ВСТРЕЧАЮЩИЕСЯ В НИЖНИХ СЛОЯХ АТМОСФЕРЫ

Туман — скопление мельчайших капель воды или ледяных кристаллов в приземном слое воздуха при видимости до 1000 м.

По характеру образования туманы можно подразделить на ту­маны охлаждения и туманы испарения. К первым относятся ра­диационные, адвективные, фронтальные, ко вторым — морские, осенние. Радиационные и адвективные туманы являются внутримассовыми.

Радиационные туманы образуются при скоростях ветра не бо­лее 3 м/с вследствие охлаждения приземных слоев воздуха от под­стилающей поверхности, охлаждающейся в свою очередь в ясные ночи в результате отдачи тепла. Такие туманы образуются чаще всего в низких и заболоченных местах, а рассеиваются или пере­ходят в низкую тонкую облачность уже в первой половине дня. Однако в холодное время года радиационные туманы часто зани­мают большие площади, сливаются с низкой облачностью и дер­жатся несколько суток.

Адвективные туманы возникают при сдвиге воздушной массы с более теплой подстилающей поверхности на более холодную. Та­кие туманы могут занимать очень значительные площади (обычно в теплом секторе циклона), возникать в любое время суток и со­храняться в течение нескольких дней.

Адвективно-радиационные туманы — в образовании адвективно-радиационных туманов играют роль как адвекция теплого воздуха на холодную подстилающую поверхность, так и радиационное выхолаживание. Обычно адвективно-радиационные туманы возникают в утренние часы, закрывают значительные площади, отличаются большой плотностью и могут сохраняться продолжительное время.

Фронтальные туманы бывают трех типов:

а) предфронтальный туман. Возникает обычно на теплых фрон­тах и окклюзиях по типу теплого фронта и занимает зону впере­ди линии фронта шириной 100—200 км;

б) образование тумана непосредственно при прохождении фронта. Наблюдается обычно при прохождении фронтов над воз­вышенностями и является фронтальной облачностью, распростра­няющейся до земли;

в) зафронтальный туман. По условиям образования схожий с адвективным туманом и наблюдается после прохождения теплого фронта или теплой окклюзии.

Гроза — явление образования кучево-дождевого облака, со­провождающееся электрическими разрядами в виде молнии, звуковым эффектом в виде грома и, как правило, интенсивными ливневыми осадками.

Грозы бывают внутримассовые и фронтальные.

 

Внутримассовые грозы образуются в кучево-дождевых облаках обычно в теплое время года в результате термической конвекции или подъема воздуха вдоль наветренных горных склонов. Они располагаются отдельными очагами на расстоянии нескольких десятков километров друг от друга и перемещаются медленно, со скоростью 5—20 км/ч. Над сушей грозы возникают обычно днем, а над внутренними морями и большими водоемами — чаще всего вечером или ночью.

Фронтальные грозы обычно образуются на холодных фронтах, что обусловлено интенсивным вытеснением теплого воздуха подтекающим под него холодным воздухом. Грозовая деятельность обычно развивается вдоль фронта протяженностью в несколько сот километров, ширина зоны составляет десятки километров. В сплошной цепи кучево-дождевых облаков расстояние между гро­зовыми очагами, как правило, не превышает нескольких километров. Наиболее интенсивная грозовая деятельность над сушей на холодных фронтах наблюдается в теплое время года во второй по­ловине дня. Наоборот, над большими водоемами такие грозы наиболее интенсивны вечером или ночью, днем ослабевают или пре­кращаются. Пересечение таких фронтов следует избегать.

Грозы на теплом фронте сравнительно редкое явление, они возникают в теплом секторе циклонов, перемещаются с юга. Эти грозы могут возникать внезапно на большом протяжении вдоль фрон­та и очень активны как днем, так и ночью.

В зоне грозовой деятельности активно протекает процесс электризации самолета. Потенциал самолета быстро возрастает, что вызывает ионизацию воздуха и истечение электричества в атмосферу через выступающие части самолета в виде искр, светящихся венцов и короны. В связи с ростом скоростей полета современ­ных самолетов и их геометрических размеров вопрос об электриза­ции самолета стал актуальным.

Хотя электризация опасности для самолета и экипажа не пред­ставляет, но она способствует поражению его электрическими раз­рядами и нарушает работу радиосредств и некоторых приборов аэронавигации. Шаровые молнии появляются вблизи самолета при интенсивной его электризации. Наибольший заряд на самолете, как правило, возникает в облаках с большой водностью. Такими облаками являются не только мощно-кучевые и кучево-дождевые, но и слоисто-дождевые при температуре от 0 до 15°С. Сущность электризации самолета в облаках состоит в том, что при соударениях нейтральных частиц облака с поверхностью незаряженного самолета происходит их дробление. Осколки кристаллов и мелкие капли, разлетаясь, уносят заряд одного знака, а самолет получает заряд, равный по величине, но противоположный по знаку. Заряжение самолета происходит интенсивнее в кристаллических об­лаках, чем в водных, а также интенсивнее в снегопаде и метелях, чем при полете в зоне дождя.

Молния — в кучево-дождевых облаках могут создаваться электрические поля огромной напряженности, вследствии чего происходят искровые электрические разряды, которые называют молниями. Разряды бывают между облаком и землей, между различными облаками и между отдельными частями одного и того же облака.

Шквал — внезапное резкое усиление ветра до скорости бо­лее 15 м/с. Направление ветра меняется в течение нескольких ми­нут. Скорость ветра может достигать более 30 м/с. Шквалы возни­кают впереди грозовых облаков в результате столкновения мощ­ного нисходящего потока воздуха с поверхностью земли и расте­кания его по поверхности с большой, нередко ураганной скоростью.

Шквалы возникают в передней части грозового облака вследствие оседания охлажденного воздуха, вызванного выпадающими осадками. В этом случае опускающийся из облака воздух сталкивается с земной поверхностью и с большой скоростью растекается в стороны.

Смерчи над морем или тромбы над сушей — наиболее грозные из атмосферных явлений ввиду сильных разрушений, про­изводимых ими на своем пути. Они зарождаются внутри мощных грозовых облаков на высотах 3—4 км в виде горизонтальных вих­рей, при определенных условиях опускающихся до земли, и пере­мещаются вместе с облаком. На внешней стороне смерча воздух, вращаясь с огромной скоростью по спирали, поднимается вверх, а в центре опускается вниз. Внутри вихря воздух очень сильно раз­режен. Смерчи обладают сильным всасывающим действием и спо­собны поднимать в воздух крупные предметы. Полеты в условиях смерчей и тромбов сложны из-за мощного вертикального развития кучево-дождевых облаков и наблюдаемых в них сильной болтан­ки, обледенения и грозовых разрядов.

Ливневые осадки — осадки в виде крупных капель, круп­ных хлопьев снега, иногда снежной крупы или града. Они выпа­дают из кучево-дождевых облаков, начинаются обычно внезапно, длятся недолго, но в ряде случаев могут неоднократно возобнов­ляться. Этот вид осадков типичен для неустойчивых воздушных масс, холодных фронтов и фронтов окклюзии по типу холодного фронта. Осадки могут сопровождаться грозами и шквалами.

Ливневые осадки могут сильно уменьшать дальность видимос­ти (до нескольких десятков метров).

Крупнокапельный дождь во время полета может нарушить нор­мальное всасывание воздуха и вызвать уменьшение числа оборо­тов компрессора реактивного самолета. Особенно сильно ливни влияют на посадку воздушных судов. Вследствие образования пленки воды на остеклении кабины и преломления в пленке све­товых лучей пилот лишается возможности точно оценить высоту нахождения воздушного судна над ВПП при приземлении. Это мо­жет привести к "жесткому" приземлению, сильному удару и даже разрушению покрышек. Кроме того, при посадке во время ливней создается глиссерный эффект, увеличивается длина пробега воз­душного судна, что опасно при посадке на аэродромах с короткой ВПП, которая может оказаться недостаточной для уменьшения скорости пробега и остановки воздушного судна. Ливневые дожди могут привести к размоканию грунтовых аэродромов и вывести их из строя на длительный срок.

При полете в зоне переохлажденного дождя может наблюдать­ся очень опасное интенсивное обледенение воздушного судна.

Гололед — ледяная корка толщиной до нескольких санти­метров, покрывающая земную поверхность и предметы на ней. Наблюдается в холодную половину года — с октября по апрель при температурах воздуха от 0 до —3°С, реже при более низких (реже, чем изморозь).

Образуется гололед вследствие выпадения переохлажденного дождя (мороси), а также при тумане, состоящем из переохлажден­ных капель. Иногда гололед может образоваться при резком по­теплении и при выпадении мокрого снега. Чаще всего гололед на­блюдается при ветре от 2 до 7 м/с (при сильных ветрах гололед не возникает). Наибольшему обледенению подвергается наветрен­ная сторона предметов.

Гололед, образующийся на искусственных покрытиях аэродро­мов, существенно осложняет руление, взлет и посадку воздушных судов. Поверхность ВПП, покрытая гололедом, особенно опасна для ВС с большими взлетно-посадочными скоростями. Торможение на скользкой поверхности ВПП может привести к самопроизволь­ному развороту, потере управляемости на пробеге и скатыванию с ВПП. Неоднородная поверхность с отдельными "блюдцами" льда ускоряет разрушение шин. Отложение гололеда на проводах может вызвать их обрыв и выход из строя средств наземной связи. Гололед может образовываться на поверхности воздушного судна во время его стоянки на земле. Он ухудшает аэродинамические ха­рактеристики воздушного судна, увеличивает его массу и, кроме того, способствует интенсивному обледенению воздушного судна, если после взлета оно попадает в переохлажденные облака.

Обледенение — отложение льда на обтекаемых частях, силовых установках и внешних деталях специального оборудова­ния самолета (вертолета) при полете в переохлажденных облаках, тумане, дожде, мороси и мокром снегопаде.

Интенсивность обледенения выражается скоростью нарастания льда. Она зависит главным образом от размеров переохлажден­ных капель, водности облаков и скорости полета. Принято счи­тать, что слабое обледенение соответствует интенсивности не бо­лее 0,5 мм/мин, умеренное — до 1 мм/мин, а сильное — более 1 мм/мин. Интенсивность обледенения будет тем больше, чем круп­нее облачные капли и чем больше водность облаков (водность — количество граммов воды в 1 м³ облака).

Наиболее часто обледенение наблюдается в облаках и осадках при температурах от 0 до — 10°С. Значительно реже оно возника­ет при более низких температурах, около — 20°С. Покрытие льдом различных воздушных судов наблюдается также при гололедных условиях во время их стоянки на земле. Обледенению подверже­ны все типы самолетов и вертолетов, оно продолжает оставаться одним из опасных явлений погоды для авиации. Опасность обле­денения заключается в том, что ледяные наросты на воздушных судах ухудшают их аэродинамические и эксплуатационные харак­теристики. В некоторых случаях изменение этих характеристик на­столько значительно, что они не обеспечивают безопасность по­лета.

Существуют активные и пассивные способы борьбы с обледе­нением. Активный способ предусматривает применение противообледенительных устройств и является наиболее эффективным.

Пассивный способ борьбы с обледенением заключается в выхо­де из зоны обледенения и выборе соответствующего профиля поле­та. Так, при полетах в период теплой половины года следует сни­зиться в слой облачности с положительной температурой, а в пе­риод холодной половины года — набрать высоту в область более низких температур. Переход на другую высоту необходимо выпол­нять с максимально возможной вертикальной скоростью. Полеты в зонах обледенения на вертолетах и самолетах, не имеющих противообледенительных устройств, запрещаются.

Атмосферная турбулентность — движение частиц воздуха, носящее беспорядочный вихревой характер.

По причинам возникновения атмосферную турбулентность ус­ловно подразделяют на термическую, динамическую и механичес­кую.

Термическая турбулентность образуется при наличии сверхадиа­батических вертикальных температурных градиентов (при перемещении холодного воздуха на прогретую подстилающую поверхность), а также в результате неравномерного нагрева подстилающей поверхности.

Динамическая турбулентность обусловлена большими верти­кальными и горизонтальными сдвигами ветра, которые наблюдаются преимущественно в зонах атмосферных фронтов и в струй­ных течениях.

Механическая турбулентность возникает из-за трения движущегося потока воздуха о неровную земную поверхность. Турбулентные зоны имеют различную горизонтальную и вертикальную протяженность.

Длина возмущенных зон изменяется от нескольких километров до сотен и тысяч километров (на атмосферных фронтах). Толщина турбулентного слоя составляет сотни, а иногда и тысячи метров. При полете в турбулентной атмосфере воздушные суда подвергаются воздействию различных возмущений, которые обусловливают болтанку.

Болтанка — беспорядочное колебание воздушного судна, возникающее при полете в турбулентной атмосфере. Интенсивность болтанки принято оценивать величиной перегрузки или ее приращения.

Перегрузкой (n) называется отношение суммы силы тяги дви­гателя (Р) и полной аэродинамической силы (R) к массе самоле­та, т. е.

P + R

n = -------.

m

Выражение для приращения перегрузки:

∆ n = п + 1

Приращение перегрузки есть ускорение (j), которое имеет самолет при полете в турбулентной атмосфере, выраженное в долях ускорения силы тяжести:

J

∆ n = -------;

S

или

∆с_у

V _р u_{у ――─}

∆α;

∆ n = _{――─――─――─} .

2` s<sup>`</sup>

 

где: С_у — изменение подъемной силы в зависимости от изменения угла атаки ∆a;

`

`s — нагрузка на единицу площади крыла, равная отношению полетной массы самолета к площади крыла,

G_m

` s = _――─.

S

V _р — воздушная скорость самолета;

u_у — скорость восходящего потока.

 

Болтанка имеет следующую градацию:

При п в пределах от ± 0,05 до ± 0,2 — слабая;

„ п „ от ± 0,2 до ± 0,5 — умеренная;

„ п „ от ± 0,5 до ± 1,0 — сильная;

„ п „ больше ± 1,0 — очень сильная (штормовая).

 

Сдвиг ветра — векторная разность скоростей ветра при двух точках пространства, отнесенная к расстоянию между ними, или изменение направления и (или) скорости ветра в атмосфере на очень небольшом расстоянии. Резкое изменение скорости или направления ветра или одновременно скорости и направления воз­можно как в горизонтальном направлении (горизонтальный сдвиг ветра), так и в вертикальном (вертикальный сдвиг ветра).

Вертикальный сдвиг ветра принято подразделять на два типа: положительный и отрицательный.

Положительным сдвигом называется такое распределение вет­ра, когда его скорость на высоте больше, чем у земли.

Отрицательным — такое распределение ветра, когда скорость ветра на высоте меньше, чем у земли.

Изменения направления и (или) скорости ветра в определенном слое атмосферы могут сочетаться с турбулентностью и (или) силь­ными вертикальными потоками воздуха, поэтому значительные сдвиги ветра относятся к категории опасных внешних воздействий среды. Сдвиг ветра может наблюдаться на любой высоте. Реаль­ную опасность представляет даже умеренный сдвиг ветра на малой высоте при взлете и заходе на посадку, когда у воздушного судна существенно сокращаются запасы по высоте и скорости.

В отличие от обледенения и грозы, которые могут быть обнаружены визуально или с помощью бортовых технических средств, сдвиг ветра — явление невидимое и часто внезапное. В соответствии с терминологией, данной НПП ГА-85, сдвиг ветра - изменение направления и (или) скорости ветра в пространстве, включая восходящие и нисходящие потоки, т.е. сдвиг ветра:

слабый — до 2 м/с на 30 м высоты;

умеренный — от 2 до 4 м/с на 30 м высоты;

сильный — от 4 до 6 м/с на 30 м высоты;

очень сильный — 6 м/с и более на 30 м высоты.

Характерными синоптическими ситуациями, при которых мо­жет наблюдаться значительный сдвиг ветра, является следующие:

- приближение и прохождение атмосферных фронтов;

- развитие грозо-градовых облаков;

- наличие на высотах 50—200 м задерживающих слоев (инверсии или изотермии).

Для определения величины сдвига ветра в первом приближении проводятся шаропилотные измерения скорости и направления ветра на высоте 100 м и высоте круга.

Зная ветер у земли и на высоте 100 м, можно определить среднюю величину и характер сдвига ветра.