Министерство образования и науки Украины Государственная летная академия Украины

Г.П.'Лещенко С.Н. Коренной

Вопросы по авиационной метеорологии

Кировоград

2010

УДК 551.5(075.3)

ББК 26.234.6 39.57

Л 54

Лещенко Г.П., Коренной С.Н. Вопросы по авиационной метеорологии: Учебное пособие. — Кировоград: ГЛАУ, 2010. — 140 с.

В учебном пособии представлены: обобщенный алгоритм образования облачности и развития условий погоды; наиболее часто встречающиеся теоретические и практические вопросы по авиационной метеорологии и ответы на них, составленные на основе многолетнего опыта преподавания этой дисциплины в учебных заведениях и приема сертификационных экзаменов у летного и диспетчерского состава гражданской авиации, а также сокращения, используемые при метеорологическом обеспечении международной аэронавигации.

Предназначено для специалистов гражданской авиации, оперативных органов Госгидромета, преподавателей и слушателей факультетов повышения квалификации высших учебных заведений.

Рекомендовано Министерством образования и науки Украины в качестве учебного пособия для высших учебных заведений.

Письмо № от 2010 г.

Рецензенты:

проф. Белоусова Л.Ю. (зав. кафедрой Санкт-Петербургского государст- венного университета гражданской авиации);

проф. Кривульченко А.И. (зав. кафедрой Кировоградского государст- венного педагогического университета);

Поникаревич Л.Г. (главный специалист Управления аэронавигации Государственной авиационной администрации Украины).

ISBN 978-966-7878-33-7 © Г.П. Лещенко, С.Н. Коренной

Вопросы по авиационной метеорологии, 2010 © Компьютерная верстка Изд-во ГЛАУ, 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение 4

1. Вопросы по авиационной метеорологии 11

   1. Общие сведения об атмосфере и метеорологических

величинах 11

* 1.2. Облака, осадки:, видимость 16

3. Атмосферные образования 18

4. Опасные метеорологические явления и условия 21

5. Высотные и географические особенности

метеорологических условий 26

3. Метеорологическое обеспечение полетов: аэросинопти-

ческие материалы, метеорологическая информация и документация, требования документов по метеорологи- ческому обеспечению международной аэронавигации 27

2. Ответы на вопросы по авиационной метеорологии 37

   1. Общие сведения об атмосфере и метеорологических

величинах , 37

2. Облака, осадки, видимость 54

3. Атмосферные образования 64

4. Опасные метеорологические явления и условия 74

5. Высотные и географические особенности

метеорологических условий 87

6. Метеорологическое обеспечение полетов: аэросинопти-

ческие материалы, метеорологическая информация и документация, требования документов по метеорологи- ческому обеспечению международной аэронавигации 92

3. Сокращения, используемые при метеорологическом

обеспечении международной аэронавигации :... 124

Список использованной литературы 139

Приложения (вкладыши):

1. Алгоритм образования облачности.

2. Характеристика облаков.

3. Условия погоды и полетов в различных атмосферных образованиях.

4. Международный метеорологический код КН-01.

5. Международные авиационные метеорологические коды METAR(SPECI)hTAF.

6. Наиболее часто встречающиеся английские слова и сокращения в информации SIGMET, AIRMET и в прогнозах GAMET.

3

ВВЕДЕНИЕ

Погода для авиации всегда была проблемой номер один, таковой она остается и сегодня. Совершенствование метеорологического обеспечения авиации может оказать значительное влияние не только на безопасность полетов, но и на национальную экономику государств, так как воздушные перевозки людей и грузов являются одним из главных компонентов валового национального продуста.

Эффективное использование метеорологической информации, умение хорошо разбираться в условиях погоды, принимать грамотные решения при встрече с различными, особенно опасными, метеорологическими явлениями и условиями погоды требуют от летного состава и работников органов обслуживания воздушного движения твердых знаний в области авиационной метеорологии. При этом необходимо учитывать, что в последние годы в связи с широким внедрением информации Всемирной службы погоды и Всемирных центров зональных прогнозов погоды роль авиационных метеорологов в структуре авиационных компаний существенно изменилась. Профессиональные метеорологи имеются в штатах только самых крупных авиакомпаний. Остатьные авиакомпании полагаются на знания и опыт диспетчеров и пилотов, которые помогают им справляться с проблемами, имеющими отношение к авиационной метеорологии. В связи с этим резко повышается уровень требований к знаниям пилотов и диспетчеров обслуживания воздушного движения в области авиационной метеорологии и возникает необходимость в учебных пособиях справочного характера, позволяющих оперативно найти конкретные ответы на конкретные вопросы по авиационной метеорологии и метеорологическому обеспечению полетов.

Предлагаемое учебное пособие соответствует указанным требованиям, так как в нем представлены наиболее часто встречающиеся теоретические и практические вопросы по основным разделам авиационной метеорологии. Кроме этого, приводятся сокращения (аббревиатуры), используемые при метеорологическом обеспечении международной аэронавигации.

4

В соответствии с определением, “Авиационная метеорология” - это наука, которая состоит из двух частей: метеорологии (физики атмосферы) и метеорологического обеспечения авиации.

В первой части изучается влияние метеорологических величин, явлений и условий погоды на деятельность авиации, а во второй - организация работы метеорологических служб при обеспечении безопасности, экономичности и регулярности полетов.

Анализ влияния метеорологических величин и явлений на деятельность авиации показывает, что около 90...95% случаев сложных и опасных условий погоды связаны с образованием и развитием облачности. Следовательно, зная алгоритм образования и развития облачности, можно представить основные закономерности развития атмосферных образований (воздушных масс, атмосферных фронтов, барических систем), условия погоды и полетов в них, что очень важно при изучении и анализе метеорологической обстановки на аэродроме, по маршруту или району полетов и принятии решения на выполнение летной работы.

Такой алгоритм (Приложение 1) разработан на основе многолетнего опыта преподавания дисциплины “Авиационная метеорология” в Кировоградских летно-штурманском и высшем летном училищах, школе высшей летной подготовки и Государственной летной академии Украины. Суть алгоритма образования облачности состоит в следующем. Как известно, облака - это видимое скопление продуктов конденсации (капли воды) и сублимации (кристаллы льда) водяного пара, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии на некоторой высоте над земной поверхностью. Если же это скопление капель воды и кристаллов льда будет находиться у земной поверхности при видимости менее 1000 м, то образуется туман, а при видимости 1...10 км - дымка. То есть, облака - это вода в различном фазовом (агрегатом) состоянии. При этом необходимо помнить о некоторых особенностях нахождения воды в атмосферном воздухе, непонимание и неучет которых не позволит получить четкое представление об условиях и процессах образования облачности. Эти особенности состоят в том, что:

5

а) вода в атмосферном воздухе одновременно может находиться в трех фазовых состояниях: жидком (капли воды), кристал- лическом (кристаллы льда) и газообразном (водяной пар);

б) вода может непрерывно переходить из одного фазового состояния в другое путем испарения, конденсации и сублимации;

в) при переходе воды из одного фазового состояния в другое происходит поглощение (при испарении) или выделение (при конденсации и сублимации) определенного количества тепла, т.е. срабатывает закон сохранения энергии.

С учетом этого можно сделать вывод, что облака - это результат насыщения воздуха водяным паром. Следовательно, если определить процессы, приводящие воздух в состояние насыщения водяным паром, можно ответить на вопрос, что же является основным процессом, приводящим к образованию облаков. Как известно, насыщение воздуха водяным паром может происходить за счет увеличения абсолютной влажности и/или понижения температуры воздуха.

Увеличение абсолютной влажности происходит за счет усиления испарения, так как абсолютная влажность находится в прямой зависимости от температуры поверхности испарения. Этот процесс приводит к появлению водяного пара в воздухе, т.е. к определенной влажности воздуха. Особенно четко и наглядно он работает над водоемами, температура которых выше температуры окружающего воздуха на 8...10°С. В частности, за счет этого образуются туманы испарения.

Понижение температуры воздуха приводит к уменьшению предельной влажности или насыщающего водяного пара (А). Например, при температуре воздуха, равной -30°С, предельная влажность А = 0,3 г/м^э, а при температуре +30°С, А = 30,4 г/м³. Отсюда видно, что понижение температуры данного объема воздуха приводит к насыщению его водяным паром. Это является основным процессом, приводящим к конденсации и сублимации водяного пара и к образованию облаков. С целью исключения влияния суточного и годового хода температуры воздуха, рассматривается только адиабатическое понижение температуры, которое происходит за счет внутренней энергии данного объема воздуха. При восходящих потоках воздух поднимается вверх, попадает в слои с меньшим давлением, расширяется, выполняет

Ч

6

работ}' против внешних сил, затрачивает энергию и адиабатически охлаждается. Охлаждение сухого и влажного ненасыщенного воздуха происходит на величин)' сухоадиабатического градиента (Уса), равного примерно 1°С на 100 м высоты. В воздухе, насыщенном водяным паром, понижение температуры при подъеме вверх происходит на величину влажноадиабатического градиента (у_(а), равного в среднем 0,5°С на 100 м высоты. Это объясняется гем, что при понижении температуры воздуха за счет расширения, часть водяного пара конденсируется. В результате этого выделяется скрытая теплота конденсации, которая уменьшает охлаждение поднимающегося воздуха. Поэтому насыщенный воздух при подъеме на 100 м охлаждается на величину, меньшую, чем 1°С. Эта величина непостоянная и зависит от температуры и атмосферного давления. Восходящие потоки происходят в воздухе, который с высотой охлаждается на величину вертикального температурного градиента (у), равного в среднем 0,65°С на каждые 100 м. По соотношению сухоадиабатического и влажноадиабатического градиентов с вертикальным температурным градиентом в окружающем неподвижном воздухе можно судить о степени устойчивости или неустойчивости атмосферы. Чем больше вертикальный температурный градиент по отношению к адиабатическим градиентам, тем больше неустойчивость атмосферы, а значит наблюдаются более мощные восходящие потоки. Если в приземном слое появится более теплый, а значит легкий объем воздуха, он будет подниматься вверх до тех пор, пока его температура не станет равной температуре окружающего воздуха. Высота, которой могут достигнуть восходящие потоки воздуха называется уровнем конвекции. Она находится в прямой зависимости от начальной температуры поднимающегося объема воздуха и от величины вертикального температурного градиента в окружающем неподвижном воздухе. При понижении температуры за счет расширения на некоторой высоте поднимающийся воздух достигает состояния насыщения водяным паром, т.е. температура воздуха становится равной температуре точки росы, а относительная влажность воздуха - 100%. Такая высота называется уровнем конденсации. Она находится в прямой зависимости от температуры воздуха у

земной поверхности и в обратной - от его относительной влажности. С достаточной точностью можно сказать, что уровень конденсации совпадает с нижней границей облаков, а уровень конвекции - с верхней. До уровня конденсации температура поднимающегося воздуха понижается по сухоадиабатическому закону, т.е. на 1°С на 100 м, а выше уровня конденсации - по влажноадиабатическому закону, т.е. в среднем на 0,5°С на 100 м, а температура окружающего воздуха на всех высотах понижается в среднем на 0,65°С на 100 м. Поэтому, чем больше влажность воздуха и вертикальный температурный градиент, мощнее облачность образуется и более опасные явления наблюдаются в ней.

При нисходящих потоках воздух оседает, попадает в слОи с большим давлением, сжимается, нагревается и уходит от состояния насыщения водяным паром. Нагревание как сухого, так и влажного насыщенного воздуха происходит по сухоадиабатическому закону, т.е. на 1°С на 100 м. При этом облака не образуются, а имеющаяся облачность постепенно рассеивается. С учетом проведенных рассуждений можно сказать, что основной причиной образования облаков является адиабатическое понижение температуры при восходящих потоках воздуха, а форма образовавшейся облачности, условия погоды и полетов в ней зависят от вида восходящего потока и влажности воздуха (Приложение 2).

Вертикально направленные восходящие потоки воздуха - конвекция - возникают за счет: неравномерного нагревания подстилающей поверхности (термическая конвекция), вытеснения теплого воздуха подтекающим под него холодным воздухрм на холодных фронтах (вынужденная конвекция) и натекания теплого воздуха на крутые склоны гор (орографическая конвекция). Скорость восходящих потоков может достигать 30.. .40 м/с. Они приводят к образованию кучевообразных облаков, к которым относятся следующие формы облаков: кучевые (Cumulus, Си s~\ ), мощно-кучевые (Cumulus congestus, Си cong /fS ), кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb Z3), высоко-кучевые башенкообразные или хлопьевидные (Altocumulus, Ac M, перисто-кучевые (Cirrocumulus, Сс <£/).

Наклонные восходящие потоки - восходящее скольжение - возникают при натекании теплого воздуха на холодный на теплых фронтах, при натекании теплого воздуха на пологие склоны гор и при медленном подтекании холодного воздуха под теплый на холодных фронтах 1-го рода. Скорость восходящих потоков достигает 5... 10 см/с. Они приводят к образованию слоистообразных облаков, к которым относятся следующие

формы облаков: слоисто-дождевые (.Nimbostratus, Ns /И. ),

разорванно-дождевые (Fractonimbus, Fr nb ), высоко- слоистые (Altostratus, As /L , A ), перисто-слоистые

(Cirrostratus, Cs 2..1, Z , _А), перистые (Cirrus, Ci / ).

Динамическая турбулентность - вихревые движения, - возникающие при горизонтальном перемещении и трении воздуха о подстилающую поверхность, и волновые движения, возникающие в слоях инверсии и изотермии, приводят к образованию волнистообразных облаков: слоистых (Stratus,

St —- ), разорванно-слоисгых (Fractostratus, Fr st ),

слоисто-кучевых (Stratocumulus, Sc -v ), высоко-кучевых (Altocumulus, Ac iaa перисто-кучевых (Cirrocumulus,

Cc <j2).

В дальнейшем, зная рассмотренный алгоритм образования облачности, можно в нужное время (выполнение полета, управление воздушным движением), в конкретном месте (аэродром, район аэродрома, маршрут полета), учитывая имеющийся восхода щий поток воздуха, получить характерную для него облачную систему и соответствующее атмосферное образование (синоптический объект) - воздушную массу (ВМ), атмосферный фронт (АФ), барическую систему (БС) - с определенными условиями погоды и полетов и на основании этого принять решение на выполнение летной работы или обслуживание воздушного движения (Приложение 3).

При изучении метеорологического обеспечения авиации рассматриваются следующие вопросы:

а) требования документов по метеорологическому обеспечению авиации на международном (ICAO, WMO, IATA), национальном (национальные органы метеорологической службы и гражданской авиации) и местном (аэродромные метеорологические органы и органы ОВД) уровнях;

б) сроки и порядки проведения метеорологических, аэрологи- ческих, радиолокационных, спутниковых и бортовых (наблюдения с борта воздушного судна) наблюдений за фактической погодой;

в) формы и методы предоставления авиационным потребителям метеорологической информации о фактической и прогнози- руемой погоде, а также об > опасных метеорологических явлениях и условиях погоды (Приложения 4,5,6).

Предлагаемое учебное пособие составлено на основе учебного пособия Г.П. Лещенко “Авиационная метеорология: вопросы и ответы”, получившего Гриф Министерства образования и науки Украины и изданного в 2006 и 2007 годах, переработанного и дополненного с учетом современных достижений в авиационной метеорологии, требований ICAO, JAR FCL и других документов по метеорологическому обеспечению авиации.

10