Авиационная метеорология

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСТКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра: « Управление воздушными движениями »

Конспект лекции

по курсу «Авиационная метеорология »

Л.А. Голоспинкина

ТАШКЕНТ- 2005



Конспект лекции включает в себя основные сведения о метеорологии, атмосферы, ветрах, облаках, осадках, синоптических картах погоды, картах барических топографии и радиолокационной обстановки. Описываются перемещение и трансформация воздушных масс, а также барических систем. Рассмотрены вопросы перемещение и эволюция атмосферных фронтов, фронты окклюзии, антициклоны, метель, виды и формы обледенения, грозы, молния, атмосферная турбулентность и регулярное сообщение - METAR, международный авиационный код TAF.

Конспект лекций обсужден и одобрен на заседании кафедры УВД «11» октября 2005 г. протокол № 4 и рекомендован к размножению

Утвержден на заседании метод совет ФГА «25» октября 2005 г. Протокол № 3



Лекция 1

Метеорологией называется наука о фактическом состоянии атмосферы и совершающихся в ней явлениях.

Под погодой принято понимать физическое состояние атмосферы в какой либо момент или промежуток времени. Погода характеризуется совокупностью метеорологических элементов и явлений, таких, как атмосферное давление, ветер, влажность, температура воздуха, видимость, осадки, облака, обледенение, гололед, туманы, грозы, метели, пыльные бури, смерчи, различные оптические явления (гало, венцы).

Климат - многолетний режим погоды: характерный для данного места, складывающийся под влиянием солнечной радиации, характера подстилающей поверхности, циркуляции атмосферы, изменения земли и атмосферы. метеорология погода синоптический топография

Авиационная метеорология изучает метеорологические элементы и атмосферные процессы с точки зрения их влияния на авиационную технику и деятельность авиации, а также разрабатывает методы и формы метеорологического обеспечения полетов. Правильный учет метеорологических условий в каждом конкретном случае для наилучшего обеспечения безопасности ,экономичности и эффективности полетов зависит от летчика и диспетчера, от их умения использовать метеорологическую информацию.

Летный и диспетчерский состав должен знать:

- в чем конкретно проявляется влияние отдельных метеорологических элементов и явлений погоды на работу авиации;

- хорошо разбираться в физической сущности атмосферных процессов, создающих различные условия погоды и их изменения по времени и в пространстве;

- знать методы оперативного метеорологического обеспечения полетов.

Организация полетов ВС гражданской авиации ГА в масштабе земного шара, и метеорологическое обеспечение этих полетов, немыслимо без международного сотрудничества. Существуют международные организации, регулирующие организацию полетов и их метеорологическое обеспечение. Это ICAO (Международная организация гражданской авиации) и ВМО (Всемирно метеорологическая организация), которые тесно сотрудничают между собой по всем вопросам сбора и распространения метеорологической информации в интересах гражданской авиации. Сотрудничество между этими организациями регулируется специальными рабочими соглашениями, заключенными между ними. ICAO определяет требования к метеорологической информации, вытекающие из запросов ГА, а ВМО определяет научно обоснованные возможности их удовлетворения и разрабатывает рекомендации и правила, а также различные инструктивные материалы, обязательные для всех стран ее членов.

Атмосфера.

Атмосфера воздушная оболочка земли, состоящая из смеси газов и коллоидных примесей (пыли, капель, кристаллов).

Земля представляет собой как бы дно громадного воздушного океана, и все живущие и растущие на ней обязаны своим существованием атмосфере. Она доставляет необходимый для дыхания кислород, предохраняет нас от смертоносных космических лучей и от ультрафиолетового солнечного излучения, а также защищает земную поверхность от сильного нагревания днем и сильного охлаждения ночью.

При отсутствии атмосферы температура поверхности земного шара днем бы достигала 110 и более, а ночью резко бы понижалась бы до 100 мороза. Всюду царила бы полная тишина, так как звук не может распространяться в пустоте, день и ночь сменялись бы мгновенно, а небо было бы абсолютно черным.

Атмосфера прозрачна, но она постоянно напоминает нам о себе: дождь и снег, гроза и метель, ураган и затишье, жара и мороз - все это проявление атмосферных процессов, совершающихся под влиянием солнечной энергии и при взаимодействии атмосферы с самой поверхностью земли.

Состав атмосферы.

До высоты 94-100 км. состав воздуха в процентном отношении остается постоянным - гомосфера («гомо» от греческого одинаковый); азот - 78,09%, кислород - 20,95%, аргон - 0,93%. Помимо этого в атмосфере находится непостоянное количество других газов (углекислый газ, водяной пар, озон), твердые и жидкие аэрозольные примеси (пыль, газы промышленных предприятий, дым и др.).

Строение атмосферы.

Данные прямых и косвенных наблюдений показывают, что атмосферы имеет слоистое строение. В зависимости о того, какое физическое свойство атмосферы (распределение температуры, состав воздуха по высотам, электрические характеристики) положено в основу деления на слои, имеется ряд схем строения атмосферы.

Наиболее распространенной схемой строения атмосферы является схема, в основу которой положено распределение температуры по вертикали. Согласно этой схеме атмосфера делится на пять основных сфер или слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу

В таблице указаны Основные слои атмосферы и их средние высоты в умеренных широтах.

	930 000	Межпланетное космическое пространство
		Верхняя граница геокороны
	24 000 800	Экзосфера (Сфера рассеяния)
		Термопауза
	100 90 50 11 Н, км	Термосфера (ионосфера)
		Мезопауза
		Мезосфера
		Стратопауза
		Стратосфера
		Тропопауза
		Тропосфера
Контрольные вопросы. 1. Что изучает авиационная метеорология. 2. Какие функции возложены на IKAO, ВМО?

3. Какие функции возложены на Главгидромет Республики Ухзбекистан?

4. Дать характеристику составу атмосферы.

Лекция 2

Тропосфера - нижняя часть атмосферы в среднем до высоты 11 км, где сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха и почти весь водяной пар. Высота ее меняется в зависимости от широты места, времени года и суток. Характеризуется повышением температуры с высотой, увеличением скорости ветра, образованием облаков и осадков. В тропосфера различают 3 слоя:

1. Пограничный (слой трения) - от земли до 1000 - 1500 км.В этом слое сказывается тепловое и механическое воздействие земной поверхности. Наблюдается суточный ход метеоэлементов. Нижняя часть пограничного слоя толщиной в 600м носит название «приземного слоя». Атмосфера выше1000 - 1500 метров называется «слоем свободной атмосферы» (без трения).

2. Средний слой располагается от верхней границы пограничного слоя до высоты 6 км. Здесь почти не сказывается влияние земной поверхности. Погодные условия зависят от атмосферных фронтов и вертикального равновесия воздушных масс.

3. Верхний слой лежит выше 6 км. и простирается до тропопаузы.

Тропопауза -переходный слой между тропосферой и стратьосферой. Толщина этого слоя от нескольких сот метров до 1 - 2 км, а средняя температура от минус 70 - 80 в тропиках.

Температура в слое тропопаузы может оставаться постоянной или повышаться (инверсия). В связи с этим тропопауза является мощным задерживающим слоем для вертикальных движений воздуха. При пересечении тропопаузы на эшелоне могут наблюдаться изменения температуры, изменение влагосодержания и прозрачности воздуха. В зоне тропопаузы или ее нижней границы обычно расположен минимум скорости ветра.

Тропопауза имеет четыре разновидности и зависимости от вида кривой изменения температуры с высотой:

а) слой инверсии, в котором температура с высотой повышается ( );

б) слой изотермии, в котором температура остается постоянной ( );

в) слой, где температура с высотой незначительно падает ( ); г) слой воздуха со сложным ходом температуры см. рис.

На рисунке указан ход температуры в слое тропопаузы.

Стратосфера - располагается над тропопаузой и простирается примерно до высоты 50 км. Нижняя часть стратосферы ( до высоты 25 - 35 км.)является слоем близким к изотермии . Выше 35 км. - инверсия, здесь температуры повышается и на верхней границе стратосферы приближается к 0. В конце зимы и весной бывают случаи резких стратосферных потеплений.. Такой ход температуры объясняется повышением содержания озона, который поглощает значительную часть ультрофиолетового излучения солнца. На высотах 20-30 км. встречаются перламутровые облака, состоящие из мельчайших переохлажденных капель воды. Чаще их можно наблюдать зимой в северных широтах. Ветры зимой преобладают западные, летом выше 20 км. происходит переход к восточным ветрам.

Стратопауза - воздушная прослойка, отделяющая стратосферу от мезосферы

Мезосфера - располагается от 50-55 км до 80-90 км. Температура с высотой здесь понижается и у верхней границы достигает значений около 30. Скорость ветра в мезосфере достигает до 150 м/сек Переходный слой между мезосферой и термосферой называется мезопаузой. На границе между мезосферой и термосферой (80 - 85 км) в летние, ясные ночи иногда наблюдаются очень тонкие, так называемые серебристые облака.

Термосфера - располагается над мезосферой и простирается до высоты 800 км. Для этого слоя характерно быстрое повышение температуры с высотой: от минус 90 С. на высоте 85 км, а на верхней границе (450 км) температура может составлять 700 - 800 С. Такой рост температуры объясняется поглощением ультрофиолетовой радиации атмосферным кислородом и азотом. Однако, температура на указанных высотах характеризует только кинетическую энергию движения молекул. Температура посторонних тел (ИСЗ, космических ракет и др.) на этих высотах определяется поглощаемой ими лучистой энергией солнца.

Экзосфера - слой атмосферы, располагающийся над термосферой. Частицы газов здесь настолько разряжены и при наблюдаемых там высоких температурах обладают столь большими скоростями, что часть из них (главным образом гелий и водород), преодолевая силу земного притяжения, уходит в межпланетное пространство.

Водород, ускользающий в космос, через внешнюю границу экзосферы, образует вокруг земли геокорону (земную корону). По мере удаления от земли плотность геокороны уменьшается, и на расстоянии 3000 км геокорона переходит полностью в межпланетное пространство.

Слой атмосферы выше 80 км. отличается исключительно сильной ионизацией воздуха, что приводит к высокой электрической проводимости. Этот слой называется ионосферой. Нормальная структура иносферы претерпевает особенно сильное изменение в период магнитных бурь - больших и неправильных колебаний магнитного поля земли. При магнитных бурях сильно нарушается проходимость коротких радиоволн.

Стандартная атмосфера.

Реальная атмосфера очень изменчива, поэтому создаются трудности для аэрологических расчетов летных качеств самолета, так как они зависят лот основных физических характеристик состояния атмосферы: температуры, плотности воздуха и давления. Чтобы устранить эти трудности, введено понятие международной стандартной атмосферы (МСА), которая расчитана для сухогог и чистого воздуха по среднегодовым характеристикам основных метеорологических элементов атмосферы (давления, температуры, плотности, скорости звука и т.д.).

Для МСА приняты следующие условия.

1.Атмосфера на всех высотах того же состава, который она имеет у земли.

2.За нулевую высоту принят уровень моря, на котором давление воздуха равно 760 мм. рт. ст. (1013,25 гПа) при температуре + 15 С. При этих условиях стандартная плотность воздуха равна 1,225 кг/м.

3. Граница тропосферы считается лежащей на высоте 11 км. Вертикальный температурный градиент постоянен и равен 0,65/110км.

4. В стратосфере, выше 11 км, температура постоянна и равна 56,5С. Так как летные характеристики ВС приведены к стандартным условиям, то значения метеоэлементов в реальной атмосфере приводят к изменению этих летных характеристик. Чем больше разница между данными МСА и данными реальной атмосферы, тем больше бывают эти изменения, которые нужно учитывать.

Контрольные вопросы:

1. Дать характеристику тропосфере.

2. Охарактеризовать тропопаузу, условия полетов в зоне тропопаузы.

3. Дать характеристику стратосфере.

4. Отличие стандартной атмосферы от реальной.



Лекция 3

Температура воздуха - степень нагретости воздуха. Температура воздуха у поверхности земли обычно измеряется термометрами, установленными на высоте 2 м над уровнем почвы, защищенными о прямой солнечной радиации и хорошо вентилируемыми, а в свободной атмосфере - с помощью радиозондов.

Самая низкая температура воздуха у земной поверхности была зарегистрирована в Антарктиде на станции Восток (- 88,3 С), а самая высокая в Африке близ Триполя (+ 58С). На территории СНГ самая низкая температура воздуха (- 70 С ) была зарегистрирована в Оймяконе, а самая высокая (+ 50 С) в Термезе.

Основным источником тепловой энергии на земле является Солнце. Сама атмосфера поглощает очень малую долю солнечной энергии. Большая

часть лучистой энергии солнца достигает земной поверхности и поглощается ею, что обуславливает ее нагрев. Нагретая земная поверхность излучает тепловую энергию, которая почти полностью поглощается в атмосфере водяным паром, углекислым газом и озоном. Между земной поверхностью и атмосферой происходит постоянный обмен тепловой энергией. Если подстилающая поверхность оказывается более нагретой, чем воздух, то происходит нагревание воздуха, а в подстилающая поверхность охлаждается, если воздух оказывается более нагретым, чем подстилающая поверхность, то тепло передается подстилающей поверхности и воздух охлаждается.

Изменение температуры воздуха с высотой.

Горизонтальный температурный градиент - это изменение температуры в градусах на единицу расстояния - 111 км (1 меридиана). В однородной воздушной массе величина горизонтального температурного градиента составляет десятые доли градуса. При переходе из одной воздушной массы в другую, он может превышать 10 на 100 км. Чем больше горизонтальный температурный градиент, тем больше опасных явлений образуется в переходной зоне, то есть увеличивается активность атмосферного фронта.

Нормальный ход температуры с высотой - это ее падение. Изменение температуры с высотой показывает вертикальный температурный градиент - изменение температуры воздуха на единицу высоты.

В тропосфере среднее значение вертикального градиента температуры составляет 0,65 С на 100 м.

В реальной атмосфере вертикальный температурный градиент может быть разным в зависимости от времени года. В теплое время года в нижней части тропосферы его значение может быть больше 0,65/100м. Это приводит к увеличению восходящих движений воздуха, увеличению турбулентности. В холодное время года вертикальный температурный градиент мал, поэтому восходящие движения воздуха незначительны.

Наряду с нормальным ходом (паления) температуры по высоте в атмосфере могут быть слои, где температура растет с высотой (инверсия )

Или остается постоянной (изотермия ). Инверсия изотермия характерна как для стратосферы, так и для тропосферы и может наблюдаться на любой высоте, особенно в холодную половину года и в ночное время. Слои инверсий и изотермии приведены ниже на рисунке

Изотермические и особенно инверсионные слои являются задерживающими слоями, затрудняющими вертикальные движения воздуха. Непосредственно под задерживающими слоями часто наблюдается ухудшение видимости за счет скопления пыли, влаги. Под этими слоями формируются слоистые и слоисто-кучевые облака. Водность в таких облаках возрастает с высотой и достигает максимума у самой нижней границы инверсии. В холодное время года в таких облаках может происходить обледенение, интенсивность которого усиливается по мере приближения к верхней границы облаков. На границе инверсии обычно направление и скорость ветра резко меняется, возникают волновые движения. Если отсутствуют облака, земля хорошо просматривается. В холодное время года над сушей в малоподвижных антициклонах при наличии приземной инверсии возможны устойчивые туманы, сохраняющиеся несколько суток

В случае взлета при наличии приземной инверсии с большим скачком температуры необходимо учитывать влияние повышения температуры на характеристики набора высоты.

Виды инверсий.

В зависимости от причин формирования слоев инверсии, различают несколько типов инверсий.

Радиационные (приземные инверсии). Причиной их является выхолаживание низких слоев воздуха от охлажденной излучением (радиацией) подстилающей поверхности. Они образуются преимущественно в безоблачные ночи, при штиле или очень слабом ветре (центр антициклона, ось гребня, седловина).

Адвективные инверсии. Причиной возникновения инверсий этого типа является охлаждение натекающего теплого воздуха от соприкосновения с холодной подстилающей поверхностью. Вследствие этого приземный слой воздуха может оказаться холоднее вышележащих слоев воздуха.

Фронтальные инверсии. Этот тип инверсий возникает во фронтальной зоне (теплого фронта и фронта окклюзии по типу теплого). Толщина таких инверсий может быть несколько сотен метров. Фронтальные инверсии могут наблюдаться в тропосфере на любых высотах и в любое время суток.

Инверсии сжатия или оседания. Эти инверсии обычно возникают в обширных малоподвижных областях высокого давления (антициклонах). В приземном слое воздуха растекаются из области высокого давления в стороны. Верхний слой воздуха оседает и от сжатия нагревается. В результате на некотором уровне может оказаться слой, в котором температура воздуха выше, чем нижележащем слое, и в распредении температуры с высотой будет наблюдаться инверсия.

Влияние температуры воздуха на производство полетов.

Прямое влияние - это характер погоды, обуславливаемый температурой. Очень низкие или высокие температуры у земли усложняют работу технического состава по подготовке авиационной техники, усложняют ее эксплуатацию: может замерзнуть вода в радиаторах, возникнуть лед на ВПП

(гололед), который усложняет руление, взлет и посадку ВС.

В облаках, осадках, тумане, где температура ниже 0 образуется обледенение ВС. В атмосфере, где 1/ 100м возникает турбулентность, при которой ВС будет испытывать болтанку.

Косвенное влияние температуры состоит в том, что от нее зависят плотность воздуха, которая оказывает влияние на летные характеристики ВС на всех этапах полета.

Атмосферное давление. Атмосферное давление это сила, действующая на единицу горизонтальной поверхности и равная весу столба воздуха от данного уровня до верхней границы атмосферы. Единицей давления служит (Па), равный силе в 1 ньютон (Н), действующей на площадь в 1 м2.

1 Па = 1 н/м2

В метеорологии давление выражают в гектопаскалях (гПа) с точностью десятых долей или в миллибарах (мб).

1 мб = 1000 дин/см2 = 100 Па = 1 гПа.

Так как атмосферное давление измеряется высотой ртутного столба, уравновешивающего это давление, то применяется еще и внесистемгная единица - мм.рт.ст.

1 мм. рт. ст. = 1,33 мб. = 1,33 гПа

! гПа = 1 мб. = 0,75 мм..рт.ст.

Нормальным атмосферным давлением называется давление равное весу столба ртути высотой в 7600 мм. при температуре 0 на уровне моря и широте 45.

Ро = 1013,25 гПа = 760 мм.рт.ст.

В фактическую погоду аэродрома включается давление в мм.рт.ст. на уровне ВПП. По согласованию между службой ОВД и авиационным метеорологическим органом в фактическую погоду включается давление от среднего уровня моря в гПа.

Контрольные вопросы.

1. Влияние температуры воздуха на производство полетов.

2. Изменение температуры воздуха с высотой.

3. Типы инверсий Погодные условия, связанные со слоями инверсий.

4. Дать характеристику атмосферному давлению, в каких единицах оно измеряется.

5. Какое давление включается в фактическую погоду?

Лекция 4

Изменение давления.

Изменение давления в горизонтальной плоскости на единицу расстояния (1 меридиана = 111 км) называется горизонтальным барическим градиентом. Он всегда направлен в сторону низкого давления. От величины горизонтального барического градиента зависит скорость ветра, а от его направления - направление ветра (в северном полушарии ветер дует под углом к горизонтальному барическому градиенту, оставляя низкое давление слева, высокое справа, этот барический закон ветра).

Вертикальное изменение давления с высотой в практике используется через величину, обратную вертикальному барическому градиенту: барическая ступень - это высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 мм. или 1 мб. В среднем у поверхности земли барическая ступень составляет:

11 м/мм.рт.ст. или 8 м/мб.

Барическая ступень растет с увеличением высоты (15 м/мб на уровне 5 км., около 70 м/мб. На уровне 18 км), причемв теплом воздухе она больше, чем в холодном, то есть, давление понижается в холодном воздухе быстрее, чем в теплом. Та как давление с высотой уменьшается, то метеостанции, расположенные на разных высотах от уровня всегда будут отмечать различные значения давления, хотя общее состояние погоды на всех этих станциях может быть одинаковым. Чтобы исключить влияние высоты и сравнивать между собой данные о значениях давления на различных станциях, показания барометров приводят к уровню моря. На синоптические карты наносится уже приведенная величина давления в мб. (гПа0.

Атмосферное давление на земном шаре распределяется неравномерно и постоянно изменяется как во времени, так и в пространстве. Различают периодические и непериодические изменения давления. К наиболее значительным периодическим колебаниям относится суточный м годовой ход давления, обусловленный главным образом суточным и годовым ходом температуры.

Изобарические поверхности и изобары.

Изобарической поверхностью называется поверхность, на которой давление во всех точках одинаково. Вследствие неравномерного распределения давления воздуха в пространстве изобарические поверхности не совпадают с уровнем моря и, пересекаясь с ними, образуют систему замкнутых линий, называемых изобарами, то есть изобары - это линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями давления на земной поверхности. Полет на постоянно высоте по барометрическому высотомеру осуществляют вдоль соответствующей изобарической поверхности. Распределение давления по территории на каком либо уровне в атмосфере (например, на уровне моря) называется барическим полем. Основными системами барического поля являются циклон, антициклон.

К областям пониженного давления относятся:

Циклон - область замкнутых изобар, внутри которой давление уменьшается от периферии к центру; в центре области ставится буква «Н»

Большинство циклонов развиваются на атмосферных фронтах Однако циклоны могут существовать и без атмосферных фронтов

Циклона могут быть низкими и высокими барическими образованиями, развитыми только в нижней тропосфере ( до высоты 3 км. - низкие циклоны) или в нижней средней тропосфере (до высоты 5 км. - средние циклона), или же по всей тропосфере (выше 5 км - высокие циклоны).

Не следует путать высокие циклоны с высотными циклонами. Последние представляют собой атмосферные циклонические вихри в верхней тропосфере и стратосфере, не прослеживающиеся у поверхности земли и в нижней тропосфере. Это сравнительно редкие случаи формирования циклонов не у земли, а на высоте.

В своем развитии циклоны могут проходить четыре стадии: волны (зарождение циклона), молодого циклона (только что сформировавшегося), максимально развития и заполнения (окклюдированного). Некоторые циклоны не проходят всех четырех стадий развития, например, волновой циклон, возникнув, через сутки может заполниться.

Ложбина - вытянутая часть циклона, с хорошо выраженной осью, вблизи которой изобары имеют наибольшую кривизну.

К области повышенного давления относятся:

Антициклон - область замкнутых изобар, внутри которой давление уменьшается от центра к периферии, в центре ставится буква «В» (высокое давление. Циркуляция воздуха в антициклонах противоположна по направлению той, что наблюдается в циклонах По аналогии с циклонами антициклоны могут быть низкими, средними и высокими барическими системами, а также высотными образованиями, не прослеживающимися у поверхности земли. Они могут быть подвижными и стационарными, сформированными в холодной или в относительно теплой воздушной массе. В отличие от циклона антициклон не возникает из волны на атмосферных фронтах и в своем развитии проходят не четыре, а три стадии: молодой антициклон, максимально развитый и разрушающийся.

Гребень - вытянутая часть антициклона, на оси гребня максимальное давление. В гребне наблюдаются сильно развитые нисходящие потоки, особенно по осевой линии.

Седловиной - называется промежуточная область с незамкнутыми изобарами между двумя циклонами и двумя антициклонами, расположенными напротив друг друга.

Средняя скорость перемещения барических систем 30-40 км/час.

Контрольные вопросы.

1. Как изменяется давление в горизонтальной плоскости?

2. Как изменяется давление в вертикальной плоскости? Что такое барическая ступень?

3. Дать характеристику циклону. Какие стадии развития проходит циклон?

4. Дать характеристику антициклону. Какие стадии развития проходит антициклон.

5. Что такое изобары и изобарические поверхности.

Лекция 5

Важной характеристикой воздуха наряду с давлением является его плотность - отношение массы воздуха к объему, который он занимает ( ). Она измеряется в г/м3 , при Р = 760 мм.рт.ст. и = Т 0 С = 1293 г/м2 ; а при 1000 мб. и Т = 0 = 1276 г/м3. Плотность воздуха не посредственно не измеряется, а ее определяют с помощью уравнения состояния газов:

Где Р - атмосферное давление:

Т - абсолютная температура воздуха;

R - газовая постоянная.

Из формулы видно, что плотность воздуха растет с увеличением давления и при понижении температуры. Плотность воздуха зависит и от влажности, то есть от содержания в воздухе водяного пара, представляющего собой газ. Так как водяной пар, входящий в состав воздуха, является газом менее плотным, чем сухой воздух, то чем больше влажность воздуха, тем меньше его плотность. Практическим учитывать влияние вэлажности приходится в очень теплом воздухе с температурой + 25 С Практически учитывать влияние влажности приходится в очень теплом воздухе с температурой + 30 С равносильно повышению температуры на 5 , а при температуре 10 - почти на 9).

Влияние давления и плотности воздуха на работу авиации.

По изменению давления воздуха можно судить о ближайших изменениях в погоде. Закономерное уменьшение давления с высотой широко используется при определении высоты полета ВС над уровнем земной поверхности. Барометрический высотомер измеряет не высоту, а лишь давление, значение которого зависит от превышения над уровнем моря, от температуры воздуха. Шкала прибора градуируется по давлению на уровне моря 760 мм.рт.ст., Т = 15 С и = 0,65/100 м. Чтобы узнать истинную высоту полета над пролетаемой местностью, нужно знать фактическое распределение давления и температуры по маршруту и вносить соответствующие поправки в показания высотомера. При полетах по ПВП для выдерживания безопасной высоты полета необходимо знать минимальное давление по маршруту (и тенденцию его изменения); в горных районах - высоту ближайшей к эшелону изобарической поверхности. Для учета давления в аэропорту посадки на борт ВС передается давление воздуха (в мм.рт.ст), приведенное к уровню порога ВПП Это давление устанавливается пилотом на барометрическом высотомер после чего прибор будет показывать высоту относительно ВПП посадки.

Влажность воздуха.

В метеорологии применяются различные характеристики для оценки содержания водяного пара в воздухе.

Абсолютная влажность воздуха - «а» - количество водяного пара в г в 1 м 3 воздуха (г/м3).

Максимальная абсолютная влажность - «А» предельное количество водяного пара в г в 1 м3 воздуха, которое может содержаться в газообразном состоянии при данной температуре.

Упругость водяного пара - (парциальное давление) - «е» -это давление, которое производит содержащийся в воздухе водяной пар как газ. Измеряется в мм.рт.ст. или в мб.

Максимальная упругость водяного пара - «Е» - давление водяного пара при полном насыщении (в мм.рт.ст. или в мб.). Так как числовые значения г/м3 м в мм.рт.ст. при Т = 16,5 точное совпадают, а при других температурах это разница незначительна, то на практике эти величины обычно отождествляются, т.е.

/а/ г/м3 + /е/ мм.рт.ст. /а/ г/м3 + / 3/4/мб

Абсолютная влажность увеличивается с повышением температуры поэтому в суточном ходе максимум наступает днем минимум - ночью ;в годовом ходе максимум наблюдается летом минимум - зимой. Абсолютная влажность является одним из элементов по которым оценивается развитие грозовых облаков: если абсолютная влажность 15 мб, ожидается прогрев до +25 - +30 ив воздушной массе есть условия для восходящих движений, то к середине дня можно ожидать развитие гроз.

Относительная влажность это отношение количества фактически содержащегося в воздухе пара к тому количеству, которое может содержаться в этом объеме при данной температуре, выраженное в процентах:

Так как с повышением температуры знаменатель растет быстрее числителя, то относительная влажность днем (летом) уменьшается, а увеличивается - ночью (зимой).

При увеличении относительной влажности ( 30-90%) можно ожидать ухудшение видимости за счет дымки или тумана (в антициклоне, гребне, седловине) или снижения высоты облаков (в циклоне, ложбине).

Точка росы - Td - это температура полного насыщения (или температура до которой нужно охладить объем воздуха при данном содержании водяного пара и постоянном давлении, чтобы он достиг состояния насыщения).к

Дефицит точки росы - Td - это разность между Т и Td, то есть на сколько градусов нужно охладить находящийся в воздухе водяной пар, чтобы он достиг состояния насыщения.

Td = Т - Td

Дефицит точки росы равносилен относительной влажности воздуха ( Td = ) при = 100%). У поверхности земли Td также используется для оценки возможности образования дымки, тумана или низкой облачности. На высотах по Td можно оценить возможность образования или сохранения облаков: в нижних слоях и на средних высотах - при Td 2, в верхних слоях - при Td 4.

Переход водяного пара в жидкое состояние называется конденсацией. Превращение водяного пара в твердое состояние, минуя жидкую фазу, называется сублимацией. Конденсация и сублимация водяного пара происходит как в атмосфере, так и на земной поверхности.

Сублимация в свободной атмосфере наблюдается сравнительно редко. Образование кристаллов на высотах происходит, в основном за счет замерзания водяных капель. Но это замерзание начинается обычно при температуре ниже - 10 С, до - 10 С почти все капли находятся в переохлажденном состоянии. При Т - 40 замерзают, как правило, все капли, но при турбулентном состоянии атмосферы они сохраняются в переохлажденном виде даже до - 60С.

Ветер.

Движение воздуха относительно поверхности земли называют ветром. Оно определяется следующими силами:

1. Сила горизонтального барического градиента - F.

Отклоняющая сила вращения земли (сила Кориолиса) - Fk

- угловая скорость вращения земли;

- скорость вращения ветра

- широта места;

3.Сила трения - F тр. Действует в сторону противоположную движению, с высотой уменьшается и выше 1000-1500 м не оказывает влияние .F тр. Уменьшает угол отклонения ( ) воздушного потока от направления горизонтального барического градиента, т.е. сказывается и на направлении ветра.

Взаимодействие сил в слое трения при установлении движения воздуха.

990 F + F

995 995 F + F + F

1000 1000

Угол в среднем составляет 45, над океанами 80. На синоптических картах, где не рисуется сила горизонтального барического градиента, указывается не , а 90 - , то есть ветер дует под углом 40 - 10 к изобарам ( в зависимости от подстилающей поверхности):

Контрольные вопросы.

1. Дать характеристику плотности воздуха.

2. Влияние плотности воздуха на производство полетов.

3. Дать характеристику относительной и абсолютной влажности.

4. Как вычисляется дефицит точки росы? Что можно определить у земли и на высотах по дефициту точки росы?

5. Какими силами определяется ветер у поверхности земли?



Лекция 6

Градиентный ветер - это движение воздуха при отсутствии силы трения. Весь ветер выше 1000 - 1500м практически является градиентным, а угол = 90.

С целью получения представления о преобладающем направлении и скорости движения воздуха измерения ветра производят с осреднением за период 2 или 10 минут. Осреднение ветра за период 2 мин. используется для взлета и захода на посадку ВС. На авиационных метеорологических станциях направление и скорость ветра измеряются на высоте 8 - 10 м специальными приборами, которые называются анеморумбометрами. На некоторых аэродромах производятся дополнительные измерения ветра на высоте 30 м и более с помощью приборов, установленных на сооружениях аэропорта на удалении 600м. от ВПП. Ветер на высотах 100, 200 м и выше определяется с помощью шаров-пилотов или радиозондов.

Суточный ход скорости ветра вблизи поверхности земли и во всем пограничном слое атмосферы определяется суточным ходом температуры воздуха.

Максимум скорости ветра отмечается в 13-14 часов, и часто достигает 10 м/сек и более, несмотря на малый барический градиент.

Минимум в скорости ветра приходится на ночные часы. Скорость и направление ветра очень изменчивы. Часто ветер бывает порывистым.

Шквал - внезапное, резкое и не продолжительное (в течении нескольких минут) усиление ветра 15 м/сек, на ограниченной территории.

Ураган - ветер разрушительной силы и значительной продолжительности (в отличие от шквалов). По шкале Бофорта ураганом называется ветер в 12 баллов и более , то есть со скоростью 32 м/сек и более.

Местные ветры.

Местные ветры, представляют собой исключение из барического закона ветра, они дуют по горизонтальному барическому градиенту, который появляется в данном районе за счет неодинакового нагрева различных участков подстилающей поверхности, или за счет рельефа местности.

Бризы - возникают на берегах морей и крупных озер при спокойной и ясной погоде наблюдается правильная смена ветра: днем ветер дует с моря на сушу (морской бриз), ночью - с суши на море (береговой бриз). Днем суша нагревается, а ночью - охлаждается сильнее, чем водная поверхность. Поэтому днем давление воздуха над сушей меньше, чем над водной поверхностью, и воздушные потоки в нижних слоях направлены с моря на сушу, а в более высоких слоях с суши на море. Таким образом, в прибрежной полосе возникает замкнутое кольцо циркуляции воздуха. Ночью образуются ветры противоположного направления.

Морской бриз - начинается с 8 - 10 часов, постепенно усиливается, после полудня достигает максимума (5 - 6 м/сек), а затем медленно стихает. К заходу солнца (18 - 20 часов), когда температура суши и моря выравнивается, наступает короткое затишье.

Береговой бриз - продолжается до 7 - 9 часов утра, но скорость его меньше морского бриза (3 - 4 м/сек). Вертикальная мощность бризов составляет от нескольких сотен метров до 1 км.

Морской бриз - более сильный, чем береговой и может проникать вглубь суши на десятки километров, иногда до 100 км. Глубина проникновения береговых бризов на акватории моря 8 - 10 км. редко - 30 - 50 км.

Муссоны - ветры сезонного характера, меняющие свое направление от зимы к лету. Причины их образования те же, что для бризов, только в больших масштабах. Зимой они дуют с суши на море, летом - с моря на сушу. Распространяются на высоту до 2 - 4 км, а по горизонтали на сотни километров. В странах СНГ муссоны хорошо, выражены на восточных берегах Азии (дальний восток - Приморский край).

Пассаты - устойчивые восточные ветры с составляющей, направленной к экватору. Возникают на экваториальной периферии субтропических антициклонов.

Горно - долинные ветры с суточной периодичностью, преобладающие в горных районах преимущественно в теплое время года. Днем склоны нагреваются и ветер дует вверх по долинам и вверх по склонам (долинный ветер). Ночью склоны охлаждаются, и ветер дует вниз в долину (горный ветер).

Долинный ветер - бывает более развит при малооблачной погоде. Он возникает через 2-4 часа после восхода солнца и затихает перед заходом солнца. Скорость ветра достигает 3-4 м3сек, высота распространения до 1000 м.

Горный ветер ночью - формируется ночью после захода солнца, Это более слабый ветер, чем долинный, но он наблюдается почти при всякой погоде.

На ночной горный ветер очень похож ледниковый ветер горных стран, постоянно дующий над ледниками вниз по течению последних. В реальных условиях структура горно - долинных. ветров может быть очень сложной. На чисто термические причины здесь может налагаться обтекание гор сверху и с боков, что значительно усложняет условия полета.

Урсатьевский ветер - сильный ветер восточного направления, наблюдающийся в Центральной Азии, в западной части Ферганской долины у ст. Урсатьевской. Ширина Ферганской долины в этом районе 7 - 8 км. и при выходе Южно-каспийского или Мургабского циклонов скорость ветра в холодный период года обычно достигает 2о м/сек, а максимальная - 40 м/сек. Ветер продолжается по двое, а иногда 4-5 суток. По вертикальной мощности этот ветер охватывает обычно слой до 300м, иногда до 1 - 1.5 км. В среднем за год насчитывается до 70 дней с этим ветром чаще всего в январе.

Фен - теплый и сухой ветер, часто сильный, порывистый, дующий с гор в подветренные долины. Он образуется при перетекании воздуха через высокие перевалы горных хребтов, расположенных перепендикулярно воздушному потоку.

С наветренной стороны поднимающийся воздух охлаждается до уровня конденсации по сухоадиабатическому закону (1 / 100м), а затем по влажноадиабатическому (0.5 - 0.6 / 100м), что приводит к образованию в нем облаков и осадков.

Когда же поток перевалит через хребет, то он начинает быстро опускаться вниз по склону и нагреваться на 1 на 100м. В результате с подветренной стороны хребта облака размываются и воздух доходит до подножья гор очень сухим и теплым.

Фен может наблюдаться в любое время года и суток, во всех горных районах, скорость ветра часто значительно превышает 10 м/сек.

В странах СНГ фен часто возникает на Кавказе, в Карпатах, а также в горах Центральной Азии.

Бора - сильный, холодный и порывистый ветер с невысоких и крутых горных хребтов. Наступает стремительно, с резким похолоданием и шквалами. Наблюдается там, где невысокие горные хребты (300 - 600м), отделяют от моря континентальные плоскогорья, над которыми накапливается плотный холодный воздух Наиболее известный Новороссийская бора - северо-восточный ветер с Мархотского перевала, образуется в зимний период ( с ноября по март), максимальная скорость достигает 41 м/сек (на Мархоте 60 м/сек. и более). Срывая воду в бухте, ветер разгоняет ее брызгами, которые осаждаются на судах, и толстым слоем намерзают на них.

Очень сильный бора образуется в Новой Земле - скорость ветра достигает 60/80 м/сек с порывами до 100 м/сек.

Бакинский ветер - сильный, относительно холодный, сухой и пыльный ветер северного направления в Баку типа бора. Ветры могут дуть до 85 часов подряд, а на море - несколько недель. Скорость иногда достигает 20-40 м/сек.

Афганец - очень сильный (до 20 м/сек и более) и пыльный юго-западный ветер в восточных Каракумах и в Сурхандарьинской области. Дует до нескольких часов, иногда 2-х суток, сопровождается пыльной бурей и грозой. В Термезе наблюдается до 70 суток в году. Афганец - это усиление ветра перед холодным фронтом, опускающегося с СЗ через Турганскую низменность. Ослабление ветра сопровождается резким ростом давления и некоторым похолоданием

Влияние ветра на работу авиации.

Характеристики приземного ветра оказывают влияние на взлет и посадку ВС, а ветер на высотах - на навигационные элементы полета (путевую скорость и угол скоса).

При сильном ветра на аэродроме могут возникнуть метели, пыльные бури, которые ухудшают горизонтальную видимость ниже минимума. Переносимые при этом крупные частицы пыли попадают на всасывающую систему поршневых двигателей и усиливают износ всей системы, а попадание мелких камешков во всасывающую систему ТИРД и ТВ. Может привести к аварии компрессора или турбины. Ураганы и шквалы при взлете и посадке могут приводить к авиационным событиям. Резкое изменение скорости ветра на высотах, а у земли - скорости и направления ветра являются причиной образования сильной турбулентности, которая опасна интенсивной болтанкой и бросками ВС.

Направление ветра, кроме того, оказывает влияние на угол сноса. При боковом ветре путевой угол будет отличаться от курсового угла. Для того чтобы обеспечить точность полета по заданному маршруту, нужно учитывать эту разность при выполнении полета. Ветер влияет на взлетно - посадочные характеристики: длину разбега и скорость отрыва, длину пробега и посадочную скорость. Наиболее благоприятным для взлета и посадки является встречный ветер.

Направление ВПП не всегда может совпадать с направлением ветра. Поэтому приходиться осуществлять взлет и посадку при встречно-боковом ветре и боковом ветре, а они имеют особенность и представляют для пилота определенные трудности. В этих случаях происходит возрастание взлетно-посадочных характеристик, возникают кренящие м разворачивающие моменты, которые при неправильном учете ветра могут привести к сносу самолета с ВПП. В целях безопасности для каждого типа самолета установлена максимальная боковая скорость ветра, при большой величине которой взлет и посадка запрещена.

Для обеспечения безопасности полетов и выполнения их по расписанию ветер учитывается при всех навигационных расчетах. Климатические характеристики ветра учитываются при строительстве аэродромов, составлении расписания движения на воздушных трассах

Контрольные вопросы.

1. Что такое градиентный ветер?

2. Дать характеристику горно-долинным ветрам.

3. Дать характеристику местным ветрам, наблюдающимся в Центральной Азии.

4. Какие ветры называются теплыми; а какие холодными.

5. Каким образом ветер учитывается при строительстве аэродромов.

Лекция 7

Воздух находится в постоянном движении относительно поверхности земли. Наряду с горизонтальными движениями воздуха, в атмосфере имеются вертикальные движения - восходящие и нисходящие. Такие движения возникают вследствие ряда причин. Во-первых, они могут быть обусловлены наличием циклонов и антициклонов, а также атмосферных фронтов. Во-вторых, они связаны с неоднородностью земной поверхности (неровный рельеф).

В зависимости от причин возникновения различают следующие виды вертикальных движений:

Термическая конвекция - возникает из-за неравномерного нагревания воздуха от подстилающей поверхности. Более нагретые объемы воздуха, становясь легче окружающей среды, поднимаются вверх, уступая место более плотному, холодному воздуху, опускающемуся вниз. Скорость восходящих движений бывает 5 - 10 м/сек., но может быть и более в кучево-дождевых облаках до 20 - 30 м/сек. Нисходящие потоки имеют меньшую величину. Такие движения воздуха называют термической турбулентностью.

Динамическая конвекция - или динамическая турбулентность представляют собой неупорядоченные вихревые движения, возникающие при горизонтальном перемещении и трении воздуха о подстилающую поверхность, а также при значительных изменениях ветра с высотой. Вертикальные составляющие таких движений могут быть величиной в несколько десятков см/сек., реже до нескольких м/сек. Эта конвекция хорошо выражена в слое от земли до высоты 1 - 1,5 км.

Упорядоченные вертикальные движения - это медленное восходящее или нисходящее движение всей воздушной массы, охватывающее большие пространства в горизонтальном и вертикальном направлениях. Это может быть вынужденный подъем воздуха в зоне атмосферных фронтов, в горных районах с наветренной стороны или медленное спокойное «оседание» воздушной массы в результате общей циркуляции атмосферы. Сходимость воздушных потоков в верхних слоях тропосферы вызывает рост давления у земли и нисходящие движения по вертикали в этом слое. Расходимость воздушных потоков на высотах, наоборот, приводит к падению давления у земли и подъему воздуха вверх.

Волновые движения возникают из-за разности плотности воздуха и скорости его движения на верхней и нижней границе слоев инверсии и изотермии. В гребнях волн образуются восходящие движения, в долинах - нисходящие.

Облака - это видимое скопление продуктов конденсации или сублимации водяного пара на некоторой высоте над поверхностью земли. С облаками связаны многие атмосферные явления, из них выпадают осадки, полеты в облаках нередко сопровождаются интенсивным обледенением, болтанкой, электризацией воздушных судов.

Облака являются главным визуальным признаком, позволяющим ориентироваться в -метеорологической обстановке и принимать правильное решение. По внешнему виду облаков, их форме высоте, вертикальной и горизонтальной протяженности косвенно можно судить о причинах, приведших к облакообразованию, о процессах происходящих в облаках., а следовательно и об условиях полетов в них. По направлению и скорости воздуха на соответствующих высотах, Вместе с тем облака это не только показатель текущей погоды, но и определенные предвестники ее изменений.

Главным условием образования облаков является подъем воздуха и охлаждение его при подъеме. Это приводит к насыщению воздуха водяным паром и к его конденсации и сублимации. Такой же процесс происходит м при охлаждении теплого влажного воздуха от холодной подстилающей поверхности. Вторым необходимым условием для образования облаков является наличие в атмосфере ядер конденсации, которые в реальных условиях в тропосфере существуют почти всегда и везде.

Микрофизическая структура и водность облаков. Под микроструктурой облаков понимают их внутреннее физическое строение: фазовое состояние облачных элементов, их размеры, число облачных частичек в единице объема. По микроструктуре облака делятся на ледяные (кристаллические), водяные (капельные), и смешанные.

Чем ниже температура облаков, тем более вероятно их кристаллическое строение. Пример повторяемости различной микроструктуры облаков приведен ниже в таблице.

Повторяемость (в процентах) облаков различной микрофизической структуры на высоте до 6 км.



	Температура С
Облака	От 0 до -5	От -5 до -10	От -10 до -15	От -15 до -20	От -20 до -25	От -25 до -30	От -30 До -35

Переохлажден- 71,4 50,4 34,4 18,4 11,2 3,8 2,5 ные

Смешанные 28,6 46,7 57,7 60,4 54,7 47,7 32,3

Кристалличес- 0,0 2,9 7,9 21,2 34,1 48,5 65,2 кие

Водяные облака состоят из капель разных радиусов в основном от 4 до 25 мкм. Они содержат от 100 до 600 капель в 1 куб. см.

Ледяные кристаллы в облаках также имеют разную форму и размеры. При низких температурах они состоят из ледяных шестиугольников, или призм диаметром 10 - 2- мкм. В процессе дальнейшей сублимации в результате роста ледяных частичек, образуются шестилучевые звездочки - снежинки или кристаллы другой сложной формы. Их размер может достигать нескольких миллиметров. Содержание кристаллов в единице объема меньше, чем капель и составляет примерно 0,1в куб. см.

Водность облаков - содержание в них капельно-жидкой или кристаллической влаги ( в граммах на куб. метр). Водяные облака в зависимости от их формы имеют водность от десятых долей грамма до нескольких граммах в 1 куб. метре. В ледяных облаках водность незначительна и составляет сотые и тысячные доли грамма в 1 куб. метре. При этом она зависит от температуры, от 0,03 при -15 - 20 градусов, до 0,006 гр. в куб. метре при температуре ниже 30 градусов.

Микрофизические характеристики и водность облаков имеют существенное значение для оценки условий обледенения воздушных судов.

Контрольные вопросы.

1. Какие условия погоды способствуют образованию облаков?

2. Микроструктура облаков.



Лекция 8

Международная классификация учитывает следующие основные признаки: внешний вид, расположение по высотам, процессы образования. В зависимости от расположения высоты нижней границы облачности различают:

облака верхнего яруса - выше 6000 м;

облака среднего яруса - от 2000 м до 6000 м;

облака нижнего яруса - ниже 2000 м;

облака вертикального развития - основания ниже 2000 м, а вершины на уровне среднего и верхнего ярусов.

Верхний ярус:

Перистые - Cirrus (Ci) - отдельные белые вололкнистые облака обычно очень тонкие и прозрачные, но иногда с бдолее плотными или хлопьевидными образованиями.

Перисто-кучевые - Cirrucumulus (CC) - белые, тонкие облака, состоящие из очень мелких волн, хлопьев или ряби.

Перисто-слоистые - Cirrosnratus - белые или голубоватая тонкая однородная пелена облаков, иногда слегка волокнистого строения. Как правило, пелена Cs постепенно закрывает все небо.

Все облака верхнего яруса состоят из мелких кристаллов льда и осадков не дают. Сквозь них хорошо просвечивает солнце, луна, а ночью - яркие звезды. Закрывая солнце, они уменьшают освещенность. Иногда вокруг солнца или луны образуются цветные круги (гало), а у перисто-кучевых радужная окраска краев облаков и от отдельных его участков (ирризация).

Облака верхнего яруса часто служат признаком дальнейшего изменения погоды:

перистые когтевидные - предвестники теплого фронта;

перисто-кучевые - часто наблюдаются перед быстро движущимся фронтом;

облачные полосы, вытянутые через все небо - признак сильного ветра на этих высотах (струйного течения);

перисто-слоистые облака при продолжительном полете вызывают сильную электризацию самолета.

Средний ярус:

Высоко - кучевые - Altocumulus (Ac) ( ) белые иногда сероватые, синеватые облака в виде волн (гряд) состоящих из пластин или хлопьев. Сквозь тонкие края Ас просвечивает солнце и луна, при этом вокруг них часто наблюдаются венцы (яркие цветные кольца, непосредственно примыкающие к диску светила). Ас состоят преимущественно из мелких переохлажденных капель и кристаллов льда, толщина - около 200 - 700 м.

1. Если Ас имеют форму башенкообразных облаков, то они являются признаком неустойчивого состояния воздушной массы, полет в них опасен болтанкой (может быть даже бросок на 100-2000 метров). Летом в утренние часы они служат предвестниками внутримассовых гроз.

2. Если Ас имеют форму чечевицеобразных облаков, которые появляются за 150 - 200 километров перед быстро движущимся холодным фронтом в горах они образуются в гребнях подветренных волн.

Высоко - слоистые - Altostratus (As) ( ) серая или синеватая однородная пелена облаков слегка волокнистого строения, постепенно закрывающая все небо. Солнце и луна просвечиваются сквозь эти облака слабо, как через матовое стекло, Состоят преимущественно из ледяных кристаллов, низкие - из смеси кристаллов и переохлажденных капель. Осадки (обложного характера) выпадают, но летом обычно не долетают да земли вследствие испарения. Зимой As дают снег. Полеты в облаках As сопровождается сильной электризацией ВС. Вероятность обледенения в этих облаках составляет 45%.