Магический воздух и удивительный ветер

В вечерние часы часто вдоль гор бывают замечательно ровные восходящие потоки. Пилоты называют такие условия "удивительный ветер". Механизм его возникновения показан на рисунке 135. Мы видим сечение долины, имеющей восточный склон. Когда к вечеру он оказывается в тени, с него начинает дуть ветер, который стекает в долину и выдавливает воздух перед собой и вверх на противоположный склон, вызывая таким образом "удивительный ветер91, причем усиленный тепловыми эффектами от прогрева западного склона. Удивительные ветра образуются вдоль хребтов (охотнее, чем у отдельных вершин) с узкими долинами шириной 5-8км или 10-20 высот гор. Главный хребет на востоке США и узкая долина Rhone в Альпах - два основных формирования, где характерны такие условия.

Эти ветры возникают в конце солнечного дня с относительно слабой термичностью и легкими основными ветрами. Сильная термичность приводит к тому, что большое количество тепла, отбираемого у поверхности восходящими потоками уносится вверх, а сильный ветер приводит к перемешиванию воздуха и уменьшению тепла в долине. Часто вечером в конвективные дни присутствует волновая активность (о чем будет подробнее рассказано в следующей главе), и этот феномен должен способствовать усилению удивительного ветра. Но многие штилевые дни или дни со слабым ветром без волновых процессов заканчиваются удивительным ветром.

"Магический воздух" - название более обширного процесса, протекающего в долине. Эти условия могут иметь место, когда ветер очень слабый, а причину возникновения восходящего потока можно понять из рисунка 135 внизу. Здесь мы видим, что восходящий поток образуется теплым воздухом, вытесняемым из долины двумя сходящими бризами с противоположных склонов. Когда воздух поднимается, он становится менее стабильным до автоконвекции и продолжает подъем.

Магический воздух - это обширный восходящий поток над всей долиной. Часто возникают мощные ядра поднимающегося воздуха, если на земле есть более прогретые участки. Иногда они ровные, равномерные в широкой зоне, по этому признаку можно предположить, что это волновая активность, которая является одним из факторов образования восходящего потока.

Удивительный ветер и магический воздух трудно гарантировано предсказать, их надо использовать при возникновении. Если интенсивность восходящего потока у вершины горы уменьшается к вечеру, то, возможно, стоит попробовать над долиной, где комбинация поздней термичности с поверхности и лесов образует магический воздух и может получиться незабываемый по красоте полет.

ВЕТРЫ В ДОЛИНЕ

В длинных, ограниченных склонами долинах наблюдается суточная цикличность ветров: днем вверх по долине, ночью вниз. Эти потоки комбинируются с ветрами на склон и вниз по склону, и получается картина, изображенная на рисунке 136.

Вначале, рано утром, солнце инициирует бризы на склон, в то время как в низу долины ветер продолжает дуть каньонами и по теневым склонам. Затем к обеду ветер в низу долины останавливается и начинается обратный ток. После обеда ветер по верху долины становится сильным и даже меняет ветер, дующий на склон. К вечеру начинаются ветры со склонов вниз, в то время как ветер по верху долины продолжается. Отметим соединение воздуха в центре долины. За пару часов ветер по верху долины останавливается и поворачивает, начинается ветер низовой. Этот ветер становится сильным ночью, он даже разрушает потоки со склонов вниз. Утром цикл повторяется. Наличие неровной поверхности, сужение долины и основной ветер меняют четкий план, описанный выше. Основной ветер может часто препятствовать потокам вверх по склону с одной стороны или даже ветру вдоль долины в одном направлении в течение дня. Однако, понимание суточного цикла помогает нам предсказать появление и характер местных ветров. Основной ветер над долиной будет усиливаться днем и ослабевать ночью.

Несколько дополнительных замечаний о ветрах в долине, которые надо помнить. Первое: из-за влияния на них эффекта Кориолиса они стремятся повернуть вправо в северном полушарии и влево в южном. Это приводит к тому, что при всех остальных указанных условиях ветер в долине прижимается к правому склону по его направлению ( северное полушарие) и более мощные восходящие потоки вдоль этого склона. Второе: существует, скажем так, транзитное время - несколько часов, когда ветер меняет направление.

В дополнение отметим, что ветры в долине могут быть очень сильными, потому что они постоянно подпитываются нисходящим воздухом. Они могут быть сильнее, чем ветер, буквально на 100 м выше. Ветер в долине вечером можно представить как реку холодного воздуха, текущего под теплым слоем инверсии, что определяет некоторую турбулентность среза и механическую. Пилоты, летающие или совершающие посадку в длинной долине, должны быть готовы к разного рода неожиданностям и опасностям: турбулентность, изменение скорости и направления ветра, особенно вечером. *

Будем закрывать эту главу о местных условиях, но хотелось бы отметить, что некоторые территории имеют своеобразную погоду, отличную от описанной выше. Например, горы St. Pierre в Квебеке и St. Andre в южных Альпах, как и подобные территории с высокими горами, морем или озерами и высокогорными плато, дают наложение эффектов морского бриза, тепловых фронтов, долинных ветров и ветров на склоны и со склонов. Слияние и разделение местных течений с основным ветром дают очень своеобразные условия, восходящие и нисходящие потоки. Ветер часто меняет направление и скорость или возникают отдельные потоки. Ключ к пониманию таких сложных микросистем - изучить все присутствующие элементы и, конечно, длительные наблюдения. Знание циркуляционной модели на местном уровне, привязка к ней тепловых процессов и анализ того, как и что они изменяют, есть ключ к прогнозированию разнообразных эффектов, с которыми мы можем столкнуться. Показателем, как драматически комбинируются местные эффекты и большие барические системы, может служить один пример: Mohave в Калифорнии 18.11.91 г. в 6:00 скорость ветра была 160 км/час, потому что к ветру от движения барической системы добавлялся гравитационный ветер. Через час после прогрева долины установился штиль.

ИТОГИ

В этой главе мы вплотную познакомились с мелкомасштабными эффектами, условиями, которые возникают на местном уровне и движущей силой которых является солнце. Они имеют циклическую природу.

Мы дали простые имена различным циркуляциям: морской бриз, тепловой фронт или бриз на склон.

Мы сможем больше, дальше и, главное, приятнее летать, если научимся использовать местные эффекты. Путь к использованию атмосферных краткосрочных колебаний погоды - это понять важность различного прогрева соседних территорий или дисбаланса прогрева.

Теперь на фоне полученных знаний почему, как и где возникают и меняются ветры и погода в атмосфере, научившись применять знания о метеорологии и местных эффектах, мы обратим свое внимание на образование и исчезновение вертикальных потоков.

ГЛАВА 8
Парящие условия. Восходящие потоки.

В противовес силам гравитации большинство видов спортивной авиации используют восходящие воздушные потоки. Даже в моторизованных авиационных дисциплинах пилоты, которые знают секреты поднимающегося воздуха, могут расширить характеристики своего летательного аппарата и увеличить безопасность. Мы можем быть в воздухе как дома, в гармонии с небесными течениями. Чтобы добиться этого, мы должны понимать движение воздуха в вертикальном направлении так же хорошо, как и в горизонтальном.

В этой главе мы посмотрим на небо не с целью избегать или уклоняться от чего-нибудь, но с целью искать и найти. Что же мы собираемся искать? Поднимающийся воздух или восходящие потоки. Мы будем изучать причины и механизмы возникновения восходящих потоков. Поняв их, мы научимся летать высоко и далеко.

ПАРИТЬ

* Слово soar (парить) произошло от латинского ex aura, что означает в воздухе, на воздухе. Чтобы пилот чувствовал себя в воздухе, как дома, необходимо понимать и использовать восходящие потоки для увеличения длительности и дальности полета. Парение - это полет с набором высоты при помощи управления, мастерства и знаний пилотом воздушной обстановки.

Условие для парения очевидно: мы должны найти воздух, поднимающийся вверх со скоростью равной или большей, чем минимальная скорость снижения нашего летательного аппарата. В природе существуют различные причины для того, чтобы воздух поднимался вверх. Это отклонение ветра, волны. конвергенция, фронтальное движение и термичность. Последнее так важно, что мы выделим эту тему отдельно в следующие две главы.

ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ У ГРЕБНЕЙ

Ветер, наталкиваясь на гору, гребень или холм, отклоняется так же, как и вода, обтекающая препятствие. Если в направлении, перпендикулярном ветру, на поверхности находится достаточно обширное препятствие, оно будет отклонять воздух, создавая восходящие потоки, как показано на рисунке 137. Мы называем их динамическими или орографическими потоками.

Различные формы препятствий по разному влияют на набегающий поток. В основном более крутые склоны дают большую вертикальную составляющую при одинаковой скорости ветра. Это показано на рисунке 138, где изображены линии тока при различной крутизне склона. На графике (рис.139) представлена зависимость вертикальной составляющей потока от силы ветра и крутизны склона. Например, на склоне 40° при ветре 24 км/час максимальная составляющая будет ~ 4 м/сек. Если есть гребень или гора с различными склонами, то мы надеемся найти лучшие восходящие потоки над более крутыми местами, где ветер дует перпендикулярно склону. Все безмоторные летательные аппараты (за исключением воздушных шаров), как птицы и бабочки, когда не машут крыльями, снижаются, а подниматься могут только, находясь в зоне восходящего потока над горой. Зона устойчивого парения имеет определенную форму и местоположение, как показано на рисунке 140, в зависимости от формы возвышенности, от силы ветра и состояния воздуха. Отметим, что более крутые склоны дают лучшие условия для па рения. Также линия максимальной подъемной силы (А-В) слегка наклонена вперед. В более стабильных условиях зона парения сдвигается вперед и становится ниже. С увеличением ветра назад и выше.

СКЛОН СЛОЖНОЙ ФОРМЫ

В реальной жизни ветер не всегда идеально прямо дует на склон. Лучшей формой для создания хорошего динамического потока является чаша, как показано на рисунке 141. Здесь весь воздух, попадающий в нее поднимается вверх. Противоположная по эффекту форма - выступ. Если ветер дует прямо на него, то поток разделяется и вертикальная составляющая его меньше.

Когда направление ветра не перпендикулярно склону, то динамический поток слабее, так как набегающий воздух делится на поднимающийся вверх и двигающийся в горизонте вдоль склона. Фактически, чем круче склон, тем сильнее отклонение. Динамический поток на вертикальных склонах сильнее зависит от направления ветра, чем на пологих. График на рисунке 142 показывает изменение максимума восходящего потока в зависимости от крутизны склона и угла натекания ветра. Например, отвесный склон (90°) создает половинный по силе восходящий поток при отклонении ветра от перпендикуляра только на 30°. В то же время склон 15° уменьшает вполовину динамик только при отклонении на 60°. Но даже вполовину ослабленный поток на отвесном склоне больше динамика при перпендикулярном ветре той же силы на склоне 15°.

Из всего выше сказанного следует, что надо держаться у склонов, которые расположены более круто к ветру. На рисунке 143 изображен приближающийся к реальному горный ландшафт и указаны зоны хороших динамических потоков, а также нисходящих и турбулентности. Этот рисунок приблизительно отражает место полетов в Mont Revard во французских Альпах.

КАНЬОНЫ И ПРОЛОМЫ

Ранее мы разобрались с моделью восходящих и нисходящих потоков, возникающих в каньонах (глава 6). Здесь мы просто отметим, что в них возникают хорошие динамические потоки у вершины, если ветер прямо внутрь и на наветренном склоне, если ветер пересекает каньон. Остерегайтесь подветренных склонов из-за турбулентности. Отметим, что нисходящие массы воздуха могут поджидать вас высоко над подветренным склоном.

В случае, когда горный хребет разрезан, то в проломе при прямом ветре создается ситуация, показанная на рисунке 144. Здесь мы видим изменение потока возле пролома, сжатие его и ускорение. Турбулентность на подветренной стороне такая, как показано на рисунке 111. Полет возле пролома может быть небезопасен именно по причине ускорения потока. Не рискуйте летать в таких местах в сильный ветер. Проломы, которые не разрезают хребет насквозь и если они не очень глубокие, могут работать, как чаши с хорошими динамическими потоками. Более глубокие проломы создают восходящие потоки далеко позади и могут быть вне досягаемости легкими летательными аппаратами.

При обоих типах проломов следует избегать подветренной стороны и стремиться на наветренной стороне к наибольшей высоте, как показано на рисунке. Основное правило при пересечении проломов - это чем ниже, тем дальше впереди надо лететь, чтобы избежать затягивания потоком в пролом. Пересечение с небольшой попутной составляющей ветра облегчает, а с составляющей навстречу затрудняет задачу.

ПРОБЛЕМЫ ПАРЕНИЯ У ГРЕБНЯ

Одна из реальностей парения у гребня есть тот факт, что у поверхности присутствует турбулентность, вызванная трением потока о склон. Поэтому приходится выдерживать большую скорость (планеры, дельтапланы), что соответственно приводит к увеличению и вертикальной составляющей, а это затрудняет парение. Следует особо отметить различия в турбулизации потока над склонами, поросшими травой и деревьями. Турбулентность минимальна над ровным грунтовым склоном.

На рисунке 145 показан градиент скорости потока, движущегося вверх по склону. Это может привести к увеличению подъема на консоли, дальней от склона, к крену и развороту аппарата на склон. Вы должны противодействовать этой тенденции, а для этого тоже нужен некоторый запас скорости.

Над вершиной хребта может быть зона, где скорость потока больше, чем ветер, ее называют зоной Вентури (Venturi). Процесс этот аналогичен тому, что происходит в карбюраторе вашего автомобиля: сжатие потока приводит к его ускорению (такое же явление наблюдается в сужающихся долинах, ущельях, проломах и т. д.). Как видно из рисунка 146, более скоростной поток ограничивается высотой меньшей, чем высота горы. Эту зону легко обойти, но многие, если не все пилоты, убедились в ее наличии на собственном опыте. Обычно для возникновения над гребнем зоны Вентури требуется ветер по меньшей мере 20 км/час, причем этот эффект не наблюдается на изолированных холмах или горах.