Синоптичний метод прогнозу атмосферної турбулентностіСуть синоптичних методів прогнозу атмосферної турбулентності, яка викликає бовтанку літаків, полягає в комплексному аналізі приземних карт погоди та карт баричної топографії різних рівнів. Такий аналіз дозволяє визначити характер хмарності, наявність фронтів та їх активність. За допомогою висотних карт визначаються форма та особливості баричного поля, напрям і швидкість вітру на висоті польоту, знак адвекції і вергенції течії. Не дивлячись на те, що однозначної залежності бовтанки від синоптичного положення не існує, І.Г.Пчелко виявив типічні зони баричного поля, в яких інтенсивна турбулентність зустрічається найбільш часто. Прийнявши за основу баричне поле на висоті 300…200 гПа виділено п’ять типів характерних баричних полів з найбільшою повторюваністю інтенсивної турбулентності (рис. 5.1).
Рис. 5.1 – Розподіл і положення зон бовтанки при різних синоптичних умовах: а – баричне поле, виражене глибокою улоговиною; б – висотний циклон; в – передня частина улоговини; г – тилова частина улоговини; д – область висотного гребеня. Перший тип баричного поля (рис. 5.1а) характеризується наявністю глибокої висотної улоговини, в якій виділяється окремий локальний циклон. При цьому типі баричного поля зони найбільш інтенсивної бовтанки літаків, як правило, розміщуються в зоні сильної розбіжності і збіжності ізогіпс. Швидкість вітру в зонах інтенсивної турбулентності складає 100…150 км·год-1, а середнє значення бокових (горизонтальних) зсувів вітру, як правило, перевищує 15…20 км·год-1 на 100 км. В зоні збіжності ізогіпс межа зони з найбільшою імовірністю бовтанки розміщена безпосередньо від приземної лінії холодного фронту до осі улоговини. При чітко вираженій розбіжності потоку, сильному вітрі та значному зсуві вітру імовірність зустрічі з інтенсивною бовтанкою підвищується. Другий тип баричного поля, який характеризується висотним циклоном (рис. 5.1б), має дві зони, в яких бовтанка зустрічається найбільш часто. В першій зоні (в тиловій частині циклону) бовтанка, як правило, помірна; швидкість вітру – біля 100…120 км·год-1, спостерігається значна збіжність ізогіпс. Друга зона бовтанки (інтенсивність може перевищувати помірну) розміщується в передній частині циклону в зоні сильної розбіжності ізогіпс, великих горизонтальних зсувів вітру (можуть перевищувати 50 км·год-1 на 100 км) і значних швидкостей вітру Третій тип баричного поля характеризується тим, що бовтанка (помірної інтенсивності) спостерігається в передній частині улоговини, дещо правіше її осі в зоні ізогіпс, що розходяться (рис. 5.1в). Особливо велика імовірність бовтанки тоді, коли поглиблюється улоговина і їй на висотних картах передує гребінь. Швидкість вітру при цьому не перевищує 80…100 км·год-1, а бокові зсуви вітру незначні. При четвертому типі баричного поля зона підвищеної турбулентності розміщується в тиловій частині улоговини в області збіжності ізогіпс (рис. 5.1г). Швидкість і бокові зсуви вітру складають, відповідно, 80…100 км·год-1 і 5…10 км·год-1 на 100 км. П’ятий тип баричного поля, що характеризується підвищеною інтенсивністю бовтанки літаків, визначається висотним гребенем Оскільки однозначного зв’язку між бовтанкою літаків і характером синоптичного положення на висоті польоту немає, то слід залучати додаткові прогностичні ознаки, до яких слід віднести наступні умови: 1. Холодні фронти І та ІІ роду на приземній карті. Повторюваність бовтанки на холодних фронтах найбільша в порівнянні з іншими атмосферними фронтами. Бовтанка на холодних фронтах не спостерігається, якщо вони слабо виражені або горизонтальні градієнти швидкості вітру менші 20 км·год-1 на 100 км і градієнт температури повітря в області фронтальної зони складає менше 2 °С на 100 км, відповідно. 2. Теплий фронт або фронт оклюзії, які пов’язані з чітко вираженими високотропосферними СТ і які мають горизонтальні градієнти температури більше 2 °С на 100 км і швидкість вітру більше 20 км·год-1 на 100 км. 3. Високотропосферні або стратосферні СТ, покажчиками бовтанки в яких є: швидкість вітру більше 25 м·с-1, вертикальний градієнт швидкості вітру більше 10 м·с-1 на 1 км висоти, зміна напрямку вітру більше 15° на 4. Периферії циклону, улоговини, гребеня обумовлюють найбільшу повторюваність бовтанки літаків на висоті польоту. Особливо сприятливі умови для розвитку турбулентності в улоговині, що поглиблюється. На периферії баричних утворень повторюваність бовтанки літаків значно вища, особливо вона висока на західній і південно-західній частинах циклонів, що поглиблюються, при адвекції холоду і збіжності ізогіпс. При пересіченні висотних циклонів і антициклонів в центральній частині бовтанка спостерігається рідко. 5. Наявність хмарності на ешелоні польоту свідчить про більшу імовірність бовтанки літаків, ніж при ясному небі. Так, при наявності хмар вертикального розвитку на ешелоні польоту повторюваність бовтанки становить 90…95%, St, Sc - 34%, Ns – As – 30%, Ac – 29%, Cs, Cc – 34%. 6. Адвекція холоду найбільш часто відмічається при бовтанці. 7. Значне посилення вітру на ешелоні польоту. Якщо в якості критерію посилення вітру використовувати зміну швидкості вітру на Викладений вище синоптичний метод прогнозу бовтанки літаків є якісним, тому практичний інтерес представляє діагноз і прогноз бовтанки шляхом використання кількісних критеріїв. Найбільшого застосування в авіаційній практиці забезпечення польотів знайшли графічний метод і метод комплексу критеріїв, які детально викладені в «Практикумі з авіаційної метеорології», 2006 р. 5.3 Нестандартні методи прогнозу атмосферної турбулентності До таких методів прогнозу атмосферної турбулентності, що викликає бовтанку літаків, віднесені такі, які не отримали широкого поширення в оперативній практиці, однак становлять певний інтерес і прості у використанні. Прогноз механічної турбулентності. При значному вітрі в шарі тертя значення вертикальних поривів (w), що визивають бовтанку, залежить від швидкості вітру біля поверхні землі (V). Ця залежність для нижнього 500-метрового шару має вигляд:
w = kV, (5.1)
де k – коефіцієнт, який залежить від характеру земної поверхні (табл. 5.1). В холодний період року за середнє значення коефіцієнта k можна прийняти величину 0, 4.
Таблиця 5.1 - Значення k для різних умов місцевості в теплий період року
Інтенсивність бовтанки оцінюється за формулою:
Δ п = 0, 06 kV, (5.2)
де Δ п – приріст перевантаження літака в долях g; 0, 06 – коефіцієнт, що відповідає приросту перевантаження сучасних літаків при вертикальному пориві вітру 1 м·с-1; k – коефіцієнт, що дорівнює 0, 4 або взятий із табл. 5.1 в залежності від характеру місцевості.
Прогноз термічної турбулентності. При відсутності будь-якого впливу фронтальних розділів або місцевих посилень вітру, які можуть призвести до різкої зміни вертикального розподілу температури і вологості повітря, інтенсивність термічної турбулентності можна оцінити за даними радіозондування. На ешелоні польоту визначається величина Δ Т, яка дорівнює різниці температур між кривою стану і кривою стратифікації в шарі до рівня 400 гПа (приблизно 7, 2 км). Інтенсивність турбулентності знаходиться по величині Δ Т (табл. 5.2).
Таблиця 5.2 – Залежність інтенсивності турбулентності від величини Δ Т
Обмеження методу: він не застосовується при виконанні польотів на висотах 9 000…11 000 м, тобто на рівнях 300…200 гПа.
Прогноз бовтанки в нижній частині граничного шару. Для прогнозу бовтанки в приземному шарі можна використовувати графік (рис. 5.2а), на якому по горизонтальній осі відкладається максимальна швидкість вітру біля землі, на височині (и макс В) в районі аеродрому, а по вертикальній – різниця (за абсолютною величиною) швидкостей вітру на височині і злітно-посадковій смузі (ЗПС) (и макс В – и ЗПС). Інтенсивність турбулентності позначена відповідними значками: δ 0-1 – слабка, δ 2-3 – помірна і сильна.
Рис. 5.2 – Графіки для прогнозу бовтанки в нижній частині граничного шару.
Турбулентність в нижньому шарі атмосфери можна визначити за графіком (рис. 5.2б), де по горизонтальній осі відкладена максимальна швидкість вітру на ЗПС (и максЗПС, м·с-1), а по вертикальній – горизонтальний градієнт температури на рівні 850 гПа (γ 850, °/100 км). Вище розглянуті ті методи атмосферної турбулентності, які в тій чи іншій мірі знайшли практичне застосування і не претендують на вичерпну повноту інформації з даної проблеми. Тим більше, що в наступних розділах даного Практикуму будуть коротко викладені чисельні методи прогнозу турбулентності на низьких і високих рівнях, розроблені у відділі авіаційної метеорології Гідрометцентру Росії.
Контрольні запитання 1. Яка різниця між турбулентністю та бовтанкою? 2. Які методи прогнозу бовтанки літаків використовуються в оперативній практиці? 3. Як оцінюється можливість бовтанки за даними температурно-вітрового зондування атмосфери? 4. В чому полягає суть синоптичного методу діагнозу та прогнозу турбулентності? 5. Як враховується механічна та термічна бовтанка? Вихідні матеріали
1. Аеросиноптичний матеріал. 2. Дані температурно-вітрового зондування атмосфери (табл. 5.3).
Завдання
1. Виявити та обґрунтувати зони турбулентності. Звітні матеріали Аналіз результатів прогнозу бовтанки в зошиті. При цьому вказати: - імовірність бовтанки; - ознаки, що обумовлюють бовтанку; - висоти, на яких бовтанка можлива; - інтенсивність бовтанки.
Таблиця 5.3 – Дані температурно-вітрового зондування атмосфери
Варіант 1 Нижній Новгород
ТТАА 15001 27553 99000 00057 21005 92701 04350 22008 85359 02734 23008 70993 07958 24013 50549 24760 24025 40711 34560 25034 30897 51160 26041 Варіант 2 Самара
ТТАА 15001 28900 99006 01057 21508 92710 02740 22010 85498 03934 22510 70200 08958 22012 50565 25960 22516 40720 33960 23031 30899 52960 24049 25020 58160 25045 20160 58158 25530 15340 57760 26020 10583 56160 26018 88205 58758 25530 Варіант 3 Москва
ТТАА 15001 27617 99009 01257 21509 92695 01958 21509 85460 02934 22510 70112 07758 23012 50550 24960 23016 40715 34160 23528 30887 51360 24040 25012 59160 25037 20152 59358 25529 15334 57958 26015 10596 56160 26512 88232 61360 26025 Варіант 4 Волгоград
ТТАА 15001 34560 99005 00657 21007 92703 02150 21010 85465 03734 22009 70890 08758 22011 50560 25760 22515 40716 35760 23030 30888 52760 24050 25019 58360 25045 20159 58358 25530 15331 58759 26512 10599 57760 26010 88339 60360 26535 Варіант 5 Санкт-Петербург
ТТАА 15001 26063 99001 00857 21006 92697 01144 21007 85480 02534 22008 70070 07558 22510 50530 24560 23014 40717 34360 23525 30896 51560 24042 25011 59560 25040 20153 59558 25525 15335 57558 26015 10594 56560 26510 88233 61560 26028 Варіант 6 Казань ТТАА 15001 27595 99004 01857 20504 92700 00758 21006 85506 03534 22506 70050 08558 22008 50532 24160 22512 40714 35560 23024 30899 52560 24040 25018 58560 25040 20158 58558 25525 15332 58558 26015 10598 57560 26008 88238 60560 26534 Варіант 7 Київ
ТТАА 15001 33345 99008 01657 20505 92701 00856 21006 85468 02334 21507 70061 07358 22009 50535 24360 22513 40719 34760 23023 30895 51760 24040 25014 59760 25038 20155 59758 25524 15336 57358 26515 10593 56760 26009 88234 61760 26526
Варіант 8 Харків
ТТАА 15001 34300 99007 01457 21505 92707 01056 22006 85474 03134 22507 70115 08158 23009 50555 25360 23013 40723 35160 24020 30893 52160 24535 25016 58960 25035 20156 58958 25522 15338 58158 26012 10591 57160 26010 88236 60960 26025
Варіант 9 Таллін
ТТАА 15001 26048 99002 00457 21002 92689 01756 21005 85389 02134 22005 70999 07158 22007 50545 25160 22511 40721 34960 23020 30894 51960 24038 25015 59960 25036 20154 59958 25522 15337 57158 26512 10592 56960 26507 88235 61960 26532
Варіант 10 Рига
ТТАА 15001 26422 99003 00257 21003 92699 01356 21005 85500 03334 22008 70120 08358 22010 50540 25560 22515 40712 35360 23026 30892 52360 24041 25017 58760 25040 20157 58758 25528 15339 58358 26515 10597 57360 26010 88236 60760 26028
|
