Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Материалы к лекциям.docx
Скачиваний:
5
Добавлен:
13.08.2019
Размер:
399.13 Кб
Скачать

Материалы к лекциям.

Часть I- Космическая метрология

Метеорология – наука, изучающая физические процессы и явления, происходящие в атмосфере Земли, в их неразрывной связи и взаимодействии с подстилающей поверхностью моря и суши.

Погода – физическое состояние атмосферы в данный момент и в данном месте, характеризующееся совокупностью метеорологических элементов и атмосферных явлении.

Основными метеорологическими элементами являются: атмосферное давление, температура, влажность и плотность воздуха, облачность, осадки и видимость, направление и скорость ветра.

К атмосферным явлениям относятся: гроза, туман, метель, пыльная буря, гололед, обледенение, болтанка, шквал и др.

Климат – характерный режим погоды в многолетнем разрезе, присущий какой-либо местности и складывающийся под влиянием географических условии данного района, циркуляции атмосферы, при-тока солнечной энергии и излучения Земли и атмосферы.

Авиационная метеорология – специализированная отрасль метеорологической науки, изучающая влияние метеорологических элементов и явлений погоды на авиационную технику и деятельность авиации, а также занимающаяся разработкой и совершенствованием способов и форм метеорологического обеспечения полетов.

СОСТАВ И СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Атмосфера – воздушная оболочка Земли; она представляет собой физическую смесь следующих основных газов (в % по объему): азота 78,09, кислорода 20,95, аргона 0,93 н углекислого газа 0,03. Других газов (неон, гелий, криптон, водород, ксенон, озон и радон) в атмосфере содержится менее 0,01%. Состав атмосферы до высоты 100 км практически постоянен.

В атмосферном воздухе имеются в переменных количествах водяной пар и различные примеси (пыль, мельчайшие капли воды, кристаллы льда, морские соли и продукты горения).

По решению Международного геодезического и географического союза, принятому в 1951 г., атмосферу условились делить на следующие основные и переходные слои:

Название слоя

Средняя высота, км

Название переходного слоя

Тропосфера

0-11

Тропопауза

Стратосфера

11-40

Стратопауза

Мезосфера

40-80

Мезопауза

Термосфера

80-800

Термопауза

Экзосфера

Выше 800

Тропосфера – нижний слой атмосферы, простирающийся в умеренных широтах до высот 10-12 км, в тропиках – до 16-18 км, в полярных областях –до 9-10 км. Физические свойства этого слоя в значительной степени зависят от свойств подстилающей поверхности.

В тропосфере происходит образование облаков и выпадение осадков, возникновение туманов, гроз, метелей, наблюдается обледенение летательных аппаратов.

Температура в этом слое атмосферы падает с увеличением высоты в среднем на 0,65°С через каждые 100 м. Здесь нередко встречаются слои воздуха, в которых температура либо повышается с высотой (инверсия), либо остается постоянной (изотермия). Инверсии и изотермии являются задерживающими слоями, препятствующими развитию вертикальных движений воздуха и кучевых облаков.

Тропопауза – переходный слой, отделяющий тропосферу от стратосферы. Толщина этого слоя колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров. Над экватором и субтропиками (до 40° с. ш. и ю. ш.) тропопауза располагается в среднем на высоте 16-18 км и называется тропической, в умеренных и полярных широтах – на высоте 9-12 км и называется полярной. Над циклонами в умеренных и высоких широтах тропопауза может опускаться до 5-7 км, над антициклонами – подниматься до 15-17 км.

Стратосфера – слой атмосферы, простирающийся от тропопаузы до высоты 40 км. Для нее характерно незначительное изменение температуры в слое 11-25 км и повышение ее в слое 25-40 км. Это покушение обусловлено интенсивным поглощением солнечной радиации озоном, максимальная концентрация которого находится в стратосфере.

На рис. 1 изображена схема строения атмосферы до высоты 100 км (температура и давление по данным ВСА-60).

Слой атмосферы от 60 до 400 км, называемый ионосферой, отличается сильной ионизацией, т. е. наличием большого количества электрически заряженных частиц – ионов и свободных электронов. В ионосфере наблюдается несколько уровней с повышенной ионизацией, которые способны отражать, поглощать и преломлять радиоволны.

Стандартная атмосфера (СА) – условное распределение по высоте средних значений основных термодинамических параметров и других физических характеристик атмосферы (давления, температуры, плотности, скорости звука и т. д.) для сухого и чистого воздуха постоянного состава. Данные СА используются для ряда инженерных и аэродинамических расчетов в целях их сравнимости (например, при расчетах подъемной силы и лобового сопротивления, для градуировки аэронавигационных приборов, в частности высотомеров, и т. п.). Для учета реальных атмосферных условий, которые, как правило, отличаются от данных стандартной атмосферы, вводятся поправки (напри-мер, при помощи аэронавигационной линейки). В СССР применяется временная стандартная атмосфера (ВСА-60) для высот от -2000 до 200000 м. Неполная ВСА60 приведена в табл. 3.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ

Температура воздуха измеряется в градусах и характеризует тепловое состояние атмосферы.

Температура воздуха имеет периодические колебания (суточный и годовой ход), зависящие от количества тепла, поступающего на данной географической широте от Солнца, характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции. Кроме того, наблюдаются непериодические колебания температуры, связанные со сменой воздушных масс, имеющих различную температуру. Наиболее вероятное распределение средней температуры до высоты 100 км показано на рис. 1.

Распределение средней температуры по месяцам в тропосфере и нижней стратосфере над центральным районом Европейской части СССР показано на рис. 2.

Наиболее низкие приземные температуры в северном полушарии наблюдаются зимой над Якутской АССР, где среднемесячная температура в январе достигает 50° мороза, а минимальная 70-72° мороза. Над Антарктидой отмечены еще более низкие температуры. На советской станции «Восток», расположенной на высоте 3420 м, отмечена самая низкая температура на Земле (-88,3°), а над Южным полюсом на высоте 21 км зарегистрирована самая низкая температура в стратосфере (-93°).

Самые высокие приземные температуры отмечены в Триполи (Северная Африка) и в Калифорнии (+58°). В СССР наиболее высокие среднемесячные температуры наблюдаются и Туркменской ССР в июле (+31°), а максимальная – до 48-50° тепла. В СССР наиболее высокие среднемесячные температуры наблюдаются в Туркменской ССР в июле (+31°), а максимальная — до 48—50° тепла.

Атмосферное давление – гидростатическое давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы. В метеорологии давление измеряют в миллибарах (мб); 1000 мб = 1 000 000 дин/см2, или 750,08 мм рт. ст.; следовательно, 1мб =0,75008 мм рт. ст., а 1 мм рт. ст.= 1,3332 мб.

За нормальное давление, называемое физической атмосферой, принимают атмосферное давление, равное 760 мм рт. ст., что соответствует 1013,25 мб, или 1,0332 кг/см2. Нормальное давление близко к среднему давлению на уровне моря.

Зависимость между атмосферным давлением и высотой выражается барометрической формулой:

где p0 – давление на высоте H0;

p – давление на высоте H;

R – газовая постоянная;

g – ускорение силы тяжести.

Для точных расчетов истинной высоты полета пользуются барометрической формулой Лапласа, которая учитывает изменение силы тяжести в зависимости от широты места, высоты над уровнем моря и влагосодержании воздуха:

где – разность высот, м.

– средняя температура слоя воздуха, ˚С;

– среднее отношение упругости водяного пара к давлению воздуха в слое между двумя уровнями;

– средняя арифметическая высота;

φ – широта;

По барометрической формуле Лапласа составлены подробные таблицы.

Для определения истинной высоты полета с меньшей точностью можно использовать более простую барометрическую формулу

где Н – высота полета, м;

ро – давление на поверхности земли;

р – давление на высоте полета;

t – средняя температура воздуха между уровнями рo и р.

Барометрической ступенью называется высота h, на которую надо подняться с исходного уровня, чтобы давление р упало на 1 мм рт. ст., или на 1 мб:

Зависимость барометрической ступени от температуры и давления:

Давление,

мб

Барометрическая ступень (м/мб) при t˚C

-40

-20

0

20

40

1000

6,7

7,4

8,0

8,6

9,3

500

13,4

14,7

16,0

17,3

18,6

100

67,2

73,6

80,0

86,4

92,8

Из таблицы видно, что барометрическая ступень растет с увеличением высоты, причем в теплом воздухе она больше, чем в холодном. Следовательно, давление с увеличением высоты быстрее понижается в холодном и медленнее в теплом воздухе.

Давление непрерывно изменяется как на поверхности земли, так и на высотах. Эти изменения носят периодический (сезонный и годовой ход) и непериодический характер, связанный с перемещением обширных атмосферных вихрей – циклонов и антициклонов.

Изобарические поверхности – поверхности равного давления. При пересечении с уровенными поверхностями (например, уровень моря) они дают систему замкнутых линий, называемых изобарами, которые соединяют точки с одинаковым давлением.

Плотность воздуха – одна из физических характеристик состояния воздуха, зависящая от атмосферного давления и температуры воздуха. Она увеличивается с понижением температуры и увеличением давления, и наоборот.

Различают весовую плотность – вес 1 м3 воздуха (кг/м3), массовую плотность – масса 1 м3 воздуха – находится делением весовой плотности на ускорение силы тяжести (кг·сек2/м4), и относительную плотность – отношение массовой плотности в реальных условиях к массовой плотности при нормальных условиях (давление 760 мм рт. ст., температура 15° С).

Плотность воздуха уменьшается с высотой, и это уменьшение в основном определяется изменением атмосферного давления.

Атмосферное давление учитывается при выборе эшелонов. Полет на эшелоне означает, что самолет летит на высоте, где атмосферное давление остается постоянным, т. е. вдоль изобарической поверхности. Данные о давлении учитываются при выборе безопасной высоты полета, а также при посадке. В последнем случае используется давление, измеренное на взлетно-посадочной полосе.

Отклонения температуры и плотности воздуха от стандартных оказывают существенное влияние на скороподъемность и практический потолок, на длину разбега и пробега самолетов, на мощность и тягу двигателей, на показания аэронавигационных приборов. Поэтому эти отклонения, часто наблюдающиеся в верхней тропосфере и нижней стратосфере, должны учитываться при составлении инженерно-штурманского графика полета.

Влажность воздуха – содержание водяного пара в воздухе, выраженное в абсолютных или относительных единицах.

Упругость водяного пара (в мм рт. ст. или мб) представляет собой парциальное давление водяного пара.

Абсолютная влажность – количество водяного пара в граммах в 1 м3 воздуха.

Удельная влажность – количество водяного пара в граммах на 1 кг влажного воздуха.

Относительная влажность R% - отношение фактической упругости водяного пара е к максимальной упругости Е при данной температуре:

Точка росы – температура, при которой воздух достиг бы состояния насыщения при данном влагосодержании и неизменном давлении.

Содержание водяного пара в атмосфере зависит прежде всего от температуры воздуха и условии испарения с подстилающей поверхности: оно больше при высокой температуре и над океанами и меньше при низкой температуре и внутри материков.

В экваториальной зоне абсолютная влажность бывает около 20 г/м3, в умеренных широтах – 5-7 г/м3, а при сильных морозах уменьшается до 1 г/м3 и ниже. С подъемом на высоту количество водяного пара быстро уменьшается: на высотах 1,5-2 км – в два раза, на высоте 5 км – в десять раз. Основная масса водяного пара сосредоточена в нижнем слое атмосферы толщиной 10-12 км. Выше он содержится в ничтожных количествах.

Ветер – движение воздуха относительно земной поверхности, характеризуется направлением и скоростью. Направление ветра измеряется в градусах, при этом отсчет ведется от севера по часовой стрелке: северное направление соответствует 0° (или 360°), восточное –90°, южное – 180°, западное – 270°. Направление метеорологического ветра (откуда дует) отличается от направления аэронавигационного (куда дует) на 180°. Скорость ветра измеряется в метрах в секунду.

В тропосфере скорость ветра с высотой увеличивается и достигает максимума под тропопаузой. В зоне тропопаузы и в нижней стратосфере ветер ослабевает и достигает минимума на высоте 18-20 км, а выше снова усиливается. Более слабые ветры наблюдаются в теплую половину года и более сильные – зимой (рис. 3).

Причиной возникновения ветра является неравномерное распределение атмосферного давления в горизонтальном направлении. Вследствие этого на воздух действует сила, стремящаяся переместить его из зоны более высокого в зону более низкого давления. Она называется силой барического градиента.

Кроме этой силы, на направление и скорость ветра оказывают влияние вращение Земли, сила трения и центробежная сила. Под действием этих сил ветер у поверхности земли всегда дует под некоторым углом к изобаре, отклоняясь в сторону низкого давления. На суше угол между касательной к изобаре и направлением ветра составляет и среднем 40°, над морем – 15о. Выше слоя трения (600-1000 м) движение воздуха происходит параллельно изобарам. Так, если встать лицом по направлению ветра, то в северном полушарии низкое давление будет располагаться слева, а высокое – справа.

Ветер оказывает влияние на взлет и посадку самолетов, на самолетовождение, бомбометание, перемещение радиоактивного облака и т. д. По своей структуре ветер имеет турбулентный характер, вследствие чего самолеты при попадании в зону турбулентности (болтанки) испытывают перегрузки, различные по величине и знаку.

Облака – скопление в атмосфере мелких капель воды и ледяных кристаллов (или их смеси), возникших в результате конденсации водяного пара.

Количество облаков оценивается визуально по 10-балльной шкале в зависимости от степени покрытия неба: при безоблачном небе – 0 баллов, при сплошной облачности – 10 баллов.

Высота облаков измеряется с помощью потолочных прожекторов, свето- и радиолокаторов, шаров-пилотов и самолетов.

Облака наряду с видимостью определяют степень сложности погоды. С облаками неразрывно связаны осадки, грозы, обледенение и сильная болтанка. Характеристика облаков дана в табл. 1.

Осадки – частицы воды в жидком или твердом виде, выпадающие из облаков на земную поверхность (дождь, снег, град) или осаждающиеся на ней непосредственно из воздуха вследствие конденсации водяного пара (гололед, иней, изморозь).

По характеру выпадения осадки разделяют на обложные, выпадающие из слоисто-дождевых и высоко-слоистых облаков в виде капель дождя средней величины или в виде снежинок; ливневые, выпадающие из кучево-дождевых облаков в виде крупных капель дождя, хлопьев снега или града; моросящие, выпадающие из слоистых, слоисто-кучевых облаков в виде очень мелких капель дождя.

Полет в зоне осадков сопровождается резким ухудшением видимости и снижением высоты облаков, болтанкой, обледенением в переохлажденном дожде и мороси, повреждением поверхности самолета (в случае выпадения града).

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЛАКОВ И ИХ ВЛИЯНИЯ НА ПОЛЕТ

Таблица 1.

Ярус

Основные формы облаков

Средняя высота нижней границы облаков

Вертикальная мощность облаков

Видимость в облаках

Осадки

Влияние на полет

Внешний вид облаков и другие характеристики

Болтанка

Обледенение

Верхний ярус

Перистые

7000-10000 м

От нескольких сотен метров до нескольких километров

От нескольких километров до нескольких сотен метров

Не выпадают

Полет спокоен. В облаках, связанных со струйными течениями, болтанка от умеренной до сильной

Очень редко слабое

Белые, очень тонкие и про-зрачные волнистые облака, разбросанные по небу. Появление таких облаков может указывать на при-ближение атмосферного фронта

Перисто-кучевые

6000-8000 м

Несколько сотен метров

От нескольких километров до нескольких сотен метров

Не выпадают

Полет спокоен. В облаках, связанных со струйными течениями, болтанка от умеренной до сильной

Очень редко слабое

Белые, тонкие и прозрач-ные облака в виде мелких волн, хлопьев или ряби. Наблюдаются в небольшом количестве и чаще с другими облаками верхнего яруса

Перисто-слоистые

6000-8000 м, нижняя граница часто сливается с высоко-слоистыми

От нескольких сотен метров до нескольких километров

От нескольких километров до нескольких десятков ветров

Не выпадают

Полет спокоен. В облаках, связанных со струйными течениями, болтанка от умеренной до сильной

Очень редко слабое

Белая или голубоватая тонкая однородная пелена облаков, закрывающая все небо. Появление таких облаков указывает на при-ближение атмосферного фронта (теплого, окклюзии)

Средний ярус

Высоко-кучевые

2000-6000 м

Несколько сотен метров

Менее 200 м

Не выпадают

Слабая, иногда умеренная и сильная в башенкообразных облаках

Слабое, иногда умеренное при температуре от 0 до -10˚

Белые, иногда сероватые облака в виде волн, плас-тин или хлопьев, закры-вающие значительную часть неба. Облака в виде полос связаны с фронтами, а башенкообразные являются предвестниками грозы. Солнце и луна сквозь облака просвечивают

Высоко-слоистые

3000-6000 м

Несколько километров

Менее 200 м

Зимой иногда обложной снег, летом иногда слабый дождь, не достигающий земли

Иногда слабая

Слабое, умеренное и сильное при температуре от 0 до -10˚

Сплошная серая одно-родная пелена облаков. Солнце и луна сквозь облака просвечивают слабо. Появление этих облаков указывает на бли-зость зоны осадков, свя-занных с фронтом (теплым, окклюзией)

Нижний ярус

Слоисто-дождевые

100-1000 м. Верхняя граница часто сливается с высоко-слоистыми

2-3 км, иногда более 5 км

Менее 100 м

Обложные. Летом дождь, зимой снег

Слабая и умеренная, особенно в нижнем слое облаков

При температуре от 0 до -10˚ умеренное, иногда сильное, ниже -10˚ слабое

Темно-серый облачный слой. При осадках нижняя граница размыта. Солнце и луна не просвечивают. Типичные облака теплого фронта окклюзии

Слоисто-кучевые

От 600 до 1500 м

0,2-1,0 км

Менее 200 м

Иногда морось или слабый снег

От слабой до умеренной

При температуре от 0 до -10˚ от слабого до умеренного

Серые облака в виде гряд, волн, пластин или хлопьев, иногда просвечивающие

Слоистые

От 100 до 700 м, иногда сливаются с туманом

0,2-0,8 км

Менее 100 м

Иногда морось или слабый снег

Иногда слабая

При температуре от 0 до -10˚ от слабого до умеренного

Однородный серый слой облаков, нижняя граница часто имеет вид клочьев. Видимость под облаками часто плохая. Облака нередко закрывают возвышенности

Облака вертикального развития

Плоские

кучевые

800-1500 м

От нескольких десятков до нескольких сотен метров

Менее 50 м

Не выпадают

От слабой до умеренной

Не наблюдается

Отдельные плотные белые облака с кучеобразными вершинами, слабо развитыми по вертикали. Характеризуют устойчивое состояние атмсосферы

Мощные

кучевые

600-1500 м

От нескольких сотен метров до нескольких километров

20-40 м

Иногда слабые в виде крупных капель

Сильная и очень сильная. Входить в этим облака запрещается

Умеренное и сильное при отрицательных температурах

Сильно развитые по вертикали белоснежные облака с куполообразными вершинами и темным основанием. Указывают на неустойчивое состояние атмосферы. Нередко перерастают в кучево-дождевые

Кучево-дождевые

400-1000 м, иногда и ниже

3-6 км, летом вершины часто достигают тропопаузы

10-30 м. В верхней части облака иногда 50-100 м и более

Летом сильный ливневый дождь, иногда с градом, зимой сильный хлопьевый снег, иногда снежная крупа

Сильная и очень сильная. Входить в этим облака запрещается

Сильное во всем облаке при отрицательных температурах

Огромные горообразные облачные массы с вершинами, имеющими часто волокнистое строение в фолрме наковальни. В теплую половину года часто сопровождаются грозами. Возможны разряды молнии в самолет

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТУМАНОВ

Таблица 2.

Тип

Время года

Условия образования тумана

Условия рассеивания тумана

Районы возникновения тумана

Районы, неблагоприятные для образования тумана

Радиационный туман

В течение всего года

Охлаждение приземного слоя воздуха до состояния насыщения водяным паром в результате отдачи тепла земной поверхностью в ясные тихие ночи

Повышение температуры после восхода солнца, усиление ветра

Участки суши, особенно низины (луга, болота)

Возвышенности или прибрежные районы, а также районы с сильными ветрами и районы, закрытые облаками

Адвективный туман над сушей

Холодная половина года

Охлаждение теплого и влажного воздуха при перемещении над холодной поверхностью земли до состояния насыщения водяным паром

Рассеивание при смене воздушной массы или повышении температуры. При усилении ветра превращается в низкие слоистые облака

Большие площади суши и особенно наветренные склоны возвышенностей

Подветренные склоны возвышенностей

Адвективный туман над морем

В течение всего года

Охлаждение теплого воздуха при движении над холодной водной поверхностью до состояния насыщения водяным паром

Смена воздушной массы. В прибрежных районах повышение температуры днем

Открытые участки моря, прилегающие равнинные участки суши - ночью

Районы, удаленные от моря, особенно подветренные склоны возвышенностей

Фронтальный туман

В течение всего года

Снижение облаков, связанных с атмосферным фронтом, до поверхности земли

Перемещение атмосферного фронта, смена воздушных масс

Возвышенности, особенно их наветренные склоны

Низины и подветренные склоны возвышенностей

Морозный туман

Зима

Сильные морозы (-30о и ниже) в безветренную погоду

Усиление ветра, повышение температуры

Населенные пункты, особенно промышленные районы

Районы, удаленные от населенных пунктов

Туман – такое скопление мельчайших капель воды или кристаллов льда в приземном слое воздуха, когда горизонтальная видимость не превышает 1 км. При горизонтальной видимости от 1 до 10 км это явление называют дымкой.

Туман серьезно осложняет взлет и особенно посадку самолетов, а иногда делает их опасными. При распространении на большой территории туманы сильно затрудняют или вовсе исключают визуальную ориентировку. В табл. 2 дана характеристика основных типов туманов, наблюдающихся на территории СССР.

Гроза – атмосферное явление, связанное с образованием кучево-дождевых облаков, электрических разрядов в виде молнии, сопровождающихся звуковым эффектом – громом и выпадением обильных ливневых осадков.

Грозы бывают двух основных типов: внутримассовые, возникающие в неустойчивых воздушных массах, и фронтальные, возникающие на атмосферных фронтах. На территории СССР грозы наблюдаются главным образом летом, реже весной и осенью и очень редко зимой. В среднем в году отмечается от 20 до 30 дней с грозой.

Главную опасность для самолета и экипажа представляют мощные восходящие и нисходящие потоки воздуха внутри кучево-дождевых облаков (20-40 м/сек и более), вызывающие болтанку. Попадая в такие потоки, самолет становится неуправляемым и в течение короткого промежутка времени может самопроизвольно набрать или потерять несколько километров высоты. Сильная болтанка нередко отмечается при полете в непосредственной близости от кучево-дождевых облаков.

При полете в кучево-дождевых облаках и вблизи них может произойти разряд молнии в самолет. Чаще всего молнией поражаются наружные части самолета: антенны, пластмассовые части, подвижные поверхности (элероны, хвостовое оперение). Иногда отмечаются прожоги металлической обшивки диаметром от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. При полете в зоне грозовой деятельности сильно затрудняется радиосвязь на коротких радиоволнах из-за радиопомех, обусловленных грозовыми разрядами.

Град, выпадающий летом из грозовых облаков, представляет серьезную опасность для самолета, потому что его лобовые части за несколько десятков секунд полета в зоне града могут получить значительные повреждения. Град может наблюдаться при полете не только под облаками, но и внутри кучево-дождевых облаков на значительных высотах. Так, например, мелкий град был отмечен на высоте 13 км, а крупный – на высоте 9,5 км. Избежать встречи с градом можно при полетах над облаками или на удалении 10-15 км от грозовых облаков.

Шквал – внезапное и кратковременное усиление скорости ветра (более 15 м/сек), сопровождающееся изменением его направления. Шквалы возникают в передней части грозовых облаков.

Чтобы избежать опасных явлений, связанных с грозой, необходимо тщательно изучать метеорологические условия перед полетом: определить по картам погоды тип грозы (фронтальная, внутримассовая), ее зону и интенсивность; использовать наземные и самолетные радиолокационные станции сантиметрового диапазона для обнаружения и своевременного обхода грозовых очагов; избегать пересечения фронтальных гроз; если полет через грозовой фронт неизбежен, то он должен выполняться выше кучево-дождевых облаков не менее чем на 500 м; внутримассовые грозы можно обходить стороной на удалении от кучево-дождевых облаков не менее чем на 10-15 км.

СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ И БОЛТАНКА НА БОЛЬШИХ ВЫСОТАХ

В верхней тропосфере и в стратосфере наблюдаются зоны весьма сильных ветров (30 м/сек и более), простирающиеся на тысячи километров в длину, сотни километров в ширину и несколько километров в высоту. Такие зоны называют струйными течениями.

Над СССР струйные течения наблюдаются главным образом на высотах 7-12 км, чаще зимой и реже летом. Они, как правило, связаны с атмосферными фронтами, и их называют фронтальными. Скорость ветра в них достигает 100-200, а иногда 300 км1час и более (рис. 4). В струйных течениях преобладают северо-западные, западные и юго-западные ветры, реже наблюдаются ветры других направлений.

Между 20 и 35° с. ш. на высоте 12-14 км располагается субтропическое струйное течение, северная часть которого летом обнаруживается над Закавказьем и Средней Азией. В стратосфере на различных высотах также отмечаются струйные течения (например, между 60 и 70° с. ш. и слое 20-30 км), но изучены они пока недостаточно хорошо.

Струйные течения, особенно фронтальные, непрерывно изменяются как по скорости ветра, так и по высоте и географическому положению. Это связано с постоянно происходящими изменениями температуры в атмосфере. Фронтальные и субтропические струйные течения легко обнаруживаются на картах барической топографии 300 и 200 миллибар по наибольшему сгущению изогипс и сильным ветрам.

При полете в струйном течении против ветра резко уменьшается путевая скорость, а при полете по ветру, наоборот, возрастает. Чтобы избежать сильных встречных ветров, которые чаще всего наблюдаются при полете с востока на запад, целесообразно изменить эшелон полета. Например, можно подняться в нижнюю стратосферу, где скорость ветра быстро ослабевает. Уменьшение скорости ветра происходит и ниже оси струйного течения, но несколько медленнее, чем в нижней стратосфере.

При пересечении струйного течения под углом, близким к 90°, возникнет большой снос самолета. При ширине струйного течения 500-1000 км и недостаточно точном учете сноса самолет может значительно отклониться от маршрута.

В струйных течениях наблюдается значительная турбулентность, вызывающая болтанку самолетов, которая может быть не только при полете в облаках, но и при ясном небе. Болтанка чаще всего наблюдается в слое, расположенном на 500-1000 м ниже тропопаузы, и на циклонической стороне струйного течения, реже – на антициклоническои (см. рис. 4). Слой болтанки имеет толщину в среднем 300-500 м, протяженность 80-100 км, а иногда и более.

Вне струйных течений болтанка на больших высотах наблюдается при пересечении тропопаузы, имеющей крутой наклон, и в верхней части кучево-дождевых облаков.

Чтобы избежать внезапного попадания в зоны болтанки на больших высотах и знать пути обхода их, необходимо при изучении метеорологических условий перед полетом обратить особое внимание на наличие струйных течений, высоту и наклон тропопаузы, расположение облачности верхнего яруса и грозовых очагов. При попадании в зону болтанки летчик должен избегать резких движений рулями управления и стремиться к сохранению горизонтального полета. Действовать рулями управления следует лишь в тех случаях, когда самолет не возвращается самостоятельно в прежнее положение. Болтанка более опасна при полете на практическом потолке, где самолет обладает меньшей устойчивостью. Поэтому в целях безопасности целесообразно выполнять полет несколько ниже практического потолка самолета данного типа.

Обледенение – отложение льда на обтекаемых частях самолета, силовых установках и внешних деталях специального оборудования при полете в воздухе, содержащем переохлажденные капли воды. Самолеты могут обледенеть и на земле.

При обледенении в полете наибольшую опасность представляет не столько увеличение веса самолета, сколько ухудшение его аэродинамических характеристик: увеличение лобового сопротивления, уменьшение подъемной силы и т. д. При неравномерном отложении льда на несущих поверхностях появляются добавочные силы, создающие вибрацию крыльев, хвостового оперения и затрудняющие управление самолетом.

У газотурбинных двигателей на реактивных самолетах обледеневают некоторые детали, располагающиеся во входном канале: кромка воздухозаборника, стойки входного устройства, внутренний обтекатель. При обледенении воздухозаборника сокращаются проходные сечения, уменьшаются расход воздуха и тяга двигателей. В случае интенсивного обледенения возможна остановка двигателей.

Для оценки степени опасности обледенения важное значение имеет интенсивность обледенения, т. е. скорость нарастания льда на лобовых частях самолета, выражаемая в миллиметрах в минуту. Интенсивность обледенения зависит от водности облака и размера капель, скорости полета и формы частей самолета. Чем больше водность и размер капель, тем интенсивнее обледенение.

Водностью облака (в г/м3) называют количество воды (жидкой или в виде льда) в граммах, содержащееся в 1 м3 воздуха. В капельножидких облаках водность колеблется от 0,2 до 5 г/м3. Наибольшую водность имеют кучево-дождевые облака, несколько меньшую слоисто-дождевые, затем слоистые и слоисто-кучевые и наименьшую – облака верхнего и среднего ярусов. Поэтому наиболее интенсивное обледенение наблюдается в кучево-дождевых и мощно-кучевых облаках и наименьшее в высоко-слоистых и высоко-кучевых облаках. Интенсивное обледенение происходит при водности облаков более 1 г/м3.

При одной и той же водности обледенение будет интенсивнее в облаке, состоящем из более крупных капель. Это объясняется тем, что большинство мелких капель воды обтекает лобовые части самолета вместе с воздушным потоком, тогда как крупные капли, обладающие большей инерцией, сталкиваются с поверхностью самолета.

Скорость полета самолета играет двоякую роль. Увеличение скорости ведет к росту интенсивности обледенения, так как в единицу времени на лобовых частях самолета будет осаждаться больше водяных капель. Но при некоторой скорости полета поверхность самолета вследствие кинетического нагрева будет иметь положительную температуру; при этих условиях обледенение самолета исключается. На скоростных самолетах можно избежать обледенения при скорости полета 700 км/час и более. Различают четыре основных вида льда: иней, непрозрачный, прозрачный и матовый лед.

Иней образуется при полете вне облаков в случае попадания само-лета, поверхность которого имеет отрицательную температуру, в более теплый и влажный слои воздуха. В этом случае водяной пар, минуя фазу жидкости, отлагается на поверхности самолета в виде мелких кристаллов льда.

Иней может образоваться и при быстром снижении или наборе высоты, если имеется инверсия температуры. Такой вид обледенения не представляет серьезной опасности, так как быстро исчезает при входе в слой воздуха с положительной температурой. В ясную морозную ночь иней может оседать на поверхности самолета при стоянке на земле; перед взлетом его надо обязательно удалять, так как он значительно увеличивает лобовое сопротивление и ухудшает взлетные характеристики самолета.

Непрозрачный пористый лед образуется при полете в переохлажденных облаках, состоящих из мелких капель воды, которые при столкновении с поверхностью самолета мгновенно замерзают; между ними остаются значительные пространства, заполненные воздухом. Такой лед отлагается при температуре от -5 до -25° С, но чаще всего при температуре ниже -10°. Он не сильно ухудшает аэродинамику несущих поверхностен и лишь при длительном полете в облаках может стать опасным. Непрозрачный пористый лед легко удаляется с поверхности самолета.

Прозрачный лед осаждается на поверхности самолета при полете в облаках, содержащих большое количество крупных капель волы, или в зоне переохлажденного дождя. При столкновении с лобовыми частями самолета водяные капли замерзают лишь частично, остальная вода растекается по поверхности и замерзает в виде гладкого стекловидного слоя льда. Такой лед очень прочно держится на самолете, значительно увеличивая его вес. Прозрачный лед образуется при температурах от 0 до -10°, но чаще при температурах от 0 до -5°.

Матовый лед образуется при полете в облаках, состоящих из различных по величине капель воды и кристаллов льда, при температурах от 0 до -20°, но чаще всего при температурах от 0 до -10°. Такой лед неравномерно оседает на лобовых частях, крепко держится на поверхности и сильно ухудшает аэродинамику самолета.

Наиболее часто отлагается матовый и непрозрачный пористый лед. Нередко наблюдается образование смешанного льда.

Для успешного преодоления зоны обледенения необходимо:

– изучить метеорологические условия перед полетом, обратив особое внимание на атмосферные фронты и условия погоды на них, на горизонтальную и вертикальную протяженность облаков и распре-деление температуры в них, особенно на высоту изотерм нулевой и -20°, так как в диапазоне температур от 0 до -20° вероятность обледенения в облаках весьма значительна; наиболее интенсивное обледенение возможно при температурах от 0 до -10°;

– выбирать эшелоны полета, располагающиеся либо ниже нулевой изотермы, либо выше изотермы -20°;

– увеличить скорость полета (например, до 700 км/час) или изменить эшелон полета; в большинстве случаев толщина облаков с сильным обледенением редко превышает 1000 м; исключение составляют кучево-дождевые облака, в которых толщина слоя интенсивного обледенения и сильной болтанки может достигать нескольких километров;

– выполнять полет выше облаков, если сильное обледенение и болтанка встретились в облаках, образовавшихся у наветренных склонов гор;

– при попадании в зону интенсивного обледенения прекратить полет и произвести посадку на ближайшем аэродроме;

– при наличии на маршруте слоистых или слоисто-кучевых облаков с отрицательной температурой подняться выше облаков; их вертикальная мощность редко превышает 1000 м.

Если обледенение неизбежно, выбирать эшелон с таким расчетом, чтобы продолжительность полета в переохлажденных облаках была минимальной.

Видимость – важнейший метеорологический элемент, определяющий степень сложности метеорологических условий.

Под видимостью в атмосфере вообще подразумевается предельное расстояние, на котором обнаруживается объект (ориентир).

Различают горизонтальную видимость – видимость крупных земных предметов у поверхности земли, определяемую метеорологами, и полетную видимость, т. е. видимость различных объектов при наблюдении с самолета. В свою очередь полетная видимость может быть горизонтальной, вертикальной и посадочной.

Полетная видимость непосредственно не измеряется на метеорологических станциях и нередко может значительно отличаться от горизонтальной. Только тщательное изучение метеорологических условий позволяет делать заключение о полетной видимости.

Видимость в основном зависит от прозрачности воздуха, т. е. от содержания в нем различных примесей (капельки воды, снежинки, пыль). Наибольшей прозрачностью и, следовательно, наилучшей видимостью обладают воздушные массы, приходящие из Арктики и с океанов. В воздушных массах, проходящих над пустынями и степями, с поверхности которых в воздух поднимается много пыли, видимость плохая.

КАРТЫ ПОГОДЫ

Для оценки метеорологических условий наряду с данными воздушной и радиолокационной разведки погоды используются карты погоды, представляющие собой бланки географических карт, на которые цифрами и условными знаками наносятся сведения о погоде, наблюдавшейся одновременно на большой территории.

Приземные карты погоды содержат данные о количестве, форме и высоте облаков, направлении и скорости ветра, температуре воздуха и атмосферном давлении, о видимости и точке росы, об осадках и атмосферных явлениях (туман, гроза, метель, пыльная буря и др.).

На приземных картах области выпадения осадков закрашиваются зеленым цветом, зоны туманов – желтым, фронты проводятся в месте пересечения фронтальной поверхности с поверхностью земли: теплый фронт – красной линией, холодный – синен, фронт окклюзии – коричневой; изобары проводятся простым карандашом.

Аэрологические карты, или карты барической топографии, содержат данные о высоте изобарических поверхностей, температуре, направлении и скорости ветра на различных высотах. Эти данные получают при помощи радиозондов, поднимаемых в атмосферу. Основным элементом, который необходим для составления таких карт, является геопотенциал, представляющий собой работу, которую нужно совершить для подъема единицы массы воздуха от начального уровня (например, от уровня моря) до данной изобарической поверхности. За единицу геопотенциала принят геопотенциальный метр, выражающий работу, которую необходимо затратить при подъеме массы воздуха в 1 т на высоту 1 м. При ускорении силы тяжести g=9,8 м1сек высоты в геопотенциальных метрах точно соответствуют высотам в линейных метрах.

На карты наносятся высоты интересующей изобарической поверхности над уровнем моря в геопотенциальных декаметрах, а затем простым карандашом проводятся изогипсы – линии равных значений геопотенциала.

Область с наименьшим геопотенциалом соответствует центру циклона, а с наибольшим – центру антициклона на уровне данной изобарической поверхности. Направление ветра на картах барической топографии совпадает с направлением изогипс, а скорость ветра будет тем больше, чем больше их густота. В метеоподразделениях составляются карты абсолютной барической топографии 850, 700, 500, 300, 200 и 100 миллибар, что соответствует примерно уровням 1500, 3000, 5000, 9000, 12000 и 16000 м.

ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ

Воздушная масса – объем воздуха, соизмеримый по величине с материками, океанами или их частями; она сравнительно однородна по распределению в ней основных метеорологических элементов в горизонтальном направлении.

По высоте воздушные массы могут простираться от 1-2 км до тропопаузы. Они разделяются на теплые (устойчивые), движущиеся на более холодную подстилающую поверхность и приносящие потепление, и холодные (неустойчивые), движущиеся на более теплую подстилающую поверхность и несущие похолодание.

В теплой воздушной массе летом наблюдается малооблачная погода и удовлетворительная видимость, а зимой – низкая слоистая облачность, туман, моросящие осадки и плохая видимость. Полет в такой воздушной массе спокоен.

В холодной воздушной массе летом наблюдается образование кучевообразных облаков, выпадение ливневых осадков, сопровождающееся грозами, а зимой выпадение хлопьевого снега и крупы; видимость вне зон осадков в общем хорошая. Полет в такой воздушной массе сопровождается интенсивной болтанкой, особенно в кучево-дождевых облаках и под облаками.

АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ

Воздушные массы, имеющие различные физические свойства, разделяются узкими наклонными переходными зонами, которые называются атмосферными фронтами. В таких зонах более холодный воздух как более тяжелый располагается в виде острого клина под теплым воздухом. В зависимости от направления движения воздушных масс фронты подразделяются на теплые и холодные.

Теплый фронт – фронт, перемещающийся в сторону холодного воздуха, при этом холодный воздух отступает и замещается теплым; он приносит потепление. На рис. 5 схематически показаны условия погоды, характерные для теплого фронта: многослойная облачность, нередко простирающаяся до тропопаузы, широкая зона обложных осадков, небольшие высоты нижней границы облаков (50-200 м), иногда туман. При полете в облаках, имеющих отрицательную температуру, самолет может подвергнуться обледенению различной интенсивности. Летом при неустойчивом состоянии теплого воздуха, восходящего по клину холодного воздуха, на теплых фронтах возникают грозы.

Холодный фронт – фронт, перемещающийся в сторону теплого воздуха, при этом теплый воздух отступает и замещается холодным. Такой фронт приносит похолодание. На рис. 6 схематически пока¬зана погода, характерная для холодного фронта летом: кучево-дождевые облака, ливневые дожди и грозы, иногда сопровождающиеся ураганными ветрами. Пересекать такой фронт следует выше облаков. Зимой толщина облаков на холодном фронте редко превышает 3-5 км.

В циклонах происходит смыкание холодного фронта с теплым, т. е. образуется сложный фронт, называемый окклюзией. При образовании окклюзии участвуют две холодные воздушные массы и одна теплая. На рис. 7 показана схема теплого, а на рис. 8 – схема холодного фронта окклюзии. Условия погоды на фронтах окклюзии зависят от тех же факторов, что и на основных фронтах, т. е. от степени устой¬чивости воздушных масс и их влагосодержания, времени года и суток, а также от рельефа местности.

Холодные фронты окклюзии чаще наблюдаются в теплую половину года, погода в их зонах сходна с погодой в зоне холодного фронта. Теплые фронты окклюзии характерны для холодной части года, погода в их зонах сходна с погодой в зоне теплого фронта.

ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫ

В атмосфере выделяются два основных типа барических систем: циклоны и антициклоны, представляющие собой огромные вихри с диаметром от нескольких сотен до нескольких тысяч километров. В циклонах и антициклонах изобары имеют приблизительно круговую или эллипсовидную форму. В центре циклона наблюдается минимальное давление, увеличивающееся к периферии. В антициклонах, наоборот, в центре наблюдается максимальное давление, а к периферии оно уменьшается. В северном полушарии в циклоне ветры в слое трения (600-1000 м) дуют по спирали от периферии к центру против хода часовой стрелки, а в антициклоне – по спирали от центра к периферии по ходу часовой стрелки.

Промежуточные барические системы: ложбина – полоса пониженного давления, вытянутая в виде желоба от центра циклона; гребень – полоса повышенного давления, вытянутая от центра антициклона; седловина –барическая область между двумя циклонами и двумя антициклонами, расположенными крест-накрест.

В циклоне наблюдается многослойная облачность, обильные осадки, сильные ветры, летом грозы. В антициклонах летом преобладает малооблачная погода и хорошая видимость, зимой – либо безоблачная погода, либо тонкие слоистые облака, туманы, слабые ветры. В ложбинах погода в основном имеет циклонический характер, а в гребнях – антициклонический.

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЛЕТОВ

Метеорологическими условиями называется совокупность метеорологических элементов и явлении, наблюдающихся в районе или на маршруте полета, оказывающих влияние на выполнение полетного задания. В зависимости от степени сложности метеорологические условия подразделяются на простые и сложные.

К полетам в сложных метеорологических условиях относятся все дневные и ночные полеты, выполняемые в облаках, а для некоторых типов самолетов и за облаками при облачности 8-10 баллов, а также полеты под облаками и полеты с заходом на посадку при ограниченной горизонтальной видимости и установленных предельных высотах нижней границы облаков.

Метеорологическое обеспечение полетов осуществляется подразделениями метеорологической службы.

Метеорологическое обеспечение полетов включает:

– предоставление командирам и штабам всех видов метеорологической информации, прогнозов погоды, климатических справок и описаний, необходимых для планирования и принятия решения на проведение полетов;

– информацию командиров и летного состава о фактическом и ожидаемом состоянии погоды на период полетов;

– своевременное предупреждение командования о возникновении и развитии явлений погоды, угрожающих безопасности полетов и сохранности авиационной техники на аэродромах.

Авиационно-климатическая справка (описание) для района базирования или маршрута составляется в интересах планирования учебно-боевой подготовки, проведения учений и боевых операций, а также для более глубокого изучения летным составом метеорологических условий перед полетом. Основное внимание в справке уделяется метеорологическим элементам и явлениям, определяющим степень сложности метеорологических условий по месяцам. Особо отмечаются участки маршрутов или районы полетов, где можно ожидать наиболее сложные метеорологические условия в зависимости от времени года и суток.

Прогнозом погоды называется научно обоснованное предположение о будущем состоянии погоды. Прогноз погоды составляется на основе прогноза синоптического положения, т. е. будущего распределения и свойств воздушных масс, атмосферных фронтов и барического поля.

Прогнозы погоды (по месту) составляются по району аэродрома или району базирования и по району полетов или по маршруту.

По времени прогнозы подразделяются на краткосрочные (суточные прогнозы и прогнозы на период полетов) и долгосрочные, составляемые на срок более одних суток.

В краткосрочных прогнозах погоды на период полетов указываются: количество, форма, высота нижней и верхней границ облачности, осадки, дальность горизонтальной видимости у поверхности земли, температура, направление и скорость ветра у земли и на высоте полета, опасные явления погоды (гроза, туман, дымка, метель, пыльная буря, гололед, обледенение, болтанка и др.), высота тропопаузы, а также положительные отклонения температуры на эшелонах полетов от ее значений по стандартной атмосфере.

Прогноз погоды записывается в бюллетень погоды. В него же вписываются данные о фактическом состоянии погоды на аэродромах взлета и посадки, а также помещается вертикальный разрез ожидаемого состояния атмосферы, т. е. графическое изображение прогноза погоды. Бюллетень погоды вручается перед началом полетов руководителю полетов и командирам экипажей.

Опасными явлениями погоды называются явления, усложняющие или полностью исключающие полеты (взлет, посадку) самолетов и угрожающие сохранности авиационной техники на аэродромах.

Штормовое оповещение – сообщение о начавшемся опасном для авиации явлении погоды.

К подаче оповещений на аэродром базирования привлекаются метеоподразделения авиации Вооруженных Сил и гражданские метеостанции, расположенные вокруг аэродрома в радиусе от 100 до 300 км.

Штормовые оповещения подаются при наблюдении тумана или осадков – независимо от видимости; метели, дымки или пыльной бури – при видимости днем 2 км и менее, ночью 4 км и менее; грозы, града или гололеда – независимо от интенсивности; низкой облачности высотой днем 200 м и ниже, а для горных станций 500 м и ниже; ночью 300 м и ниже, а для горных станций 600 м и ниже; закрытия облаками горных вершин, сопок и перевалов; шквала или смерча, а также ветра со скоростью у земли 18 м/сек и более (для аэродромов базирования легкомоторных самолетов – 15 м/сек и более),на высотах – 40 м/сек и более.

Штормовое предупреждение – прогноз опасных явлений погоды в районе базирования с указанием места и времени возникновения, продолжительности, вида и интенсивности этих явлений. Оно составляется, когда ожидается понижение высоты облачности или ухудшение видимости до минимумов погоды (или ниже их), установленных для основных и запасных аэродромов, а также до минимумов погоды (или ниже их), при которых планируются (выполняются) полеты (перелеты). Штормовое предупреждение немедленно вручается руководителю полетов.

Таблица 3.

ВРЕМЕННАЯ СТАНДАРТНАЯ АТМОСФЕРА СССР (ВСА-60)

Геометрическая высота, м

Барометрическое давление, мм рт. ст.

Температура, °С

Весовая плотность, кг/м3

Скорость звука, км/час

0

760,00

15,00

1,2250

1225,0

100

500

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10 000

11 000

751,05

715,96

674,12

596,28

525,98

462,46

405,37

354,13

308,26

267,38

230,95

198,70

170,19

14,35

11,74

8,49

1,93

-4,52

-11,03

-17,53

-24,03

-30,53

-37,02

-43,52

-50,01

-56,5

1,2133

1,1672

1,1117

1,0066

0,9094

0,8194

0,7365

0,6602

0,5901

0,5259

0,4671

0,4136

0,3648

1223,7

1218,1

1211,1

1197,1

1182,8

1168,4

1153,8

1139,1

1124,1

1109,0

1093,6

1078,0

1062,2

15 000

20 000

25 000

90,810

41,455

18,948

-56,5

-56,5

-56,5

0,1947

0,0889

0,0406

1062,2

1062,2

1062,2

30 000

35 000

40 000

45 000

46 000

8,8777

4,3522

2,2191

1,1732

1,0370

-42,81

-29,15

-15,50

-1,88

0,84

0,0179

0,0083

0,0040

0,0020

0,0018

1095,3

11,27,3

1158,4

1188,6

1194,6

50 000

54 000

0,6344

0,3884

0,84

0,84

0,0011

0,0006

1194,6

1194,6

60 000

70 000

80 000

0,18,09

0,0438

0,0084

-19,76

-54,01

-88,16

0,0003

0,0001

0,00002

1148,8

1068,3

981,6