Об относительности движения.

Эта глава с натяжкой подходит под тему аэрологии, но зато содержит ответ на любимый вопрос новичка - ветер и полеты.

Правдивая история (страшная сказка): Вечер. Костер. Темно и страшно. Народ треплет всевозможные байки про белых спелеологов и черный дельтаплан... Новички жадно, открыв рты слушают инструкторов: «...и вот развернулся он смело по ветру. Злой тот ветер был. Турбулой Роторовичем звался. Ударил он в хвост дельтапланушки, перевернул его и завертел. Но не долго падал наш пилот-оптимистушко. Раскрыл он парашютик спасительный и приземлился в поле-полюшко на траву-муравушку...»

Новички боятся, пилоты смеются. Какой хвост, какой ветер? Вы что утоните в реке, если поплывете по течению? Запомните раз и навсегда: Для аэродинамики параплана нет никакой разницы летите вы по ветру или против него. Меняется лишь скорость движения относительно земли, а все остальные параметры полета неизменны.

Скорость движения относительно земли получается как векторная сумма скорости ветра и скорости параплана относительно воздуха. Боковой ветер вызывает снос параплана и пилоту приходится его компенсировать. Встречный ветер обеспечивает минимальную скорость относительно земли и используется для взлета и посадки. Попутный ветер наоборот увеличивает скорость относительно земли. Именно по этому полеты по ветру на малой высоте опасны.

Если вы не разобрались в относительности движения, обязательно попросите разъяснить этот вопрос инструктора или друзей. Поплавайте в речке с течением - эксперимент путь к пониманию, а понимание относительности движения поможет избежать опасных скоростей у земли.

Анализ условий на площадке.

Перед полетами внимательно осмотрите место полетов и его окрестности. Уточните направление ветра и постарайтесь представить себе картину обтекания местности. Особое внимание следует обратить на места, где возможно появление турбулентности и прочих неприятностей.

 

Завершая анализ, выделите опасные места и проведите мысленные границы зоны полетов. Не стоит думать, что эти границы строго фиксированы. Любое изменение ветра может существенно поменять условия обтекания местности. Советую проводить комплексный анализ на все возможные направления ветра, а во время полетов - внимательно следить за направлением и силой ветра. Ваша безопасность в ваших руках.

ГЛАВА 6

МЕТЕОРОЛОГИЯ.

Данная лекция представляет собой краткий экскурс в науку об атмосфере и происходящих в ней процессах - метеорологию. Даже более того, в основном это будет экскурс в часть метеорологии, называемую микрометеорологией, позволяющей говорить о погоде в очень мелких масштабах (до 80 км) и сроках (не более суток). Также мы затронем часть макрометеорологии, изучающей более глобальные явления, такие как воздушные фронты и барические системы.

«Для чего парапланеристу нужно все это знать?», - спросите вы. Конечно же, можно спокойно летать, и не зная того, о чем пойдет речь в дальнейшем, но если вы хотите уметь предсказывать изменения в погоде, находить восходящие потоки ориентируясь не только на свою интуицию, но и на науку, что, кстати говоря, довольно сильно повышает ваши шансы на успех, и если вы хотите знать о тех опасностях, которые таятся подчас в воздухе, то ответ на этот вопрос, пожалуй, очевиден.

Начнем же мы, пожалуй, с повторения школьного курса физики

Свойства воздуха

В атмосфере земли в воздухе давление зависит от высоты, от этого зависят его плотность и состав. Плотность воздуха оказывает некоторое влияние на наши полеты. Ее определяют три фактора: температура, давление и влажность. Теперь давайте вспоминать: пусть у нас есть какое-то определенное количество воздуха m, находящегося под давлением p и с температурой t. При этом воздух займет объем V. Если теперь мы сожмем этот воздух до объема V0, то его температура повысится до t0. Если же мы заставим этот воздух занять объем больший, чем V - V1, то температура воздуха упадет до t1.

Итак, при увеличении объема (т.е. при уменьшении давления) постоянное количество воздуха охлаждается и стремится занять больший объем, при уменьшении объема (т.е. при увеличении давления) - нагревается и стремится занять меньший объем. При постоянном давлении, при нагревании постоянное количество воздуха стремится занять больший объем (расширяется), при охлаждении - стремится занять меньший объем (сжимается).

Как уже говорилось, воздушное давление в атмосфере Земли зависит от высоты. Чем высота больше, тем давление меньше и наоборот. На этом принципе работают все (или почти все) высотомеры, используемые пилотами. Если связать это с изложенным выше, то получится следующее:

Когда воздух поднимается, его давление уменьшается, воздух расширяется, остывает, плотность его уменьшается. И наоборот, снижаясь, увеличивается давление, плотность и температура.

Нельзя однозначно сказать, что более холодный воздух имеет меньшую плотность, а более теплый - большую. Однако однозначно, что при расширении или сжатии температура воздуха изменяется. Процесс, когда изменяется температура без отдачи или поглощения тепла называется адиабатическим.

Вода постоянно и сильно влияет на погоду, так как она занимает большие площади и присутствует в воздухе в качестве паров и как облака. Полное количество водяных паров, находящихся в атмосфере, более чем в 6 раз превышает количество воды во всех реках земного шара! Водяные пары образуются из открытых водоемов, и туда же возвращаются.

Водяные пары - это газообразная фаза воды, а облака состоят из мельчайших капелек воды, которые конденсируются из пара. Условие образование облаков из пара называется точкой росы. Точка росы для данной порции воздуха дается как температура, и зависит от его влажности.

Абсолютная влажность измеряется как количество паров воды в данном объеме воздуха (г/м³). Она изменяется от 1/10000 до 1/40 в зависимости от испарений и температуры. Относительная влажность измеряется в процентах как отношение фактического содержания водяных паров в воздухе к максимально возможному при данной температуре. В теплом воздухе может содержаться больше водяных паров, чем в холодном. Поэтому, при одной и той же абсолютной влажности, у теплого будет меньшая относительная. Следовательно, относительную влажность воздуха можно увеличить путем его охлаждения. Если воздух остыл достаточно и его относительная влажность приближается к 100%, то начинают формироваться облака. Температура, до которой остыл этот воздух, называется точкой росы.

Зимой холодный воздух всегда более близок к насыщению, чем летом, потому, что он может растворить меньшее количество паров. Поэтому зимой, в основном, большее количество облаков, более быстрое выпадение осадков и более низкая база облаков.

Свойства водяных паров подниматься и расширяться, обмениваясь теплом с атмосферой очень важны для погодных процессов. Каждая тонна воды в процессе конденсации выделяет почти 600 000 Ккал. Эта энергия является главной движущей силой грозовых фронтов, ураганов, штормов и других процессов, связанных с сильными ветрами.

Влажный воздух легче сухого, как это ни парадоксально звучит. Вес водяных паров составляет около 5/8 от веса сухого воздуха (два атома водорода и один атом кислорода сравнимы по массе с двумя атомами азота или двумя атомами кислорода). В результате влажный воздух поднимается над сухим. Это свойство важно для прогрессирования термической и грозовой активности.

Солнечное тепло

Солнечное тепло - одна из двух причин движения воздуха в атмосфере (вторая - гравитация). Солнечная радиация не нагревает воздух сама по себе, она нагревает землю, которая передает тепло нижним слоям атмосферы. Большая ее часть проходит сквозь воздух. То, что останавливается в воздухе, нагревает его только на 0.2 - 0.5 градуса

Цельсия за день в зависимости от количества водяных паров и загрязнения атмосферы. Много лучей поглощается или отражается назад от облаков. Земли достигает около 43%. Их судьба зависит от того, куда они попадут. Склоны, ориентированные на юг поглощают больше тепла, чем горизонтальная поверхность (в северном полушарии), а особенно, чем северные склоны. Вогнутые поверхности поглощают больше тепла, чем плоские или выпуклые. Деревья и трава отражают зеленый свет, в то время как песок - около 20% достигающей его радиации. Снег и лед отражают от 40 до 90%, а темные поверхности, такие, как вспаханные поля или асфальтовые площадки - только 10-15%.

Вся радиация, которая достигает земли, включается в процесс нагрева. Некоторое количество тепла распространяется вглубь земли, остальное работает на нагрев атмосферы, когда тепло распространяется в ней путем конвекции. Часть тепла идет на нагрев воды, которая позже отдает его в атмосферу, как водяные пары, конденсирующиеся в облака.

Поверхность земли влияет на то, как тепло поглощается и отдается в воздух. Например, теплый песок легко отдает тепло, в то время, как вода прогревается глубоко и не отдает тепло, пока температура не поднимется до определенной величины. В основном воздух нагревается от наиболее прогретой поверхности земли.

Атмосфера

Как уже упоминалось, воздух нагревается от земли. С высотой уменьшается плотность атмосферы. Комбинация этих двух факторов создает нормальную ситуацию с более теплым воздухом у поверхности и постепенно охлаждающимся с увеличением высоты. Эта ситуация называется градиентом температуры. Стандартный градиент (СГ) (или градиент «нормальной» атмосферы) предполагает уменьшение температуры на 2 градуса Цельсия каждые 300 метров увеличения высоты. Теперь посмотрим на более реальные ситуации в ночное и дневное время. Ночью видно, что воздух более холодный у земли из-за контакта с охлажденной поверхностью. Это положение дел называется приземной инверсией и типично для ночи. Приземная инверсия может распространяться вверх до 300 м и даже более при наличии ветра и интенсивного перемешивания слоев. Слово инверсия обозначает тот факт, что температура воздуха увеличивается или, по крайней мере, не уменьшается с увеличением высоты, как при СГ. Воздух в инверсионном слое стабилен. (Об этом понятии немного ниже).

Дневная ситуация выглядит по-другому. Здесь воздух у земли более теплый, чем на СГ. Это связанно с солнечным прогревом воздуха. Градиент, показанный в нижней части на графике С, известен как нестабильный и представляет для нас большой интерес.

Стабильный воздух - это воздух, который не перемещается в вертикальной плоскости. Давайте рассмотрим этот процесс. Представьте себе пузырь воздуха, поднимающийся в атмосфере, как показано на рисунке.

С подъемом он расширяется, и давление в нем уменьшается. Это давление изменяется примерно линейно до высоты 3000 м. И приводит к охлаждению воздушного пузыря примерно на 1 градус Цельсия каждые 100 метров подъема.

Норма охлаждения поднимающегося воздуха 1°С/100 м называется сухоадиабатическим градиентом (САГ). Сухой не потому, что в воздухе отсутствуют водяные пары, а потому, что они не конденсируются. Адиабатический, потому, что тепло не добавляется из окружающего воздуха и не отдается ему. В реальности некоторый теплообмен имеет место, но он обычно ограничен и незначителен.

Как мы знаем, теплый воздух имеет меньшую плотность, чем холодный при одном и том же давлении. Более теплый воздух стремится подняться вверх, как более легкий, а более холодный опуститься вниз. По этой же причине дерево в воде всплывает, а камень - тонет.

Итак, если наш пузырек поднимается в атмосфере, которая остывает медленнее, чем 1°C/100 м, тогда пузырек будет остывать быстрее, чем окружающий воздух и, следовательно, подниматься медленнее до тех пор, пока ситуация не будет соответствовать рисунку выше. Фактически пузырек достигает высоты, соответствующей уровню равновесия, после чего подъем прекращается и наоборот. Это условие стабильности.

Нестабильный воздух ведет себя наоборот. При градиенте температуры в атмосфере более 1°C/100 м, пузырек воздуха поднимается быстрее, не остывая так сильно, как окружающий воздух и подъем ускоряется.

Нестабильность воздуха определяется его несбалансированностью. В более низких слоях он слишком теплый и спокоен в вертикальной плоскости (отметим, что горизонтальный ветер присутствует и в стабильной и в нестабильной атмосфере).

Теперь мы можем сформулировать краткое определение:

Условия стабильности наблюдаются, когда атмосферный градиент температуры меньше, чем 1°C /100 м. В противном случае воздух нестабилен.

Важно отметить, что в стабильных условиях всякое движение воздуха вниз также натыкается на препятствие, в то время, как в нестабильном воздухе, опускающийся пузырек будет продолжать опускаться. Стабильность и нестабильность условий существенно влияют на турбулентность. Нестабильные условия приводят к возникновению термической активности, которую мы рассмотрим ниже.

 

 

Атмосферный градиент температуры больший 1°C /100м называется суперадиабатическим градиентом (Супер АГ). Условия Супер АГ встречаются в основном только над раскаленными пустынями, или, в менее жарких районах, в солнечные дни над ограниченными, закрытыми участками земли.

Поднимающийся воздух, вмещающий в себя пары воды, расширяется и охлаждается, а его относительная влажность увеличивается. Если этот процесс продолжается, то относительная влажность достигает 100%, в таком случае говорят о насыщении воздуха. При определенной температуре возникают условия точки росы. Если этот воздух продолжает подниматься, начинается конденсация, которая всегда проходит с выделением «скрытого тепла». Его выделение приводит к нагреву воздуха, он медленнее остывает, чем по САГ, и продолжает подъем.

Такое положение вещей называется влажно адиабатическим градиентом (ВАГ). Это градиент между 1.1 °C и 2.8 °C на 300 м высоты, зависит от температуры поднимающегося воздуха и в среднем составляет около 0.5 °C/100 м.

Когда температурный профиль атмосферы находится между САГ и ВАГ, говорят, что атмосфера «условно нестабильна», подразумевая, что при дальнейшем насыщении она будет нестабильной, так как это приведет к конденсации и образованию облаков.

Зона правее ВАГ - абсолютно стабильная атмосфера. Воздушная масса в атмосфере с градиентом в этой зоне будет всегда стремиться вернуться в исходную позицию, даже если происходит конденсация. Зона левее САГ - область абсолютно нестабильных условий со спонтанным образованием термичности (Супер АГ).

Для парящих полетов нужны условия нестабильные, в то время, как для полетов, например, с мотором, желательно чтобы воздух был стабилен.

В основном, ясная безоблачная ночь, переходящая в ясное утро, несет нестабильные условия. Для таких условий характерны толстый слой холодного воздуха, что нестабильно, учитывая нагрев воздуха от земной поверхности утром. Однако очень холодные ночи задерживают начало широкой конвекции из-за приземной инверсии.

День обещает быть очень стабильным, если небо закрыто сплошными облаками или облачность переменна и земля прогревается постепенно. О стабильности атмосферы можно судить по типу облаков. Образовывающиеся кучевые облака указывают на восходящие потоки и всегда предполагают нестабильность. Слоистые облака обычно говорят о стабильности. Дым, поднимающийся вверх до определенного уровня и растекающийся там - явный признак стабильности, в то время, как высоко поднимающийся дым указывает на нестабильные условия.

Пыльные смерчи, порывистый ветер и хорошая видимость указывают на нестабильность, в то время, как устойчивый ветер, слои тумана и слабая видимость говорят о стабильном воздухе.

Облака

Облака состоят из бесчисленного множества микроскопических частичек воды различных размеров: от 0.0001 см в насыщенном воздухе и увеличиваются до максимума около 0.025 см при продолжающейся конденсации. Как было сказано, насыщенный воздух- это воздух, имеющий относительную влажность 100%. Даже не изменяя количества водяных паров, воздух может стать насыщенным при охлаждении. Главный путь образования облаков - охлаждение влажного воздуха. Это происходит при охлаждении воздуха, когда он поднимается вверх в термальных потоках, а также при перетекании больших «теплых» воздушных масс сверху на более холодные.

Точка росы может использоваться для определения нижней границы (базы) облаков (cloudbase). Допустим, что поднимаясь, воздух охлаждается по САГ, т. е. 1 °C /100 м. Однако температура точки росы понижается только на 0.2 °C /100 м. Таким образом, температуры поднимающегося воздуха и точки росы сближаются на 0.8° С /100 м. Когда они уравняются, начинается образование облаков. Таким образом, зная температуру воздуха у поверхности земли, и точку росы при данной температуре, можно определить высоту базы облаков по формуле

h = ((Ts-Tr) / 0.8) * 100.

Для нахождения точки росы используют влажно-электрический термометр. Высоту базы облаков важно (хотя и не необходимо) знать, потому что фактически это - максимальная высота, которая может быть набрана за счет использования термальных потоков.

В какой-то момент времени поднимающийся воздух достигает точки росы, имея 100% относительную влажность. Тогда вроде бы созрели все условия для образования облаков. Но, что интересно, ему нужно что-то для реализации этих условий. Без «помощника» воздух может стать супернасыщенным, с относительной влажностью более 100%. Этим помощником являются мельчайшие частички, находящиеся в воздухе.

Они называются центрами (ядрами) конденсации, потому, что они подталкивают Пары к конденсации вокруг себя или центрами сублимации, если пар кристаллизуется в лед. Это можно наблюдать на холодном стекле зимой.

Центрами конденсации, вокруг которых образуются капельки, могут быть продукты сгорания, капельки серной кислоты и частички соли. Первые два вида - продукты загрязнения, последние - результат работы морских и океанских волн, бьющихся о берег. В роли центров сублимации, на которых образуется лед, выступают также пыль и вулканическая пыль. Центры сублимации сравнительно крупные, поэтому их редко заносит на высоты, где температура обеспечивает образование льда.

След, оставляемый самолетом, летящим на большой высоте - тоже состоит из частичек льда. Но кристаллизация там происходит не только вокруг продуктов сгорания, а еще и за счет сотрясения воздуха, вызываемого самим самолетом. Таким же образом можно охладить расплавленное железо до температуры на 300 °C ниже температуры плавления, и при этом оно будет оставаться жидким. Но достаточно небольшого толчка, и расплав мгновенно застывает.

Размеры капелек около 0.001 см в насыщенном воздухе - это уже видимая масса. Когда идет процесс конденсации, они увеличиваются до 0.0025 см. Даже имея такие сравнительно крупные размеры, капельки так легки, что могут оставаться в облаках, не падая вниз.

Существует несколько факторов, определяющих жизнь облаков. Для начала, облака формируются изолированными восходящими потоками (термиками), имеющими тенденцию к перемешиванию с окружающим воздухом. Первоначально воздух в термике перемешивается только вдоль его границы, но после начала конденсации паров, происходит выделение скрытого тепла и более интенсивное перемешивание с окружающим воздухом.

Одно изолированное кучевое облако живет около 0.5 часа с момента появления первых признаков конденсации до распада его в атмосферную массу. В воздухе может находиться большое количество облаков, которые зарождаются, живут и умирают в непрерывном процессе.

Не всегда облака распадаются так быстро. Это происходит, когда окружающий воздух на уровне облаков имеет такую же влажность и идет перемешивание.

Продолжающаяся термичность подпитывает облака и может продлить им жизнь сверх отпущенных им 30 минут. Грозы - долгоживущие облака. Образованные термическими восходящими потоками, они могут жить много часов.

 

Облака по высотам

от 6 до 13 км	Высокие облака	Cirrus (перистые) Ci Cirocumulus (перисто-кучевые) Cc Cirrostratus (перисто-слоистые) Cs
от 2 до 6 км	Облака средних высот	Altocumulus (высоко-кучевые) Ac Altostratus (высоко-слоистые) As Nimbostratus (слоисто-дождевые) Ns Nimbocumulus (кучево-дождевые) Cb
до 2 км	Низкие облака	Cumulus (кучевые) Си Stratocumulus (слоисто-кучевые) Sc Stratus (слоистые) St

 

Типы облаков и их характеристики

Название облаков	Обозначение	Образование	Высота	Вид	Дождь
CIRRUS	Ci	Теплый воздух поднимается над холодным (теплый фронт)	Обычно более 8 км	Тонкие, сужающиеся полоски ("лошадиный хвост")	Нет
CIRROCUMULUS	Cc Ci-Cu	Подъем воздуха на большую высоту над теплым фронтом или волновые процессы между слоями	От 6 до 8 км	Барашки волн или пятнистое небо, тонкий слой облаков, объединенных в группы	Нет
CIRROSTRATUS	Cs Ci-St	В теплом воздухе, поднимающемся над холодным (теплый фронт)	От 6 до 8 км	Облачный слой тонкий и прозрачный. М ожег образовывать светящийся ореол вокруг солнца и луны	Нет
ALTOCUMULUS	Ac	Подъем теплого фронта на большую высоту, или волны, или медленное перемешивание слоев	Около 3 км	Такие же как Си, только выше и связаны вместе в один слой	Нет
ALTOSTRATUS	As	В теплом фронте или охлаждающемся слое.	Около 3 км	Сплошной облачный слой. Неясные очертания солнца. Могут иметь случайные серые полосы	Нет
NIMBOSTRATUS	Ns	Из Sc в теплом фронте или охлаждающемся слое	Обычно 3 км	Темнее чем St. М ожег быть дождливая погода. Солнца не видно. Ухудшение видимости.	Постоян-ные ДОЖДИ
STRATOCUMULUS	ScSt-Cu	Распад St, связанный с уменьшением стабильности; рассеивание в теплом фронте; облака от термичности, занимающие большие пространства	Обычно 2 км	Серые и темные облака, объединенные в слои. Часто небо голубое, движение облаков по кругу.	Нет
STRATUS	St	Поднимающий-ся теплый фронт или остывание слоя воздуха	Менее 6,5 км	Серый сплошной облачный слой закрывающий большую площадь. Весь слой на одной высоте.	Иногда мелкий
CUMULUS	Cu	От изолированных термических потоков	0,6-1,4 км, реже до 6,5 км в высо-ких горах	Похожи на хлопок или овечью шерсть. Вершины похожи на цветную капусту.	Нет
NIMBOCUMULUS	Cb Cu-Nb	Подъем нестабильного или влажного воздуха над горами, или вызванный проходом холодного фронта. Также чрезмерный рост термической активности	До 25 км	Темные, сильно развитые вверх. Вершина часто плоская как наковальня	Пролив-ные с грозами

 

Старые облака не умирают, они замирают. Более старые облака принимают желтоватый, более тусклый оттенок, чем новые. Кроме этого старые облака имеют более размытые кромки.

Существует три основных типа облаков. Это stratus - слоистые (St), cumulus - кучевые (Си) и cirrus - перистые (Ci). O форме слоистых облаков говорит их название - тонкие, плоские или наслаивающиеся, возникающие по причине медленного перемещения обширных масс воздуха. Эти облака покрывают большие площади и делают день серым. Они часто образуются в стабильных условиях, или при спокойном движении фронтов, или при медленных восходящих потоках вокруг систем низкого давления.

Кучевые облака выглядят как горы хлопка или огромная цветная капуста, летящая в высоте. Эти облака часто образуются в хорошую погоду и, если покрывают четверть неба или меньше, они называются облаками хорошей погоды, а образуются они от тепловой конвекции или отдельных восходящих потоков, несущих влагу вверх.

Далее облака делятся по высотам. Их типы и характеристики изложены в таблицах.

Фронты

Фронтом называется граница между холодной и теплой воздушными массами. Если вперед движется более холодный воздух, то фронт называется холодным, если же наоборот - то это теплый фронт. Иногда воздушные массы движутся вперед до тех пор, пока их не остановит возросшее перед ними давление. В этом случае границу между массами называют стационарным фронтом. В данном случае важно, что фронт разделяет воздушные массы с разной температурой, а значит и разной плотности. Воздушные массы разной плотности не стремятся к перемешиванию, подобно маслу с водой. Поэтому стационарный фронт может стоять несколько дней.

Холодный фронт движется в основном с севера на юг в северном полушарии и наоборот - в южном. Этот фронт в своей передней части состоит из холодного, часто сухого воздуха. Если холодный фронт замещает нестабильный воздух, то тот поднимается, и формирует конвективные облака. Этот тип фронтальной активно­сти часто сопровождают грозы и шквалы.

Шквалы порождаются грозами, что распространяется на 80-500 км в глубину фронта и вдоль него.

Холодные фронты имеют тенденцию к большей энергоемкости, чем теплые и могут перемещаться со скоростью более 60 км/ч, особенно зимой, когда воздух более плотный. Быстрое движение фронта определяет буйный характер погоды, но, в то же время, более быстрое его прохождение. Наклон холодных фронтов изменяется от 1/30 до 1/100, что, при его движении вперед, создает сильный подъем теплого воздуха. Наклон зависит от температурного контраста между воздушными массами и скорости ветра через фронт.

Если условия стабильные перед и после холодного фронта, то формируются в основном слоистые облака. В этом случае наблюдается медленное очищение неба после фронта, но сам он протекает вяло.

Начало холодных фронтов, особенно в жаркие месяцы несет чистое небо, хорошую видимость и термическую активность, и плотный воздух.

Теплый фронт может нести с собой закрытое облаками небо, высокую влажность, дымку и туманы, жару и дожди на несколько дней. При прохождении теплого фронта теплый воздух набегает на холодный сверху и вытесняет его. Теплые фронты имеют тенденцию двигаться медленнее, чем холодные - 25 км/ч и менее, и отличаются меньшей плотностью воздуха. Наклон его поверхности колеблется от 1/50 до 1/400, что положе, чем у холодного.

Такой наклон теплого фронта является причиной того, что небо полностью закрыто облаками, на расстоянии более чем 2400 км. Приближение теплого фронта можно предсказать по тому, что за день или два до его прохождения появляются перистые облака, далее развивающиеся в перисто-слоистые и перисто-кучевые.

В случае теплого фронта, несущего стабильный воздух, нас ожидает длительный период до дождя и, в основном, спокойные условия, возможно, до самого фронта. В случае нестабильного воздуха нас ожидают проливные дожди, чередующиеся с мелкими, моросящими. Возможна сильная турбулентность с грозами. В любом случае прохождение теплого фронта лучше переждать под крышей.

Барические системы

Барическими системами называются системы распределения атмосферного давления, характеризуемые определенным расположением изобар на картах погоды. Различают главные барические системы, к которым относят циклоны и антициклоны. Существуют также вторичные барические системы (ложбины, гребни и седловины), но мы остановимся на главных, и то в очень узких рамках основных понятий.

Барические системы высокого давления или антициклоны возникают у поверхности земли. В центре такой системы давление максимальное, к периферии оно уменьшается. В наших широтах они возникают в основном над обширными земными поверхностями зимой, когда земля холоднее воды, и над ней воздух более холодный. Типичный пример тому - сибирский антициклон. Летом же, когда земля прогревается сильнее воды, антициклоны могут возникать над обширными водными поверхностями. Этим объясняется большое число солнечных дней летом на морских и океанических побережьях. Два же постоянных антициклона, обусловленных глобальной циркуляцией воздуха в атмосфере земли, расположены над полюсами. Они являются источниками холодных фронтов.

Кроме этого, при движении воздуха вверх, возникают барические системы низкого давления или циклоны. Их возникновение происходит противоположно антициклонам, т. е. над более теплой поверхностью воздух поднимается вверх, создавая зону пониженного давления.

Взаимодействие циклонов и антициклонов является главной причиной возникновения ветров. В антициклоне у поверхности повышенное давление, в циклоне - пониженное. Это определяет направление ветров. В антициклоне воздух движется от центра к периферии, в циклоне - наоборот. Однако свои поправки вносит эффект Кориолиса. Поэтому в антициклоне нашего полушария воздух, двигаясь от центра, поворачивает по часовой стрелке (если смотреть сверху). В южном полушарии наоборот. В циклоне напротив, в нашем полушарии воздух движется к центру против часовой стрелки, в южном - по часовой. Это важно знать для определения направления ветра по синоптической карте, на которой нанесены барические системы.

В антициклоне воздух опускается сверху, что приводит к его сжатию, нагреву, уменьшению относительной влажности и увеличению стабильности. Воздух в циклоне поднимается, расширяется, охлаждается, увеличивается относительная влажность и уменьшается стабильность.

Опускающийся воздух движется со скоростью всего несколько сантиметров в секунду, но этого достаточно, чтобы небо очистилось, и ясная погода у нас всегда ассоциировалась с антициклоном. Ирония в том, что добавляющийся воздух вверху, приводит к большей стабильности воздушных масс, что является главной причиной инверсии. Это обычное явление в не пустынных районах умеренной климатической зоны. Даже вслед за холодным фронтом в антициклоне с большой вероятностью следует погода, несущая низкий уровень нестабильности и термической активности, несмотря на чистый холодный воздух и хороший прогрев земли. Однако если антициклон задерживается, то над этой территорией воздух постепенно стабилизируется и термическая активность прекращается совсем.

Поднимающийся воздух в циклоне приводит к большому количеству облаков и осадкам. Он также может вызвать нестабильность, вплоть до образования грозы.

Ветер

Ветер - это горизонтальное перемещение воздуха. Его сила определяется с помощью анемометра. Если его нет под рукой, можно определить скорость ветра по признакам в окружающей среде, указанным в нижеследующей таблице:

Скорость ветра	Эффекты в окружающей среде
Штиль	Дым поднимается вертикально вверх, растительность неподвижна
0-5 км/ч (0-1.4 м/с)	Дым поднимается вверх, листва начинает шелестеть
5-8 км/ч (1.4-2.2 м/с)	Дым отклоняется от вертикали, вершины деревьев двигаются
8-15 км/ч (2.2-4.2 м/с)	Дым отклоняется на угол около 45 °, мелкие ветки и трава начинают двигаться.
l 5- 29 км/ч (4.2-8.1 м/с)	Дым отклоняется до 60 ° от вертикали, ветки двигаются, трава колышется волнами, одежда на веревках колышется.
29-40 км/ч (8.1-11 м/с)	Дым стелется, крупные ветки волнуются, трава покрывается рябью, одежда волнами, начинают появляться мелкие пылевые смерчи.
40 - 56 км/ч (11-15.6 м/с)	Крупные ветки и средние деревья изгибаются. Одежда полощется. Уносятся пыль и снег.
56 км/ч и более (>15.6 м/с)	Клонятся крупные деревья, автомобили качаются. Трудно идти.

 

Благодаря эффекту Кориолиса, возникающего из-за вращения земли, в северном полушарии ветер с высотой доворачивает правее на 15-45 °, в южном - левее на 15-45 °. Также с увеличением высоты изменяется его сила от 25% над водной поверхностью до 50% над пересеченной местностью.

Лучший способ определить направление высотного ветра - наблюдение за дрейфом облаков верхнего уровня, выбрав в качестве базы какой-нибудь неподвижный объект на земле. Днем в связи с термической активностью и перемешиванием воздуха ветер усиливается, достигая пика примерно в 15 часов по местному времени, и затихает к вечеру. Его минимальная сила достигается в районе 6-7 часов утра. Также, в термически активные дни, ветер может менять направление в сторону восходящих потоков.

Существуют некоторые специфические типы ветров. Мы рассмотрим фены и бризы.

Фен возникает, когда холодные сухие массы воздуха 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 затуханием, внезапными возобновлениями и превращениями. Он типичен для зимы и весны, когда существуют мощные барические системы.

Бриз - ветер, возникающий только на границе водной поверхности и суши. Днем, когда суша более прогрета, воздух над ней поднимается вверх, и его замещает холодный воздух с воды. Эта циркуляция продолжается, пока продолжается прогрев земной поверхности. Ночью ситуация повторяет дневную с точностью до наоборот.

Бриз может проникать на территорию земли в среднем на 10-20 км. Но в пустынных районах отмечались случаи проникновения бриза на 400 км вглубь материка.

Проникая внутрь материка, бриз противостоит воздуху с суши, и в том месте, где его движение вглубь прекращается, возникает миниатюрный холодный фронт, называемый фронтом морского бриза.

 

Турбулентность

Турбулентность - это хаотическое, случайное движение воздуха. Хотя некоторые ее виды (например, роторы) и отличаются некоторой организованностью, но хаотичность все-таки является определяющим фактором.

Влияние турбулентности на летательный аппарат сказывается по-разному, в зависимости от интенсивности, размеров и ориентаций вихря. В самых простых случаях турбулентность ощущается, как легкая «болтанка», которая немного затрудняет управление. В худшем случае турбулентность может привести даже к полному разрушению параплана.

Цикл турбулентности начинается, когда она формируется одним из трех способов, о которых будет сказано ниже. Крупный ротор, двигаясь с основным потоком, разбивается на все 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).

Более мелкие вихри могут иметь энергию большую, чем крупные вихри, из которых они образовались. Только с прохождением времени и определенного пути вихри турбулентности уменьшают свою энергию.

Турбулентность образуется тремя способами: механическим, термическим и на срезе потоков. Рассмотрим их по порядку.

Механическая турбулентность создается при обтекании потоком воздуха различных тел.

<

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: