Конспект лекций
По Авиационной метеорологии для летного состава Гражданской авиации
|
Содержание
Стр
Введение………………………………………………………………………………4
Тема№1: «Состав и строение атмосферы»
1.1 Состав атмосферы………………………………………………………………...5
1.2 Строение атмосферы……………………………………………………………...5
1.3 Характеристики МСА…………………………………………………………….8
Тема№2: «Метеорологические элементы и их учет в работе авиации»
2.1 Температура воздуха……………………………………………………………..9
2.2 Атмосферное давление…………………………………………………………..11
2.3 Плотность воздуха……………………………………………………………….12
2.4 Влажность воздуха……………………………………………………………….12
2.5 Видимость………………………………………………………………………...13
2.6 Ветер, его характеристики……………………………………………………….14
2.7 Местные ветры…………………………………………………………………....17
2.8 Облака, их классификация……………………………………………………….19
2.9 Осадки, их классификация……………………………………………………….23
Тема№3: «Воздушные массы»
3.1 Общая циркуляция атмосферы…………………………………………………..24
3.2 Термодинамическая классификация ВМ………………………………………..25
3.3 Географическая классификация ВМ…………………………………………….26
3.4 Тропическая зона. Особенности атмосферных процессов в ней……………...28
Тема№4: «Атмосферные фронты»
4.1 Понятие об атмосферных фронтах, их классификация………………………..30
4.2 Теплый фронт……………………………………………………………………..31
4.3 Холодный фронт………………………………………………………………….32
4.4 Малоподвижный (стационарный) фронт………………………………………..34
4.5 Фронты окклюзии…………………………………………………………………35
4.6 Тропический фронт……………………………………………………………….37
Тема№5: «Барические системы»
5.1 Общие сведения о барических системах………………………………………...39
5.2 Циклон……………………………………………………………………………..39
5.3 Антициклон………………………………………………………………………..44
5.4 Ложбина, гребень и седловина – погода и условия полетов в них…………….47
5.5 Перемещение барических систем……………………………………………......48
5.6 Тропический циклон……………………………………………………………...49
Тема№6: «Опасные для авиации явления погоды»
6.1 Грозовая деятельность……………………………………………………………52
6.2 Обледенение ВС…………………………………………………………………..57
6.3 Гололед…………………………………………………………………………….60
6.4 Турбулентность атмосферы и болтанка ВС……………………………………..61
6.5 Сдвиг ветра………………………………………………………………………...64
6.6 Явления, ухудшающие видимость……………………………………………….71
6.7 Вулканы.…………………………………………………………………………...75
6.8 Торнадо…………………………………………………………………………….77
Тема№7: «Особенности метеорологических условий в верхней тропосфере и
нижней стратосфере»
7.1 Условия полетов в зоне тропопаузы……………………………………………..78
7.2 Струйные течения и условия полетов в их зонах……………………………….79
7.3 Условия полетов в стратосфере………………………………………………… 82
Тема№8: «Метеорологическое обеспечение полетов»…………………………….83
8.1 Международный код METAR……………………………………………………84
8.2 Международный код TAF……………………………………………………….. 93
8.3 Информация SIGMET/AIRMET………………………………………………… 99
8.4 Донесения с борта ВС AIREP…………………………………………………...101
8.5 Карты особых явлений погоды Significant Weather Charts……………………103
8.6 Высотные карты ветра и температуры Winds/Temperatures…………………..108
Приложения:
DECODING OF SNOWTAM
ТАБЛИЦА ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ
Sheet of notations used in flight documentation
RUNWAY STATE MESSAGE + SIGMET INFORMATION + WEATHER ABBREVIATIONS
Введение
Метеорология – это наука, изучающая строение атмосферы, ее свойства и протекающие в ней процессы. (Метеорология – греческое слово: “метеор” – явление небесное или атмосферное; “логос” – учение).
Авиационная метеорология – это наука, изучающая влияние метеорологических факторов на деятельность авиации, разрабатывающая теоретические основы, практические методы, метеорологическое обеспечение полетов. Таким образом, авиационная метеорология – это прикладная наука.
Погода – это состояние нижнего слоя атмосферы в данное время и в данном месте. Самой характерной особенностью погоды является ее изменчивость,
а точнее непрерывное изменение.
Климат – это многолетний режим погоды, характерный для данной местности. Он является одним из важных долговременных абиотических факторов, оказывая влияние на режим рек, образование различных типов почв, виды растительных и животных сообществ.
Основные темы на изучение данной дисциплины:
Тема№1: «Состав и строение атмосферы»
Тема№2: «Метеорологические элементы и их учет в работе авиации»
Тема№3: «Воздушные массы»
Тема№4: «Атмосферные фронты»
Тема№5: «Барические системы»
Тема№6: «Опасные для авиации явления погоды»
Тема№7: «Особенности метеорологических условий в верхней тропосфере и
нижней стратосфере»
Тема№8: «Метеорологическое обеспечение полетов»
Тема№1: «Состав и строение атмосферы»
1.1 Состав атмосферы.
Атмосфера – газовая оболочка Земли, сформировавшаяся не менее нескольких миллионов лет назад. Масса атмосферы равна 5,15∙1015 т.
Атмосфера – механическая смесь газов и примесей. Главные газы атмосферы: азот (78,08 %), кислород (20,94 %), аргон (0,93 %). Переменные газы атмосферы: водяной пар, углекислый газ и озон. Основная масса водяного пара сосредоточена в тропосфере. В стратосфере воздух весьма сухой. В результате конденсации водяного пара образуются дымки и туманы, облака, выпадают осадки, осложняющие взлет, посадку и полеты воздушных судов. Углекислый газ содержится в переменных количествах 0,003 % по объему. Озон у земной поверхности составляет от 0 до 7∙10-6 % летом и 0 до 2∙10-6 % зимой. С высотой его концентрация увеличивается особенно в слое 20…40 км. Содержание озона изменяется также в зависимости от широты φ, увеличиваясь от экватора к полюсам. Кроме того, в атмосфере содержатся твердые и жидкие частицы естественного и индустриального происхождения – атмосферный аэрозоль: частицы пыли, дыма, горных пород, морских солей и др. С высотой их концентрация быстро убывает. Аэрозоли с жидкими частицами называются туманами, с твердыми – дымами. На высотах до 90 км (гомосфера) состав атмосферного воздуха практически неизменный. Выше 90 км (гетеросфера), химический состав атмосферы под воздействием атмосферных газов ультрафиолетовым излучением солнца сильно изменяется с высотой.
1.2 Строение атмосферы.
Для атмосферы характерна слоистость. Слои атмосферы можно выделять (по вертикали) в зависимости от распределения температуры, состава атмосферного воздуха, наличия заряженных частиц, взаимодействия атмосферы с земной поверхностью, влияния атмосферы на полет самолетов.
По распределению температуры с высотой выделяют 5 основных и
4 переходных слоя.
Таблица А - Основные и переходные слои атмосферы.
Основной слой (сфера) |
Средняя высота нижней и верхней границ, км |
Содержание от всей массы атмосферного воздуха, % |
Переходной слой |
Тропосфера Стратосфера Мезосфера Термосфера Экзосфера |
0…11 11…50 50…90 До 450 Выше 450 |
80 Около 20 0,25 0,005 1∙10-18 |
Тропопауза Стратопауза Мезопауза Термопауза |
От указанных в таблице средних значений высот слоев могут наблюдаться значительные отклонения в зависимости от широты, времени года, метеорологической ситуации и др. Верхняя граница тропосферы, например, чаше всего бывает в высоких широтах 8…10 км, у экватора – 16…18 км; летом выше, чем зимой; в тылу циклона она заметно ниже по сравнению с передней частью циклона и т. п.
Тропосфера – слой, в котором производится подавляющая часть полетов в авиации. Здесь температура убывает с высотой, поскольку главным источником тепла для тропосферного воздуха является земная поверхность, нагреваемая Солнцем. Земная поверхность не однородна (суша, водяная поверхность, полярные льды, леса, болота и т. п.) и температура воздуха над разными районами неодинаковая. В тропосфере сосредоточено около 90 % атмосферной влаги, образуются циклоны и антициклоны, атмосферные фронты, облака и связанные
с ними осадки; наблюдается большая часть опасных для полетов метеорологических явлений. Ветер усиливается с высотой; в умеренных широтах максимальная его скорость достигает в среднем на высоте 8…10 км; в ряде случаев образуются струйные течения.
Тропопауза – переходной слой между тропосферой и стратосферой толщиной от нескольких сотен метров до 1…3 км; в полярных областях ее нижняя граница обычно равна 8…10 км, температура около – 50°С; в умеренных широтах
10…12 км, температура от – 55 до – 60°С, над экватором 16…18 км, температура от – 75 до – 85°С; на широте φ = 30…40° высота тропопаузы резко изменяется (разрыв тропопаузы). Над теплыми антициклонами тропопауза выше, чем над холодными циклонами.
Стратосфера – слой от тропопаузы до высоты 50…55 км. В ней сосредоточено около 20 % всей массы атмосферы. Температура здесь, как правило, постоянна, выше – растет, достигая иногда положительных значений. Водяного пара мало, облака отсутствуют. Возникают лишь специфические перламутровые облака
(на высотах 20…30 км) при температуре – 85…– 100°С. Ветер в холодную половину года преобладает западный, в летнее время он ослабевает и на
18…21 км изменяет направление на восточное и усиливается с высотой.
В стратосфере иногда возникают резкие повышения температуры –
стратосферные потепления.
Стратопауза – переходной слой между стратосферой и мезосферой с максимальной температурой – 2,5°С при возможных отклонениях ± 20°С.
Мезосфера – слой с постепенным понижением температуры и средним значением около – 86°С, иногда понижающимся до – 120…– 140°С. На высотах 82…85 км иногда образуются серебристые облака, наблюдающиеся преимущественно на широтах φ = 50…75°.
Мезопауза – переходной слой между мезосферой и термосферой.
Термосфера – слой, где температура с высотой растет: от среднего значения около – 86°С на высоте 90 км, увеличивается до 700°С на высоте 150 км (кинетическая температура).
Термопауза – переходной слой между термосферой и экзосферой.
Экзосфера – сильно разряженный внешний слой атмосферы. В верхней его части кинетическая энергия частичек воздуха настолько значительна, что они могут преодолевать земное притяжение и улетать в космическое пространство.
Из космического пространства в атмосферу возвращаются те частицы, скорость которых в результате столкновения стала меньше второй космической.
Рис. 1: Схема вертикального строения атмосферы:
1 – наибольшая высота гор (Эверест); 2 – наибольшие глубины океана; 3 – облака нижние; 4 – облака конвекции; 5 – облака перистые; 6 – облака перламутровые; 7 – облака серебристые; 8 – полярные сияния в нижней ионосфере; 9 – полярные сияния в верхней ионосфере; 10 – слой наибольшей концентрации озона.
По наличию заряженных частиц (ионов и электронов) в атмосфере выделяется ионосфера с преобладанием ионной концентрации в слоях D (50…90 км),
E (105…120 км), F1 (150…170 км), F2 (250…270 км), оказывающих значительное влияние на распространение радиоволн и на дальность радиосвязи. Кроме того,
во внешней части атмосферы, где преобладают заряженные частицы, имеются радиационные пояса Земли.
По взаимодействию атмосферы с земной поверхностью атмосфера делится на пограничный слой (слой трения) толщиной 1000…1500 м в зависимости от величины трения и свободную атмосферу – выше слоя трения. Внутри пограничного слоя выделяется приземный слой атмосферы толщиной 50…100 м,
в пределах которого метеорологические величины испытывают резкие изменения
с высотой.
По влиянию на полеты летательных аппаратов (главным образом ИСЗ) атмосфера делится на плотную атмосферу (или собственно атмосферу) высотой до 150 км и околоземное космическое пространство. В плотной атмосфере сопротивление воздуха настолько значительно, что летательный аппарат (ИСЗ)
с выключенным двигателем не может осуществить хотя бы один оборот
вокруг Земли.