книги из ГПНТБ / Гайгеров С.С. Исследование синоптических процессов в высоких слоях атмосферы

ных следов за часовой период. По оценкам Барнеса и др. [247, 246], для опре­ деления преобладающих ветров за один месяц или более требуются точности индивидуальных измерений высоты не хуже 3 км, а также не менее двух на­ блюдений за час в каждом из двух, взаимно перпендикулярных направлений. Ис­ следование приливных явлений и синоптических особенностей в метеорной зоне

циркуляции и крупномасштабных процессов в метеорной зоне. В качестве при­ меров таких исследований можно привести работы И. А. Лысенко и др. [136], ра­ боту [62]; некоторые результаты совместного использования ракетных и мете­ орных данных приводятся и в настоящей книге. В связи с этим можно отметить важную тенденцию создания станций наблюдений за метеорными следами на ракетных полигонах, в местах расположения станций ракетного зондирования (Уайт-Сендс, США; Волгоград, о. Хейса, Молодежная, СССР) . Это открывает возможность параллельных наблюдений за режимом ветра обоими методами. Ря ­

с помощью радиолокации метеорных следов [137], большое распространение по­ лучили измерения коэффициентов амбиполярной диффузии. Состояние этой про­ блемы весьма подробно рассмотрено Ю. И. Портнягиным [176].

В целом радиолокационные наблюдения метеорных следов поставляют об­ ширную, систематическую и разнообразную метеорологическую информацию о слое атмосферы 80—100 км. Можно думать, что этот непрямой метод изучения высоких слоев атмосферы будет развиваться в течение ближайшего обозримого периода.

4. ЗОНДИРОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ ОРУДИИ

Остановимся кратко на более чем десятилетнем опыте приме­ нения орудий для зондирования атмосферы в США. К положи­ тельным характеристикам системы орудийного зондирования, сви­ детельствующим о преимуществах этой системы перед ракетными зондами, относятся:

1) высокая точность доставки полезного груза в заданную точку пространства независимо от условий погоды;

2)возможность ограничиться сравнительно небольшими поли­ гонами из-за минимального влияния ветра;

3)безопасные и удобные условия запуска снарядов по срав­ нению с пуском ракет.

Основными недостатками системы орудийного зондирования являются:

1) высокое ускорение и большое аэродинамическое нагревание, испытываемое снарядом при запуске и в полете, вследствие чего можно проводить измерения только с датчиками, способными вы­ держивать напряжение высоких ускорений и нечувствительными

кбольшим перегревам;

2)хотя стоимость орудийного заряда ниже стоимости ракет­ ного топлива, оперативная стоимость пуска снаряда 120-милли­ метрового орудия выше стоимости пуска малой метеорологической ракеты системы ускоритель — «Дарт». Это объясняется большей стоимостью орудия по сравнению со стоимостью ракетной пуско­ вой установки и быстрым износом стволов. Например, ствол 120миллиметрового орудия требует расточки или замены из-за эрозии после 200—400 выстрелов [253, 440].

Получили применение орудия по крайней мере трех калибров. 406-миллимет­ ровая орудийная система доставляет снаряд весом 88 кг до высоты около 140 км. Орудия калибра 175 мм забрасывают снаряд весом 27 кг до высоты около 100 км. Орудия калибра 120 мм обеспечивают высоты зондирования 65—70 км при весе

на 22,5 км. Производилась расточка нарезки, и получался гладкий ствол диа­ метром 129 мм. Пороховой заряд, воспламеняемый электрозапалом по всей длине

то

миниевых хвостового обтекателя и стабилизатооа. Диаметр корпуса 67 мм. Опе­

пазов. Сегменты сбрасываемого опорного кольца подкреплены пластиком и не­ много превышают калибр ствола для обеспечения устойчивости и обтюрации по­ роховых газов. Заряжение производится с помощью специальной гидравлической установки при максимальном усилии 10 т. Снаряд и пороховой заряд заклады­ ваются в ствол раздельно. После выстрела отделение частей опорного кольца от снаряда заканчивается на расстоянии около 15 м от дула. Контейнер для по­ лезного груза площадью 400 см2 состоит из цилиндрической разрезной трубы. На вершине траектории выбрасывающее пиротехническое устройство толкает кон­ тейнер вперед, срезаются болты, удерживающие носовой конус, и происходит вы­ брос полезного груза [440J.

Орудийное зондирование успешно используется при ветровых наблюдениях. Орудия калибров 120 и 175 мм включены в оперативную программу измерения ветра на метеорологической ракетной сети США, в качестве датчиков использу­ ются дипольные отражатели, реже — металлизированные парашюты. Орудия ка­ либра 405 мм применялись для исследования ветра в ионосфере с помощью ис­ кусственных химических облаков [358, 359]. На снарядах разных-калибров испытывались элементы электронного оборудования и датчики температуры. В бор­ товую аппаратуру снарядов калибра 405 мм включались солнечные ориентаторы, манометры давления, магнитометры и зонды электронной плотности Лангмюра. Имеется опыт сочетания ракеты с орудийным пусковым ускорителем. В этом

зондирования, и в первую очередь с подвижными станциями — на­ учно-исследовательскими судами, выполняющими ракетное зонди­ рование. Систематическое сопоставление метеорных и ракетных наблюдений, по существу, только начинается, поэтому необходимо применять дипольные отражатели с очень низким баллистическим коэффициентом для получения данных в перекрывающемся диа­ пазоне 70—100 км.

Вследствие развития термического зондирования со спутников возникнет потребность подкрепить эти данные материалами сети ветровых наблюдений на соответствующих высотах. В этом случае может потребоваться увеличение числа пунктов ветрового зонди­ рования. Для территорий со значительной плотностью населения может оказаться наиболее приемлемым орудийное зондирование, для которого нужен отвод небольших земельных площадей.

Г л а в а III

О Б Щ А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А С Т Р О Е Н И Я И Ц И Р К У Л Я Ц И И В Е Р Х Н Е Й С Т Р А Т О С Ф Е Р Ы И М Е З О С Ф Е Р Ы

1.ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Прежде чем приступить к рассмотрению вертикального строе­ ния стратосферы и мезосферы, напомним, что, согласно номенкла­ туре, принятой Комиссией по аэрологии Всемирной метеорологи­ ческой организации (ВМО) в 1961 г. [132], атмосфера выше тропо­ паузы делится на следующие слои и уровни:

1) стратосфера — слой между тропопаузой и стратопаузой,

вкотором температура обычно возрастает с высотой;

2)стратопауза — вершина инверсионного слоя в верхней стра­ тосфере (обычно на высоте около 50—55 км);

3)мезосфера — слой между стратопаузой и мезопаузой, в ко­ тором температура обычно понижается с высотой;

Д л я рассмотрения интересующих нас слоев атмосферы по эмпирическим данным можно обратиться к материалам, связанным с разработкой стандартных атмосфер. Это целесообразно из тех соображений, что для построения стан­ дартных атмосфер привлекаются наиболее обширные совокупности материалов наблюдений, которые тщательно анализируются и подробно обсуждаются.

В качестве стандартной атмосферы обычно принимается распределение по высоте температуры (а также плотности и давления), близкое к среднему годо­ вому для северного полушария. Реальный температурный профиль может сильно отличаться от стандартного [80]. Поэтому стандартная атмосфера дополняется данными об отклонениях (сезонных, широтных и т. д.). В течение ряда лет соз­ давались стандартные атмосферы для внутригосударственного использования. Примерами могут служить Стандартная атмосфера СССР 1964 г. [68, 187, 49, 145] и Стандартная атмосфера США 1962 г. [430].

Известна стандартная атмосфера Международной организации гражданской авиации (ИКАО) [319]. Комитетом по космическим исследованиям (КОСПАР) составлены подробные модели атмосферы, имеющие определенное климатологи­ ческое значение. К ним относятся справочная атмосфера КОСПАР 1965 г. (CIRA 1965) [265] и ее уточнения 1970 г. [310].

При анализе этого разреза учитывались выводы о точности измерений темпе­ ратуры, приведенные в главе I . Недостающие данные о температуре, в частности, для полярного района были получены с помощью средних карт барической топо­

Нкм

стратопаузы сравнительно мало меняется в зависимости от широты. Довольно отчетливо выражен минимум температуры в верхней стратосфере вблизи ши­ роты 65°. Примерно такие же особенности отмечены Коулом на построенном им вертикальном разрезе средней годовой температуры до высоты 60 км [263].

Вертикальный профиль средней годовой температуры полушария, приве­ денный на рис. 35, был вычислен путем подсчета средних арифметических зна­ чений температуры, снятых по изотермам рис. 36 через 10° широты, при интер­ вале высот 2 км, с приданием одинакового веса каждой широте.

Н км

Рис. 39. Средняя годовая температура на широте 15° (а) . Температура для широты 45° (б) и для широты 75° (е) .

ления температуры по высоте в указанные месяцы оказывается сходным, а ма­ териалы за 4 месяца более обширны, чем за сезон, представленный данными за 2—3 месяца. В целом, как будет видно из дальнейшего, выбор периодов года для определения экстремальных значений температуры не может быть сделан однозначно, так как экстремальные температуры на разных высотах достигаются в различное время.

В теплый период наивысшие температуры имеют место над полюсом вблизи 50 км, вторичный максимум над экватором выражен очень слабо. В верхней мезосфере область минимальных температур охватывает полярные и средние широты. В холодный период минимум температуры расположен в стратосфере полярного района, мезосферный максимум находится, по-видимому, вблизи 60-х широт. Над экватором и в тропиках вблизи 50 км расположен главный максимум

Рис. 40a. Средняя месячная температура и скорость ветра. УоллопсАйленд.

Скорость ветра (м/с): /) 2—3, 2) 5, 3) 25, 4) 50. Температура в °С.

температуры и область минимальных температур в верхней мезосфере. В табл. 19 приведены разности средних температур теплого и холодного периодов на раз­ личных широтах и высотах от 20 до 80 км.

Как видно из табл. 19, наибольшая разность средних температур теплого и холодного периодов отмечается в верхней стратосфере полярного района и умень­ шается в несколько раз в средних широтах. Годовой ход температуры убывает с высотой в мезосфере и на высоте 65 км испытывает обращение. В результате зимой в верхней части мезосферы температура оказывается много выше летних значений, достигающих минимума в полярном районе.