Направление и скорость ветра.

МЕТЕОРОЛОГИЯ

Погода все время меняется, и нет двух совершенно одинаковых в этом смысле дней. Процессы образования вертикальных потоков воздуха являются в определенной степени случайными. Поэтому обычно рассматриваются идеализированные представления о вертикальных движениях в атмосфере.

Потоки, встречающиеся в европейской части России, можно разделить на две большие группы:

1. Потоки обтекания

2. Термические потоки

Потоки обтекания возникают в результате отклонения вверх потока воздуха, набегающего на препятствие, например, на склон холма, горы. Знать о потоках обтекания необходимо каждому, так как их столкнуться с ними возможно в любом полете при попадании в район с достаточно пересеченной местностью,

Основное внимание обратим на тепловые, или термические потоки (термики). Единых правил или признаков, по которым можно с уверенностью определить местонахождение термических восходящих потоков и их параметры, не существует. Речь идет лишь об отдельных, наиболее часто встречающихся признаках. Чаще всего встречаются потоки под облаками. К ним (часто обозначающим восходящий поток) относятся: развивающиеся кучевые «хорошей погоды», крупные кучевые с темным четким основанием, плоские блинообразные кучевые обычно с довольно высокой нижней кромкой и мощно-кучевые облака с большим вертикальным развитием.

Следует отметить, что название “тепловой” несколько обманчиво. Можно подумать, что восходящие потоки, раз они называются тепловыми, возникают только в очень жаркие солнечные дни. Однако это не так.

Термические потоки могут образоваться при определенных условиях везде и в любое время года метеорологи наблюдали действие восходящих потоков даже в Антарктиде, при морозе в 30°.

Так что дело здесь не в абсолютной температуре, а в разности температур соседствующих воздушных масс. Масса воздуха с более высокой температурой по отношению к окружающему ее воздуху (даже если температуры обеих масс отрицательные) называется теплой. Воздух с более высокой температурой обладает меньшим удельным весом и потому всплывает вверх. Такова схема возникновения тепловых восходящих потоков.

Воздух в значительной мере прозрачен для солнечных лучей и непосредственно от них почти не нагревается. Нагрев его происходит при соприкосновении с поверхностью земли, или, как принято говорить, с подстилающей поверхностью, которая поглощает энергию солнечных лучей.

Поскольку поверхность земли не однородна, то и нагревается она под солнечными лучами неодинаково. Так, летом пашня, песок, асфальт, крыши домов нагреваются значительно сильнее, чем поля с посевами, луга или озера. Следовательно, и воздух над подстилающей поверхностью будет нагреваться различно. Над пашней он нагревается сильнее, чем над озером или рекой.

Более теплый воздух над пашней поднимается, а на его место со стороны озера подходит более холодный. В свою очередь, прогревшись над пашней, он тоже устремится вверх. Так образуется термический поток.

А что же происходит над озером? Часть воздуха от него устремляется на пашню. Но природа, как известно, не терпит пустоты, и всякое нарушение равновесия тут же влечет за собой компенсирующие процессы. С высоты вместо ушедшего воздуха опускаются массы более холодного, образуя нисходящий поток.

Вертикальное перемещение воздуха между различными слоями атмосферы, обусловленное неравномерным его нагреванием, называется конвекцией.

Рис. I

Рис. 2

Рассмотрим общую схему процесса возникновения кучевых облаков. Более теплый воздух охлаждается примерно на 1°С при подъеме на каждые 100 м. Такое изменение температуры воздуха при подъеме называется сухоадиабатическим градиентом. Достигая точки росы (это температура, при которой воздух становится полностью насыщенным водяным паром), избыток пара в восходящем потоке воздуха начинает конденсироваться. Возникает кучевое облако, которое, словно шапка, увенчивает вершину восходящего потока (рис. 1). По мере действия потока облако растет, ширится и, таким образом, как бы подсказывает, что в этом месте под ним есть развивающийся восходящий поток. На положение потока сильно влияет ветер. Известно, что ветер вызывает так называемый скос потока, т. е. отклоняет его в сторону от места возникновения. Этот скос будет тем больше, чем сильнее ветер. Скос потока хорошо виден по отклонению дыма из трубы (рис. 2). В штиль, когда воздух неподвижен, дым идет вертикально вверх. Но как только начинается ветер, он отклоняет дым от трубы в сторону: чем сильнее ветер, тем больше угол наклона (скос).

То же самое происходит и с потоками. Но поскольку они, в отличие от дыма, не имеют окраски, то увидеть угол наклона потока нельзя. О его величине можно судить только умозрительно, по силе ветра.

Но величина скоса потока зависит не только от силы ветра. Угол скоса зависит также и от вертикальной скорости самого потока (рис. 3). Чем слабее поток, тем сильнее при одинаковом ветре он отклонится от вертикали.

Рис. 3

Рис. 7

Сильный же поток при одной и той же скорости ветра отклоняется меньше, чем слабый.

Как только ЛА войдет в поток, вариометр зафиксирует подъем (стрелка отклонится вверх). Легкий пружинистый толчок, который сопутствует входу ЛА в поток, вы почувствуете вполне отчетливо. Термик встречается над участками земной поверхности с пашнями, песками, лесными опушками, освещенные солнцем склоны оврагов и холмов и т. д. Если термик действительно существует, сразу почувствуете это по легкой болтанке и показанию вариометра.

Летчик в полете все время должен помнить о ветре, учитывать его действие на потоки, мысленно представлять себе направление скоса в пространстве и его угол. Нетрудно понять, что если направление полета совпадаете направлением ветра, то летчик, идя к облаку с попутным ветром, непременно встретит поток на подходе к облаку. И чем у него меньше высота, тем дальше от облака произойдет эта встреча. Иногда бывает трудно понять, откуда здесь может быть поток: до облака еще далеко, а подъем уже есть «в чистом небе». Если вы летите против ветра, то до встречи с потоком надо пролететь под облаком, и выйти на его наветренную сторону.

Рис. 5

Однако строение термиков часто бывает не так просто, как показано схематично на рис. 3. Ведь нередки случаи, когда ветер с высотой меняет не только свою силу, но и направление. Тогда он «изламывает» поток.

Предварительно оценить строение термиков можно, только изучив шаропилотные данные ветра, которые следует получить на метеостанции. В них отражена картина изменения силы и направления ветра по высотам.

Рис. 6

Но так как не на всех спортивных аэродромах есть метеостанции, летчикам надо вести наблюдение за облаками и ветром.

Перед полетами посмотрите внимательно на движение облаков. Обычно они движутся так же, как и ветер у земли, или очень незначительно отклоняясь от этого направления в ту или иную сторону (обычно ветер на высоте отклоняется вправо). В этом случае ваши действия в воздухе не будут осложняться переменой ветра, и поток не будет иметь изломов. Если же сила ветра или его направление с высотой резко меняются — ветер дует на земле в одну сторону, а облака бегут в другую, — скос потока будет изломанным.

Изменение силы ветра по высоте можно определить по внешнему виду облаков. В том случае, когда ветер с увеличением высоты усиливается, вершина облака скошена по ветру. При ослаблении ветра — его вершина скошена против ветра. Наблюдения за формой облаков и направлением их движения могут помочь еще на земле предусмотреть всевозможные изменения направления ветра и скоса потоков.

Рис. 4

Парящие птицы могут указывать на существование потока в этом месте. Производственные дымы также могут указать на наличие потока. Если дым из трубы стелется по ветру ровной струей и делает вдруг вертикальный зигзаг, значит на своем пути он попал в восходящий поток (рис. 4).

Бывает и такая картина: все дымы из близлежащих труб стелются по ветру, а из одной — дым круче, чем из других, идет вверх, следовательно, его подхватил восходящий поток

В первой половине дня восходящий поток под облаком чаще всего бывает с солнечной стороны. Затем он перемещается по западной его кромке к северной части. Это правило отнюдь не закон, но подобное явление встречается часто. Под крупными кучевыми восходящий поток находится в наиболее темной части основания облака.

Труднее определить «термики» в безоблачном небе. Если потоки под облаками существуют как бы привязанные к ним, то без облаков «термик» необходимо связывать с местом его зарождения. Вот наиболее характерные места образования восходящих термических потоков: освещенные солнцем склоны оврагов, возвышенности холмистой местности, контрастная подстилающая поверхность (пашня — лес и т. д.), а в сухую антициклональную погоду — леса, поймы небольших рек и другие наиболее увлажненные места. Белесые пятна на фоне голубого неба, особенно при полете против солнца, также говорят о наличии термических потоков. Это не что иное, как взвешенные частицы пыли и продуктов сгорания, поднятые с земли восходящим потоком на вершину «термика». Иногда в воздухе попадаются и более крупные предметы: обрывки газет, мусор, кукурузные листья. Часто можно встретить птиц парителей и буквально «тучи» бабочек, комаров и других насекомых, занесенных восходящим потоком на большую высоту. В сухие и жаркие дни повсеместно наблюдаются своеобразные маленькие смерчи — пылевые вихри.

Облака

-это скопление взвешенных в атмосфере капель воды или ледяных кристаллов или смеси тех и других, возникших в результате конденсации водяного пара.

Существуют несколько классификаций облаков:

1.морфологическая (по внешнему виду);

2.генетическая (по происхождению);

3.по высоте нижней границы (верхнего, среднего и нижнего яруса) и отдельно - облака вертикального развития;

4.по строению.

Классификации по морфологическому признаку и по высоте нижней границы смотреть в Таблице 2.

Таблица 2

Классификация облаков

Вид	Высота нижней границы	Высота верхней границы	Состав	Осадки
I. Облака верхнего яруса (выше 6км)
1. Ci (cirrus) перистые облака	5-13км	несколько сотен м	ледяные кристаллы	нет
2. Cs (cirrostatus) перисто-слоистые (рваные перья)	5-13км	от нескольких сотен м до нескольких км	ледяные кристаллы	нет
3. Cc (cirrocumulus) перисто-кучевые (гряды)	5-13км	200-400 м	ледяные кристаллы	нет
II. Облака среднего яруса (2-6 км)
1. Ac (altocumulos) высококучевые (гряды-кучевки)	2-5км	200-700м 1-2км	мелкие капли воды	нет
2. As (altostratus) высокослоистые (пелена серого цвета)	2-5км	от 1 до нескольких км	переохлажденные капли воды, кристаллы льда	слабый дождь или снег

III. Облака нижнего яруса (0-2км)
1. Sc (stratocumulus) слоисто-кучевые (серые волны)	летом 600-1500м зимой 200-300м	200м-2км	капли воды и кристаллы льда (зимой)	слабый дождь или снег
2. Ns (nimbostratus) слоисто-дождевые серая масса, внизу- облака	100-1000м	2-6км	переохлажденные капли воды и кристаллы льда	продолжительный дождь, снег (обложные)
3. St (stratus) слоистые	100-300м Н разорванных 50-100м	от нескольких десятков метров до 600-800м	переохлажденные капли воды и кристаллы льда	морось (летом) мелкий снег (зимой) Облака образуются под слоем инверсии с восходом солнца рассеиваются

IY. Облака вертикального развития (мощная кучевка, грозовые облака)
1. Cu (cumulus) кучевые, яркие, движутся, могут перерастать в мощно-кучевые с вертикальной мощностью до 2-5км	800-2000м	от нескольких десятков метров до нескольких сотен метров	капли воды и кристаллы льда	нет
2.Cb(cumulonimbus) кучево-дождевое синеватое, две разные стороны, вершина имеет волокнистую структуру-наковальню	ниже 2км	до 13-15 км	нижняя часть -капли воды, верхняя часть –кристаллы льда	ливень с грозами, градом

Генетическая классификация:

1.Слоистообразные облака образуются в зонах атмосферных фронтов в результате упорядоченного подъема воздуха, к ним относятся Ns, As, Cs, Ci.

2.Кучевообразные облака образуются в результате адиабатического охлаждения воздуха при конвекции, т.е. при подъеме теплого воздуха и опускании холодного, к ним относятся Cu, Cb, Ac, Cc.

3.Волнистообразные облака образуются при волновых движениях у задерживающих слоев атмосферы, к ним относятся St, Sc, Ci, Cc.

По строению облака бывают водные, ледяные и смешанные.

Водность облаков - это количество воды в единице объема.

В зависимости от того, где образуются облака, они разделяются на

1.внутримассовые (возникают внутри воздушных масс),

2.фронтальные (образуются на атмосферных фронтах),

3.орографические (возникают над горами при перетекании воздушными потоками препятствий).

Количество облаков измеряется баллами:

10 баллов - небо полностью закрыто;

5 баллов - небо закрыто на 50%;

0 баллов - небо чистое.

Видимость в различных облаках может быть от нескольких метров до нескольких десятков километров. В водяных облаках видимость хуже, в ледяных - лучше.

Значение облачности для авиации исключительно велико, т.к. от высоты облаков в основном зависит степень метеорологических условий, особенно важных для взлета и посадки. Такие опасные для авиации явления погоды, как грозы, обледенение, град, турбулентность, метели, неразрывно связаны с облаками.

Облака являются почти единственным метеорологическим элементом, тщательное наблюдение за которым позволяет летчику правильно оценить метеорологические условия прямо в полете.

Атмосферные осадки

-это частицы воды в жидком или твердом состоянии, выпадающие из облаков на земную поверхность.

По условиям образования различают 3 вида осадков:

1.Обложные - продолжительные осадки, выпадающие из слоисто-дождевых и высокослоистых облаков.

2.Ливневые - осадки малой продолжительности, нередко сопровождающиеся грозами, выпадающие из кучево-дождевых облаков.

3.Моросящие - осадки, выпадающие из слоистых, слоисто-кучевых облаков и туманов.

Осадки, выпадающие из облаков атмосферных фронтов, называются фронтальными, а осадки, выпадающие из облаков, возникающих внутри однородных воздушных масс, называются внутримассовыми.

Форма осадков:

1. - снег, снежная крупа, ледяная крупа;

2. - ледяной дождь;

3. - град;

4. - дождь;

5. - морось;

6. - мокрый снег.

Все осадки делятся на жидкие, твердые и смешанные.

Интенсивность осадков - это количество воды, выпадающее на единицу поверхности в единицу времени.

Количество осадков - толщина слоя воды в мм на непроницаемой поверхности.

Причина образования осадков:

1.Конденсация;

2.Коагуляция (слияние капель);

3.Сублимационный рост (переход из газа в жидкость или твердое тело).

Значение осадков для авиации исключительно велико, т.к. от их интенсивности зависит величина видимости, влияющая на взлет и посадку ВС. Осадки оказывают существенное влияние на состояние аэродромов, могут сделать его непригодным для эксплуатации (летом и осенью - ливневые дожди на грунтовых аэродромах, зимой - снежные заносы).

Видимость

-это расстояние, на котором днем исчезают признаки наблюдаемого объекта определенных угловых размеров (неразличимы его очертания), а ночью - становится неразличимым источник света определенной интенсивности. Различают горизонтальную и полетную видимость (определяемую в полете).

Полетная видимость в зависимости от угла наблюдения подразделяется на горизонтальную, полетную, вертикальную и посадочную, при этом посадочная видимость - частный случай наклонной видимости.

Горизонтальная полетная видимость определяется как расстояние на уровне полета до наиболее удаленных облаков и ВС, а при их отсутствии оценивается по общей прозрачности атмосферы.

Наклонная и вертикальная полетная видимость определяется как расстояние до наиболее удаленного объекта по наклонной линии или до объекта по вертикали.

Посадочная видимость - расстояние от наблюдателя (пилота) до начала ВПП вдоль глиссады снижения.

Дальность видимости зависит от многих факторов, ограничивается кривизной земной поверхности и рельефом местности. Она зависит от угловых размеров, формы, яркости объекта, от освещенности объекта и фона, от прозрачности атмосферы.

Прозрачность атмосферы - один из основных факторов, определяющих видимость, зависит от метеоусловий (наличия облачности, осадков, тумана, дымки и т.д.).

Видимость наряду с облачностью является важнейшим метеорологическим элементом, определяющим степень сложностиметеорологических условий полета, т.к. она оказывает непосредственное влияние на взлет и посадку, самолетовождение и т.д.

Видимость и высота нижней границы облаков являются основными параметрами для установления минимумов погоды самолета, аэродрома, летчика.

Грозы и шквалы

Гроза

-атмосферное явление, связанное с развитием мощных кучево-дождевых облаков с образованием электрических разрядов, громом и выпадением ливневых осадков (разряд - между двумя облаками, между облаком и землей, внутри облака).

Условия образования грозовых облаков - наличие влажного и теплого неустойчивого воздуха, при подъеме которого могла бы образовываться мощная облачность от уровня конденсации до высот с отрицательными температурами воздуха, т.е. нужны большая влажность и большой ВТГ (вертикальный температурный градиент).

Грозы бывают внутримассовые и фронтальные.

Внутримассовые грозы возникают при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха от подстилающей поверхности земли. Внутримассовые грозы возникают летом, в дневное время, к вечеру прекращаются, перемещаются по направлению ветра на средних высотах, скорость от 5 до 20 км/час.

Разновидность внутримассовых гроз - орографические, они образуются в горах.

Фронтальные грозы возникают при подъеме теплого воздуха на атмосферных фронтах. Они могут возникать в любое время суток и перемещаются в направлении воздушных течений на высоте 3000-5000 м.

Внутримассовая гроза изолирована, а фронтальная тянется через всю линию фронта, ее очень трудно обойти.

Схема развития грозы

Таблица 3

Стадии развития грозы (грозовое облако существует 5-6 часов):

1).Возникает кучевое облако.

Вершина растет до 4-5 км (мощно-кучевое облако). Восходящие потоки в кучевом облаке - до 5 м/сек, в мощно-кучевом - до 15-20 м/сек, нисходящие - слабее. Осадков нет.

2).Период максимального кучево-дождевого облака.

Выпадает ливневый дождь, град, появляются электрические разряды (грозовые). Вершина достигает высоты 7-8 км и вытягивается по направлению воздушного потока. Характерный признак - наковальня в верхней части облака. Время развития - от 30 до 60 минут. Восходящие потоки - 30-40 м/сек, нисходящие 10-15 м/сек. Температура воздуха у поверхности земли понижается.

3).Постепенный распад и разрушение облака.

Прекращение грозовой деятельности, ослабление осадков. Распад идет около 30 минут.

Гроза части сопровождается молнией, громом и шквалом.

Молния - электрический разряд. Капли электризуются, скопление (+) и (-) зарядов дает разряд, после вспышки идет воздушная волна - гром.

Шквал - это внезапное и резкое усиление ветра, сопровождающееся изменением его направления в течение короткого промежутка времени. Скорость - до 15-20 м/сек.

Условия полета в зоне грозовой деятельности:

1.Сильная болтанка вызывает большие перегрузки (могут возникнуть механические повреждения ЛА);

2.Сильные восходящие и нисходящие потоки, большие перегрузки;

3.Интенсивное обледенение;

4.Электрические разряды;

5.Шквальный ветер под облаками;

6.Ливень, град;

7.Сильные радиопомехи.

В грозу полеты запрещаются.

Входить в кучевые и мощно-кучевые облака запрещается. В случае непреднамеренного попадания немедленно выйти из опасной зоны.

Действия летчика при встрече с грозой и шквалом:

1.Перед полетом изучить метеообстановку и прогноз погоды, определить участки маршрута, где возможны грозы, их тип и направление движения;

2.Постоянно вести наблюдение за погодой, особенно за облаками.

3.Обход грозы возможен сбоку на удалении не менее 10 км. Пролет между двумя грозовыми облаками возможен только при расстоянии между ними не менее 20 км.

4.При попадании в грозовую зону стараться сохранить горизонтальное положение.

5.В зоне болтанки избегать резких действий рулями, особенно рулями высоты, чтобы не создать перегрузок. Избегать резких поворотов и кренов. Сохранять эффективную скорость и безопасную высоту.

МЕСТНЫЕ ПРИЗНАКИ ПОГОДЫ

ПРИЗНАКИ УХУДШЕНИЯ ПОГОДЫ

1. Падение давления; чем быстрее падает давление, тем скорее изменится погода.

2. Ветер усиливается, суточные колебания его почти исчезают, направление ветра меняется.

3. Облачность увеличивается, причем часто замечается следующий порядок появления облаков: появляются перистые, затем перисто-слоистые (движение их настолько быстрое, что заметно на глаз), перисто-слоистые сменяются высокослоистыми, а последние - слоисто-дождевыми.

4. Кучевые облака к вечеру не рассеиваются и не исчезают, и количество их даже увеличивается. Если они принимают форму башен, то следует ожидать грозы.

5. Температура зимой повышается, летом же отмечается заметное уменьшение ее суточного хода.

6. Вокруг Луны и Солнца появляются цветные круги и венцы.

ПРИЗНАКИ УЛУЧШЕНИЯ ПОГОДЫ

1. Давление повышается.

2. Облачность становится меняющейся, появляются просветы, хотя временами все небо еще может покрываться низкими дождевыми облаками.

3. Дождь или снег выпадают временами и бывают довольно сильными, но не отмечается беспрерывного выпадания их.

4. Температура зимой понижается, летом повышается (после предварительного понижения).

МЕТЕОРОЛОГИЯ

Потоки, встречающиеся в европейской части России, можно разделить на две большие группы:

1. Потоки обтекания

2. Термические потоки

Рис. I

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 7

Сильный же поток при одной и той же скорости ветра отклоняется меньше, чем слабый.

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 4

Направление и скорость ветра.

Ветром называется горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Ветер - величина векторная и определяется двумя составляющими: направлением и скоростью.

Направление ветра - азимут точки горизонта, откуда дует ветер, измеряется в градусах.

Скорость ветра - скорость перемещения воздуха за выбранный интервал времени. Обычно измеряется в метрах в секунду. Для авиационных расчетов скорость ветра выражают в километрах в час. (1 м/сек = 3,6 км/час). Со скоростью ветра неразрывно связано понятие силы ветра:

-2-3 м/сек - слабый (чуть ощущается);

-4-7 м/сек - умеренный (качаются тонкие ветви деревьев);

-10-12 м/сек - сильный (качаются толстые ветви деревьев);

-больше 15 м/сек - буря;

-больше 20 м/сек - шторм;

-30 м/сек - ураган