Струйные течения малых высот

Струйные течения малых высот не сравнимы с полярным струйными течениями, но природа их возникновения аналогична - температурный градиент. Они обычно возникают ночью из-за плотных холодных ветров, движущихся с больших высот вниз к земле. В результате разница в скоростях, ведь основной ветер ослабевает с высотой (рис. 89). Маловысотное струйное течение может быть достаточно интенсивным и турбулентным.

Днем интенсивность течения снижается вследствие перемешивания воздуха под и над ним. Однако имеются исключения, например, ветер, который пересекает Великие равнины в США (рис. 59). Его можно отнести к струйным течениям, но интенсивность его максимальна днем, когда наивысший прогрев.

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ВЕТРЫ

Мы начали эту главу с упоминания о ветрах настолько знаменитых или особенных, что они получили собственные имена. Многие из них являются фенами. Фен - это общий термин для обозначения ветра, который осушается и нагревается при сжатии, когда он переваливает горную гряду и спускается в долину (приложение III). Термин фен пошел от ветров Швейцарии, дующих с гор в глубокие долины. Еще один тип ветра называется бора. Он тоже относится к ветрам, спускающимся вниз с гор. Бора более холодный, чем замещаемый им воздух. Обычно бора возникает в полярных районах, таких как Аляска и Скандинавия.

Существует два типа фенов. Первый возникает, когда холодные, сухие воздушные массы высокого давления застаиваются в запирающем их горном районе. Воздух начинает перетекать через вершины и, если в долинах по другую сторону гор низкое давление, возникает фен. Скорость его 60 - 100 км/ч, отмеченный максимум около 150 км/ч. Этот ветер может продолжаться несколько дней с постепенным затиханием, внезапными прекращениями и возобновлениями. Он типичен для зимы и весны, когда существуют мощные барические системы.

Второй тип фена возникает, когда маловысотный слой влажного воздуха пересекает горы. Этот воздух нагревается и осушается таким образом, как показано в приложении III.

Фены могут действовать как теплый фронт и выдавливать более холодный воздух от подветренной стороны гор, если этому способствует градиент давления. Иногда фен может дуть на некоторой высоте, лишь изредка прорываясь к поверхности. Он может приходить как фронт или как относительно узкий поток, в зависимости от топографических особенностей и барической модели в данном районе. В любом случае фен повышает температуру и понижает влажность Действие фенов часто связано с волновыми процессами в атмосфере (гл. 8). На подветренном склоне провоцируется волна, которая меняет длину или амплитуду там, где фен достигает земли. Хорошо известен фен в Альпах, в основе которого лежит подобный механизм. Воздух, двигаясь волнообразно вверх и вниз, достигает периодически уровня конденсации, и поэтому фен часто сопровождается слоисто-кучевыми облаками, расположенными группами, как показано на рисунке 91.

ВЕТРЫ СЕВЕРНОЙ АМЕРИКИ

На рисунке 92 показана западная часть североамериканского континента. Основные ветры здесь это фены.

Восточные ветры (east wind) значительно выше к северу. Они могут быть слабыми и дуть над поступающим с запада холодным морским воздухом и сильными, проникая в долины. Северные (north) и Mono (Mono) ветры Северной Калифорнии дуют в Большом Бассейне между Скалистыми горами и побережьем.

Ветры chinook дуют с западных склонов Скалистых гор. В зимнее время они могут быстро принести оттепель, известны случаи, когда температура поднималась на 17° - 22°С за несколько минут.

В Южной Калифорнии фен называют Santa Ana. Эти ветры также зарождаются в Большом Бассейне и часто дуют на южном побережье. Если Santa Ana слаб, он дует высоко над морскими бризами и может преобладать только на отдельных склонах. Морской бриз может повернуть этот ветер, который не заходит далеко в море. В другом случае сильный Santa Ana прижимается к поверхности и образует северо-восточный ветер, передавливая дневной морской бриз и создавая турбулентность.

Сильный Santa Ana сравнительно мало отличается днем и ночью. Однако, если он слабее, днем морской бриз дует с моря вверх на склоны, a Santa Ana над ним. Ночью земля, остывая, делает воздух стабильнее и Santa Ana на прибрежных склонах становится единоличным хозяином. Этот ветер может стать причиной возникновения волновых потоков.

Голубой северный ветер (blue norther), показанный на рисунке, - не фен, он движется вдоль Скалистых гор с севера на юг у поверхности. Известен как холодный, сильный и часто турбулентный ветер.

ВЕТРЫ СТАРОГО СВЕТА

Возможно, самый известный ветер в Европе мистраль (mistral), который дует с северной части Альп на юг к Средиземноморью. Он усиливается, проходя как в аэродинамической трубе, между Центральным массивом и южными Альпами во Франции (рис. 93).

Мистраль возникает из-за высокого давления на севере и низкого в бассейне Средиземного моря. Он приносит с собой очень холодные условия на юго-восток Франции и может дуть несколько дней.

Соседний с mistralветер - tramontane, что значит "пересекать гору". Дует он на юге Франции, параллельно Пиренеям по низменностям и долинам, между этими горами и Центральным массивом. Он возникает при перемещении слабых барических систем. Иногда эти два ветра дуют одновременно. Когда в Европе антициклон, настоящий tramontane может дуть, пересекая Италию, создавая эффект сухого фена вдоль всего юго-восточного побережья.

Ветры, являющиеся по природе своей фенами, в Европе имеют свои названия. Это сухие, низовые, дующие над горными склонами ветры в Альпах, во Франции, Швейцарии и Австрии. Часто они сопровождаются тяжелой облачностью на Итальянской стороне Альп, которая по виду подобна феновым валам, как показано на рисунке 91. В этом случае также присутствуют феновые щели.

Есть еще ветры интересные для пилотов. Это harmattans,который часто пылевой и дует, пересекая горы Атлас к атлантике; levanter, который дует с запада Среднего Востока к Средиземному морю; khamsin - жаркий и сухой с юга в Египте. И, конечно, sirocco, который формируется в пустыне Сахара, пересекает Средиземное море, достигая Сицилии и Италии и несет огромное количество пыли и песка.

ИТОГИ

Движение атмосферы создает ветер, который влияет как-то на полеты. Он может принести парящие условия, но может быть причиной сильной турбулентности. Понятно, что все пилоты должны изучать и понимать ветровую обстановку.

В этой главе мы изучили условия и причины возникновения ветров, некоторые специфические ветры, особенно в горных районах. Мы узнали, что воздух можно разделить на слои по температуре или параметрам ветра. Были даны некоторые сведения о струйных течениях.

Далее мы рассмотрим некоторые формы турбулентности, привязывая их к местности.

ГЛАВА 6
Турбулентность.

Движение воздуха часто сопровождается сюрпризами, -которые мы называем турбулентность. Такие сюрпризы могут быть очень неприятны для малых летательных аппаратов, которые чувствуют любую неравномерность потока. Многие аспекты погоды и, в особенности, турбулентность сильно влияют на безопасность полета.

Также, как многие явления погоды, турбулентность нельзя увидеть, но мы можем с большой вероятностью её предугадать. В этой главе мы будем говорить только о турбулентности.

СМЫСЛ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Если бы мы могли визуализировать воздушный поток, например при помощи красящих веществ или дымов, то появилась бы возможность увидеть турбулентность. Мы смогли бы увидеть вихри, смерчи, ускорения и торможения движущегося воздуха. Косвенно можно определить неравномерность потока по его направлению и скорости при обтекании нашего тела. Например, это заметно при движении турбулизированного воздуха в сильный ветер и объясняется рисунком 94. Здесь мы видим движение вихря, если смотреть сверху. Наблюдатель находится в точке А. Сначала слегка задувает слева, затем усиливается в лоб и по мере прохождения вихря направление потока меняется на противоположное.

Мы можем дать определение турбулентности как хаотическое случайное движение воздуха. И хотя отдельные формы турбулентности отличаются некоторой организованностью, такие как роторы, вспухания при термической активности, все-таки определяющий фактор - это случайность. Смысл турбулентности В зависимости от причины и характера турбулентности пилот принимает решение о типе аппарата и о возможности полетов вообще. Для наблюдателя на луне смерчь, видимый в атмосфере Земли - это турбулентность. Для землянина - это стихийное бедствие. С другой стороны, экстремальное состояние воздуха для бабочки - лишь легкое дуновение для человека. Как правило, более легкие летательные аппараты и аппараты с меньшей нагрузкой на крыло более чувствительны к любого рода турбулентностям.

ПРИРОДА ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Влияние турбулентности на летательный аппарат во многом такое же, как и на наше тело (рис. 94). Скорость и направление полета относительно ветра будут менять влияние вихрь на крыло. Воздействие его на аппарат зависит от интенсивности, размеров и ориентации вихря.

Маленькие вихри создают ощущение быстрых ударов таких же, какие испытывает быстроходная лодка на озере с мелкой волной. Вихри диаметром от нескольких метров до размаха вашего летательного аппарата принесут вам как ощущение сильных ударов, так и, возможно, проблемы в управлении. Вихри еще большего диаметра будут восприниматься как внезапные подъемы, снижения, повороты, торможения или ускорения. И в конце концов, вихри очень больших размеров будут ощущаться, как изменение скорости и направления ветра на определенный период времени.

Опасности влияния турбулентности на полет следующие: внезапное попадание в нее может привести к нештатным параметрам полета, что особенно опасно на малой высоте; могут возникнуть проблемы с управлением, опять же очень опасные на малых высотах; в некоторых случаях - попадание в ротор или сильную термичность - возможны развороты и броски; и самое неприятное - возможно даже разрушение элементов летательного аппарата.

Цикл турбулентности начинается, когда она формируется одним из трех способов, которые будут обсуждаться далее. Крупный ротор движется с основным потоком ветра и разбивается на все более и более мелкие, но увеличивающиеся в количестве вихри. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вихри не становятся так малы, что энергия движения гасится вязкостью и подобна тепловому движению (диаметром около 0,25 мм на уровне моря). По существу имеет место обмен энергией между крупномасштабным движением и более мелкими. Благодаря этому механизму, движение масс воздуха будет угасать быстрее, чем в идеальных условиях.

Более мелкие вихри не обязательно будут оказывать меньшее влияние на ваше крыло, они могут иметь энергию большую, чем крупные вихри, из которых они образовались. Это можно заметить, наблюдая за течением воды, когда маленькие быстровращающиеся водовороты двигаются внутри более крупных и медленных. И только с прохождением времени и определенного пути вихри турбулентности уменьшают свою энергию.

Турбулентность, возникая, имеет тенденцию распространять вокруг все свойства воздуха. Например, теплота, влажность и загрязненность расходится во всех направлениях, турбулентность уравнивает разницу в ветре. Подчеркнем, что градиент скорости ветра уменьшается турбулентностью, но она сама по себе может быть большей проблемой для пилотов, чем сам градиент.