Баннер
Метеорологические элементы и их учет при выполнении полета

Физическое состояние атмосферы и процессы, происходящие в ней, характеризуются рядом метеорологических элементов, которые непосредственно наблюдаются на метеорологических станциях. К ним относятся: температура, атмосферное давление и влажность воздуха, видимость, ветер, облачность и осадки, а также плотность воздуха, которая вычисляется.

Движение летательного аппарата в атмосфере сопровождается сложным взаимодействием его с окружающей средой. От физического состояния атмосферы зависит возникающие в полете аэродинамические силы, сила тяги, создаваемая двигателем, расход топлива, скорость и предельно допустимая высота полета, показания аэронавигационных приборов (барометрический высотомер, указатель скорости, указатель чисел М) и т.д.

Анализ пространственного (горизонтального и вертикального) распределения метеорологических величин и их временной изменчивости свидетельствует о том, что летно-технические данные ЛА могут изменяться в широких пределах. В связи с этим при конструировании летательных аппаратов, их оборудования и приборов исходят из ранее заданного, постоянного распределения физических характеристик состояния атмосферы по высоте, т.е. введено понятие стандартной атмосферы:

- атмосфера на всех высотах состоит из сухого воздуха;

- за пулевую высоту ("землю") принят средний уровень моря, на котором давление воздуха 760 мм рт. ст. пли 1013,25гПа, температура +15°С, плотность воздуха равна 1,225 кг/м3;

- граница тропосферы считается лежащей на высоте 11 км; вертикальный градиент температуры постоянен и равен 0.65°С на 100 м;

- в стратосфере, т.е. выше 11 км, температура постоянна и равна -5б,5°С.

 

1.1. Температура воздуха

Температура воздуха - степень нагретости воздуха. Она пропорциональна кинетической энергии движения молекул и атомов, входящих в состав воздуха, измеряется в градусах по шкале Цельсия.

Передача тепла от земной поверхности в атмосферу происходит благодаря термической конвекции, турбулентности, излучения, переноса тепла за счет горизонтальных перемещений воздуха, а также при конденсации водяного пара. Температура может изменяться, как по горизонтали вдоль земной поверхности, так и по вертикали с подъемом вверх. Величина горизонтального градиента температуры выражается в градусах на определенное расстояние (100 км или 500 км). Величина, характеризующая изменение температуры воздуха с высотой, называется вертикальным температурным градиентом, его величина изменчива и зависит от времени суток, года, характера погоды. По МСА γ = 0,650 /100 м.

Слои атмосферы, в которых происходит повышение температуры высотой (γ <0°С), называется слоями инверсии. Слои воздуха, в которых температура с высоток не меняется, называется слоями изотермии (γ =00 С). Они являются задерживающими слоями: гасят вертикальные движения воздуха, под ними происходит скопление водяного пара и твердых частиц, ухудшающих видимость, образуются туманы и низкие облака. Инверсии и изотермии могут привести к существенному расслоению потоков по вертикали и образованию значительных вертикальных сдвигов ветра, что вызывает болтанку самолетов и влияет на динамику полета при заходе па посадку или при взлете.

Температура воздуха влияет на полет самолета. В значительной степени зависит от температуры взлетно-посадочные данные самолета. Длина разбега и взлетной дистанции, длина пробега и посадочной дистанции уменьшается с понижением температуры. От температуры зависит плотность воздуха, которая определяет режимные характеристики полета самолета. При повышении температуры плотность уменьшается, а, следовательно, уменьшается скоростной напор наоборот.

Изменение скоростного напора вызывает изменение тяги двигателя, подъемной силы, лобового сопротивления, горизонтальной и вертикальной скорости. Температура воздуха влияет на высоту полета. Так повышение ее на больших высотах на 10° от стандартной приводит к понижению потолка самолета на 400-500 м. Температура учитывается при расчете безопасной высоты полета. Очень низкие температуры усложняют эксплуатацию авиационной техники. При температурах воздуха близких к 0°С и ниже при переохлажденных осадках образуется гололед, при полете в облаках - обледенение. Изменения температуры более 2,5°С на 100 км вызывает турбулентность атмосферы.

 

1.2. Атмосферное давление

Атмосферное давление воздуха - это сила, действующая на единицу горизонтальной поверхности в 1 см2 и равная весу воздушного столба, простирающего через всю атмосферу. Изменение давления в пространстве тесно связанно с развитием основных атмосферных процессов. В частности неоднородность давления по горизонтали является причиной течений воздуха. Величина атмосферного давления измеряется в мм.рт.ст. и гектопаскалях. Между ними есть зависимость:

1 гПа = 0,75 мм.рт.ст.

1 мм.рт.ст. = 1,33 гПа

760 мм.рт.ст. = 1013,25 гПа.

Для наглядного представления о распределении атмосферного давления проводятся на картах погоды линии – изобары, соединяющие точки с одинаковым давлением. Изобары выделяют на картах барические системы: циклоны, антициклоны, ложбины, гребни и седловины. Изменения давления в какой-либо точке пространства за отрезок времени 3 часа называют барической тенденцией, ее значение наносят на приземные синоптические карты погоды, на которых наводят линии равных барических тенденций - изаллобары. Атмосферное давление убывает с высотой. При производстве полетов и руководстве ими необходимо знать изменение высоты в зависимости от вертикального изменения давления. Эту величину характеризует барическая ступень - определяющая собой высоту, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 мм.рт.ст. или на 1 гПа. Она равна 11 м на 1 мм.рт.ст, или 8 м на 1 гПа. На высоте 10 км ступень равна 31 м при изменении давления 1 мм.рт.ст.

Для обеспечения безопасности полетов в информации экипажам о погоде на аэродроме передается значение атмосферного давления воздуха, на уровне порога рабочей ВПП в мм.рт.ст (гПа).

Барометрический высотомер на самолете устроен на принципе измерения высоты по давлению. Так как в полете высота эшелона выдерживается по барометрическому высотомеру, т.е. полет происходит при постоянном давлении, то фактически полет осуществляется но изобарической поверхности. Неравномерное по высоте залегание изобарических поверхностей приводит к тому, что истинная высота полета может значительно отличаться от приборной. Так, над циклоном она будет ниже приборной и наоборот. Это следует учитывать при определении безопасного эшелона и при полетах на высотах, близких к потолку самолета. Влияние давления на плотность воздуха прямо пропорционально, а от плотности зависят режимные характеристики полета самолета.

 

1.3. Влажность воздуха

Влажность воздуха определяется содержанием водяного пара в атмосфере и выражается с помощью следующих основных характеристик.

Абсолютная влажность - это количество водяного пара в граммах, содержащихся в 1 м3 воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше абсолютная влажность. По ней судят о возникновении облаков вертикального развития, грозовой деятельности.

Относительная влажность – характеризуется степенью насыщенности воздуха водяным паром.  Относительная влажность – это процентное отношение фактического количества водяного пара, содержащегося в воздухе к тому количеству, которое необходимо для полного насыщения при данной температуре.  При относительной влажности 20-40% воздух считается сухим, при 80-100% - влажным, при 50-70% - воздух умеренной влажности. При повышении относительной влажности наблюдается снижение облачности, ухудшение видимости.

Температура точки росы - это температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, достигает состояния насыщения при данном влагосодержании и неизменном давлении. Разность между фактической температурой и температурой точки росы называется дефицитом точки росы. Дефицит показывает насколько градусов надо охладить воздух, чтобы содержащийся в нем пар достиг состояния насыщения. При дефицитах точки росы 3-4° и менее воздушная масса у земли считается влажной, а при 0-1° часто возникают туманы.

Основным процессом, приводящим к насыщению воздуха водяным паром, является понижение температуры. Водяной пар играет важную роль в атмосферных процессах. Он сильно поглощает тепловую радиацию, которая излучается земной поверхностью и атмосферой, и тем самым уменьшает потерю тепла нашей планетой. Основное влияние влажности на работу авиации оказывается через облачность, осадки, туманы, грозы, обледенение.

 

1.4. Ветер и его характеристика

В атмосфере всегда наблюдается горизонтальные перемещения воздуха, называемые ветром. Непосредственной причиной возникновения ветра является неравномерное распределение давления воздуха вдоль поверхности земли. Основными характеристиками ветра являются: направление /часть горизонта откуда дует ветер/ и скорость, измеряемая в м/сек и км/час (1 м/сек = 3,б км/час).

Изменение давления на единицу расстояния, в котором давление убывает наиболее быстро, называется горизонтальным барическим градиентом. За единицу расстояния берется 10 дуги меридиана (111 км) или 100 км. Сила, заставляющая массу воздуха прийти в горизонтальное движение, называется силой барического градиента. Чем больше перепад давления, тем сильнее ветер. На движение воздуха оказывает влияние сила Кориолиса, сила трения. По приборам (анеморумбометру и флюгеру) ветер определяется от истинного меридиана. В тех аэропортах, где магнитное склонение составляет 50 и более, в показание направления вводятся поправки на магнитное склонение для передачи органам УВД, экипажам, в сводках погоды ATIS и УКВ. В сводках, распространяемых за пределы аэродрома, направление ветра указывается от истинного меридиана.

Выше слоя трения установившееся движение воздуха называется градиентным ветром. Он направлен вдоль изобар так, что низкое давление всегда будет находиться слева от потока. Практически ветер на высотах прогнозируется по картам барической топографии.

Ветер оказывает большое влияние на полеты всех типов ВС. От направления и скорости ветра по отношению ВПП зависит безопасность взлета и посадки самолета, влияет на длину разбега и пробега самолета. Опасен и боковой ветер, который вызывает снос самолета. Ветер вызывает опасные явления, усложняющие полеты, как ураганы, шквалы, пыльные бури, метели. Структура ветра носит турбулентный характер, что вызывает болтанку и броски самолетов. При выборе ВПП аэродрома учитывается преобладающее направление ветра.

 

1.5. Местные ветры

Воздушные течения, которые возникают под влиянием местных физико-географических условий и присущие определенным районам, называются местными ветрами.

К ним относятся:

Бризы, которые наблюдаются па побережье морей и больших водоемов, дующие днем на cyшу с водной поверхности и ночью наоборот, их соответственно называют морскими и береговыми бризами, скорость 2-5 м/сек, по вертикали распространяются до 500-1000 м. Причина их возникновения - неравномерное нагревание воды и суши. Бризы оказывают влияние на условия погоды в береговой полосе, вызывая понижение температуры, повышение абсолютной влажности, сдвиги ветра. Выражены бризы на Черноморском побережье Кавказа.

Горно-долинные ветры возникают в результате неравномерного нагревания и охлаждения воздуха непосредственно у склонов. Днем воздух поднимается по склону долины вверх и называется долинным ветром. Ночью спускается вниз со склонов и называется - горным. Вертикальная мощность 1500 м, часто вызывает болтанку.

Фен - теплый, сухой ветер, дующий с гор к долины, иногда достигает штормовой силы. Феновый эффект выражен в районе высоких гор 2-3 км. Он возникает, если на противоположных склонах создается разность давления. По одну сторону хребта область низкого давления, по другую — область высокого, что способствует переваливанию воздуха через хребет. При фене сложные погодные условия наблюдаются на наветренной стороне хребта (туман, осадки) и малооблачная погода на подветренной стороне хребта, но здесь бывает интенсивная болтанка ВС.

Бора — сильный порывистый ветер, дующий с прибрежных невысоких гор (не более 1000 м) в сторону теплого моря. Наблюдается в осенне-зимний период, сопровождается резким понижением температуры, выражена в районе Новороссийска, северо-восточного направления. Бора возникает при наличии антициклона, сформированного и расположенного над восточными и юго-восточными районами Европейской территории России, а над Черным морем в это время область низкого давления, при этом создаются большие барические градиенты и холодный воздух низвергается через Мархотский перевал с высоты 435 м в Новороссийскую бухту со скоростью 40-60 м/сек. Бора вызывает шторм на море, гололед, распространяется вглубь моря на 10-15 км, продолжительность до 3-х суток, а иногда и более.

При переваливании воздушным потоком горных хребтов в атмосфере образуются подветренные волны. Они возникают при условии:

- наличия ветра, дующего перпендикулярно хребту, скорость которого 50 км/час и более;

- усиления скорости ветра с высотой;

- наличия слоев инверсии или изотермии от вершины хребта на 1-3 км. Подветренные волны вызывают интенсивную болтанку самолетов. Для них характерны чечевицеобразные высоко-кучевые облака.

 

1.б. Облака и осадки

Облака представляют собой видимое скопление капель воды и кристаллов льда, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии на некоторой высоте , над земной поверхностью. Облака образуются в результате конденсации и сублимации водяного пара. Полеты в облаках затрудняются из-за отсутствия достаточной видимости, а также из-за болтанки, обледенения и электрических разрядов. Низкая граница облаков и выпадающие из них осадки усложняют взлет и посадку самолетов. Главной причиной образования облаков является адиабатическое понижение температуры в поднимающемся влажном воздухе, приводящее к конденсации водяного пара, турбулентный обмен и излучение, а также наличие ядер конденсации. Микроструктура облаков - фазовое состояние облачных элементов, их размеры, число облачных частиц в единице объема. Облака делят на ледяные, водяные и смешанные (из кристаллов и капель).

Согласно международной классификации облака по внешнему виду делятся на 10 основных форм, а по высотам - па четыре класса.

1. Облака верхнего яруса - располагаются на высоте от 6000 м и выше, представляют собой тонкие белые облака, состоят из ледяных кристаллов, имеют малёнькую водность, поэтому осадков не дают. Мощность мала 200 м - 600 и. К ним относятся:

- перистые облака, имеющие вид белых нитей, крючков. Являются предвестниками ухудшения погоды, приближения теплого фронта;

- перисто-кучевые облака - мелкие барашки, мелкие белые хлопья, рябь. Полет сопровождается слабой болтанкой;

- перисто-слоистые имеют вид голубоватой однородной пелены, которая покрывает все небо, виден расплывчатый диск солнца, ночью -вокруг луны возникает круг гало. Полет в них может сопровождаться слабым обледенением, электризацией ВС.

2. Облака среднего яруса - располагаются на высоте от 2 км до 6 км, состоят из переохлажденных капель воды в смеси со снежинками и ледяными кристаллами, полеты в них сопровождаются плохой видимостью. К ним относятся:

- высоко-кучевые, имеющие вид хлопьев, пластин, волн, гряд, разделенных просветами. Вертикальная протяженность 200-700м. Осадки не выпадают, полет сопровождается болтанкой, обледенением;

- высоко-слоистые представляют собой сплошную серую пелену, тонкие высоко-слоистые имеют мощность - 300-600 м, плотные - 1-2 км. Зимой из них выпадают обложные осадки. Полет сопровождается обледенением.

3. Облака нижнего яруса располагаются от 50 до 2000 м. имеют плотную структуру, в них плохая видимость, и часто наблюдается обледенение. К ним относятся:

- слоисто-дождевые, имеющие темно-серый цвет, большую водность, дают обильные обложные осадки. Под ними в осадках образуются низкие разорванно-дождевые облака. Высота нижней границы слоисто-дождевых облаков зависит от близости линии фронта и составляет от 200 до 1000 м, вертикальная протяженность 2-3 км, сливаясь часто с высокослоистыми и перисто-слоистыми облаками;

- слоисто-кучевые состоят из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами. Нижняя граница 200-600 м, а толщина облаков 200-800 м, иногда 1-2 км. Это облака внутримассовые, в верхней части слоисто-кучевых облаков наибольшая водность, здесь же и зона обледенения. Осадки из этих облаков, как правило, не выпадают;

- слоистые облака представляют собой сплошной однородный покров, низко нависший над землей с неровными размытыми краями. Высота бывает 100-150 м и ниже 100 м, а верхняя граница -300-800 м. Резко усложняют взлет и посадку, дает моросящие осадки. Могут опускаться до земли и переходить в туман;

- разорванно-слоистые облака имеют нижнюю границу 100 м и ниже 100 м, образуются в результате рассеивания радиационного тумана, осадки из них не выпадают.

 4. Облака вертикального развития. Нижняя граница их лежи т в нижнем ярусе, верхняя достигает тропопаузы. К ним относятся:

- кучевые облака -плотные облачные массы развитые по вертикали с белыми куполообразными вершинами и с плоским основанием. Нижняя граница их порядка 400-600 м и выше, верхняя граница 2-3 км, осадков не дают. Полет в них сопровождается болтанкой, которая на режим полета существенно не влияет;

- мощно-кучевые облака представляют собой белые куполообразные вершины с вертикальным развитием до 4-6 км, осадков не дает. Полет в них сопровождается умеренной до сильной болтанкой, поэтому входить в эти облака запрещается;

- кучево-дождевые (грозовые) является самыми опасными облаками, представляют собой мощные массы клубящихся облаков с вертикальным развитием до 9-12 км. С ними связаны грозы, ливни, град, интенсивное обледенение, интенсивная турбулентность, шквалы, смерчи, сдвиги ветра. Кучево-дождевые вверху имеют вид наковальни, в направлении которой и смещается облако.

В зависимости от причин возникновения различают следующие виды облачных форм:

1. Кучевообразные. Причина их возникновения термическая, динамическая конвекция и вынужденные вертикальные движения. К ним относятся:

а) кучевые / Си /

б) кучево-дождевые / Св /

в) мощно-кучевые /  Cucong /

г) высоко-кучевые / Ас /

д) перисто-кучевые / Сс /

2 .Слоистообразные возникают в результате восходящих скольжений теплого влажного воздуха по наклонной поверхности холодного вдоль пологих фронтальных разделов. К этому виду относятся облака:

а) слоисто-дождевые / Ns /

б) высоко-слоистые / As /

в) перисто-слоистые / Cs /

г) перистые / Ci/

3.Волннистые, возникают при волновых колебаниях на слоях инверсии, изотермии и в слоях с небольшим вертикальным градиентом температуры. К ним относятся:

а) слоисто-кучевые / Sc /

б) высоко-кучевые, волнистые / Ac/

в) слоисть1с / St /

г) разорванно-слоистые / Fs /

 

1.7. Наблюдение за облаками

Определяются: форма облаков по атласу, общее количество облаков указывается в октантах. Высота облаков нижнего яруса определяется инструментально по светолокатору ИВО с точностью в пределах ±10 % в интервале высот от 50 м до 1500 м. При отсутствии инструментальных средств высота оценивается по данным экипажей ВС или визуально.

При тумане, осадках или пыльной буре, когда нижнюю границу облаков определить невозможно, результаты инструментальных изменений указываются в сводках как вертикальная видимость.

На аэродромах, оборудованных системами захода па посадку, высота нижней границы облаков при ее значениях 200 м и ниже измеряется с помощью датчиков, устанавливаемых в районе БПРМ, в остальных случаях измерение производятся у рабочих стартов. При оценке предполагаемой высоты и низкой облачности учитывается рельеф местности. Над возвышенными местами облака располагаются ниже па 50-60 % разности превышения самих пунктов. Над лесными массивами облачность всегда расположена ниже. Над промышленными центрами, где много ядер конденсации, повторяемость облачности увеличивается. Нижняя кромка низких облаков слоистых, разорванно-слоистых, разорванно-дождевых неровная, изменчивая и испытывает значительные колебания в пределах 50-150 м.

 

1.8. Виды осадков и их влияние на полет

Водяные капли или ледяные кристаллы, выпадающие из облаков па поверхность Земли, называются атмосферными осадками. Осадки выпадают обычно из тех облаков, которые по своей структуре являются смешанными. Для выпадения осадков необходимо укрупнение капель или кристаллов до 2-3 мм. Укрупнение капель происходит за счет слияния их при столкновении.

Второй процесс укрупнения связан с переносом водяного пара с капель воды на кристалл, и он растет, что связало с различной упругостью насыщения над водой и надо льдом. Выпадение осадков бывает из облаков, которые достигают тех уровней, где происходит активное образование кристаллов, т.е. там, где температуры находятся в пределах -100С÷-160С и ниже. По характеру выпадения осадки разделяют на 3 типа:

- обложные осадки - выпадают продолжительное время и на большой территории из слоисто-дождевых и высоко-слоистых облаков;

- ливневые осадки из кучево-дождевых облаков, на ограниченной территории, в короткий промежуток времени и большом количестве;

- моросящие - из слоистых облаков, это мелкие капельки, падение которых глазом не заметно.

По виду различают: дождь, снег, ледяной дождь , проходящий через приземный слой воздуха с отрицательной температурой, морось, крупа, град, снежные зерна и д.р.

К осадкам относятся: роса, иней, изморозь и метели. Осадки усложняют полет самолета, ухудшают горизонтальную видимость. Ливневые осадки считаются сильными при видимости менее 1000 м, кроме того, водяная пленка на стеклах кабины вызывает оптическое искажение видимых объектов, что опасно для взлета и посадки. Осадки лказывают влияние на состояние аэродромов, особенно грунтовых, а переохлажденный дождь вызывает гололед, обледенение. Попадание в зону града вызывает серьезное техническое повреждение. При посадке на мокрую ВПП изменяется длина пробега самолета, что может привести к выкатыванию за пределы ВПП. Струя воды, отбрасываемая от шасси, может всасываться в двигатель, вызывая потерю тяги, что опасно при взлете.

 

1.9. Горизонтальная и наклонная видимость

Видимость - степень различимости удаленных предметов или огней. Она является одним из важных для авиации метеорологических элементов. Дальность видимости определяется рядом факторов следующего характера: геометрического, освещенности, цвета и яркости предмета и фона, прозрачности атмосферы, которые действуют в совокупности и обуславливают сложный характер дальности видимости. Под метеорологической горизонтальной видимостью в дневное время понимается то предельно большое расстояние, на котором при данных условиях абсолютно черный объект больших угловых размеров, проектируется на фоне неба вблизи горизонта или на фоне воздушной дымки, сливается с фоном и становится невидимым.

Для наблюдения за видимостью на каждом аэродроме составляется схема ориентиров, дающих возможность наблюдать за видимостью во всех направлениях. Для обеспечения безопасности полетов нужно знать дальность видимости на ВПП, в пределах которой пилот ВС, находящего на осевой линии ВПП может видеть маркировку покрытия ВПП или огни, которые обозначают контуры ВПП и ее осевую линию, поэтому наблюдения за видимостью производятся вдоль ВПП с помощью приборов или по щитам, на которых устанавливается одиночные источники света (лампочки в 60 вт) для оценки видимости в темное время.

Поскольку видимость бывает очень изменчивой, то приборы для измерения видимости устанавливаются у СДП обеих курсов и на середине ВПП. В сводку погоды включают:

а) при длине ВПП 2000 м и менее - меньшее из двух значений видимости, измеренной у обоих концов ВПП;

б) при длине ВПП более 2000 м - меньшее из двух значений видимости, измеренной у рабочего старта и середины ВПП.

На аэродромах, где используются системы огней ОВИ при видимости 1500 м и менее в сумерках и ночью, 1000 м и менее днем производится перерасчет по таблицам в видимость ОВИ, которая также включается в авиапогоду. Перерасчет видимости в видимость ОМИ только в ночное время суток.

В сложных метеоусловиях, особенно в момент посадки самолета, важно знать наклонную видимость. Наклонная видимость (посадочная) - это такое предельное расстояние по наклону вдоль глиссады снижения, на котором пилот приземляющегося ВС при переходе от пилотирования по приборам к визуальному пилотированию может обнаружить начало ВПП. Она не измеряется, а оценивается. Экспериментально установлена следующая зависимость наклонной видимости от величины горизонтальной видимости при разной высоте облаков:

- при высоте нижней границы облаков (НГО) меньше 100 м и ухудшению видимости из-за дымки, осадков у земли, наклонная видимость составляет 25-45 % от горизонтальной видимости;

- при высоте нижней границы облаков 100-150 м она равна 40-50% от горизонтальной;

- при высоте НГО 150-200 м наклонная составляет 60-70% от горизонтальной;

Рис. 1 Полетная видимость

- при высоте НГО больше 200 м наклонная видимость близка или равна горизонтальной видимости у земли.

Рис. 2 Влияние помутнения в атмосфере на наклонную видимость

Необходимо эту зависимость читывать при посадке, когда погодные условия близки к минимуму, чтобы не допустить преждевременного снижения.

 

Все права защищены © 2011-2017 CabinAir.RU

Яндекс.Метрика