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: 5 из 26

Атмосферное давление, ветер. Видимость

1.3.1 Атмосферное давление. Определение, единицы и приборы измерения

Земной шар окружен газовой оболочкой - атмосфе­рой, которая своим весом оказывает давление на поверхность Земли (1033,3 г на каждый квадратный см, или 10333 кг на каждый квадратный метр).

Атмосферным давлением Р называется сила, дей- с I вующая на единицу горизонтальной поверхности и равная несу столба воздуха, простирающегося от данной поверхно­сти до верхней границы атмосферы.

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах, ртутного столба или в гектопаскалях (1 мм рт. ст. = 1,3332 гПа). Чтобы перейти от миллиметров ртутного столба к гсктопаскалям, необходимо величину давления в милли­метрах ртутного столба разделить на 3/4 или умножить на 4/3.

Измерение атмосферного давления осуществляют в интересах задачи предсказания погоды, а также для решения прикладных задач. Одна из них - оценка высоты точки изме­рения над земной поверхностью. Давление на высоте при­близительно 5000 м вполовину меньше атмосферного давле­ния у земной поверхности. Кроме того из-за перепадов атмо­сферного давления возникает ветер.

За нормальное давление принимают атмосферное дав­ление, равное 760 мм рт. ст., что соответствует 1013,25 гПа. Нормальное давление близко к среднему давле­нию на уровне моря. Давление непрерывно изменяется как у поверхности земли, так и на высоте. Изменение давления с высотой можно характеризовать величиной барометриче-

екой ступени (высота, на которую надо подняться или опу­ститься, чтобы давление изменилось на 1 мм рт. ст. или на I гПа).



й =^(1 + 0,004с),

где Р давление, гПа; / - температура воздуха, °С.
Величина барометрической ступени определяется по формуле:

Из основного уравнения статики атмосферы непо­средственно вытекает, что падение давления с высотой пря­мо пропорционально плотности воздуха. Поэтому в холод­ном воздухе давление с высотой падает быстрее, чем в теп­лом. Кроме того, в связи с тем. что с увеличением высоты плотность воздуха уменьшается, давление быстрее падает в нижних слоях атмосферы, чем в верхних.

Используя барометрическую формулу, можно решать три типа задач:

Определение превышения 7 одного уровня над дру­гим. если известны Ло, /о, /’г. (барометрическое нивелиро­вание).

Определение давления на нижнем уровне Ро, если известны 2, Р_г, 1г (приведение давления к какому-либо уров­ню: моря. ВПП).

Определение давления на какой-либо высоте, если твестны Ро, /о, 7. Средняя температура слоя вычисляется с помощью вертикального градиента температуры, который принимается равным 0,5 °С на 100 м, считая, что температу­ра воздуха в атмосфере убывает по линейному закону.

Метеорологические станции расположены на различ­ных высотах над уровнем моря. Поэтому измеренные на раз­ных станциях величины давления будут отличаться, прежде всего, из-за различий в высотах этих станций. Для того что­бы выяснить горизонтальное распределение давления, необ­ходимо измеренные величины давления в разных пунктах привести к единому уровню - на приземные синоптические карты наносится давление, приведенное к уровню моря

При метеорологическом обеспечении авиации необ­ходимо знать давление на уровне ВПП. Его и необходимо передать летчику, совершающего посадку.

В настоящее время в гражданской авиации использу­ются несколько значений атмосферного давления, которые обозначаются: (ДЕ, (ДМН, ОМЕ, ОЕЕ

Давление ОЕЕ - атмосферное давление на уровне по­рога ВПП рабочего курса посадки. Указывается с округлени­ем в меньшую сторону до целых значений. Используется для передачи на борт воздушного судна перед посадкой для установки высотомера.

Давление ОМ! - атмосферное давление, приведенное к уровню моря по условиям стандартной атмосферы. Приве­дение осуществляется с помощью барометрической форму­лы. Округляется до целых в меньшую сторону.

Если воздушное судно стоит на ВПП и на высотомере установлено давление РЕЕ, то высотомер покажет нулевую высоту. Если установить (ДЧН, то прибор покажет высоту аэродрома над уровнем моря.

(ДЧЕ -- стандартное давление на уровне моря, состав­ляющее 760 мм рт. ст.

Давление (ДЕ определяется не только на аэродромах, но и на всех синоптических станциях и наносится на призем­ные синоптические карты с точностью до 0,1 гПа. Приводит­ся к уровню моря не по СА, а по фактическим значениям ме­теорологических величин, измеренных на данной станции.

В среднем барометрическая ступень составляет около 10 м/мм рт. ст. Отсюда следует, что ошибка в установке ат­мосферного давления на барометрическом высотомере в 10 мм рт. ст. приведет к ошибке измерения высоты приблизи­тельно на 100 м. Особенно это опасно при выполнении поле­тов в сложных метеорологических условиях. Например, из-за радиопомех и созвучности летчик не расслышал переданное

руководителем полетов давление на аэродроме 750 мм рт. ст. и, установив на высотомере давление 760 мм рт. ст., получил превышение приборной высоты относительно истинной при­близительно на 100 м.

Для наглядного представления о распределении атмо­сферного давления на каком-либо уровне на картах проводят изобары - линии, соединяющие точки с одинаковыми значе­ниями давления. Для их построения давление приводят к уровню моря. Система изобар, показывающая распределение давления, называется барическим полем.

На метеорологических станциях атмосферное давление измеряется с помощью ртутных барометров и анероидов.

Ртутный барометр был изобретен в 1643 г. Торричели (рисунок 1.9). Ученый после долгих опытов доказал, что воз­дух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10,3 м. Впоследствии вместо воды была применена ртуть.



Рисунок 1.9 - Схема устройства барометра

Ртутные барометры представляют собой по суще- < I ну весы, где давление столба воздуха единичного сечения, простирающегося через всю атмосферу, уравнивает столб ртути, заключенный в стеклянную колбу, из которой выкачан воздух. К стеклянной трубке прикреплена шкала, по которой отсчитывается величина давления в мм рт. ст. или гПа. В ве- личину отсчета вводятся поправки на температуру, силу тя­жести (к широте 45°) и инструментальная поправка. Все по­правки сведены в таблицы для каждого барометра. Барометр является основным прибором для измерения давления.

Барометры-анероиды предназначены главным обра­зом для измерения давления в полевых условиях (рису­нок 1.10). Приемником давления служит металлическая вол­нистая цилиндрическая коробочка, из которой выкачан воз­дух. Коробочка одним концом (нижним) прикреплена к не­подвижному основанию, в верхней части присоединена пру­жина с системой рычагов, передающих усилие на стрелку.. 11ри изменении давления коробочка сжимается или распрям­ляется и через систему рычагов перемещается стрелка указа­теля давления.

Атмосферное давление у земли непрерывно изменяет­ся. Эти изменения обычно не превышают нескольких мил­лиметров в сутки, но иногда могут достигать 10-20 мм рт. ст. Изменение давления воздуха за последние 3 часа называется барической тенденцией (рост давления со знаком «+» и па­дение давления - со знаком «-»). Фиксируется тенденция из­менения давления прибором, который очень похож на баро­метр-анероид, но вместо стрелки, указывающей значение давления, установлено пишущее перо, документирующее динамику атмосферного давления (рисунок 1.11).

Рисунок 1.10- Схема барометра-анероида



Барометр-амероид

1- гофрированная коробочка. Внутри коробки создано сильное разрежение Пои повышении атмосферного давления коробка сжимается, и ее зерхняя поверхность начинает ткнуть прикрепленную к ней пружину 2.

2- пружина. К пружине с помощью

,2 передаточного механизма 3 прикреплена с грелка-указатель 4.

. - 3« пере даточный механизм

дФ ¹ 4-стрелка

5 V’ || шкала

Градуировку шкалы анероида

1 гПа = 100 Па ОСуЩСС ГВЛЯЮТ И^^рс^|

х мм ₽т ст = 133,3 па показаниям ртутного бароме гра.

Рисунок 1.11- Барограф

При повышении давления при прочих равных услови­ях погодные условия улучшаются, при понижении -■ ухуд­шаются.

Самое высокое давление, приведенное к уровню моря, наблюдалось в г. Барнауле и составило 819 мм рт. ст. (1092,0 гПа).

Самое низкое давление отмечено в Тихом океане (циклон «Ненси» - 663 мм рт. ст. (885,2 гПа).

На синоптические карты атмосферное давление и зна­чение его изменения за предыдущие три часа наносят так, как указано на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12- Порядок нанесения значения давления
и его тенденции на синоптические карты

На рисунке 1.12 а представлено значение давления 1013,2 гПа и его тенденция 2,5 гПа за последние 3 ч, на ри­сунке 1.12 6 давление - 995,2 гПа, тенденция - -1,8 гПа. Пра­вила интерпретации числовых значений с карты в значения метеорологических величин будут рассмотрены позже.

Одним из основных навигационно-пилотажных при­боров является барометрический высотомер. В принципе он представляет собой высокочувствительный барометр- анероид, основная шкала которого градуируется в единицах высоты по барометрической формуле для условий СА:

Н = 1840(Р^1(Д\
^р г »
¹0 ст /⁷

где //_р- показания барометрического высотомера при давле­нии р (стандартная барометрическая высота); Го _Ст и Г_т ст температура воздуха на уровне моря и средняя барометриче­ская температура воздуха в условиях С А в слое от нулевого уровня до высоты полета соответственно; /?о и р - атмосфер­ное давление на уровне моря (нулевом уровне) и высоте по­лета соответственно.

Из принципа работы барометрического высотоме­ра следует, что если в полете выдерживается постоян­ная высота по прибору, то самолет перемещается по изобарической поверхности (р=соп&1). Гак как изобариче­ские поверхности имеют небольшой наклон, то полет по изо­барической поверхности практически тождественен горизон­тальному полету. Однако при полете в реальной атмосфере, при пересечении атмосферных фронтов, циклонов, антицик­лонов и других барических образований при одинаковых по­казаниях прибора истинная высота соответствующей изоба­рической поверхности будет различной, особенно на боль­ших высотах (рисунок 1.13).


Нпд>Нист

Нпр=Нист

НистрНпр

Лр
' ' I 4 —*

Ро=1013,2 г11а(760 мм рт ст)

Рисунок 1.13- Иллюстрация различия истинной
и приборной высоты

В коде снижения для захода на посадку летчик пере­поят шкалу давления барометрического высотомера со • ыпдартного давления (760 мм рт. ст.) на давление аэродро­ма (па уровне ВПП). Перевод осуществляется в горизонталь­ном полете на эшелоне перехода после получения разреше­ния от органа организации воздушного движения (руководи- н ля полетами) аэродрома на снижение до высоты полета по кругу, а для самолетов с автоматизированной системой захо­да на посадку - на дальности рубежа начала снижения. Фак- шческое атмосферное давление на уровне ВПП (в мм рт. ст.) измеряется специалистами метеорологического подразделе­ния и докладывается руководителю полетами, который со­общает его на борт самолета, совершающего посадку. Не­правильное определение давления на уровне ВПП может явиться причиной летных происшествий или предпосы­лок к ним.

Для определения воздушной скорости движения са-. молета относительно воздуха (воздушной скорости) И ис­пользуется специальный прибор - указатель воздушной скорости. Принцип его действия основан на измерении ди­намического давления (скоростного напора) ц разности между полным р_п и статическим р_ст давлением воздуха в по­лете.

В настоящее время на самолетах устанавливаются двухстрелочные комбинированные указатели скорости, имеющие два чувствительных элемента: манометрическую коробку для замера скоростного напора и блок анероидных коробок для замера статического давления воздуха на высоте полета. Применение таких приборов имеет особое значение для скоростных и высотных самолетов, так как ошибки в по­казаниях односгрелочного прибора возрастают с увеличени­ем высоты и скорости полета.

1.3.2 Вегер, сдвиг ветра

Нетер - движение воздуха по отношению к земной поверхности. Он характеризуется скоростью (в м/с или км/ч) и направлением (в градусах). Направление ветра, принятое в метеорологии (откуда дует), отличается от аэронавигацион­ного (куда дует) на 180°.

Непосредственной причиной возникновения ветра яв­ляется неравномерное распределение давления по горизонта­ли. Как только создается разность атмосферного давления в горизонтальном направлении, сейчас же возникает сила ба­рического градиента, под действием которой частицы возду­ха начинают перемещаться с ускорением из области более высокого в область более низкого давления. Эта сила всегда направлена перпендикулярно (по нормали) к изобаре в сто­рону низкого давления.

Наиболее сильные ветры отмечаются в области струнных течений, скорость ветра в них превышает 100 км/ч. Ось струйного течения с максимальной скоростью ветра чаще всего располагается на 1000-2000 м ниже тропо­паузы, т.е. переходного слоя, отделяющего тропосферу от стратосферы. Толщина тропопаузы колеблется от нескольких сот метров до 1-2 км. В этом слое падение температуры с вы­сотой замедляется.

Преобладающим направлением струйных течений яв­ляется западное. Над Российской Федерацией струйные те­чения чаще всего наблюдаются над Дальним Востоком, цен­тральной частью европейской территории, Уралом и Запад­ной Сибирью. Скорость струйного течения вблизи оси до­стигает 300 км/ч.