Изменение термичности и градиента температуры

Мощность термических потоков в данный день зависит от солнечного прогрева и влажности, но основным показателем является градиент температуры, который учитывает все эти факторы и указывает на возможность парящих условий. Градиент температуры в нижних слоях воздуха имеет тенденцию приближаться к сухоаддиабатическому градиенту (САГ) - приблизительно 1°С на 100 м. Смысл этого в том, что термики распространяют тепло вверху и внизу и несут воздух к своей температуре в каждом уровне. Конечно, градиент может несколько отличаться от теоретического. Давайте посмотрим, что произойдет с термиками в этом случае.

Очень стабильная инверсия у земли может задержать появление термических потоков. С другой стороны очень толстый слой стабильного воздуха может двигаться над поверхностью. Он, конечно, не так стабилен, как инверсия, но тоже не способствует термической активности. На рисунке 179 изображена ситуация со стабильным воздухом и показано какие могут быть потоки в данных условиях. Такие термики имеют тенденцию быть медленными, спокойными внизу, пока они поднимаются и довольно турбулентными, когда разрушаются наверху. Такие дни чаще всего бывают с дымкой, потому что термики не несут влажность наверх.

Мы привыкли считать, что термические потоки - это поднимающийся вверх воздух, более теплый, чем окружающий, но, на самом деле, основной и единственный критерий для термиков - это воздух должен быть более легким, чем окружающий. Например, над очень влажными территориями можно наблюдать потоки, поднимающиеся вверх не потому, что воздух в них более теплый, а потому что он содержит большее количество водяных паров по сравнению с окружающим. Такая ситуация часто возникает в душные, знойные дни над влажными территориями, что приводит к грозам.

В ясные, жаркие дни слой воздуха, прилегающий к поверхности суперпрогревается. Толщина этого слоя может быть от нескольких десятков сантиметров над поверхностью, покрытой травой до тысяч метров над пустыней. Этот слой называют супераддиабатическим (это подробно рассматривается в главе 1,(рис. 11). Супераддиабатический слой имеет градиент температуры больший, чем в термиках (САГ)- В результате различия в температуре между термиком и окружающим воздухом увеличивается и поток, разгоняясь, проходит через этот суперпрогретый слой. Принципиально это показано на рисунке 180.

Термические потоки, поднимающиеся в супераддиабатическом слое, как правило, малого диаметра, очень мощные и скоростные. Они чаще всего наблюдаются в сухих солнечных районах мира. В таких условиях очень часто возникают смерчи.

СМЕРЧИ

Иногда можно наблюдать движущийся вращающийся поток, поднимающий вверх пыль, листья и другие мелкие предметы, который наблюдается как пылевой столб движущегося воздуха. Такое явление называют смерч.

Смерчи возникают в супераддиабатических условиях (рис. 181). Из-за эффекта Кориоллиса воздух, начинающий подъем в приземном слое, имеет некоторое вращательное движение. Двигаясь с вращением, он ускоряется так же как ускоряется вращение фигуристки по мере того как она притягивает к себе руки. Это вращение вскоре вдруг становится невидимым. Ускоряющийся термик принимает форму вращающейся колонны, которая с высотой становится туже и плотнее. Также как становится тоньше струйка стекающего с ложки сиропа.

Отметим для себя.

Смерчи:

Смерчи возникают, когда термические потоки поднимаются при супераддиабатическом градиенте температуры. Смерчи расположены под восходящим потоком, обозначают его путь, скорость, размеры и часто высоту.

Смерчи иногда достигают облака над термиком, но, обычно, прекращаются намного раньше, поднимаясь только до высоты от нескольких метров до 100 м. И только в некоторых районах пустынь они могут достигать 1000 м. При изобилии мощных, устойчивых термических потоков и большом количестве песка и пыли высота смерчей указывает минимальную высоту потоков, в равной мере визуализируется их положение и направление движения. Во время прохождения смерча кроме полезного восходящего потока незадачливый пилот может найти неприятные для себя приключения. А вот наблюдение за смерчами очень полезно, так как помогает определить параметры движения термиков.

Абсолютное большинство смерчей вращаются против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой в южном. Они представляют собой явление, подобное барической системе низкого давления. Отдельные смерчи, которые вращаются в обратном направлении, вероятно, зарождаются от турбулентности. Есть предположение, что смерчи раскручивают поднимающийся воздух в термическом потоке. Оно не безосновательно. Заметное в некоторых случаях вращение облаков над термиками может служить подтверждением этому. Вероятно, воздух продолжает вращение над смерчем и тормозится, когда термик выходит из слоя суперадиабатического градиента. На этой основе резонно надеяться на лучший подъем летательного аппарата, когда он вращается против потока закрученного смерчем (по часовой стрелке или вправо в северном полушарии). Объясняется это тем, что для удержания аппарата в потоке нужен меньший угол крена из-за меньших скоростей и, следовательно, меньших центробежных сил.

Также важно отметить, что вход против вращения полезен и в смысле безопасности. Если вы входите в термик по его вращению, то внезапно получаете поток в спину, что может привести к потере воздушной скорости или складыванию аппарата. Если же входить против вращения, вы будете испытывать усиление набегающего потока, который улучшит маневренность аппарата (рис. 182).

Смерч - это устойчивое образование, и он практически не перемешивается с окружающим воздухом. Наружный воздух пополняет смерчь только снизу, где вращение еще медленное и ограничено землей. Воздух снаружи столба вращается и поднимается, а внутри нисходящий поток и более низкое давление. В центре смерча воздух, в основном, чище, чем на периферии.

Смерч угасает, когда прекращается подпитка его теплым воздухом или он приходит на территорию, где блокируется ее прогресс. Смерч в горах двигается вверх и фактически только на прогреваемых склонах. Смерч может некоторое время существовать после жизни термика, но его энергия затухает и он разрушается. Колдуны в Африке имели хороший бизнес на разрушениях смерчей и дождях, следующих за ними, нагоняя на аборигенов благоговейный страх перед "демонами".

Вид сверху на рисунке 182 показывает движение смерча относительно ветра. Так как просто термический поток, в котором воздух поднимается вверх, движется по ветру, то он будет левее смерча в северном полушарии и правее в южном. Знание этого может помочь определить местоположение термика по видимому смерчу. На рисунке 181 видно, как извиваясь, смерчь переходит в поток без вращения. Очень высокие смерчи могут иметь волнообразную форму при различных ветрах. Объяснить то, что он движется под углом к ветру можно тем, что справа и слева скорость в смерче относительно окружающего воздуха различна, естественно, не одинаковы силы трения, и происходит выдавливание его в сторону.

Смерчи могут быть очень различными по размерам и скорости вращения. Действительно, некоторые сносят дома - это торнадо. Смерчи, о которых мы ведем речь в этом разделе, похожи на миниторнадо. Они возникают при соответствующих условиях на поверхности и поднимаются вверх, в то время, как торнадо развиваются от нестабильности на высоте и растут от облаков вниз. Вращение потока в смерче со скоростью около 24 км/час и диаметр 30 м типичны и, возможно, имеет смысл использовать их спортивной авиацией, что очень сильно зависит от типа летательного аппарата и опыта спортсмена.

Лучший вариант использовать смерчи как указатели термических потоков, наблюдая за ними. Набор высоты в них - дело не без риска. Внутри границ смерча может быть турбулентность, которая может очень серьезно ухудшить управляемость летательного аппарата. Попытаемся сформулировать правила безопасности при полетах в смерчах:

Полеты в смерчах.

Не входите в поток со смерчем на высотах до 300 м от земли.

Не входите в смерчи до верха его видимой части.

Не используйте слишком большие и сильные смерчи на малых высотах.

Выбирайте спираль против вращения смерча.

Вновь образовавшийся смерч - лучший указатель термического потока, чем давно существующий.

В пустынях смерчи более мощные и чаще встречаются. Некоторые из этих монстров могут быть 1 км и более в диаметре. На территориях с зеленой растительностью смерчи более редки, слабее и имеют меньший срок жизни. Частично это можно объяснить меньшей их видимостью из-за недостатка пыли, поднимающейся вверх. Автор этой книги однажды летел в термическом потоке в Пенсильвании на высоте 1500 м и столкнулся с большим количеством зерен, вращавшихся в потоке. В другом случае он стал свидетелем смерча, зародившегося в горах Нью Хэмпшира. Частички породы сверкали и искрились, как фейерверк.

Другое дело, водяные смерчи, которые возникают при прохождении их над водой. Они обычно коротко живущие и маловысотные, но они указывают на хорошие термические условия в этот день.