Шке верхней атмосферы, о метеорологических условиях по

• Название: Шке верхней атмосферы, о метеорологических условиях по
• Дата: 04.12.2021
• Размер: 1.82 Mb.
• Имя файла: Untitled.docx
• Тип: Документы; #290977
• страница: 12 из 26

1 стадия - начинается с момента развития кучевого облака, которое при благоприятных условиях быстро растет по вертикали и становится мощно-кучевым (рисунок 2.5). Вершина его достигает 3-5 км. Верхняя часть мощно­кучевого облака состоит из переохлажденных капель. В этой стадии в облаке преобладают восходящие потоки воздуха со скоростью около 5 м/с в начале развития облака и до 15-20 м/с к концу первой стадии). Вертикальная скорость подъема вершины облака в среднем равна 1 м/с, а в определенных случаях может достигать 10 м/с. Между облаками наблюда­ются нисходящие потоки воздуха.

Дальнейшее бурное развитие мощно-кучевого облака приводит к превращению переохлажденных капель в ледя­ные кристаллы, в результате чего в нем начинается интен­сивный процесс укрупнения облачных элементов и образо­вания осадков.



II стадия - максимального развития. С началом выпадения осадков облако называют кучево-дождевым. К ному моменту облако достигает максимального развития (рисунок 2.6). Вершина его достигает 8-10 км, а иногда и более. На этой стадии в облаке наряду с восходящими потоками воздуха появляются и нисходящие (последние являются следствием выпадения осадков). Скорость нисходящих потоков достигает 10-15 м/с, а восходящих - в отдельных случаях до 30-35 м/с.



Рисунок 2.6 - Стадия максимального развития

Вихри разного масштаба, существующие в облаке, приводят к интенсивной турбулентности, вызывающей бол­танку ВС.

Сильная турбулентность наблюдается также и над верхней границей грозовых облаков (рисунок 2.7).

Над плоской вершиной в слое 200-300 м наблюдается нисходящий поток. ВС, попадающие в наковальню или про­летающие вблизи нее. вертикальными потоками могут быть втянуты в облако.

У внешних границ кучево-дождевых облаков чаще всего наблюдаются нисходящие движения воздуха в сочета­нии с турбулентностью. При подходе к облакам болтанка ВС может появляться на удалении, примерно равном диаметру облака.

Сильные восходящие потоки, характерные для куче­во-дождевых облаков, способны удерживать во взвешенном состоянии крупные капли воды, которые в зоне отрицатель­ных температур находятся в переохлажденном состоянии, поэтому в грозовых облаках на всех высотах выше нулевой изотермы наблюдается очень сильное обледенение ВС.



Рисунок 2.7 - Движение воздуха над вершинами грозовых облаков

Большую опасность для полетов в грозовых облаках и под ними представляет град. Выпадение града происходит не при каждой грозе. Над Европой в равнинной местности вы­падение града происходит один раз в среднем на 10-15 слу­чаев. В горных районах грозы с градом бывают чаще. Выпа­дение крупного града является стихийным бедствием. Град может пробивать обшивку ВС на стоянках аэродромов. В гю- лете при попадании в град повреждаются обшивка фюзеля­жа, остекление кабины экипажа, обтекатели антенн и другие, сравнительно непрочные элементы конструкции ВС.

Во второй стадии большую опасность представляют явления, наблюдаемые под грозовыми облаками. В передней части грозового облака иногда образуется темный крутящий­ся вал из разорванных облаков, который называется шквало- вым воротом. Он возникает на высоте 500-600 м (может опускаться и до 50 м) на границе восходящего потока в обла­ке и нисходящего потока вне облака. Шкваловый ворот име­ет большие скорости вращения и является крайне опасным явлением. При высоких температурах, большой влажности воздуха и сильной неустойчивости в атмосфере конец шква- лового ворота может опускаться до земли, образуя сильный вихрь с приблизительно вертикальной осью вращения и диа­метром в несколько десятков метров. Этот вихрь называется смерчем. Смерчи обладают большой разрушительной силой. Их прохождение связано с катастрофическими разрушения­ми на земле. Пыль, обломки разных предметов и даже жи­вотные и люди могут подниматься вверх этими потоками.

Вторая опасная зона под этими грозовыми облаками наблюдается между восходящими и нисходящими потоками воздуха в области ливневых осадков. Это зона шквалов. Ширина ее не превышает 500 м. В высоту шквал простирает­ся до 2-3 км, его продолжительность несколько минут. У земли шквал проявляется как резкое усиление ветра, сопро­вождающееся изменением его направления почти на 180°. Ветер в зоне шквалов может достигать силы урагана (более 29 м/с). Шквал опасен для воздушных судов, находящихся в полете на малых высотах, а также для авиационной техники и различных легких пост роек, расположенных на аэродроме.

III стадия -- стадия разрушения. Ливневые осадки, выпадающие из грозового облака, охлаждают воздух и под­стилающую поверхность под облаком. Поэтому ослабевают, а затем прекращаются восходящие потоки. В данной стадии

в грозовом облаке преобладают нисходящие потоки, которые размывают это облако. Разрушение грозового облака обычно начинается с нижней части. Облако оседает и расширяется по площади (рисунок 2.8).

В третьей стадии в грозовом облаке наблюдаются все опасные явления, которые характерны для второй стадии, но по мере разрушения облака их интенсивность уменьшается:

• 
  интенсивное обледенение на всех высотах выше ну­левой изотермы;
  
• 
  электрические разряды в виде молний;
  
• 
  град, вызывающий механические повреждения ВС;
  
• 
  сильные помехи, нарушающие радиосвязь:
  
• 
  ливневые осадки с ограниченной видимостью;
  
• 
  шквалы и смерчи;
  
• 
  сдвиги ветра в приземном слое.
  

Рисунок 2.8 - Заключительная стадия (стадия разрушения)

Грозовые облака по своему составу являются смешан­ными (рисунок 2.9). Они состоят из капель воды, снежинок и ледяных кристаллов. Обычно на нижней границе облака температура воздуха от 4-5 °С до +10 °С, а на верхней грани­це, в зависимости от вертикальной мощности облака, она может быть от -40 °С до -65 °С. Это обусловливает неодно­родную структуру облака по его составу. От основания обла­ка до уровня нулевой изотермы облако состоит из капель во­ды, от уровня нулевой изотермы до уровня изотермы -20 °С - из снежинок и переохлажденных капель воды, которые в лом слое преобладают; выше уровня изотермы -20 °С пре­обладают уже снежинки и ледяные кристаллы.







• сиекяйжк

Рисунок 2.9 - Микроструктура грозового облака



При грозе в атмосфере происходят электрические раз­ряды. Для возникновения электрических разрядов необходи­мо образование в грозовом облаке объемных электрических зарядов. Такие заряды создаются в результате электризации облачных элементов - капель и ледяных кристаллов.

Существует много теорий образования объемных электрических зарядов в кучево-дождевых облаках. Наибо­лее распространенной является теория образования электри­ческих зарядов в грозовом облаке вследствие дробления ка­пель и кристаллов. В результате в верхней части облака, со­стоящей из мелких ледяных кристаллов, возникает объемный положительный заряд. Другой такой заряд располагается вблизи изотермы 0 °С. Остальная часть облака оказывается заряженной отрицательно.

Среднее распределение электрических зарядов в гро­зовом облаке приведено на рисунке 2.10.



Рисунок 2.10 - Электрическая структура грозовою облака

Если напряженность электрического поля между дву­мя объемными зарядами в облаке или между облаками и землей достигает величины пробивного потенциала воздуха (около 30000 В/см), то происходит электрический разряд. Такие разряды, сопровождающиеся ослепительной вспыш­кой света и раскатами грома, называются молниями.

Гром - явление акустическое, основной его причиной является ударная волна, возникающая в результате разрыва разрядного канала.

По внешнему виду и физическим особенностям мол­нии подразделяются на линейную разветвленную, плоскую и шаровую.

Линейная разветвленная молния - это наиболее ча­сто наблюдающийся гигантский искровой разряд атмосфер­ного электричества. Длина молнии в среднем составляет 2-3 км, а иногда может достигать 20 км и более.

От основного канала имеется несколько ответвлений, полому линейная молния похожа по внешнему виду на сухую ветвь лиственного дерева.

Скорость молнии составляет около 10²-1(Р км/с. Сила гока внутри канала молнии порядка десятков тысяч ампер. Гемпература плазмы в молнии превышает 10000 °С. Линей­ная молния возможна внутри грозового облака, между обла­ком и землей, между двумя облаками.

Плоская молния представляет собой бесшумное красноватое свечение какой-либо части облака, возникающее за счет суммарного эффекта большого количества коронных разрядов на облачных частицах. Продолжительность такой молнии около 1 с. Плоскую молнию не нужно смешивать с зарницей, когда облака освещаются удаленной и непосред­ственно невидимой линейной молнией.

Шаровая молния - это довольно редкое и загадочное явление. Она представляет собой круглую светящуюся массу размером с кулак, иногда с арбуз и более. Природа шаровой молнии полностью не раскрыта. Считают, что это скопление плазмы, возникающее после обычной линейной молнии.

При полете в грозовом облаке или вблизи него может произойти попадание молнии в ВС.

В результате попадания молнии в ВС может произой­ти:

• 
  разгерметизация кабины;
  
• 
  пожар на ВС;
  
• 
  ослепление экипажа;
  
• 
  разрушение обшивки, отдельных деталей и радио­технических средств;
  
• 
  намагничивание стальных сердечников в приборах и др.
  

Вероятность поражения ВС молнией возрастает с уве­личением их массы и скорости полета. Наиболее часто пора­жаются молнией радиоантенны, крылья, стабилизатор и фю-

зеляж. Существенно реже происходит поражение топливных баков, но эти случаи обычно имеют тяжелые последствия,

В зависимости от синоптических условий образования грозы могут быть внутримассовыми и фронтальными.

Внутримассовые грозы образуются в неустойчивых воздушных массах в теплое время года, как правило, во вто­рую половину дня.

Внутримассовые грозы располагаются на площади от­дельными очагами на значительном расстоянии друг от дру­га, поэтому в полете их можно обойти стороной. Предвест­никами внутримассовых конвективных гроз являются высо­кокучевые облака, которые образуются утром на горизонте.

Фронтальные грозы образуются на холодных фрон­тах (—70 %) и на теплых фронтах преимущественно в ночное время (30 %).

Грозы на холодных фронтах образуются в любое вре­мя года и суток, но обостряются летом во вторую половину дня. Предвестниками гроз холодного фронта являются высо­кокучевые чечевицеобразные облака, которые движутся впе­реди фронта на расстоянии 80-200 км.

Грозы на теплых фронтах образуются в теплое время года ночью или в утренние часы. Эти грозы носят скрытый характер, поэтому встреча с ними может произойти неожи­данно для экипажа.

Грозовая деятельность на атмосферных фронтах тем интенсивнее, чем больше разность температур между воз­душными массами, которые разделяются этими фронтами, и чем больше влагосодержание теплого воздуха.

Фронтальные грозы располагаются вдоль фронта в уз­кой вытянутой зоне. Длина этой зоны может достигать 1000 км и больше, а ширина 50-100 км. Если в нижних ча­стях грозовые облака могут сливаться в общий облачный массив, то на высотах более 3 км между ними обычно наблюдаются просветы шириной от единиц до нескольких десятков километров.

В целях обеспечения безопасности полетов специали­сты авиационных метеорологических служб информируют руководящий и летный состав о наличии гроз в районах аэродромов вылета, посадки и на маршрутах, а также состав­ляют прогнозы возникновения гроз.

За грозами ведутся как визуальные, гак и инструмен­тальные наблюдения.

Местоположение грозовых очагов наиболее точно определяется радиолокационными методами по отражениям от облаков, посылаемых метеорологическим радиолокатором (МРЛ) импульсов. Кучево-дождевые облака, сопровождаю­щиеся ливнями и грозами, хорошо обнаруживаются с помо­щью МРЛ на расстояниях до 150 км.

Большим преимуществом радиолокационного метода является то, что он позволяет определять площади, занятые облаками, оценивать их эволюцию, перемещение, верхние границы, благодаря чему можно расширить сведения о ха­рактере метеорологических процессов.

Кроме грозового электричества (молнии) ВС может быть поражено электростатическими разрядами. Связано данное явление с электризацией.

Под электризацией ВС принято понимать процесс приобретения им электрического заряда при полете в обла­ках и осадках. Основной физический механизм этого явления состоит в том, что при соприкосновении нейтральных частиц облаков или осадков с поверхностью незаряженного ВС и при отскакивании от нее отлетающие частицы уносят заряд одного знака, а ВС получает заряд, равный по величине, но противоположный по знаку. Наиболее интенсивно электри­зация ВС происходит при полете в кристаллических облаках и осадках. С увеличением скорости полета ВС, при прочих равных условиях, его электрический заряд возрастает.

Явление электризации можно обозначить символом

В облаках всегда существует электрическое поле. Од­нако напряженность его достигает величин, достаточных для

возникновения электрического разряда (молнии), только в хорошо развитых кучево-дождевых облаках, преимуще­ственно в теплое время года. В облаках других форм напря­женность существенно меньше. Вместе с тем, в некоторых их частях напряженность может достигать величин, достаточ­ных для поддержания электрического разряда, хотя и недо­статочных для его возникновения. При появлении в этих ча­стях облачности ВС, имеющего собственный электрический заряд, напряженность может достичь критическою значения, и в этом случае произойдет разряд в ВС. При большом заря­де ВС стекание электричества с его поверхности происходит через специальные разрядники, а также через выступающие заостренные част и ВС.

Поражение ВС электростатическими разрядами про­исходит в облаках верхнего яруса, в кучево-дождевых, не до­стигших грозовой стадии, в слоисто-дождевых, слоисто­кучевых и слоистых облаках. Особенно подвержены пораже­нию электростатическими разрядами ВС, имеющие большую полетную массу. Чаще всего это происходит на высотах 500- 4000 м, в зоне температур от 0 °С до -15 °С при скоростях полета более 500 км/ч. В результате таких разрядов отмеча­лись: отказ бортовых радиолокаторов, разрушение антенных обтекателей, выход из строя антенных устройств, поврежде­ние элементов конструкции фюзеляжа, законцовок крыльев и оперения. Большая часть случаев поражения ВС электроста­тическими разрядами приходится на холодный период года.

Признаками сильной электризации являются:

• 
  возникновение сильных радиопомех, особенно на средних и длинных волнах;
  
• 
  возникновение свечения на концах крыльев в темное время суток;
  
• 
  пролетающие искры на стеклах кабины.
  

Для обеспечения безопасности полета необходимо, по возможности, уменьшить скорость полета и, по согласова­нию с диспетчером, изменить высоту полета.

1.1.1 Турбулентность. Болтанка самолета

Воздух представляет собой чрезвычайно подвижную < р< IV, в которой движение частиц обычно имеет беспоря- или так называемый турбулентный характер.