Способы определения среднего ветра. Понятие о среднем ветре. Определение направления и скорости ветра.

Ветер представляет собой движение воздуха, которое происходит параллельно земной поверхности и имеет горизонтальный характер. Главным свойством такого потока считается вектор его скорости. На практике эта величина представляет числовое значение. Дополнительными характеристиками являются направление и сила ветра. По этим критериям существует сразу несколько классификаций.

Общие понятия

Ветер на планете Земля - это поток воздуха, преимущественно движущийся горизонтально. Подобное явление наблюдается и на других космических телах. Однако в этом случае речь уже идет о потоке атмосферных газов. Так различают солнечный и планетарный ветра.

Потоки воздуха на Земле классифицируются по скорости, масштабам, силе, воздействию на объекты и районам распространения. Тем не менее, главной характеристикой по-прежнему остается направление ветра. Также не следует забывать о его продолжительности. Именно по этим критериям ветра классифицируют в первую очередь. Например, кратковременные и длительные, сильные и слабые и т. д. Мощными непродолжительными потоками называются шквалы. Их длительность редко превышает 1 минуту. Из наиболее продолжительных можно выделить бриз, шторм, бурю, тайфун и ураган. Все они дополнительно характеризуются силами возникновения и воздействия. В свою очередь, длительность ветра может быть от пары секунд до нескольких месяцев. Зависит это явление от разницы нагрева частиц воздуха, особенностей рельефа, циркуляцией атмосферы.

В редких случаях имеют место вертикальные ветра. Их движение направлено снизу вверх или наоборот. Такие потоки называются нисходящими или восходящими.

Способы измерения характеристик

Чтобы узнать, какое направление ветра, необходимо воспользоваться одним из специальных приборов. Каждый из таких инструментов показывает азимут точки исхода потока. Итоговые значения будут находиться в диапазоне 180 градусов.

Скорость и направление ветра можно измерить анемометром. Этот прибор нашел применение в энергетической промышленности. Поток ударяется о специальную мембрану. Толчок фиксируется датчиком, данные обрабатываются и выдаются на экран.

Для измерения сугубо направления ветра можно использовать обычный флюгер. Этот инструмент работает даже при малейшем дуновении. В итоге стрелка укажет направление ветра. Погрешность зависит от качества флюгера. В среднем она варьируется в пределах 2-3%.

Если под рукой отсутствуют необходимые инструменты, можно воспользоваться указательным пальцем. Просто смочить его и выставить вверх. Палец быстро ощутит прохладу. Таким образом, можно определить, с какой стороны движется поток. С другой стороны, подобная технология не действует при жарких влажных климатических условиях.

Направление ветра

Движение потока воздуха определяется горизонтально по той стороне, с которой оно исходит. Если дует на север, то направление ветра южное. Такое движение напрямую зависит от силы вращения планеты и распределения атмосферного давления. Чем ближе потоки к поверхности Земли, тем они вариативнее.

Как известно, вода и суша нагреваются с разной скоростью. В летнее время температура поверхности земли повышается быстро. Вследствие этого явления воздух нагревается, расширяется и становится куда легче. В свою очередь, над поверхностью воды всегда холоднее. Следовательно, потоки воздуха становятся тяжелее и сжатее. Поэтому именно со стороны воды всегда дует прохладный ветер. В ночное время потоки чаще исходят с берега.

Еще одним местом возникновения ветров может быть горная местность. В таким случае сухой и теплый поток называется "фен", а сильный и холодный - "бора".

Классификация по скорости ветра

Данная характеристика измеряется в баллах или метрах в секунду. Зависит от так называемого барического градиента. Чем его величина меньше, тем ниже скорость потока. Справочно: 1 балл примерно равняется 2 м/с.

Справедливо утверждение, что сила ветра напрямую зависит от его скорости. К тому же чем больше разность давления между задействованными участками поверхности, тем мощнее будет поток. На сегодняшний день существует шкала Бофорта, по которой определяется сила воздействия ветра:

Самые мощные ветра

Несколько лет назад шкала Бофорта была расширена американской национальной метеорологической службой. Дополнения относятся только к категории «ураган»:

12.1 балла - сильный ветровал. Его скорость составляет от 35 до 42 м/с. При этом ветер меняет направление постоянно. Разрушительное воздействие распространяется на телеграфные столбы и деревянные постройки.

- 12.2 балла. Такой ураган имеет скорость движения до 49 м/с. Отмечаются повреждения крыш, дверей и окон каменных построек.

12.3 балла. Ветер со скоростью до 58 м/с разрушает легкие дома, нагоняет волны с высотой до 3,5 м. Возможно наводнение.

12.4 балла. Такой ветровал характеризуется скоростью движения в 59-70 м/с. Поток вырывает средние деревья с корнями, наносит сильные повреждения прочным постройкам.

12.5 балла. Ветер со скоростью свыше 71 м/с разрушает мощные здания, в том числе каменные. В грунте остаются глубокие воронки. В небо поднимаются тяжелые предметы. Наводнение неизбежно.

Локальные ветра

Чаще всего такие потоки формируются на равнинах континента или над морем. Одним из наиболее распространенных видов является бриз. В этом случае преобладающее направление ветра характеризуется локальной циркуляцией теплого воздуха. Образуется благодаря перепаду низкого давления при положительной температуре.

Скорость локальных ветров редко превышает 4 м/с. Более интенсивные потоки исходят из горных хребтов. Формирование происходит на высотах, а дуновение - преимущественно в долинах.

Глобальные ветра

Речь идет о муссонах и пассатах. Первый вид глобальных ветров является сезонным. Он меняет свое направление всего 2 раза за год. Тропические муссоны двигаются со средних широт. Они преимущественно теплые. Внетропические дуют с полярных и умеренных широт, значительно снижая температуру воздуха.

Пассаты зависят от атмосферного давления. Чаще дуют с запада. В редких случаях можно наблюдать восточные и южные пассаты. Главной локацией распространения является зона экватора.

1. Скорость и направление ветра.

2. Силы, действующие на ветер. Теоретические виды ветра.

3. Режим ветра в РБ.

1. Скорость и направление ветра

Ветер – горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности.

В атмосфере наблюдаются движения различных масштабов – от десятков до сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, пассаты, муссоны). Воздушные течения направлены из областей высокого давления в сторону низкого давления. Отток воздуха идет до тех пор, пока не исчезнет разность давлений.

1.1. Скорость ветра

Ветер характеризуется вектором скорости. Скорость ветра можно измерять в различных единицах: в метрах в секунду (м/с), километрах в час (км/ч), узлах (морских милях в час), баллах. Различают сглаженную скорость ветра (за некоторый промежуток времени) и мгновенную.

У земли скорость средняя скорость ветра обычно составляет 5–10 м/с и редко превышает 12–15 м/с. В тропических ураганах она достигает до 60–65 м/с, в порывах – до 100 м/с; в смерчах и тромбах – 100 м/с и более. Максимальная измеренная скорость 87 м/с (Земля Адели, Антарктида).

Скорость ветра на большинстве метеостанций измеряют анемометры с вращающимися чашками, изобретенные в 1846 г. Кроме чашечных или крыльчатых анемометров оценить скорость ветра можно при помощи доски Вильда. Один из первых анемометров был изобретен в 1450 году итальянцем Леоном Альберти. Это был рычажный анемометр: ветер отталкивал шар или пластину в приборе, смещая их вдоль криволинейной шкалы с делениями. Чем сильнее ветер, тем сильнее смещался шар. Приборы для измерения скорости ветра устанавливаются на высоте 10–12 м.

1.2. Направление ветра

Направление ветра в метеорологии – направление, откуда он дует. Его можно указать, назвав точку горизонта, откуда дует ветер (т.е. румб) либо угол, который образует горизонтальный вектор скорости ветра с меридианом (т.е. азимут).

Направление ветра в высоких слоях атмосферы указывается в градусах, а в приземных – в румбах горизонта (рисунок 54). При наблюдениях направление ветра определяют по 16 румбам, но при обработке обычно результаты наблюдений сводят к 8 румбам.

Рисунок 54 – Румбы горизонта

Основные румбы (8): север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. Промежуточные румбы (8): северо-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юго-юго-восток, юго-юго-запад, запад-юго-запад, северо-северо-запад.

Международные названия румбов: север – N – норд; восток – Е – ост; юг – S – зюйд; запад – W – вест.

В некоторых местах ветры носят собственные имена по стороне, откуда они дуют. Пример: русский ветер – ветер из центральных областей Европейской России, на севере Европейской России – это южный ветер, в Сибири – западный, в Румынии – северо-восточный. В Прикаспии северный ветер называют Иван, а южный – Магомет.

Направление ветра определяется при помощи флюгера 1 (от голл.vleugel – крыло) – одного из старейших метеоприборов. Флюгер состоит из флюгарки и креста румбов. На метеостанциях часто устанавливают флюгер Вильда 2 . Состоит он из металлического флажка, вращающегося вокруг вертикальной оси над крестом румбов, и доски Вильда. В анемографах применяется колесо Салейрона – 2 мельнички, закрепленные на подвижной оси, и стрелка, указывающая направление ветра.

Так же как и для скорости, различают мгновенное и сглаженное направление ветра. Мгновенные направления ветра значительно колеблются около некоторого среднего (сглаженного) направления, которое определяется при наблюдениях по флюгеру. Однако и сглаженное направление ветра в каждом месте Земли непрерывно меняется, в различных местах в одно и то же время оно также различно. В одних местах ветры различных направлений имеют за длительное время почти равную повторяемость, в других – хорошо выраженное преобладание одних направлений ветра над другими в течение всего сезона или года. Это зависит от условий общей циркуляции атмосферы и отчасти от местных топографических условий.

При климатологической обработке наблюдений за ветром можно для каждого данного пункта построить диаграмму, представляющую собой распределение повторяемости направлений ветра по основным румбам, в виде так называемой розы ветров (рисунок 55).

Рисунок 55 – Повторяемость направления ветра в г. Бресте, % (роза ветров)

От начала полярных координат откладываются направления по румбам горизонта(8 или 16) отрезками, длины которых пропорциональны повторяемости ветров данного направления. Концы отрезков можно соединить ломаной линией. Повторяемость штилей указывается числом в центре диаграммы (в начале координат). Если от центра диаграммы отложить отрезки, пропорциональные средней скорости ветра, то получим розу средних скоростей ветра. При построении розы ветров можно учесть одновременно 2 параметра (перемножив повторяемость направлений ветра и среднюю скорость ветра по каждому направлению). Такая диаграмма будет отражать количество воздуха, переносимого ветрами разного направления.

Для представления на климатических картах направление ветра обобщают разными способами:

можно нанести на карту в разных местах розы ветров;

можно определить равнодействующую всех скоростей ветра (рассматриваемых как векторы) в данном месте за тот или иной календарный месяц в течение многолетнего периода и затем взять направление этой равнодействующей в качестве среднего направления ветра;

наносят преобладающее направление ветра. Для этого определяется квадрат с наибольшей повторяемостью, средняя линия квадрата и есть преобладающее направление.

Под ветром обычно понимается продольное направленное движение атмосферных потоков. Это природное явление наблюдается на всех планетах, где имеется атмосфера, при этом направление атмосферных потоков может быть непредсказуемым. На Земле атмосфера относительно спокойна, поэтому принято отделять обычные ветра, продольно дующие вдоль поверхности, от таких явлений, как смерчи или вертикальные потоки.

Согласно современным метеорологическим стандартам, все земные подразделяются в зависимости от следующих параметров:

• масштаб и область распространения;
• сила и скорость;
• природа возникновения;
• продолжительность;

Образование атмосферных потоков, их масштаб

Первая важная характеристика — масштаб и сопряженная с ним область распространения (влияния) ветров. Существуют глобальные атмосферные потоки: муссоны, пассаты, восточные и западные ветра, полярные и субтропические атмосферные фронты. Они относятся к так называемым постоянным ветрам планеты и образуются в результате масштабных климатических смещений при смене времен года.

Локальные ветра образуются на фоне местных климатических особенностей — при перепаде температур, вдоль водоемов или горных хребтов. Самыми известными локальными ветрами являются бор, фён, бриз, суховей и множеству других атмосферных потоков, характерных для конкретной местности. Их возникновение обуславливается как межсезонные изменениями воздушных потоков, так и различными географическими особенностями.

Продолжительность — еще один параметр, характеризующий различные типы ветров. Выше были рассмотрены длительные ветра широкой области охвата, однако существуют и кратковременные ограниченные атмосферные возмущения. К ним относят различные локальные антициклоны и циклоны, грозы, смерчи, сезонные ветра и некоторые другие. Этот тип ветров — самый распространенный и непостоянные, они могут сформироваться в течение нескольких дней и столь же быстро угаснуть.

Влияние ветра на погодные условия

Атмосферные потоки — один из основополагающих природных факторов, который напрямую связан с большинством природных явлений. Циклоны и антициклоны, которые обуславливают локальные изменения климата, представляют собой локальные атмосферные образования. Они способны привести к резкой смене погоды, нехарактерной для определенного региона.

Другой пример влияния ветров на погоду — грозы и град. Именно под влиянием горячих восходящих ветров образуются сильные грозовые ветра, происходит электризация между молекулами воды. Согласно последним данным, все погодные явления подвержены влиянию атмосферных фронтов: в том числе, дожди, засухи, стихийные пожары, ураганы.

Кроме того, локальные ветра продуцируют такие явления, как турбулентность и обледенение, что обуславливает важность их изучения и своевременного отслеживания.

Скорость и сила ветра, шкала Бофорта

Рассматривая характеристики ветров, нельзя не коснуться их силы, которая находится в прямой зависимости от скорости. Она измеряется в метрах в секунду, при этом за итоговую скорость обычно принимают усредненное значение в пределах 10 минут непрерывного измерения. Рекордный показатель для нашей планеты был зафиксирован в 1996 году, в Австралии и составил около 113-115 м/с или примерно 410 километров в час. Самые сильные постоянные ветра дуют в Антарктиде: их скорость достигает отметки в 90м/с.

Так как скорость и сила ветра являются его основными потенциально опасными характеристиками, была разработана международная шкала классификации Бофорта. Она оценивает примерное влияние скорости ветра на строения, различные наземные сооружения, человека, природу и технику. В настоящее время принят стандарт шкалы с 12 баллами:

Следует учитывать, что в этой таблице указаны усредненные показатели скорости и примерные проявления, которые могут несколько отличаться от реальных.

Ветер - горизонтальная составляющая движения воздуха от­носительно земной поверхности. Возникает вследствие появления горизонтального барического градиента. Ветер характеризуется скоростью (силой) и направлением. Скорость измеряется в м/сек, км’Ч, i’3, сила - в условных единицах - баллах. Направление измеряется в градусах круговой системы деления горизонта или румбах. Направлению ветра дают наименование (отсчет) по точке горизонта, откуда ветер дует.

Ветер возникает под действием силы барического градиента, силы трения, отклоняющей силы вращения Земли и центробежной силы. Сила трения проявляется практически только до высоты 500 м от поверхности Земли.

Если выразить скорость ветра V в м/сек и барический гра­диент G в мб на 60 мыль, то

где φ - широта места.

Барический закон ветра. Если стать спиной к ветру, то в северном полушарии низкое давление находится слева, а высокое - справа от направления ветра. В южном полушарии наоборот.

Скорость ветра на корабле определяется ручным анемометром. При выключенном счетчике анемометра произвести отсчет и за­писать показания стрелок по трем циферблатам (тысячи, сотни, десятки и единицы); стать с наветренной стороны мостика, где ограждение рубки и надстройки не искажают ветра, поднять ане­мометр над головой в вертикальное положение правой рукой, а в левую взять приготовленный к действию секундомер; когда полу­шария раскрутятся, включить счетчик анемометра и одновременно пустить секундомер. По истечении 100 сек, остановить счетчик анемометра, отсчитать новое показание стрелок по всем трем ци­ферблатам анемометра. Из конечного отсчета вычесть первона­чальный и полученную разность разделить на 100 (рассчитать число делений в 1 сек); затем в поверочном свидетельстве найти соответствующую этому числу делений скорость ветра.

Направление ветра определяется на якоре или в дрейфе по направлению вымпела, флага или дыма из трубы с точностью до 5″. Ветер определяется направлением, откуда он дует, поэтому к направлению вымпела (дыма) необходимо прибавить 180″.

rcjih скорость и направление ветра определяются на ходу ко­рабли, то получаю!’ элементы кажущегося или наблюдум­ного ветра, который является суммарным вектором и с т и н н о г о ветра и «ветра», создаваемого движением корабля,- курсового ветра. Истинный ветер вычисляется при помощи ветрочета (круга СМО) или графически на маневренном планшете или миллимет­ровой бумаге. Порядок определения элементов истинного вечра с помощью ветрочета приводится на обратной стороне круга СМО. На маневренном планшет е (рис. ‘32.1, а) из центра планшета в выбранном масштабе проложить обратный вектор ско­рости корабля - в и/сек и вектор скорости кажущегося ветра W в м/сек. Соединить конец вектора - с концом вектора - получим вектор истинного ветра . Величину вектора намерить

циркулем в выбранном масштабе, направление определить по внешней шкале планшета, параллельно перенеся вектор в центр планшета.

На миллиметровой бумаге нанести линию истин­ного меридиана (рис. 32.1, б) и от произвольной точки на этой линии в выбранном масштабе отложить обратный вектор скорости корабля - в м/сек и вектор кажущегося ветра в том же масштабе. Вектор будет вектором истинного ветра; направление его будет от конца вектора курсового ветра к концу вектора кажу­щегося ветра. При таких построениях получаем направление, куда дует ветер, поэтому к полученному направлению надо прибавить 180°.

Анеморумб’ометр измеряет средние значения скорости и направления истинного.ветра.

Суточный ход ветра. Скорость ветра с утра возрастает, К вечеру - ослабевает. В средних широтах это изменение поряд­ка 3-5 м/сек. Летом суточный ход скорости ветра больше, чем зимой, в ясные дни больше, чем в пасмурные. Над океаном суточный ход ветра почти незаметен.

Ввиду неоднородности нагревания различных зон земного тара существует система атмосферных течений крупного плане­тарного масштаба (общая циркуляция атмосферы).

П а с с а т ы - ветры, дующие весь год в одном направлении в зоне от экватора до 35° с. ш. и до 30° ю. ш. Устойчивы по на­правлению: в северном полушарии - северо-восточные, в южном - юго-восточные. Скорость-до 6 м/сек. Вертикальная мощность в среднем до 4 км от уровня моря.

Муссоны - ветры умеренных широт, летом дующие с океана на материк, зимой - с материка на океан. Достигают скорости 20 м/сек. Муссоны приносят на побережье зимой сухую ясную и холодную погоду, летом - пасмурную, с дождями и туманами.

Бризы возникают вследствие неравномерного нагрева воды и суши в течение суток. В 9-10 ч возникает ветер с моря на сушу (морской бриз). Ноч1,;о с охлажденного побережья (высокое давление) - на море (береговой бриз). Скорость ветра при мор­ских бризах до 10 м/сек, при береговых - до 5 м/сек. Бризы наблюдаются на берегах Балтийского, Черного, Азовского, Каспий­ского и других морей. По мере удаления в море сила (скорость) бриза заметно ослабевает, но при благоприятных условиях он может наблюдаться до 100 миль от берега.

Местные ветры возникают в отдельных районах вследствие особенностей рельефа и резко отличаются от общего воздуш­ного потока: возникают в результате неравномерного прогрева (охлаждения) подстилающей поверхности. Подробные сведения о местных ветрах даются в лоциях и гидрометеорологических опи­саниях.

Бора - сильный и порывистый ветер, направленный вниз по горному склону. Приносит значительное похолодание. Наблюдается в местностях, где невысокий горный хребет граничит с морем, в периоды, когда над сушей увеличивается атмосферное давление и понижается температура по сравнению с давлением и температу­рой над морем. В районе Новороссийской бухты бора (новорос­сийский норд-ост) действует в ноябре - марте - в среднем около 50 дней в году - со средними скоростями ветра около 20 м/сек (отдельные порывы могут быть 50-60 м/сек). Продолжительность действия от одних до трех суток. Признаком появления боры в этом районе является облако, спускающееся с Мархотского пере­вала. Аналогичные ветры отмечаются на Новой Земле («горная» или «веток»), на средиземноморском побережье Франции («ми­страль») и у северных берегов Адриатического моря.

Сирокко - горячий и влажный ветер центральной части Средиземного моря; сопровождается облачностью и осадками.

Бакинский норд - сильный холодный и сухой северный ветер, достигающий скорости до 20, а иногда 40 м/сек. Наблю­дается в районе Баку и летом, и зимой.

Н о р д е р - северный или северо-западный ветер, дующий в Мексиканском заливе.

Байамос - сильиы’й шквальный ветер с дождем н грозой у южного побережья Кубы.

Смерчи - вихри над морем диаметром до нескольких десят­ков метров, состоящие из водяных брызг. Существуют до четверти суток и движутся со скоростью до 30 уз. Скорость ветра внутри смерча может доходить до 100 м/сек. Возникают чаще всего в низ­ких широтах; л умеренных широтах могут возникать летом.

Баллистический (приведенный) ветер - вычис­ленный ветер, который предполагается постоянным по скорости и направлению в пределах заданной толщи атмосферы и по своему действию эквивалентен суммарному действию на снаряд (ракету) всех действительных ветров в этой толще.

Вычисление баллистического ветра:

По шаропилотным наблюдениям определить действительный ветер на разных высотах:

Скорость и направление ветра в различных слоях вычисляются при помощи аэрометеорологического планшета (АМП) или как его называют, круга Молчанова. Порядок работы на этом план­шете всегда к нему прилагается.

По «Авиационной метеорологии»

Тема 1 «Строение атмосферы» (1 час).

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».

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:

r =------- х 100%, где

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).