АВИАЦИОННАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ

Атмосфера

Состав и свойства воздуха.

Атмосфера представляет собой смесь газов, водяного пара и аэрозолей (пыли, продуктов конденсации). На долю основных газов составляет: азота 78 %, кислорода 21 %, аргона 0.93 %, углекислого газа 0.03 %, на долю других приходится менее 0,01 %.

Воздух характеризуется следующими параметрами: давлением, температурой и влажностью.

Международная стандартная атмосфера.

Градиент температуры.

Воздух нагревается от земли, с высотой уменьшается плотность. Комбинация этих двух факторов создает нормальную ситуацию с более теплым воздухом у поверхности и постепенно охлаждающимся с высотой.

Рис. 31

Влажность.

Относительная влажность измеряется в процентах как отношение фактического количества водяных паров в воздухе к максимально возможному при данной температуре. В теплом воздухе может растворится больше водяных паров, чем в холодном. Если воздух остывает, то его относительная влажность приближается к 100 % и начинают формироваться облака.

Холодный воздух зимой более близок к насыщению. Поэтому зимой более низкая база облаков и их распространение.

Вода может быть в трех формах: твердой, жидкой, газообразной. Вода имеет высокую теплоемкость. В твердом состоянии имеет более низкую плотность, чем в жидком. В результате она смягчает климат в масштабах планеты. В газообразном состоянии легче воздуха. Вес водяных паров 5/8 от веса сухого воздуха. В результате влажный воздух поднимается над сухим.

Движение атмосферы

Ветер.

Ветер возникает от дисбаланса давлений, обычно, в горизонтальной плоскости. Этот дисбаланс появляется из-за различия температур воздуха на соседних участках или циркуляции воздуха по вертикали на различных участках. Первопричина - это солнечный прогрев поверхности.

Ветер называется по направлению, откуда он дует. Например: северный дует с севера, горный - с гор, долинный - в горы.

Эффект Кориолиса.

Эффект Кориолиса очень важен для понимания глобальных процессов в атмосфере. Результат этого эффекта выражается в том, что все объекты, движущиеся в северном полушарии, имеют тенденцию поворачивать вправо, а в южном - влево. Эффект Кориолиса сильно выражен на полюсах и сводится к нулю на экваторе. Причина эффекта Кориолиса - вращение Земли под движущимися объектами. Это не какая-то реальная сила, это иллюзия правого вращения для всех свободно движущихся тел. Рис. 32

Воздушные массы.

Воздушной массой называется воздух имеющий одинаковую температуру и влажность, над территорией не менее 1600 км. Воздушная масса может быть холодной, если она образовалась в полярных областях, теплой - из тропической зоны. Она может быть морской или континентальной по влажности.

При приходе ХВМ приземный слой воздуха нагревается от грунта увеличивает нестабильность. При приходе ТВМ приземный слой воздуха охлаждается, опускается и образует инверсию, увеличивает стабильность.

Холодный и теплый фронт.

Фронтом называется граница между теплой и холодной воздушной массой. Если вперед движется холодный воздух, то это холодный фронт. Если вперед движется теплый воздух - теплый фронт. Иногда воздушные массы перемещаются до тех пор, пока не остановятся возросшим перед ними давлением. В этом случае фронтальную границу называют стационарным фронтом.

Рис. 33 холодный фронт теплый фронт

Фронт окклюзии.

Облака

Типы облаков.

Существуют только три основных вида облаков. Это stratus, cumulus и cirrus т.е. слоистые (St), кучевые (Cu) и перистые (Сi).

слоистые кучевые перистые Рис. 35

Классификация облаков по высотам:

Рис. 36

Менее известные облака:

Дымка - образовывается когда теплый и влажный воздух движется на берег, или когда земля излучает тепло ночью в холодный и влажный слой.

Облачная шапка - образуется над вершиной при возникновении динамических восходящих потоков. Рис.37

Облака в виде флага - образуются за вершинами гор при сильном ветре. Иногда состоит из снега. Рис.38

Роторные облака - могут образовываться на подветренной стороне горы, за хребтом в сильный ветер и имеют форму длинных жгутов, расположенных вдоль горы. Они образуются на восходящих сторонах ротора и разрушаются на нисходящих. Указывают на серьезную турбулентность.Рис.39

Волновые или чечевицеобразные облака - формируются при волновом движении воздуха при сильном ветре. Не движутся относительно земли. Рис.40

Рис. 37 Рис. 38 Рис.39

Ребристые облака - очень похожи на рябь на воде. Образуются когда один воздушный слой движется над другим со скоростью достаточной для образования волн. Движутся с ветром. Рис.41

Pileus - при развитии грозового облака до слоя инверсии. Грозовое облако может пробить инверсионный слой. Рис. 42

Рис. 40 Рис. 41 Рис. 42

Образование облаков.

Облака состоят из бесчисленного множества микроскопических частичек воды различных размеров: от 0,001 см в насыщенном воздухе до 0,025 при продолжающийся конденсации. Главный путь образования облаков в атмосфере - охлаждение влажного воздуха. Это происходит при охлаждении воздуха, когда он поднимается вверх.

Туман образуется в охлаждающемся воздухе от контакта с землей.

Восходящие потоки.

Существуют три главные причины возникновения восходящих потоков. Это потоки из-за движения фронтов, динамические и термические.

фронтальные динамические термические

Рис. 43

Скорость подъема фронтального потока прямо зависит от скорости движения фронта и обычно составляет 0,2-2 м/с. У динамического потока скорость подъема зависит от силы ветра и крутизны склона, может доходить до 30 м/с. Термический поток возникает при подъеме более теплого воздуха, который в солнечные дни нагревается от земной поверхности. Скорость подъема достигает 15 м/с, но обычно это 1-5 м/с.

Точка росы и высота облаков.

Температура насыщения называется точкой росы. Допустим, что поднимаясь воздух охлаждается определенным образом, например , 1⁰С/100 м. Но точка росы понижается только на 0,2⁰С/100 м. Таким образом точка росы и температура поднимающегося воздуха сближаются на 0,8⁰С/100 м. Когда они уравняются произойдет образование облаков. Метеорологи используют сухой и влажный термометры для замера температуры у земли и температуры насыщения. По этим замерам можно вычислить базу облаков. Например: температура воздуха у поверхности 31⁰С, точка росы 15⁰С. Разделив разность на 0,8 получаем базу равную 2000м.

Жизнь облаков.

Облака при своем развитии проходят стадии зарождения, роста и распада. Одно изолированное кучевое облако живет около получаса от момента появления первых признаков конденсации до распада в аморфную массу. Однако, часто облака не распадаются так быстро. Это происходит когда влажность воздуха на уровне облаков и влажность облака совпадает. Идет процесс перемешивания. Фактически продолжающаяся термичность приводит к постепенному или быстрому распространению облачности на все небо. Это называется сверхразвитие или OD на лексиконе летчиков.

Продолжающаяся термичность может подпитывать и отдельные облака увеличивая время их жизни более 0,5 часа. Фактически грозы это долгоживущие облака, образованные термическими потоками.

Осадки.

Для выпадения осадков необходимы два условия: продолжительные восходящие потоки и высокая влажность. В облаке начинается рост капелек воды или кристаллов льда. Когда они становятся большими, то начинают падать. Идет снег, дождь или град.