во в управление. Изменяется ре-
жим полета. Переносится удовле-
творительно.
3. Сильная (n) 1 15 Исключительно резкие броски,
большие перегрузки, резкие из-
менения по высоте (до 40 м и бо-
лее) и скорости (более 40 км/ч).
Переносится плохо. Требует из-
менения параметров полета.
Поэтому при попадании ЛА в зону интенсивной болтанки прежде всего рекомендуется уменьшить скорость полета до безопасной. Важное значение при этом имеет значение метеорологических и синоптических условий, вызывающих болтанку летательных аппаратов.
8.ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗДУШНЫХ МАСС.
|
Название |
Пути движения ВМ |
Погода в ВМ |
|
|
летом |
зимой |
||
|
Арктический воздух морской (МАВ) |
Приходит в северную часть Атлантики и Европу |
Развитие кучево-дождевых облаков, дожди, грозы, похолодание. Прозрачность хорошая, ветер порывистый |
Кучево-дождевые облака и ливневые дожди над океаном и в прибрежной Европе. Прозрачность хорошая |
|
Арктический воздух континентальный (КАВ) |
Приходит в Азию и Северную Америку |
В очаге формирования и в северных районах континента туманы и низкие облака. Вызывает похолодание, ветер несильный |
Ясная погода, хорошая прозрачность. Над открытыми от льда водами часто образуются туманы, испарения |
|
Воздух умеренных широт морской (МУВ) |
Приходит на континенты Европы и Северной Америки |
Развитие кучевых и кучево-дождевых облаков, ливни, грозы, похолодание. Прозрачность хорошая. Ветер порывистый. На Тихоокеанском побережье туманы, низкая облачность, похолодание |
Слоистая облачность, моросящие дожди, нередко туманы. Прозрачность пониженная |
|
Воздух умеренных широт континентальный (КУВ) |
Над континентами всего полушария |
Возможны кучевые облака, грозы, ночью возможны туманы, дымка |
Ясная погода, слабая прозрачность, низкие температуры |
|
Тропический воздух морской (МТВ) |
Чаще вторгается в северные части Атлантического и Тихого океанов, реже — в Европу и Азию |
В северных широтах океанов слоистые облака, туманы, потепление, прозрачность пониженная |
Над океанами характер погоды летний. Над материками возможны туманы и слоистая облачность |
|
Тропический воздух континентальный (КТВ) |
Поступает на побережье океанов, в Европу и Азию |
Над океанами и морями ясная погода, пониженная прозрачность, устойчивые ветры |
Над океанами характер погоды летний, над материками возможны туманы н слоистая облачность |
|
Экваториальный воздух (ЭВ) |
Перемещается вдоль экватора в зоне 15° северных и южных широт |
Бурное развитие кучево-дождевых облаков, гроз и ливней |
То же, что и летом |
9.ОБЛАЧНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОГО ФРОНТА.
Структура теплого фронта такова, что он наклонен к поверхности земли под небольшим углом в сторону холодного воздуха, то есть в ту сторону, куда он движется.
Поэтому, когда над нами находится клин теплого фронта на высоте, внизу у поверхности земли еще холодная воздушная масса. Вся облачность системы теплого фронта идет перед ним, осадки выпадают также перед фронтом – также из-за его наклона.
Если воздух, поступающий за фронтом, имеет положительные значения на высоте, где образуются осадки, выпадает дождь. Эта ситуация зимой наиболее опасна при прохождении теплого фронта.
Есть два варианта ее развития.
1. Образовавшийся в теплом воздухе дождь, выпадая на поверхность земли, проходит через нижний холодный слой воздуха с отрицательной температурой, замерзает и превращается в ледяной дождь. Если слой не очень большой, то капли покрываются тонкой корочкой льда, внутри ещё остаётся жидкая вода. Когда они достигают земли, наружная корка раскалывается и вода вытекает на поверхность, где тут же замерзает. В таком случае получается гололед с шероховатой поверхностью. Если слой с отрицательной температурой достаточный для того, чтобы капли замерзли полностью, то падая на поверхность, капли гололед не образуют.
Гололед в результате ледяного дождя
2. Выпадающий дождь, проходя слой холодного воздуха под теплым фронтом не замерзает, а переохлаждается – температура капель становится ниже температуры замерзания. В этом случае слой холодного воздуха относительно тонкий и расположен у самой поверхности земли (как вариант – такая ситуация возможна рядом с основанием фронта). Тем не менее, охлаждаясь, сами капли не замерзают. Достигая поверхности земли (капотов авто, линий передач или веток деревьев) и ударяясь, переохлажденные капли замерзают и образуют гололед, всегда сопровождающий переохлажденный дождь. Температура поверхности, на которую они падают в этом случае, равна или ниже температуре замерзания.
Гололед от переохлажденного дождя (более ровный по структуре)
В комбинации с ветром эти явления особенно неприятны, а фронт, как бароклинная система (где все элементы испытывают разрыв), чаще всего сопровождается порывистым ветром.
10.ОБЛАЧНЫЕ СИСТЕМЫ ХОЛОДНЫХ ФРОНТОВ 1-ГО И 2-ГО РОДА.
Холодными называются атмосферные фронты, перемещающиеся в сторону более тёплой воздушной массы. За холодным фронтом движется холодная воздушная масса.
• Холодные фронты 1-го рода.
На холодных фронтах 1-го рода преобладает упорядоченное поднятие тёплого воздуха над клином холодного воздуха. Холодный фронт 1-го рода является пассивной поверхностью восходящего скольжения. К этому типу принадлежат медленно движущиеся или замедляющие свое движение фронты, преимущественно на периферии циклонических областей в глубоких барических ложбинах.
Облачность холодного фронта 1-го рода, образующаяся вследствие восходящего скольжения вдоль его поверхности вытесняемого холодным клином тёплого воздуха, является как бы зеркальным отражением облачности тёплого фронта. Она начинается с Ns, а заканчивается Cs-Ci.
При этом облака расположены главным образом за линией фронта. Отличие от облачности тёплого фронта всё же существует. Вследствие трения поверхность холодного фронта в нижних слоях становится крутой. Поэтому перед самой линией фронта вместо спокойного и пологого восходящего скольжения наблюдается более крутой (конвективный) подъём тёплого воздуха.
Благодаря этому, в передней части облачной системы иногда возникают мощные кучевые (Cu cong.) и кучево-дождевые (Cb) облака, растянутые на сотни километров вдоль фронта, с ливнями летом, снегопадами зимой, грозами, градом и шквалами.
Над вышележащей частью фронтальной поверхности с нормальным наклоном в результате восходящего скольжения тёплого воздуха облачная система представляет равномерный покров слоистообразных облаков As-Ns. Ливневые осадки перед фронтом после прохождения фронта сменяются более равномерными обложными осадками.
Наконец, появляются перисто-слоистые и перистые облака. Вертикальная мощность системы As-Ns и ширина облачной системы и области осадков при этом будет почти в 2 раза меньше, чем в случае тёплого фронта. Верхняя граница системы As-Ns находится примерно на высоте 4-4.5 км. Под основной облачной системой могут возникать слоистые разорванные облака (St fr), иногда образуются фронтальные туманы.
Продолжительность прохождения холодного фронта 1-го рода через пункт наблюдения составляет 10 ч. и более.
• Холодные фронты 2-го рода.
Этому типу принадлежит большая часть быстро движущихся холодных фронтов в циклонах. Здесь происходит вытеснение тёплого воздуха нижних слоев вверх продвигающимся вперед холодным валом. Поверхность холодного фронта в нижних слоях располагается очень круто, образуя даже выпуклость в виде вала.
Быстрое перемещение клина холодного воздуха вызывает вынужденную конвекцию вытесняемого тёплого воздуха в узком пространстве у передней части фронтальной поверхности. Здесь создается мощный конвективный поток с образованием кучево-дождевой облачности, усиливающийся в результате термической конвекции.
Предвестниками фронта являются высококучевые чечевицеобразные облака, которые распространяются перед ним на удалении до 200 км. Возникающая облачная система имеет небольшую ширину (50-100 км) и представляет собой не отдельные конвективные облака, а непрерывную цепь, или облачный вал, который иногда может быть не сплошным. На картах обычного масштаба Cb и ливневые осадки, град и грозы не всегда могут быть выявлены.
В тёплую половину года верхняя граница кучево-дождевых облаков распространяется до высоты тропопаузы. На холодных фронтах 2-го рода наблюдается интенсивная грозовая деятельность, ливни, иногда с градом, шквалистые ветры. В облаках сильная болтанка и обледенение. Ширина зоны опасных явлений погоды составляет несколько десятков километров.
В холодную половину года вершины кучево-дождевых облаков достигают 4 км. Ширина зоны снегопада составляет 50 км. С этой облачностью связаны сильные снегопады, метели при видимости менее 1000 м, резкое усиление скорости ветра, болтанка.
Облака холодного фронта 2-го рода имеют ярко выраженный суточный ход. Ночью облака Cb могут размываться. Днем усиливаются конвективные движения воздуха в связи с прогреванием подстилающей поверхности и развитием турбулентных движений.
11.ОБЛАЧНЫЕ СИСТЕМЫ ФРОНТОВ ОККЛЮЗИЙ.
Скорость перемещения холодных участков фронтов более значительна, чем скорость перемещения теплых участков фронтов. Это приводит к тому, что холодный фронт настигает теплый, в результате чего происходит их слияние. Образуется сложный фронт — фронт окклюзии. Место, где начинается смыкание холодного фронта с теплым, называется точкой окклюзии. В процессе окклюдирования теплый воздух постепенно вытесняется вверх, а его место занимает холодный воздух. Рост давления начинает
преобладать над падением давления; происходит заполнение циклона.
Циклон вступает в последнюю стадию своего развития—стадию заполнения.
Рис. 4.1. Схема облачности в зоне теплого фронта окклюзии
В заполняющемся окклюдированном циклоне наблюдаются сложные метеорологические явления. Если за холодным фронтом располагается менее холодный воздух, чем перед теплым фронтом, то при окклюдировании образуется окклюзия по типу теплого фронта.
Окклюзии по типу теплого фронта над ЕТС и другими континентальными районами чаще всего встречаются в холодное время года. Облачность в холодное время года имеет слоистообразный характер. В облаках и осадках может наблюдаться сильное обледенение. Небольшая высота нижней границы облаков и плохая горизонтальная видимость в зоне осадков значительно усложняют условия полета при пересечении фронта окклюзии.
Иногда холодный воздух в тылу циклона имеет более низкие температуры по сравнению с температурой воздушной массы, лежащей перед теплым фронтом. При их соприкосновении тыловая масса играет роль холодной ВМ 15 по отношению к массе воздуха, расположенной перед теплым фронтом.
Такой сложный атмосферный фронт получил название холодного фронта окклюзии ' (фронт окклюзии по типу холодного).
Над ЕТС холодные фронты окклюзии наиболее часто встречаются в теплое время года, когда воздух, "поступающий с океана на континент, оказывается холоднее континентального.
Возможны и такие случаи, когда холодный воздух, лежащий перед теплым фронтом, имеет температуру, равную температуре холодного воздуха, располагающегося за холодным фронтом. В этом случае фронт окклюзии называют нейтральным.
Рис. 4.2. Схема облачности в зон окклюзии по типу холодного фронта
Такой фронт разрушается у 'земли, и фронтальная поверхность обнаруживается только>на высотах (рис. 4.2).
Контраст между-воздушными массами по мере продвижения фронта к востоку может увеличиваться, и тогда фронт окклюзии может принять характер обычного холодного фронта с хорошо развитой зоной фронтальных осадков, грозовой деятельностью и шквалами. В теплое время года во время полетов пересечение таких фронтов над континентом представляет серьезную опасность, особенно в послеполуденные и вечерние часы, когда грозовая деятельность наиболее активна. За фронтом окклюзии иногда может наблюдаться образование вторичных холодных фронтов.
Рис. 4.3. Нейтральный фронт окклюзии
На одном атмосферном фронте обычно наблюдается серия циклонов, которая на всех стадиях своего развития в свою очередь способствует сближению ВМ, приводя к увеличению контрастов температур в зоне фронтов.
12.ПРОГНОЗ ВНГО.
Очень часто за нижнюю границу низких облаков принимается уровень конденсации, для определения которого можно воспользоваться аэрологической диаграммой.
Высоту нижней границы облачности можно оценить и по ожидаемому характеру погоды синоптико-статистическим методом. Установлено, что для средних широт Европейской части России при осадках и дымке, ухудшающих видимость до 4 км, высота нижней границы облачности обычно не превышает 100 –200 м; при видимости 1,5 – 4,0 км высота облачности колеблется в пределах 60 – 100 м, а при видимости менее 1,5 км - 30 – 60 м.
Облака нижнего яруса (высота основание ниже 2 км)
1. Слоисто-кучевые — Sс.( облака серого цвета с темными полосами — облачными валами. Осадки из этих облаков, как правило, не выпадают. Толщина слоисто-кучевых облаков — 200—800 м.)
2. Слоистые — St.( представляют собой однородный серый покров, низко нависший над землей. Из слоистых облаков могут выпадать слабые моросящие осадки. Толщина облаков — 200—800 м. Иногда наблюдаются разорванно-слоистые облака 51 имеющие вид клочьев, свисающих вниз лохмотьев. Высота нижней границы таких облаков подвержена быстрым изменениям.)
3. Слоисто-дождевые — Ns.( низкие, плотные, темно-серые облака, из которых выпадают осадки. Толщина облаков — 2—3 км, иногда до 5 км на атмосферных фронтах в центральной части циклопов. Под слоисто-дождевыми облаками зачастую наблюдаются низкие разорванно-дождевые облака Fr nb. (Термин разорванно-дождевые облака относится к разорванно-слоистым и разорваино-кучевым облакам, если они наблюдаются под слоисто-дождевыми облаками в зоне выпадающих осадков)
13.ПРОГНОЗ ТУМАНОВ.
Туманом называется такое метеорологическое явление, при котором за счет конденсации водяного пара в нижнем слое атмосферы видимость уменьшается до значений менее 1000 м, то становится очевидным, что процессы в атмосфере сначала должны привести к тому, что воздух у земли станет насыщенным. Затем должна начаться конденсация водяного пара и ухудшение видимости, приводящее к возникновению тумана. Процессов, приводящих к возникновению тумана несколько. Основными из них являются радиационное выхолаживание воздуха, и как следствие – возникновение радиационного тумана. Вторым по значимости можно считать процесс, при котором теплый и влажный воздух начинает поступать на холодную подстилающую поверхность. Над холодной поверхностью воздух охлаждается, водяной пар начинает конденсироваться, и в результате образуется адвективный туман. В зависимости от степени ухудшения видимости туманы подразделяются на слабые (видимость 500-1000 м), умеренные (видимость 200-500 м), сильные (видимость 50-200 м) и очень сильные (видимость менее 50 м). По своей вертикальной мощности (ΔН) туманы подразделяются на поземные (ΔН<2 м), низкие (2<ΔН<10 м), средние (10<ΔН<100 м) и высокие (ΔН >100 м).
Совершенно очевидно, что чем меньше видимость в тумане и чем больше его вертикальная мощность, тем более негативное воздействие он оказывает на различные отрасли народного хозяйства, в большей или меньшей степени зависящие от тумана.
Прогноз тумана сводится, в принципе, к прогнозу двух температур: температуры туманообразования (Тт), минимальной температуры воздуха (Тмин) и их сравнению. В тех случаях, когда температура туманообразования оказывается выше минимальной температуры, в прогнозах погоды нужно указывать туман.
Радиационный туман образуется над сушей при безоблачном небе и слабом ветре в результате охлаждения воздуха, когда его температура становится ниже температуры туманообразования.
Наиболее часто благоприятные условия для возникновения радиационных туманов создаются в антициклонах, их отрогах, барических гребнях и седловинах, реже и главным образом летом – в поле пониженного давления с небольшими барическими градиентами.
Радиационный туман в большинстве случаев возникает при штиле или слабом ветре со скоростью до 3 м/с. Для образования тумана благоприятно слабое увеличение скорости ветра с высотой. Такие условия способствуют турбулентному переносу продуктов конденсации от земной поверхности вверх и их поддержанию во взвешенном состоянии в приземном слое воздуха. В процессе перемешивания толщина слоя тумана увеличивается. Если воздух совершенно неподвижен, то перенос влаги обусловлен только молекулярными процессами, и туман может не возникнуть.
Вертикальная мощность радиационных туманов обычно не превышает 200-300 м. Радиационный туман, как правило, образуется в приземном подынверсионном слое.
Таким образом, при прогнозе радиационных туманов необходимо учитывать продолжительность ночного выхолаживания, характер облачного покрова (прогноз), скорость и направление ветра (прогноз), исходные значения температуры и влажности воздуха, характер и стратификацию воздушной массы.
Адвективный туман следует ожидать в том случае, когда по прогнозу синоптического положения существуют условия для адвекции теплого и влажного воздуха на холодную подстилающую поверхность. Эти туманы могут наблюдаться в любое время суток. Адвективные туманы возникают, как правило, зимой или в переходные сезоны года при заметном потеплении.
При прогнозе адвективных туманов следует учитывать перемещение уже имеющихся зон тумана, адвективные изменения температуры и точки росы в приземном слое, возможность снижения облаков до поверхности земли, а также охлаждение воздуха в процессе ночного радиационного выхолаживания.
Общими условиями возникновения адвективных туманов являются:
Дефицит температуры точки росы у земли должен быть небольшим (при Dо>3°С туманы, как правило, не возникают);
Скорость ветра у земли должна быть меньше 8 м/с (при большей скорости ветра происходит разрушение приземной инверсии и, как правило, разрушение тумана).
Над водной поверхностью, температура которой значительно выше температуры окружающего воздуха (Тв-Т ≥10°С), при относительной влажности воздуха R≥70% возникают туманы испарения.
Туманы испарения образуются обычно над открытым морем в тылу циклонов за холодными фронтами, но они могут возникнуть и в глубине континентов над влажной почвой или заболоченными районами. Наиболее известный в России район, где зимой часто возникают туманы испарения – северное побережье Кольского полуострова. Физически этот процесс объясняется очень просто. Более холодный воздух с поверхности суши, над водной, сравнительно теплой поверхностью, быстро достигает насыщения. Такие процессы наблюдаются не только зимой над арктическими морями, но и, особенно осенью, над реками и озерами суши.
Представляет интерес также прогноз фронтальных туманов. Как правило, фронтальные туманы образуются перед медленно смещающимися теплыми фронтами или за малоподвижными холодными фронтами в холодную половину года. Основной причиной образования этих туманов является испарение капель дождя или мороси, которое будет тем сильнее, чем больше разность температур на верхней границе фронтальной инверсии и у земной поверхности (Тинв – Т).
Физический смысл возникновения фронтальных туманов заключается в следующем. Капли осадков (дождя или мороси) выпадают из более теплого воздуха и попадают на землю в тот район, где еще находится холодный воздух. Здесь они быстро испаряются, воздух достигает насыщения, и возникает фронтальный туман. Обычно эти туманы возникают в тех случаях, когда наклон фронтальной поверхности не превышает 1/300, и на стационарных фронтах туманы чаще возникают ночью.
При низких температурах воздуха (-30°С и ниже) на аэродромах и в населенных пунктах могут образовываться туманы, которые обычно называют морозными или ледяными. Эти туманы возникают за счет смешения холодного атмосферного воздуха с теплым и влажным воздухом выхлопных и топочных газов. При определенных условиях смешения воздух может достичь состояния насыщения, что вызывает конденсацию или сублимацию водяного пара.
Этот вид тумана следует ожидать в населенных пунктах при развитии антициклона или отрога, в котором создаются условия для застоя и сильного выхолаживания воздуха.
При слабом ветре и наличии инверсии в приземном слое продукты сгорания топлива не рассеиваются по большой площади. Если относительная влажность в окружающем воздухе выше некоторого критического для данной температуры значения, то возникает пересыщение воздуха по отношению ко льду, зародышевые капли воды замерзают и быстро растут, что и приводит к образованию ледяного тумана.
14.ПРОГНОЗ ОБЛЕДЕНЕНИЯ.
Обледенением называется отложение льда на обтекаемых частях самолетов и вертолетов, а также на силовых установках и внешних деталях специального оборудования при полете в облаках, тумане или мокром снеге. Обледенение возникает в том случае, если в воздухе на высоте полета имеются переохлажденные капли, а поверхность воздушного судна имеет отрицательную температуру.
К обледенению самолетов могут привести следующие процессы:
- непосредственное оседание льда, снега или града на поверхности самолета;
- замерзание капель облака или дождя при соприкосновении с поверхностью воздушного судна;
- сублимация водяного пара на поверхности самолета.
Для прогноза обледенения на практике используется несколько достаточно простых и эффективных способов. Основные из них следующие:
Синоптический метод прогноза. Этот метод заключается в том, что по имеющимся в распоряжении синоптика материалам определяются слои, в которых наблюдается облачность и отрицательные температуры воздуха. Слои с возможным обледенением определяются по аэрологической диаграмме, а порядок обработки диаграммы вам, уважаемый читатель, достаточно хорошо знаком. Дополнительно можно еще раз сказать, что наиболее опасное обледенение наблюдается в слое, где температура воздуха колеблется от 0 до -20°С, а для возникновения сильного или умеренного обледенения наиболее опасным является перепад температур от 0 до -12°С. Данный метод достаточно прост, не требует значительного времени на выполнение расчетов и дает хорошие результаты. Других пояснений по его использованию давать нецелесообразно.
Метод Годске. Этот чешский физик предложил по данным зондирования определять величину Тн.л. – температуру насыщения надо льдом по формуле:
Тн.л. = -8D = -8(T – Td) , (2)
где: D – дефицит температуры точки росы на каком-либо уровне. Если оказывалось, что температура насыщения надо льдом выше температуры окружающего воздуха, то на этом уровне следует ожидать обледенения.
Прогноз обледенения по этому методу также дается с помощью аэрологической диаграммы. Если по данным зондирования получается, что кривая Годске в каком-то слое лежит правее кривой стратификации, то в этом слое следует прогнозировать обледенение. Годске рекомендует использовать свой метод прогноза обледенения ВС только до высоты 2000 м.
В качестве дополнительной информации при прогнозе обледенения можно использовать следующую установленную зависимость. Если в интервале температур от 0 до - 12°С дефицит точки росы больше 2°С, в интервале температур от-8 до - 15°С дефицит точки росы больше 3°С, а при температурах ниже - 16°С дефицит точки росы больше 4°С, то с вероятностью более 80% обледенение при таких условиях наблюдаться не будет.
Ну и, естественно, важным подспорьем для синоптика при прогнозе обледенения (и не только его) является информация, передаваемая на землю пролетающими экипажами, или экипажами взлетающими и заходящими на посадку.
15.ПРОГНОЗ ГОЛОЛЕДА.
Гололедом называется отложение льда на различных предметах (преимущественно с наветренной стороны) или на поверхности земли, обусловленное осаждением или замерзанием капель переохлажденного дождя, мороси или тумана при отрицательной температуре в приземном слое воздуха.
Интенсивность гололеда определяется по толщине (мм) отложившегося льда: слабый гололед (величина отложения льда меньше 5 мм), умеренный (5-19 мм), сильный (20-50 мм) и очень сильный – более 50 мм.
Условия образования гололеда зависят от температуры воздуха Т и дефицита точки росы (Т - Тd), от изменения во времени и пространстве направления и скорости ветра, от величины охлаждения воздуха в приземном слое, рельефа местности и состояния подстилающей поверхности. Наибольшее число случаев образования гололеда наблюдается при температуре воздуха от 0 до -10°С, причем при понижении температуры воздуха соответствующие значения дефицита точки росы у поверхности земли, при которых отмечается гололед, возрастают.
Ветровой режим оказывает большое влияние на образование гололеда. Чем больше скорость ветра при прочих равных условиях, тем интенсивнее отложение льда. Обычно можно выявить основные направления ветра, при которых в данном пункте вероятность гололеда более высокая.
Велика также роль охлаждения масс воздуха в приземном слое у поверхности земли и на высоте образования облаков. В облаках и туманах это приводит к укрупнению облачных элементов до размеров капель дождя (мороси), и оседающие капли при соприкосновении с переохлажденной поверхностью образуют гололед.
Синоптические процессы, при которых отмечается гололед, характеризуются, в основном, адвекцией теплого и влажного воздуха. По условиям образования принято выделять фронтальный и внутримассовый гололед.
Фронтальный гололед отмечается перед теплым фронтом, на холодных фронтах, в зоне фронтов окклюзии и на малоподвижных фронтах.
Гололед перед теплым фронтом со значительными контрастами температуры во фронтальной зоне (больше 10°С на 500 км) представляет наибольшую опасность. Самые благоприятные условия для выпадения переохлажденного дождя отмечаются в том случае, когда в клине холодного воздуха температура составляет –1 ÷ -8°С, а при этом в теплом воздухе, за фронтом, температура может быть положительной (до 10°С).
В зоне теплого фронта, типичного для возникновения гололеда, характерным является очень малый наклон фронтальной поверхности в ее нижней части и сравнительно небольшая вертикальная мощность облаков в этой части фронта. Верхняя граница облаков обычно располагается на высоте, где температура воздуха лишь немного ниже 0°С, однако из этих облаков выпадают осадки в виде переохлажденного дождя.
Особенностью теплых фронтов, в зоне которых бывает сильный гололед, является их медленное движение (со скоростью до 25 км/ч). Большая скорость движения фронта, даже при выпадении переохлажденного дождя, способствует быстрому прекращению гололеда.
При прохождении холодного фронта гололед образуется значительно реже. Переохлажденные дожди обычно связаны с холодными фронтами первого рода, которые смещаются со скоростью 10-20 км/ч.
Составляя прогноз фронтального гололеда, дополнительно нужно учитывать следующие синоптические признаки:
- гололед возникает на атмосферных фронтах, скорость смещения которых уменьшается и не превышает 30 км/ч;
- температура воздуха перед теплым фронтом не должна быть ниже –16 и выше 2°С. Кроме того, необходима инверсия или изотермия температуры при дефиците точки росы не более 2°С;
- образованию гололеда перед теплым фронтом способствует адвекция теплого и влажного воздуха;
- на холодном фронте гололед возникает на тех его участках, которые расположены вблизи оси гребня, у вершины волны, а также при слабой адвекции холода у земли и адвекции тепла на уровне 850 гПа.
Внутримассовый гололед возникает в зонах адвекции тепла на периферии стационарных антициклонов, а также на южной периферии циклонов. Адвекция тепла при этом выражена слабее, чем при фронтальном гололеде. Обязательными условиями образования внутримассового гололеда являются: наличие слоистой облачности, наличие слабого дождя или моросящих осадков, а также отрицательные температуры воздуха у земли.
Все, сказанное выше, относится к синоптическому методу прогноза гололеда.
16.МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ И СИНОПТИЧЕСКИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГРОЗОВЫХ ОБЛАКОВ.
Гроза - комплексное атмосферное явление, выражающееся в много кратных электрических разрядах (молниях) между частями облака, облаками
или между облаками и землей, сопровождающихся звуковым явлением (громом). Гроза наблюдается в кучево-дождевых облаках и характеризует максимальную стадию их развития. Такие явления как шквалистый ветер, ливневые осадки, часто с градом, иногда смерчи принято считать компонентами грозы. Важнейшим условиям возникновения грозовых облаков является наличие влажного и теплого неустойчивого воздуха, при подъеме которого могла бы образовываться мощная облачность. Грозовые облака образуются в результате конвекции:
1. при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха от подстилающей поверхности. Например, над морем и сушей конвекция развивает-
ся неодинаково. Гроза и град над морем встречаются реже, чем над сушей. Конвективные облака над сушей намного сильнее отличаются друг о друга по размерам и интенсивности, чем над морем. Чем однороднее подстилающая поверхность, тем реже над ней развиваются интенсивные конвективные очаги. Большую роль играет одновременно шероховатость подстилающей поверхности. Так, над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше по отношению к окрестностям города.
2. при подъеме или вытеснении теплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах зна-
чительно интенсивнее и чаще, по сравнению с внутримассовой. Например, из всех гроз, отмеченных в районе Московского аэроузла, от 71 до 81% связано с фронтами. Причем, чаще всего фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует (скрывает) образующиеся кучево-дождевые облака от наземного наблюдателя.
3. при подъеме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к интенсификации конвекции (за
счет вынужденной конвекции) и, прежде всего, к увеличению конвективных осадков. Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и, почти всегда, увеличивают ее повторяемость и интенсив- ность (это проявляется в увеличении количества дней с ливнем, шквалом,турбулентностью и т.д.).
Рассмотрим последовательно все стадии.
ПЕРВАЯ СТАДИЯ, или стадия кучевого облака, начинается с возникновения кучевого облака хорошей погоды. Обычно они появляются около 10-11 часов местного времени. Если поднимающийся воздух недостаточно влажен, а окружающая атмосфера устойчива, кучевые облака хорошей погоды не получают дальнейшего развития. В кучевых облаках хорошей погоды и под ними может быть болтанка слабой или умеренной интенсивности. При благоприятных условиях (неустойчивость воздуха) возникшие кучевые облака быстро растут как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом восходящие потоки увеличиваются от 5 м/с до 15-20 м/с. Нисходящие потоки наблюдаются вблизи облака и очень слабы. Образующиеся в результате конденсации мельчайшие водяные капли в таком облаке сливаются в более крупные, которые уносятся мощными восходящими потоками вверх. Вершина облака достигает высоты 4-5 км. По своему внутреннему строению оно еще однородное, т.е. состоит из капель воды, а осадки - не выпадают. Однако в верхней части при попадании частиц воды
в зону отрицательных температур они замерзают, превращаясь в кристаллы льда. Смешанный состав облака приводит к укрупнению облачных элементов и созданию условий для выпадения осадков. Такое облако называют кучево-дождевым лысым. Вертикальные потоки в нем достигают 25 м/с, а вершины достигают высоты 7-8 км. Переход кучевого облака к мощному кучевому облаку протекает сравнительно медленно (до 2 часов).
ВТОРАЯ СТАДИЯ, стадия зрелости или максимального развития кучево-дождевого облака, характеризуется выпадением ливневого дождя, в иногда града и появлением грозовых разрядов (молний). Характерным признаком этой стадии является появление в верхней части облака огромной “наковальни”, вытянутой по направлению воздушного потока на этой высоте. Быстро увеличивающиеся в размерах ледяные частицы (снежинки, крупа, град),достигнув такой величины, когда они уже не могут поддерживаться восходящими потоками во взвешенном состоянии, начинают падать вниз, продолжая при этом расти. Достигнув области положительных температур, они тают и выпадают из облака в виде ливневого дождя, а если не успевают растаять – в виде града или крупы. Вертикальные потоки в облаке на этой стадии увеличиваются и превы-
шают иногда 40 м/с (до 65 м/с восходящие и 48 м/с нисходящие). С началом дождя значительно усиливаются нисходящие потоки и, в зависимости от интенсивности дождя, могут достигать скорости 15-20 м/с и более. Такие встречные вертикальные движения с большой скоростью создают благоприятные условия для сильной турбулентности внутри облаков и на их периферии. На границе встречных потоков возникают резкие усиления ветра. Характерным признаком наличия такого усиления ветра является “грозовой вал! (шкваловый ворот) - облачный вихрь с горизонтальной осью, обуславливающий пыльные вихря при приближении облака. “Грозовой вал” обычно наблюдается на высоте нижней границы облака (600-2000 м) вблизи облака, но нередко и на некотором расстоянии впереди него. Такое распределение воз-
душных потоков в передней части грозового облака указывает на наличие опасных сдвигов ветра. Как правило, развитие грозового облака занимает период (от момента появления кучевого облака) до 3-4 часов. Исследования показывают, что кучево-дождевые облака имеют хорошо выраженный суточный и годовой ход (летом - максимум, зимой минимум), связаны с грозой, но не всегда ею сопровождаются. Размеры кучево-дождевых облаков в среднем около 5 км (от 2 км при слабой грозе до 10 км - при сильной), при вертикальной протяженности от 6 до 14 км. Обычно в кучево-дождевом облаке находится 5-6 грозовых ячеек, а при переходе из мощных кучевых облаков в кучево-дождевые происходит наибольшее количество электрических разрядов (до 50 разрядов в минуту).
Достигнув стадии максимального развития грозовое кучево-дождевое
облако переходит в третью стадию - СТАДИЮ РАЗРУШЕНИЯ И РАСПАДА. Характерной чертой этой стадии является преобладание нисходящего потока, хотя одновременно могут еще наблюдаться молнии и выпадать ливневые осадки. Вершина облака становится плоской, ее образуют перистые облака волокнистой структуры. Облако оседает и расширяется по площади. В среднем ярусе к нему примыкают высоко-кучевые облака, а в нижней - слои-сто-кучевые.Постепенно все кучево-дождевое облако охватывается нисходящим движением со скоростями до 1-2 м/с. Из-за малой скорости оседания кристаллов остатки наковальни в форме перистых облаков могут существовать в течении многих часов. При распаде облака вначале разрушается его капельная часть, в результате чего основание облака размывается, а его нижняя гра-
ница повышается. Разрушение средней части, также как верхней и нижней, идет неравномерно, в зависимости от скорости оседания воздуха в различных частях облака, причем кое-где в облаке могут сохраняться слабые восходящие потоки, препятствующие распаду. Такая неравномерность разрушения облако является причиной его “клочковатого вида”. Процесс разрушения кучево-дождевого облака длиться около 30 минут.
17.ВОЗДУШНАЯ РАЗВЕДКА ПОГОДЫ
ВРП позволяет получить следующие данные:
• высота нижней и верхней границ облаков и количество облачных слоев;
• видимость под облаками, в облаках, в осадках, за облаками, ' а также
видимость ориентиров при заходе на посадку;
• данные о наличии опасных явлений погоды (обледенение, болтанка,
грозовая деятельность и др.), их интенсивности и влиянии на полёт;
• ветер по высотам,
• температура воздуха по высотам,
• условия полетов,
• орнитологическая обстановка в районе аэродрома и полётов.
ВРП организует командир авиационной части.
ВРП может быть самолетная, с помощью автоматических аэростатов и метеорологических ракет
При визуальной разведке экипаж в полёте ведёт непрерывное наблюдение за облаками, осадками, обледенением, грозовой деятельностью,болтанкой, видимостью, туманом, дымкой, мглой, оптическими явлениями и конденсационными следами, не пользуясь при этом какой-либо аппаратурой.
Визуально-инструментальная разведка погоды проводится экипажем для более полного анализа метеообстановки. В этом случае визуальные наблюдения необходимо производить в комплексе с некоторыми
инструментальными измерениями, используя штатную бортовую или специальную аппаратуру
По времени выполнения ВРП подразделяется на предварительную,предполетную и доразведку (в ходе полётов).
Предварительная воздушная разведка проводится за несколько часов, а в некоторых случаях за сутки и более до начала полётов для уточнения общей метеорологической и орнитологической обстановки в интересах обеспечения учений, воздушных парадов, особо важных и специальных перелётов и других мероприятий, если имеющихся сведений недостаточно для определения возможных изменений атмосферных процессов.
Предполетная воздушная разведка погоды проводится непосредственно перед летной сменой до начала предполётных указаний для уточнения фактической погоды и орнитологической обстановки в районе (на
маршрутах) предстоящих полётов и в направлениях, откуда ожидается их изменение, а также в целях уточнения расчётных данных для захода на посадку и проверки работоспособности средств связи и РТО полётов. Она
выполняется с таким расчётом, чтобы до начала предполетных указаний были получены погоде и орнитологической обстановке в районе (на маршрутах) полётов для принятия решения командиром и информации лётного состава перед полетами.
Предполётная ВРП проводится за 1,5-2 часа до начала полетов и должна заканчиваться за 30 - 50 минут до начала полётов.
При полетах в несколько лётных смен предполётная ВРП для последующей смены может не проводиться, когда достаточно данных о метеорологической и орнитологической обстановке в районе (на маршрутах)
полетов, полученных от находящихся в воздухе экипажей предшествующей смены. Предполетная ВРП может не проводиться и в устойчивых простых метеоусловиях. В указанных случаях полеты должны начинаться с доразведки погоды. Совмещать предполётную ВРП в районе аэродрома с выполнением других полётных заданий запрещается.
Доразведка погоды организуется и- проводится в процессе полётов по указание командира авиационной части (руководителя полётов); в ПМУ
не реже, чем через 2 часа, в СМУ - ежечасно, при минимуме погоды -через 30 минут (может совмещаться с полетным заданием). Она проводится в целях своевременного обнаружения опасных явлений погоды и оповещения о них или уточнения метеорологической обстановки в районе аэродрома. При необходимости на направление, откуда ожидается ухудшение погоды, может высылаться экипаж -разведчик погоды для дежурства в воздухе.
По направлению разведка погоды подразделяется в зависимости от состояния погоды и задач, которые поставлены командиром авиачасти на
данные полёты. Она может проводиться в районе аэродрома для определения метеоусловий взлёта и посадки самолетов (вертолетов) или в районе полётов для определения условий погоды в аэродромных зонах, на полигонах, т.е. в районе предстоящих полётов, или по маршруту полёта (перелёта) и на аэродроме посадки, или, наконец, в сторону изменения (ухудшения, улучшения) погоды - с целью уточнения данных для расчёта времени наступления этих изменений погоды в интересующем районе, а также на маршруте.
18.РАДИОЛОКАЦИОННАЯ РАЗВЕДКА ПОГОДЫ.
Радиолокационная разведка погоды (РРП) является одним из эффективных средств определения или уточнения метеообстановки по району или маршруту полётов. Она дополняет данные воздушной разведки погоды (ВРП), облегчает задачу уточнения прогноза погоды, предупреждает
группу руководства полетами об опасных явлениях погоды. Радиолокационная разведка погоды (РРП) проводится для определения
и уточнения зон грозовой деятельности, обложных и ливневых осадков, кучево-дождевых, мощно-кучевых и слоисто-дождевых облаков, высоты их нижней и верхней границ, скорости и направления их движения, а также для 6 обнаружения скопления птиц в воздухе, определения высоты и направления их полета. Физическая сущность радиолокационного метода обнаружения метеоцелей заключается в том, что под воздействием высокочастотных колебаний, излучаемых передатчиком радиолокатора, в частицах воды и льда, формирующих облако, возникают токи, в результате которых образуется вторичное электромагнитное поле, принимаемое РЛС как отражённая волна. Радиолокационная предполётная разведка погоды (РРП) проводится независимо от фактического состояния погоды и выполняется не менее двух раз до начала ВРП (за 1 час, 20-25 минут до начала ВРП) и за 30 минут до начала полётов.Периодичность проведения РРП 1 час 20-25 мин ВРП 30 мин ПОЛЁТЫ. Во время полётов при необходимости РРП проводится по указанию руководителя полётов. РРП организует руководитель полётов совместно с дежурным синоптиком. Проводится РРП руководителем дальней зоны (РДЗ), офицером боевого
управления (ОБУ), руководителем ближней зоны (РБЗ), руководителем зоны посадки (РЗП) или расчётом МРЛ. При этом наблюдения по экрану индикатора РЛС ведёт штурман КП, а если индикатор РЛС имеется на КДП, то наблюдения за метеообстановкой по локатору ведут находящиеся там руководитель полётов и дежурный синоптик. При проведении РРП с помощью МРЛ наблюдения ведутся расчетом
метеорологического радиолокатора. Полученные резуль таты передаются по телефону дежурному синоптику. Дежурный синоптик, проанализировав данные РРП, докладывает руководителю полётов предложения по обеспечению безопасности полётов. Кроме того, результаты РРП по мере поступления докладываются или передаются открытым текстом или в закодированном виде (код КМИ-85) по
проводным (радио) каналам связи и с помощью факсимильных передач - в метеоподраэделение вышестоящего штаба и по запросам в другие
метеоподразделения. Для РРП используются штатные радиолокационные станции (П-35, П-37 и др.) и специальные метеорологические радиолокаторы (МРЛ-2, МРЛ-5). РРП состоит из двух этапов: поиска метеоцелей и наблюдения за ними. Поиск метеоцелей производится при работе РЛС в режиме кругового обзора.
Наблюдения за обнаруженными метеоцелями заключаются в
•выполнении ряда последовательных операций, заключающихся в определении:
• координат метеоцелей (азимут и угол места);
• направления и скорости перемещения;
• тенденции развития.
По форме засветок, полученных на экране индикатора кругово-го обзора (ИКО), делается заключение, какие обнаружены метеоцели фронтального или внутри массового происхождения. Определение местоположения (координат) метеоцелей осуществляется с помощью
азимутальной шкалы и масштабных колец ИКО. В первую очередь, рекомендуется определять характеристики метеоцелей, наиболее
интенсивных и близко расположенных к району или маршруту полётов, учитывая при этом пассивные засветки. Направление и скорость перемещения метеорологической цели (засветок) определяются путём сравнения её координат при двух последовательных замерах, нанесённых на планшет из оргстекла (бланк АВ-9) с временным интервалом 15-30 минут. Соединяя на планшете или карте геометрические центры предыдущего и последующего изображения метеоцелей прямой линией, определяют направление и скорость перемещения этой цели. Угол между направлением на север и прямой, соединяющей два последовательных положения засветки, является направлением (азимутом) движения метеоцели. Скорость перемещения цели (в км/ч) определяется как частное от деления пройденного пути (в км) на время (в час) между двумя последовательными измерениями. Для прогноза перемещения метеоцелей рекомендуется использовать данные о ветре на соответствующей высоте. Тенденция развития обнао^к^й1шметеоцели определяется сравнением размеров площади и яркости её засветки на И КО, а также путём сравнения величин мощности отражённого сигнала при двух последовательных измерениях. Очаг развивается, если яркость и мощность отражённого сигнала со временем возрастает при одновременном увеличении площади засветки. Очаг считается ослабевающим (разрушающимся), если наблюдается уменьшение площади и яркости засветки, а также мощности отраженного сигнала. При отсутствии временной изменчивости указанных характеристик и отраженного сигнала считается, что выраженной тенденции к развитию очага нет.
Вертикальный разрез метеоцелей производится при помощи наземных радиолокационных высотомеров и МРЛ. Вертикальная мощность облаков определяется по индикатору высоты, как разность между верхней и нижней границами очага. При этом необходимо учитывать, что в действительности верхняя граница облаков может располагаться выше измерений с помощью РЛС, так как верхняя часть кучево-дождевых облаков состоит из мелких ледяных кристаллов, слабо отражающих и поглощающих радиосигнал. Радиолокационная метеорологическая информация с экрана И КО с помощью планшетов или палетки переносится на бланк формы АВ-7 или АВ-9. Кроме того, данные РРП записываются в журнал разведки погоды формы АВ-17 (Показать плакат 6.3, бланки АВ-7,9,17). При нанесении данных РРП направление движения очагов обозначается стрелкой, указывающей траекторию перемещения. Над стрелкой указывается скорость перемещения в км/ч. У зоны отражения (овала) проставляются: время наблюдения, тенденция к развитию и высота верхней границы наблюдаемого очага в км (справа от цифры скорости перемещения). Анализ данных РРП даёт возможность более полно и объективно оценить атмосферные процессы, происходящие в интересующем районе, выявить ряд характеристик метеорологических целей, установить структуру облаков вертикального развития и сделать определенные прогностические заключения. Для ведения разведки орнитологической обстановки используются все
наземные радиолокационные станции. Хорошие результаты дают РЛС обнаружения и наведения (П-35, П-37 и др.), которые позволяют проследить за перемещениями птиц на больших высотах в радиусе до 100-150 км от аэродрома. Зона наиболее уверенного обнаружения стай птиц в зависимости от характера отражений от местных предметов располагается на удалении от 30-40 до 60-70 км. Минимальная высота обнаружения птиц составляет 200-300 м. Диспетчерские радиолокаторы также позволяют обнаруживать птиц, однако их возможности по поиску и опознаванию засветок от птиц несколько хуже, чем радиолокаторов обнаружения и наведения. Наилучшие результаты они дают при работе в масштабе 40 км. При этом прослеживаются стаи, летящие на высоте около 500 м в радиусе 15-40 км. Посадочные радиолокаторы позволяют обнаруживать стаи птиц на удалении от 1 до 15 км при полёте на высотах от 100 до 2000 км.
19.КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ
Разработке прогноза погоды предшествует глубокий, физически обоснованный комплексный анализ синоптической ситуации. Сущность
комплексного анализа состоит в изучении с помощью карт погоды и других материалов состояния атмосферы над рассматриваемым районом.
Понятие комплекса погоды включает в себя сочетание значений метеорологических величин, определяющих состояние погоды. При проведении комплексного анализа атмосферных процессов, устанавливают закономерности их развития и делают предположения о будущем развитии ситуации. Цель анализа состоит в том, чтобы на основании анализа положения и свойств основных синоптических объектов (барических систем, атмосферных фронтов и воздушных масс) и истории развития синоптической ситуации определить тенденцию развития атмосферного процесса. Комплексный анализ атмосферных процессов является основой прогноза и осуществляется на первом из трех
этапов практической деятельности. Второй этап посвящается разработке прогноза синоптического положения, а третий – непосредственно прогноза погодных условий.
Выделяют пять основополагающих принципов комплексного анализа:
1. Сопоставления. (Принцип сопоставления (сравнения) состоит в сравнении различных характеристик погоды, нанесенных на карты, и является основным приемом синоптического анализа. При этом сопоставляются: - одновременные значения одной и той же метеорологической величины на различных станциях; - одновременные значения различных метеорологических величин на одной и той же стации и на разных станциях; - изменения значений одной или различных метеорологических величин в последовательные моменты времени как на одной, так и на различных станциях. Руководствуясь принципом сопоставления, выявляют существующие закономерности и устанавливают динамику развития атмосферного процесса. )
2. Показательности. (Принцип показательности (репрезентативности) состоит в том, что результаты наблюдений за метеорологическими величинами на станции должны быть характерны для достаточно обширного района и синоптического объекта, занимающего этот район. Наиболее показательны данные морских наблюдений, так как поверхность моря сравнительно однообразна. Данные равнинных станций показательнее данных горных станций, где влияние рельефа исключительно велико. Можно говорить о показательности той или иной метеорологической величины, того или иного строка наблюдения. Так, например, значения приземной температуры сильно зависят от воздействия подстилающей поверхности и не могут быть показательны для характеристики типа воздушных масс. Иногда данные некоторых показательных станций дают важные признаки
наблюдаемого процесса, характерного только для данного района, и могут использоваться в прогнозе. Поэтому для анализа и прогноза погоды необходимо изучать местные особенности рельефа и топографии и учитывать их в процессе анализа.)
3. Физической логики. (Принцип физической логики заключается в том, что движение и эволюция синоптических объектов, их взаимодействие между собой и с подстилающей поверхностью подчиняются законам физики атмосферы. При проведении комплексного анализа очень важно найти грамотное, физически логичное объяснение характеру синоптического положения и погодных условий. Если в процессе анализа выявляется противоречие, необходимо выяснить его причину и сделать правильные выводы. Анализ, входящий в противоречие с основными законами физики атмосферы, является физически нелогичным и приводит к ошибкам. Данный принцип тесно связан с другими. Например, при сопоставлении данных о температуре и температуре точки росы на станции полезно помнить, что в случае их равенства по законам физики относительная влажность равна 100% и должны наблюдаться туман или осадки, а также то, что величина температуры точки росы никогда не может превышать значения температуры воздуха.)
4. Исторической последовательности. (Принцип исторической последовательности признается одним из наиболее важных принципов синоптического анализа и составляет основу
инерционного прогноза. Текущее синоптическое положение всегда является следствием предыдущего развития синоптической ситуации. Поэтому прежде, чем приступить к анализу текущих карт, необходимо тщательно проанализировать карты за предыдущие сроки и выявить основные черты развивающегося атмосферного процесса. Синоптик должен четко представлять, чем обуславливается погода в районе, для которого составляется прогноз, и проследить эволюцию синоптических объектов, влияющих на изменение погодных условий в заданном
районе в период прогноза. Физический логичный анализ должен быть и исторически последовательным. Поэтому надо следить за четким соблюдением младшими метеоспециалистами режима работы и полнотой приема установленного объема метеоинформации и аэросиноптического материала.)
5. Трехмерности. (Принцип пространственной трехмерности также связан с принципом физической логики и состоит в том, что структура синоптических объектов должна рассматриваться не только у земли, но и на высотах. Для уяснения пространственного строения синоптических объектов наряду с приземными картами нужно использовать высотные, а также аэрологические диаграммы и вертикальные разрезы. Совместное рассмотрение всех этих материалов является необходимым условием правильного анализасиноптического положения. Процессы и явления погоды, наблюдаемые над различными геофизическими районами в значительной толще атмосферы и отображенные на картах погоды, позволяют синоптику провести глубокий и физически обоснованный анализ, выявить взаимосвязь и взаимообусловленность процессов, установить тенденции их развития и предусмотреть наиболее вероятные варианты дальнейшей эволюции погодных условий.)
20.ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫ, УСЛОВИЯ ПОГОДЫ В НИХ.
Циклоны (Zn) и антициклоны (Az) это прежде всего атмосферные вихри с особой циркуляцией, специфической структурой полей метеорологических величин и определенными комплексами погодных условий, относительно медленно меняющимися на протяжении существования этих объектов. Zn и Az являются «носителями погоды», в связи с чем прогноз их перемещения к эволюции является одним из важнейших этапов синоптического способа краткосрочного прогноза погоды. Циклоны – барические системы, в которых погодообразующими
факторами являются: сходимость потоков в поле трения и интенсивные восходящие движения, распространяющиеся до больших высот. Zn имеет минимальное давление в центре, а воздух перемещается вокруг центра циклона против часовой стрелки (в Северном полушарии) и отклоняется к центру циклона. В воздух у поверхности земли стекается к центру и поднимается вверх, что приводит к образованию облаков, так как в поднимающемся воздухе за счет охлаждения происходит конденсация водяного пара. Каждый циклон в своем развитии проходит ряд стадий, знание которых помогает определять направление дальнейшей эволюции БО, хотя встречаются и резкие отклонения от общепринятых схем. В соответствии с этим различают 4 стадии развития циклона: - фронтальные волны (от первых признаков развития циклона до
появления первой замкнутой изобары, кратной 5 гПа); - молодого циклона (от появления первой замкнутой изобары до начала окклюдирования); - наибольшего развития (от начала окклюдирования до начала заполнения); - заполнения (от начала заполнения до полного исчезновения на приземной карте). Метеоусловия в циклоне зависят от стадии его развития и той или иной части циклона.
В области фронтальной циклонической волны погода определяется прохождением участков теплого и холодного фронтов, которые образуют волну. Чаще всего в любое время года эти условия сложные и соответствуют условиям, характерным для теплого и холодного фронтов. Погодные условия молодого циклона в разных его частях весьма разнообразны. Условно выделяют 4 части: центральную, переднюю, тыловую и теплый сектор.
21.МЕТОДЫ ПРОГНОЗА СИНОПТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ.
iСиноптическое положение – это совокупность взаимно связанных воздушных масс, фронтов, циклонов, антициклонов и других атмосферных
объектов над некоторым участком Земной поверхности, определяющая состояние погоды. Прогноз синоптического положения заключается в прогнозе перемещения и эволюции циклонов и антициклонов, атмосферных фронтов и воздушных масс. Прогноз синоптического положения является основой последующего прогноза погоды. От правильности и полноты прогноза синоптического положения зависит прогноз всех
элементов и явлений погоды. С другой стороны, прогноз погоды в отдельном пункте или небольшом районе нередко зависит не только от общей синоптической обстановки, но, в большой степени, от региональных физико-географических и циркуляционных условий. В настоящее время наиболее эффективным методом прогноза синоптического положения является гидродинамический. На основе гидродинамических моделей предвычисляются поля приземного давления и поля абсолютной топографии различных изобарических поверхностей. После выдачи результата в виде определённого поля производится корректировка полученных полей на основе имеющейся дополнительной информации, включая
данные метеорологических спутников Земли. Большая роль при этом отводится качественно-физическим заключениям синоптика, которые базируется ряде положений синоптической практики:
• Знание общих физических закономерностей и сохранение исторической последовательности в развитии атмосферных процессов и выявлении их тенденции;
• Сопоставление с развитием атмосферных процессов в других, но аналогичных синоптических ситуациях;
• Знание физико-географических особенностей и местных климатических особенностей района прогноза, правил хода метеорологических величин и их изменений под влиянием региональных воздействий;
• Знание правил и связей между элементами погоды, установленных в результате региональных синоптико-статистических исследований;
Н.А. Дашко Курс лекций по синоптической метеорологии 15. Прогноз синоптического положения 2
• Знание влияния упрощающих предположений данной численной схемы, которая не всегда учитывает аномальность перемещения барических образований, орографию местности;
• Знание систематических ошибок данной модели для конкретного региона и т.д.
На этих же принципах основываются и прогнозы элементов и явлений погоды. Атмосферные процессы настолько сложны, что численные методы не во всех случаях могут учесть многие особенности этих процессов с той полнотой и глубиной, как это может сделать квалифицированный синоптик. Поэтому, наряду с гидродинамическими моделями, в ежедневной прогностической широко используются прогнозы и корректировка приземного поля давления на основе синоптического метода. iСиноптический метод – это метод анализа и прогноза атмосферных макропроцессов и условий погоды на больших пространствах с помощью синоптических карт и вспомогательных к ним средств (аэрологических диаграмм, вертикальных разрезов атмосферы, спутниковой информации и пр.) Исторически синоптический метод прогноза предусматривает использование эмпирических правил, приёмов и способов, дающих возможность определения будущей эволюции и географического положения синоптических объектов.
22.МЕТОДИКА ДОКЛАДА ПРОГНОЗА ПОГОДЫ
В краткосрочные прогнозы погоды включаются следующие данные:
- облачность (количество - раздельно общее и нижнего яруса, форма, высота верхней и нижней границ);
- явления погоды;
- горизонтальная видимость у поверхности земли;
-- ветер у поверхности земли и на высотах;
- температура воздуха у поверхности земли. Кроме того, дополнительно указываются:
- при обеспечении полетов на больших высотах и в стратосфере высота и направление струйного течения, а также скорость ветра в зоне его оси; высота тропопаузы и температура на ее нижней границе; положительные отклонения температуры воздуха от стандартных значений (10°.С и более); зоны (слои) ожидаемой турбулентности атмосферы, вызывающей болтанку самолетов;
- при обеспечении полетов на малых и предельно малых высотах - данные о минимальном атмосферном давлении, приведенном к уровню моря, ветре в нижнем слое тропосферы, температуре воздуха у поверхности земли вдоль маршрута полета, барической тенденции, а также о пространственной и временной изменчивости высоты нижней границы облаков, закрытии гор и искусственных препятствий (сооружений) облаками, туманом и осадками, а также о скоплениях стай птиц;
- при обеспечении полетов в горных районах степень закрытия гор, сопок и перевалов облаками, туманом и осадками.