Meтодическое пособие дня начальной учебно-летной подготовки спортсменов - парапланеристов по КУЛП-СД-88. (В.А. Тюшин)
Авиационная метеорология
1. Введение.
1.1. Основные характеристики погоды.
1.2. Влияние погоды на проведение полетов.
Понятия простых и сложных метеоусловий.
2. Составляющие элементы погоды и их влияние на безопасность полетов.
2.1. Атмосферное давление.
2.2. Температура воздуха.
2.3. Влажность воздуха.
2.4. Направление и скорость ветра.
2.4.1 Глобальные причины возникновения ветра.
2.4.2 Локальные причины возникновения ветра.
2.4.2.1 Термический ветер и береговой бриз.
2.4.2.2 Горный бриз.
2.4.2.3 Циклоны и антициклоны.
2.4.2.4 Местные ветры.
2.4.3 Ветер у земли.
2.5. Облачность
2.5.1 Образование облаков.
2.5.2 Классификация облаков.
2.5.3 Кучевые облака нижнего яруса.
2.5.4 Кучево-дождевые и грозовые облака.
2.5.5 Слоистые облака.
2.5.6 ВЫПОЛНЕНИЕ ПОЛЕТОВ В ОБЛАКАХ ЗАПРЕЩАЕТСЯ.
2.6. Осадки.
2.7. Видимость.
2.8. Простые метеоусловия (ПМУ).
3. Динамический восходящий поток (ДВП).
3.1. Обтекание холма воздушным потоком.
3.2. Образование ДВП у склонов различных форм.
4. Термический восходящий поток (ТВП).
4.1. Условия возникновения термических потоков.
Стабильность и нестабильность слоев атмосферы.
4.1.1 Стабильность.
4.1.2 Нестабильность.
4.1.3 Формирование термических потоков.
4.2. Развитие термической активности в течение суток.
4.2.1 Ночная инверсия.
4.2.2 Развитие.
4.2.3 Окончание.
4.3. Структура термических потоков.
4.3.1 Структура развитого ТВП.
4.3.2 Тепловые пузыри (ТП).
4.4. Поиск ТВП.
4.4.1 Места способствующие образованию термических потоков.
4.4.2 Над перечисленными ниже местами более вероятно появление нисходящих потоков.
4.4.3 Признаки по которым можно обнаружить наличие ТВП.
4.5. Кучевые облака. Особенности полетов вблизи кучевых облаков.
4.5.1 Структура кучевого облака венчающего активный ТВП.
4.5.2 Образование грозовых облаков. Жизненный цикл грозового облака.
4.5.3 Зависимость положения восходящего потока от формы облака.
5. Температурные инверсии.
5.1. Образование инверсий.
5.2. Разрушение инверсий.
6. Турбулентность.
6.1. Причины возникновения турбулентности.
6.2. Турбулентность, вызванная механическими препятствиями.
7. Атмосферные фронты.
7.1. Холодный фронт.
7.2. Теплый фронт.
8. Стационарные волны.
1. Введение.
Метеорология изучает процессы, происходящие а атмосфере. Сеть метеостанций гидрометеорологической службы позволяет определять погоду в различных регионах страны и, с некоторой вероятностью, строить прогнозы на будущее. Кроме того, метеослужбы имеются во всех аэропортах.
ПОГОДА - состояние атмосферы, наблюдаемое в конкретный момент времени над конкретным местом.
1.1. Основные характеристики погоды.
|
Атмосферное давление. | |
|
Температура воздуха. | |
|
Влажность воздуха. | |
|
Направление и скорость ветра. | |
|
Облачность. | |
|
Осадки. | |
|
Видимость. |
1.2. Влияние погоды на проведение полетов. Понятия простых и сложных метеоусловий.
В зависимости от возможности проведения полетов погода бывает летная и нелетная. Метеоусловия при летной погоде разделяют на простые (ПМУ), сложные (СМУ) и минимально допустимые (МИНИМУМ) в зависимости от сложности управления ЛА в конкретной обстановке. Деление это достаточно условное и определяется летными характеристиками конкретного ЛА.
Анализ статистики летных происшествий показывает, что в 30% случаев погода является основной или сопутствующей причиной возникновения аварийной ситуации. Наиболее опасно попадание в СМУ для начинающих пилотов с недостаточными теоретической, практической и психологической подготовками.
2. Составляющие элементы погоды и их влияние на безопасность полетов.
2.1. Атмосферное давление.
Наличие атмосферного давления было открыто в середине 17-го века. За нормальное давление на уровне моря принято давление водяного столба высотой около 10 метров, что равно 760 мм. ртутного столба или 1013.2 гПа ( 1 Паскаль - давление силой 1 Ньютон на 1 кв. м. ). С увеличением высоты над уровнем моря давление падает. Раэряженность воздуха приводит к увеличению как полетной, так и взлетной и посадочной скоростей. Так, например, при старте с пика Ленина (7134 метра над уровнем моря) скорость должна быть в 1.6 раза больше, чем при полете в нормальных условиях.
Атмосфера Земли все время находится в движении. Это приводит к постоянным отклонениям значения давления от нормальных. Непосредственно на безопасность полетов изменение давления в месте организации полетов не влияет, но оно является одним из основных признаков грядущего изменения погоды. Падение давления обычно свидетельствует о приближении ухудшения погоды, повышение - об улучшении.
В литературе можно встретить следующие термины.
|
Циклон: область пониженного давления. Антициклон: область повышенного давления. | |
|
Барометрическое плато: большая область, где атмосферное давление меняется очень мало. | |
|
Тальвег: ось низких давлений. | |
|
Дорсаль: ось высоких давлений. Смотри рисунок 1. |
2.2. Температура воздуха.
Непосредственно на безопасность полетов температура воздуха не влияет, но она является фактором, ограничивающим возможность эксплуатации параплана. В зимних условиях следует воздерживаться от полетов при низкой температуре воздуха.
Впр: До какой температуры допускается эксплуатация параплана?
Отв: До-15 С.
При установившейся погоде температура воздуха имеет ярко выраженный суточный ход с максимумом в 14-15 часов и минимумом перед восходом солнца. В летнее время к полудню приземный слой воздуха нагревается от прогретой почвы и начинает подниматься вверх. Так формируются ТЕРМИЧЕСКИЕ ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ. С одной стороны эти потоки позволяют выполнять длительные маршрутные полеты, но с другой, существенно УСЛОЖНЯЮТ ПРОЦЕСС УПРАВЛЕНИЯ ПАРАПЛАНОМ. Учебные полеты во время развития термической активности обычно прекращаются.
2.3. Влажность воздуха.
Влажность воздуха характеризуется содержанием в нем водяных паров. Количество влаги в воздухе колеблется от 1% до 4%. Причем, с ростом температуры максимально возможная концентрации водяного пара в воздухе увеличивается. Для нас важно не столько абсолютное содержание воды в воздухе, сколько относительная влажность.
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ - отношение концентрации водяного пара в воздухе к его максимально возможной концентрации при данной температуре.
Относительная влажность измеряется в процентах. 0% - воздух абсолютно сухой. 100% - концентрация растворенного в воздухе водяного пара максимальна.
Впр: Можно ли летать при относительной влажности воздуха 100%?
Отв: Можно, но не нужно. При 100%-ной влажности содержание воды в воздухе максимально. Она начинает конденсироваться в виде росы или тумана. Купол параплана мокнет. Взлететь на мокром крыле можно, но такие полеты быстро и необратимо портят летные характеристики параплана.
2.4. Направление и скорость ветра.
ВЕТЕР - горизонтальное перемещение воздуха из областей высокого давления в области низкого давления.
Скорость и направление ветра являются наиболее важными факторами, влияющими на безопасность полетов. Наилучшим для проведения учебных полетов на нараплане является ровный встречный ветер скоростью 2-3 м/с.
Выполнение учебных полетов при скорости ветра свыше 6 м/с затрудняется из-за того, что в случае ошибок на старте ветер может 'сдуть' начинающего пилота. Подъем купола в штиль осложнен тем, что часто возможен лишь 'прямой старт', а также тем, что пилот вынужден начинать разбег сразу после подъема купола, что, в свою очередь, затрудняет выполнение контроля правильности раскрытия купола.
Направление ветра (как и курс ЛА) измеряется в градусах. В метеорологии под направлением ветра понимается направление, ОТКУДА дует ветер. То есть северный ветер (направление 0 град.) дует с севера на юг. Восточный ветер (направление 90 град.) дует с востока на запад. В авиации используется понятие аэронавигационного ветра. Под направлением аэронавигационного ветра понимается направление, КУДА дует ветер.
Аэронавигационный северный ветер (направление 0 град.) дует с юга на север. Аэронавигационный восточный ветер (направление 90 град..) дует с запада на восток.
Это различие объясняется тем, что для неподвижно стоящего на земле наблюдателя (метеоролога) удобнее иметь дело с первым случаем. Штурман же, при расчете траектории полета ЛА, использует так называемый треугольник скоростей, в котором путевая скорость ЛА (скорость относительно земли) определяется как сумма воздушной скорости ЛА и скорости ветра. Смотри рисунок 2.
2.4.1 Глобальные причины возникновения ветра.
Причиной возникновения всех ветров является неравномерность прогрева земной поверхности и атмосферы. Более теплый воздух поднимается вверх. А на 'освободившееся' место приходят расположенные по соседству холодные массы.
Над экватором прогретый солнцем воздух поднимается вверх. В основании поднимающихся столбов воздуха возникают области разряжения. Более холодный воздух, расположенный по обе стороны от экватора, устремляется в область низких экваториальных давлений. Нагреваясь, он в свою очередь поднимается вверх и на больших высотах перемещается к полюсам. Охладившись там, он опускается вниз и вновь возвращается к экватору вдоль поверхности земли. Смотри рисунок 3.
2.4.2 Локальные причины возникновения ветра.
2.4.2.1 Термический ветер и береговой бриз.
В яркий солнечный день земная поверхность нагревается солнцем, причем нагрев происходит неравномерно. Такие участки, как пашня, каменистые или песчаные почвы, нагреваются значительно быстрее, чем зоны, покрытые водой или густой растительностью. Нагревшийся над полем воздух уходит вверх и замещается холодным воздухом, например, расположенного рядом озера. В этот момент на границе поля и озера подует легкий ветерок.
Аналогичная картина наблюдается на берегу моря. Днем суша нагревается быстрее, чем море. Нагревшийся над земной поверхностью воздух поднимается вверх и замещается холодным воздухом с моря. Ветер дует с моря на берег. Ночью земная поверхность быстро охлаждается, море становится теплее, чем суша, и ветер начинает дуть с берега в море. Эти ветра называются береговыми бризами. Их скорость может достигать 10 м/с. Смотри рисунок 4.
2.4.2.2 Горный бриз.
Горные бризы являются результатом того, что днем воздух, расположенный вблизи горных склонов, прогревается сильнее, чем воздух, находящийся дальше от поверхности. Теплый воздух поднимается вдоль склонов, создавая разрежение на дне долины. Массы холодного воздуха из центра долины устремляются в зону разряжения. Образуется горный восходящий бриз. Ночью наблюдается противоположное явление. Воздух над горными вершинами охлаждается быстрее, чем центральный столб воздуха. Холодный воздух стекает вниз по склонам, в то время как столб теплого воздуха в центре долины поднимается вверх. Образуется горный нисходящий бриз. Смотри рисунок 5.
2.4.2.3 Циклоны и антициклоны.
Образующиеся над земной поверхностью обширные области пониженного и повышенного давления (циклоны и антициклоны) приводят к возникновению ветров, направление и скорость которых сильно отличаются от направления 'глобального' ветра.
Если бы Земля была неподвижной, ветер дул бы непосредственно из областей высокого давления в области низких давлений, однако в результате вращения Земли происходит отклонение воздушных потоков вправо в северном полушарии и влево в южном. В северном полушарии ветер циркулирует по часовой стрелке вокруг антициклонов и в противоположном направлении вокруг циклонов. Смотри рисунок 6.
Если в северном полушарии встать лицом к ветру, то область высоких давлений будет слева, а область низких - справа.
Примечание: Это явление можно наблюдать в домашних условиях. При вытекании воды из ванны у сливного отверстия поток закручивается.
2.4.2.4 Местные ветры.
Это ветры, характерные для относительно небольших, ограниченных по площади местностей. Сила и направление таких ветров определяется особенностями рельефа конкретной местности.
В качестве примера можно привести ветер 'бора' который регулярно проносится над Новороссийском и порой наносит городу существенный ущерб.
Новороссийск расположен в долине на берегу Черного моря. Когда холодные массы воздуха начинают спускаться с гор в море, то, проходя по ущельям, они сильно ускоряются. В результате случается, что проносящийся над городом ветер достигает ураганной силы.
2.4.3 Ветер у земли.
ГРАДИЕНТ ВЕТРА - изменение скорости и направления ветра с высотой относительно земной поверхности.
Из-за трения движущегося воздуха о землю, скорость ветра у поверхности меньше, чем на высоте. Заметный рост скорости ветра наблюдается до высот порядка 300-350 метров над землей. Этот эффект уже рассматривался в курсе аэродинамики (пограничный слой). Необходимо лишь отметить то что неровности рельефа и термическая активность турбулизируют приземные слои воздуха и порой изменяют направление ветра у земли относительно потока на высоте. Смотри рисунок 7.
2.5. Облачность
2.5.1 Образование облаков.
Облака состоят из бесчисленного множества микроскопических капель воды, образующихся при конденсации растворенного в воздухе водяного пара. Если нагретый у земли и насыщенный водяным паром воздух начинает подниматься вверх, то на высоте он охлаждается. С уменьшением температуры максимально возможная концентрация воды в воздухе уменьшается и вода начинает конденсироваться в виде облака.
ТОЧКА РОСЫ - температура воздуха, при охлаждении до которой начинается конденсация влаги.
Кроме тумана, образующегося в охлаждающемся от соприкосновения с холодной землей воздухе, все облака образуются в воздухе, который поднимается вверх.
Облачность определяется количеством облаков, покрывающих небесный свод. Она определяется на глаз по 10-ти бальной шкале: 0 баллов - небо без облаков, 10 баллов - небо полностью закрыто облаками.
Впр: Почему запотевают очки, если их внести с мороза в теплую комнату?
Отв: Теплый воздух комнаты охлаждается о холодные стекла очков. Содержащаяся в воздухе влага конденсируется на стеклах в виде росы.
2.5.2 Классификация облаков.
Облака отличаются друг от друга по форме, размерам, высоте расположения над землей, но все это многообразие может быть легко систематизировано если разделить их по типу и высоте расположения над землей.
Разделение по типу.
|
Кучевые облака: Отдельные плотные образования с плоскими основаниями и округлыми вершинами. Они могут быть маленькими или огромными, если развиваются в грозовые. | |
|
Слоистые облака: Однообразный слой светло-серого цвета. Под действием ветра облака могут разделяться на отдельные клочья с рваными краями. Занимают обширные районы, часто блокируя солнечный свет. Летом могут давать моросящие осадки. |
Смотри рисунок 8.
Разделение по высоте.
|
Верхний ярус: выше 6000 метров. | |
|
Средний ярус: от 2000 до 6000 метров. | |
|
Нижний ярус: ниже 2000 метров. |
Нас, в первую очередь, будут интересовать кучевые облака нижнего яруса и грозовые облака. Существует множество разновидностей облаков, но ими мы пока заниматься не будем.
2.5.3 Кучевые облака нижнего яруса.
Облака хорошей погоды. Образуются при конденсации влаги из охлаждающихся термических потоков. Похожи на горы хлопка или цветную капусту. Являются отличными указателями на наличие и расположение термиков.
При выполнении парящего полета на параплане или дельтаплане в случае приближения к нижней кромке облака следует прекратить набор высоты и не допускать попадания аппарата внутрь облака.
Мы вернемся к обсуждению структуры кучевого облака при разборе строения термического восходящего потока.
2.5.4 Кучево-дождевые и грозовые облака.
Эти облака по сути являются суперразвитыми кучевыми облаками. Внешне они похожи на кучевые облака, но существенно мощнее. Имеют вид гор или огромных башен. Для пилота СЛА грозовые облака чрезвычайно опасны. Они являются источниками ливневых дождей, гроз, шквалов, града.
ПРИ ПРИБЛИЖЕНИИ ГРОЗОВОГО ОБЛАКА ПОЛЕТЫ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ПРЕКРАЩЕНЫ.
Передняя часть облака, называемая "фронтом грозы', является источником сильной турбулентности и мощных восходящих потоков. Пилот, приблизившийся к нижней части облака, рискует быть втянутым в него и потерять контроль над своим аппаратом. За фронтом грозы следует зона осадков и нисходящих потоков. На земле проход грозового фронта сопровождается сильными порывами ветра, что делает посадку проблематичной. Смотри рисунок 9.
Когда такое облако приближается к вашей посадочной площадке, не дожидайтесь последнего момента для посадки, не пытайтесь использовать связанные с ним восходящие потоки. Лучше воспользуйтесь предшествующими ему спокойными зонами для того, чтобы как можно быстрее приземлиться. Не забывайте, что для укрытия аппарата необходимо некоторое время. Гроза на расстоянии 20 км. может оказаться над вами менее чем через 20 минут.
2.5.5 Слоистые облака.
Эти облака образуются при МЕДЛЕННОМ перемещении больших масс воздуха. Это происходит, например, в атмосферных фронтах или в циклонах. В некоторых случаях низкие слоистые облака могут быть образованы, когда атмосферная турбулентность, перемешивая воздух, поднимает его выше уровня конденсации водяного пара.
Примечание: Атмосферным фронтом называют границу между теплой и холодной воздушными массами. Если вперед движется холодный воздух, то это холодный фронт. Если вперед движется теплый воздух, то это теплый фронт. Влияние атмосферных фронтов на погоду будет разобрано позднее.
При полете вблизи или внутри слоистого облака болтанка обычно отсутствует, но существенно снижается возможность пилота вести осмотрительность. Это особенно опасно при полете вблизи от склона горы или, если в воздухе находятся несколько аппаратов.
2.5.6 ВЫПОЛНЕНИЕ ПОЛЕТОВ В ОБЛАКАХ ЗАПРЕЩАЕТСЯ.
|
В облаке пилот теряет возможность вести осмотрительность. Возможны столкновения с другими аппаратами или со склоном при полете вблизи горы. | |
|
Внутри мощных кучевых, кучево-дождевых и особенно в грозовых облаках находятся восходящие и нисходящие потоки с вертикальными скоростями до 10-15 м/с. Нагрузки на аппарат могут оказаться настолько велики, что появляется реальная опасность его разрушения. | |
|
В условиях сильной болтанки, при отсутствии видимости земли и линии горизонта пилот может потерять пространственную ориентировку и контроль над аппаратом. | |
|
При затягивании аппарата восходящим потоком грозового облака на большую высоту, пилот может потерять сознание от недостатка кислорода и погибнуть от холода. |
Примечание: Вертикальное развитие грозовых облаков может достигать 10-15 тысяч метров при высоте нижней кромки над землей (или базе облака) менее 1 тысячи метров.
2.6. Осадки.
Очевидно, что в дождь летать нельзя.
Впр: Можно ли летать зимой в снегопад?
Отв: Летящий в лицо пилота снег может существенно затруднить ведение осмотрительности. Если снег пилота не слепит, то летать можно.
2.7. Видимость.
ВИДИМОСТЬ - максимальное расстояние, на котором человек с нормальным зрением при дневном освещении различает предметы.
|
Плохая видимость: менее Зкм. | |
|
Средняя видимость: от Зкм. до 10км. | |
|
Хорошая видимость: свыше 10 км. |
Видимость ухудшают туман, дымка, пыль, дождь, снегопад.
Если начинающий пилот с места старта не в состоянии наблюдать за площадкой, запланированной для приземления, то это существенно усложняет полет, поскольку может так случиться, что лишь в воздухе пилот сможет обнаружить, что посадочная площадка закрыта, например, другими парапланами или дельтапланами, и будет вынужден, меняя план полета, выполнять посадку в ином, возможно, малопригодном для этого месте.
2.8. Простые метеоусловия (ПМУ).
Для параплана сложность метеоусловий, главным образом, определяется скоростью и направлением ветра.
Под простыми метеоусловиями мы будем подразумевать погоду при которой:
|
Скорость ветра до 4 м/с. Ветер ровный, встречный. | |
|
Отсутствуют термические восходящие потоки. | |
|
Условия видимости обеспечивают беспрепятственный просмотр с места старта всей траектории полета и посадочной площадки. |
При организации полетов зимой допускаются незначительные осадки в виде снега, если они не будут мешать пилоту вести осмотрительность.
3. Динамический восходящий поток (ДВП).
При обтекании воздушным потоком горного хребта или холма воздух, преодолевая возникшее на его пути препятствие, начиняет подниматься вверх. Эта область называется ДВП.
ДВП может существовать, только когда дует ветер и только около препятствий, заставляющих обтекающий их воздушный поток подниматься вверх. С точки зрения удобства выполнения полетов ДВП хорош тем, что наличие восходящего потока можно легко определить по наличию склона и дующего на него ветра. На заре дельтапланеризма в начале 70-х годов первые длительные полеты могли выполняться только в ДВП, так как летные характеристики первых дельтапланов не позволяли вести поиск и обработку термических потоков. Тогда же регистрировались первые рекорды длительности пребывания в воздухе.
Первый рекордный полет в 1 час 4 минуты был зарегистрирован б сентября 1971 года в Калифорнии. Он был выполнен американцем Дэйвом Кшборном. А в сентябре 1974 года Харви Мелчер на Гавайских островах парил уже почти сутки - 20 часов 47 минут. Максимальная же зарегистрированная продолжительность парящего полета на океанским побережьем составила 32 часа.
Возможность выполнения полетов такой продолжительности объясняется тем, что дующие над океаном ветры исключительно стабильны и совместно с Гавайскими вулканическими склонами обеспечивают длительно действующий и спокойный восходящий поток. Когда время висения в таком потоке стало определяться уже не мастерством пилота и летными характеристиками аппарата, а простой человеческой выносливостью, интерес к такого рода рекордам пропал. Сейчас парение в ДВП рассматривается лишь как удобное место для поиска термических потоков, как стартовая точка маршрутного полета.
3.1. Обтекание холма воздушным потоком.
С наветренной стороны холма воздух поднимается, образуя ДВП. Над вершиной скорость потока может несколько возрасти. За холмом воздушный поток опускается, часто закручиваясь при этом в мощный вихрь называемый подгорным ротором. Смотри рисунок 10.
Впр: Какова причина ускорения воздушного потока над вершиной?
Отв: Ситуация аналогична рассмотренному в курсе аэродинамики случаю обтекания крыла с несимметричным профилем. Струйка воздуха над вершиной холма ускоряется, чтобы 'не отстать' от потока на высоте.
Ощугимое ускорение воздушного потока над вершиной возникает при скоростях ветра не менее 5-6 м/с. Обычно оно не наблюдается над изолированными горами или холмами. Однако из-за ограниченности скорости параплана при парении в ДВП следует с определенной осторожностью приближаться к вершине холма для того, чтобы аппарат не был снесен в подгорный ротор.
Восходящий поток в подгорном роторе может возникнуть у холмов значительной высоты с достаточно крутыми склонами. При скорости ветра над вершиной 10-20 м/с внизу может дуть 2-3 м/с в обратную сторону. Полеты на подветренной стороне холма чрезвычайно опасны!!! При удалении от склона аппарат неизбежно попадает в мощный нисходящий поток подгорного ротора. Дальнейшее развитие событий будет печально.
3.2. Образование ДВП у склонов различных форм.
|
ПОЛОГИЙ СКЛОН: ДВП низкий и широкий. Смотри рисунок 11, | |
|
КРУТОЙ СКЛОН: ДВП узкий и высокий. Смотри рисунок 11. |
|
УЗКИЙ ХОЛМ: Воздух, почти не поднимаясь вверх, обтекает холм с боков. ДВП практически отсутствует. Смотри рисунок 12. | |
|
СКЛОН ИЗРЕЗАН ОВРАГАМИ: Основной поток воздуха идет по оврагам. Внутри ложбин от неровностей грунта и обычно растущих там кустов образуются вихри. Над оврагами мощные восходящие потоки. Смотри рисунок 12. |
|
БОКОВОЙ ВЕТЕР: Зона парения резко сужается. От ложбин на склоне идут вихри, существенно затрудняющие пилотирование. |
4. Термический восходящий поток (ТВП).
Как говорилось ранее, под действием Солнца поверхность Земли нагревается и нагревает находящийся над ней воздух. Нагревшийся воздух поднимается вверх, образуя термики. Наиболее мощные термические потоки наблюдаются летом после полудня при хорошем прогреве земли. По мере удаления потока от земли он охлаждается. Поток прекращает свое существование, когда температура воздуха в потоке сравнивается с температурой окружающей среды.
Именно благодаря освоению ТВП для пилотов безмоторных СЛА стали возможны длительные маршрутные полеты протяженностью в сотни километров.
4.1. Условия возникновения термических потоков.
Стабильность и нестабильность слоев атмосферы.
Воздух является очень плохим проводником тепла. Поэтому достаточно большой объем воздуха, обладающий одной температурой и перемещающийся в атмосфере с другой температурой, практически не отдает и не получает тепла от окружающей среды.
Если частица воздуха поднимается, давление в ней уменьшается. Это приводит к уменьшению ее температуры. И наоборот. Если частица воздуха опускается, давление в ней увеличивается. Это приводит к увеличению ее температуры.
Примечание 1: В качестве примера зависимости между температурой и давлением в газе можно привести нагрев велосипедного насоса сжимаемым воздухом при накачке шин.
Примечание 2: Процессы, происходящие без теплообмена с окружающей средой, называются адиабатическими.
В приземных слоях атмосферы поднятие частицы воздуха на 100 метров приводит к уменьшению ее температуры примерно на 1 градус. Смотри рисунок 13.
4.1.1 Стабильность.
Представим себе слой атмосферы, в котором вертикальное убывание температуры меньше, чем 1 градус на 100 метров. Пусть на высоте 100 метров температура воздуха равна 15 С, а на высоте 300 метров - 14 С.
Если каким-либо образом 'толкнуть' частицу воздуха с высоты 100 метров, так, чтобы она поднялась до высоты 300 метров, то ее температура уменьшится на 2 градуса и станет равна 13 С. Частица будет холоднее окружающей среды и, следовательно, более плотной. Поэтому она снова опустится на свой исходный уровень. Такой слой воздуха называется стабильным. Смотри рисунок 14.
4.1.2 Нестабильность.
Пусть вертикальное убывание температуры происходит быстрее, чем 1 градус на 100 метров высоты. Пусть температура воздуха на высоте 100 метров равна 15 С, а на высоте 300 метров - 11 С.
Стартовавшая с высоты 100 метров частица воздуха будет иметь температуру 14 С на высоте 200 метров. Эта температура будет больше температуры окружающего стоя атмосферы. В результате частица воздуха продолжит свое движение вверх. Такой атмосферный слой называется нестабильным. Смотри рисунок 15.
В нестабильном слое случайно переместившиеся вверх частицы оказываются теплее окружающего воздуха, и их восходящее движение продолжается.
Очевидно, что если частица воздуха вдруг со своего уровня опустится вниз, то ее температура хотя и увеличится, но все равно будет меньше температуры соседних споев воздуха. Это приведет к продолжению нисходящего движения частицы.
4.1.3 Формирование термических потоков.
Атмосфера состоит из последовательности стабильных и нестабильных слоев. Термические потоки образуются в нестабильных слоях и блокируются стабильными (в частности инверсиями).
Вообще говоря, в атмосфере редко встречаются нестабильные слои. Убывание температуры обычно соответствует адиабатическому: 1 градус на 100 метров высоты. Но если определить среднюю температуру для нулевой высоты (например 20 С), то на некоторых участках, более благоприятных для прогрева. температура может оказаться выше средней (например 22 С). Именно в таких местах и зарождаются термические потоки. Воздух, стартовавший от земли с температурой 22 С, будет подниматься, сохраняя разницу в 2 градуса с окружающими слоями, до тех пор пока не встретит блокирующий стабильный слой.
На стабильность атмосферы указывают:
|
ровный ветер; | |
|
закрытое слоистыми облаками небо; | |
|
плохая видимость (дымка, туман); | |
|
стелющийся вдоль земли дым от костра. |
На нестабильность атмосферы указывают:
|
порывистый ветер; | |
|
кучевые облака (чем они выше тем мощнее термические потоки); | |
|
прозрачный воздух, хорошая видимость; | |
|
поднимающийся высоко над землей дым; | |
|
пылевые смерчи. Смотри рисунок 16. |
4.2. Развитие термической активности в течение суток.
4.2.1 Ночная инверсия.
Ночью не подогреваемая солнцем земля теряет тепло путем излучения. Охлаждение земли передается самым нижним слоям атмосферы, в то время как более высокие слои охлаждаются слабо. Максимальное охлаждение достигается к рассвету. В это время при удалении от земли на расстояние порядка нескольких сотен метров температура будет увеличиваться. Далее она начинает понижаться как обычно. Таким образом, за ночь у земли создается устойчивый инверсионный слой в котором термические потоки невозможны.
Такая инверсия проявляется тем сильнее, чем более ясной была ночь. Это объясняется тем, что при наличии облаков потери тепла землей уменьшаются так как часть излученного землей тепла, отражаясь от облаков, возвращается обратно.
4.2.2 Развитие.
После восхода солнце начинает подогревать землю. Происходит это очень неравномерно. Над наиболее нагреты
Страница 5 из 9 пред. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 след.
