 |
Направление и скорость ветра.
|
|
|
|
По «Авиационной метеорологии»
Тема 1 «Строение атмосферы» (1 час).
План:
-Различные классификации слоев атмосферы.
-Международная стандартная атмосфера.
Различные классификации слоев атмосферы
1.Деление атмосферы на слои, в основу которой положено деление температуры по вертикали:
а).Тропосфера (0-11км).
Температура понижается с высотой (6,5* на 1000м): от 8*-10* (на полюсах) до 16*-18* (в тропиках).
Нижний слой тропосферы (пограничный, или слой трения) - до 1-1,5 км. В этом слое особенно сильно проявляется влияние земной поверхности.
Ниже нижнего слоя находится приземный слой (до 200 м).
б).Стратосфера (до высоты 50 км).
Температура в стратосфере постоянная (-56*), но потом начинает повышаться (до +20*).
в).Мезосфера (до 50-80 км).
Температура начинает уменьшаться (3,5* на 1 км).
г).Термосфера (до 800 км).
Температура очень быстро повышается и достигает 100*.
д).Экзосфера (более 800 км).
Температура выше 100*С.
2.Деление атмосферы на слои по составу воздуха.
а).Гомосфера - слой, где состав воздуха постоянен.
б).Гетеросфера - слой, где состав воздуха меняется с высотой.
в).Озоносфера - сильно разряженный воздух, озоновый слой (от 15 до 50 км).
3.Деление атмосферы на слои по признаку взаимодействия с земной поверхностью:
а).Пограничный слой (1-1,5 км).
б).Свободная атмосфера.
Международная стандартная атмосфера.
Стандартная атмосфера - это условное распределение по высоте средних значений основных физических параметров атмосферы (давление, температура, плотность, скорость звука для сухого и чистого воздуха постоянного состава, показатель которой используется при расчетах при приведении результатов испытаний к одинаковым условиям).
|
|
|
ГОСТ МСА:
Н = 2км - 50 км;
широта - 45*32 33;
t*C = 15*С (Т=288,15К);
ВТГ (вертикальный температурный градиент) - 6,5* на 1 км;
P(давление) = 760 мм рт. ст.(1013,25 гПа);
p(плотность воздуха) = 1,225 кг на кубический метр;
при этом показания ВТГ, Р, p даны на высоте Н=0.
Все важнейшие для летчика явления погоды развиваются главным образом в тропосфере.
Масса атмосферы составляет 5,27х10 в 15 степени тонн.
Тема 2 «Метеорологические элементы
И их анализ. Метеокоды и карты погоды».
План:
-общие положения;
-метеорологические элементы:
а) атмосферное давление и плотность воздуха;
б) температура воздуха;
в) плотность и влажность воздуха;
г) направление и скорость ветра;
д) количество, форма и высота облаков и осадки;
е) видимость;
-явления погоды:
а) туманы и дымки;
б) обледенения;
в) грозы и шквалы;
-карты погоды:
а) приземные карты;
б) высотные карты.
Состояние атмосферы в определенный момент времени характеризуется рядом физических величин, которые называются метеоэлементами или параметрами (атмосферное давление, температура, плотность и влажность воздуха, направление и скорость ветра, количество, форма и высота облаков).
Кроме метеорологических элементов авиационной метеорологией изучаются и атмосферные явления (гроза, метель, туман и т.д.).
Совокупность метеоэлементов и атмосферных явлений, наблюдаемых в какой-либо момент или промежуток времени, называется погодой.
Основные параметры атмосферы оказывают влияние на часовой расход топлива, силу тяги двигателей, скороподъемность и потолок ВС, его устойчивость, длину разбега и пробег.
Метеорологические элементы.
Атмосферное давление
-это вес столба воздуха от данной поверхности до верхней границы атмосферы на 1 кв.см. поперечного сечения этого столба; атмосферное давление измеряется ртутным барометром, для нужд авиации - в миллиметрах ртутного столба, а для нужд погоды - в миллибарах (мб). Соотношение между этими единицами следующее: 1мб соответствует 0,75 мм рт. ст. (3/4), 1 мм рт. ст. соответствует 1,33 мб (4/3).
|
|
|
Стандартное атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст. (при температуре 0* на широте 45*), что равно 1013,25 мб.
Для характеристики атмосферного давления используется такое понятие, как барический градиент. Барический градиент - изменение давления на единицу длины (используется для характеристики изменения давления с высотой и по горизонтали).
Положительный барический градиент направлен в сторону падения давления по кратчайшему пути.
Для характеристики изменения давления с высотой применяется барическая ступень. Барическая ступень - это расстояние по вертикали в метрах, на котором давление изменяется на 1 мм рт. ст. или на 1 мб, т.е. высота, на которую нужно подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на 1 единицу. Так вблизи земли следует подняться в среднем на 8м, чтобы давление изменилось на 1 мм, на высоте 5 км - на 15м, а на высоте 18 км - на 70-80м.
Величина барической ступени зависит от давления и температуры: с увеличением давления и понижением температуры она уменьшается, с уменьшением давления и повышением температуры - увеличивается.
Влияние атмосферного давления на полет:
1).необходимо учитывать изменение давления при определении высоты полета;
2).рост атмосферного давления приводит к уменьшению скорости отрыва;
Значения атмосферного давления наносятся на синоптическую карту в виде линий равного атмосферного давления, называемых изобарами.
При оценке атмосферного давления следует учитывать барометрическую тенденцию, т.е. изменение атмосферного давления за последние 3 часа.
Плотность воздуха
-это отношение массы воздуха к объему, который он занимает, выраженное в г/куб.м. Плотность воздуха может быть вычислена, если известны давление воздуха и его температура. Она увеличивается с понижением температуры и увеличением давления, и наоборот.
Плотность воздуха зависит также от количества водяного пара в воздухе. Плотность водяного пара меньше плотности сухого воздуха, и поэтому влажный воздух при том же давлении будет иметь меньшую плотность, чем сухой. Так, при давлении 750 мм рт. ст. и температуре 20*С, плотность сухого воздуха составляет 1189 г/куб.м, а плотность насыщенного водяным паром воздуха при тех же условиях составляет 1178 г/куб.м, т.е. на 11 г/куб.м меньше.
|
|
|
Плотность изменяется в течение года в зависимости от географической широты, а также от изменения температуры и давления воздуха. В тропосфере плотность воздуха в общем меньше летом и больше зимой.
С высотой плотность воздуха уменьшается. Это уменьшение в основном определяется изменением атмосферного давления.
Давление, плотность и температура воздуха являются основными физическими параметрами, характеризующими воздух как среду, в которой происходит полет ЛА.
Температура воздуха
-это параметр, характеризующий степень нагретости воздуха.
Температура воздуха измеряется на Н=2м жидкостными термометрами.
В большинстве стран применяется стоградусная шкала (шкала Цельсия - *С), в которой за 0*С принята температура таяния льда, а за +100*С - температура кипения воды при давлении 760 мм рт.ст. В теоретической метеорологии, аэродинамике и других научных дисциплинах применяется абсолютная шкала температуры (Т), предложенная Кельвином (К*). Температуры по шкале Кельвина и Цельсия связаны соотношением:
Т= 273,15 + t*С,
где величина 273,15 называется абсолютным нулем температуры, а t* - температура по стоградусной шкале Цельсия.
Температура воздуха - это очень изменчивый метеоэлемент, зависящий от множества факторов: от количества тепла, поступающего на данной географической широте от Солнца, от характера подстилающей поверхности, от времени года и суток, от циркуляции атмосферы и т.д.
Под влиянием этих факторов температура испытывает периодические (суточные и годовые) и непериодические колебания.
Амплитуда суточного хода температур - это разность между максимальной и минимальной температурой в течение суток.
Годовая амплитуда температур - это разность между максимальной и минимальной температурой в течение года.
Правильный суточный ход температур - наиболее высокая температура от 13 до 15 часов местного времени, минимальная - перед восходом солнца.
|
|
|
Нагревание и охлаждение воздуха происходит от поверхности Земли. Воздух прогревается снизу вверх, поднимается, одновременно более холодный воздух опускается вниз сжимаясь. В результате происходит перемешивание воздуха по вертикали.
Повышение температуры с высотой в некотором слое называется инверсией. Слой, где температура воздуха не изменяется с высотой, называется изометрией. Инверсию и
изометрию называют задерживающими слоями, т.к. они затрудняют вертикальное движение воздуха. Эти слои регулярно наблюдаются на разных слоях в тропосфере, особенно в холодную половину года и в ночное время. Эти слои оказывают существенное влияние на формирование погоды. Под ними всегда может быть облачность, ухудшенная видимость, обледенение, болтанка, сдвиг ветра.
Изменение температуры с высотой на каждые 100м называется вертикальным температурным градиентом. По МСА в тропосфере вертикальный градиент температуры равен 0,65* при подъеме на 100м.
Температура воздуха наносится на карту погоды в виде сплошных линий равных температур - изотерм.
Влияние температуры воздуха на работу авиации значительное. Температура воздуха влияет на потребную и максимальную скорость полета, скороподъемность и потолок, мощность и тягу двигателей, длину разбега и пробега, показания приборов.
Высокие и низкие температуры у земли затрудняют работу техсостава по подготовке техники, при сильных морозах затрудняется запуск авиационных двигателей.
Отрицательное влияние на эксплуатацию авиатехники оказывают также резкие перепады температуры воздуха, особенно когда после сильных морозов наступает оттепель.
При положительных отклонениях температуры воздуха от данных МСА летные характеристики самолетов ухудшаются, а при отрицательных отклонениях - улучшаются.
При температуре воздуха у земли 0*С - (-3*С) на РД, ВПП, наземных сооружениях возможен гололед; при полете в облаках, осадках, где температура 0*С- (-10*С), возникает обледенение. При полете в воздушной массе, где вертикальный градиент температуры больше, чем 0,65* на 100м, отмечается болтанка, возникают грозы и явления с ней связанные.
Влажность воздуха
-это степень насыщения воздуха водяным паром. Она является важной величиной в оценке погоды, т.к. способствует образованию облаков, осадков, туманов, гроз и т.д.
Для оценки содержания водяного пара в воздухе применяются различные характеристики.
Абсолютная влажность (а) - количество водяного пара, содержащегося в 1 куб. метре, выраженное в граммах.
Упругость водяного пара (е) - парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе, выражающееся в мм рт. ст. или мб. Численно обе эти величины близки между собой.
|
|
|
Абсолютную влажность в основном учитывают в весенне-летний период при прогнозировании гроз. Если а=15мб, следует ожидать грозу; а=20мб - гроза будет с ливневыми осадками, а больше 23мб - гроза будет со шквалом.
Относительная влажность (r) - процентное отношение фактического количества водяного пара в данном объеме воздуха к количеству водяного пара, насыщающего этот объем воздуха при той же температуре, выраженное в процентах:
а
r =------- х 100%, где
А
а - фактическое количество водяного пара;
А - максимально возможное количество водяного пара при данной температуре воздуха.
Максимальное количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе (относительная влажность 100%), зависит только от температуры: чем выше температура, тем больше водяного пара необходимо для насыщения, и наоборот.
На приземных картах погоды вместо рассмотренных выше величин влажности воздуха наносится точка росы (t*d) - температура, при которой воздух достигает состояния насыщения при данном содержании водяного пара и неизменном давлении. Точка росы равна температуре воздуха при относительной влажности 100%. При этих условиях происходит конденсация водяного пара (переход водяного пара в жидкое состояние) и образование облаков и туманов. Чем суше воздух, тем больше разность между температурой воздуха и точкой росы (дефицит точки росы - дельта td).Охлаждение воздуха, содержащего водяной пар, может вызвать сублимацию (переход водяного пара в твердое состояние, минуя жидкую фазу).
Дефицит точки росы наносится на картах абсолютной топографии и служит для определения возможности образования облаков. На высотах до 5 км можно предполагать наличие 10 баллов облаков при дефицитах 0*, 1*, 2*. По дефициту можно определить уровень конденсации водяного пара, т.е. уровень, где воздух достигает 100% насыщения:
hк= 123 (t*C-t*d),
где hк - уровень конденсации.
Водяной пар играет исключительно важную роль в определении метеорологических условий полета в тропосфере. Наличие водяного пара в атмосфере является необходимым условием образования облаков, осадков, туманов. Атмосферные явления - грозы, метели, обледенение и такие оптические явления, как радуга, гало, венцы, - также неразрывно связаны с наличием воды в атмосфере. Такой важный метеорологический элемент, как видимость, в большинстве случаев обуславливается наличием в атмосфере мельчайших капель воды, кристаллов льда или тех и других вместе.
Направление и скорость ветра.
Ветром называется горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Но воздушные потоки не строго горизонтальны, т.к. почти всегда в этих движениях есть вертикальные составляющие.
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.
Ветер не является устойчивым течением и в короткие промежутки времени изменяется как по скорости, так и по направлению. Эта изменчивость ветра особенно резко выражается вблизи поверхности земли и непосредственно связана с турбулентным состоянием воздушного потока.
Движение воздуха происходит под действием силы вращения земли (кориолисова сила), силы барического градиента, возникающей вследствие неравномерного распределения давления воздуха в горизонтальном направлении, силы трения и силы тяжести.
Под воздействием этих сил в слое до 1000-1500м вектор времени направлен к изобаре под острым углом, величина которого больше над сушей и меньше над морем, больше в низких широтах и уменьшается к полюсам.
В циклоне в Северном полушарии ветры у земли дуют по спирали от периферии к центру против часовой стрелки, в антициклоне - по спирали от центра к периферии по часовой стрелке.
Скорость и направление ветра зависят от высоты над поверхностью земли, географического района, времени года и суток, от распределения давления.
Суточный ход скорости ветра у земли наиболее четко выражен над сушей и почти незаметен над морем. Более резко он выражен в теплую половину года и при ясной погоде, слабее - в холодную и при облачной погоде.
С увеличением высоты скорость ветра в среднем возрастает, и на высоте 500 м она выше почти вдвое, чем у земли; в слое трения ветер поворачивает вправо, а в свободной атмосфере дует почти строго вдоль изобар (если встать спиной к ветру, то меньшее давление будет слева).
Ветер имеет большое значение для авиации:
-ветер существенно влияет на взлет и посадку, при встречном ветре сокращается длина разбега и пробега;
-при боковом ветре возникают силы, затрудняющие управление ЛА. Так, например, если ветер дует справа от направления взлета, то на правой плоскости возникает дополнительная подъемная сила, а на левой она уменьшается, в результате возникает кренящий момент; кроме того, боковой ветер создает силу, стремящуюся развернуть ЛА относительно его продольной оси, а следовательно - и в сторону от оси ВПП;
-еще большие трудности боковой ветер создает при посадке ЛА, т.к. затрудняет точное выдерживание ЛА на глиссаде снижения и во время пробега на ВПП;
-ветер значительно влияет на самолетовождение (необходима поправка на ветер при выдерживании направления);
-ветер вызывает болтанку, пыльные бури, низовые метели, ухудшающие видимость и затрудняющие взлет, полет, посадку ВС.
При оценке конкретных метеоусловий необходимо учитывать местные ветры, которые возникают под влиянием местных физико-географических и термических условий.
Серьезные трудности для пилотирования ЛА на глиссаде снижения, при взлете, посадке вызывает
сдвиг ветра.
Под сдвигом ветра понимается изменение направления или скорости ветра, или того и другого вместе в горизонтальном направлении, либо одного слоя атмосферы по отношению к другому по вертикали.
Различают горизонтальный и вертикальный сдвиги ветра:
Вертикальный сдвиг ветра (вертикальная составляющая градиента ветра) - это изменение направления и скорости ветра по высоте (например, на Н=200м направление ветра 280* и его скорость 18 м/сек, а на Н=100м направление ветра 80* и скорость 8 м/сек).
Горизонтальный сдвиг ветра (горизонтальная составляющая градиента ветра) - изменение направления и скорости ветра в различных точках по горизонтали на одной и той же высоте.
Для оценки интенсивности сдвига ветра следует пользоваться терминами и их численными категориями, которые рекомендованы ИКАО (смотреть Таблицу 1).
Таблица 1
|
|
|
