Sheet of notations used in flight documentation

DECODING OF SNOWTAM

ТАБЛИЦА ЯВЛЕНИЙ ПОГОДЫ

Sheet of notations used in flight documentation

RUNWAY STATE MESSAGE + SIGMET INFORMATION + WEATHER ABBREVIATIONS

Введение

Метеорология – это наука, изучающая строение атмосферы, ее свойства и протекающие в ней процессы. (Метеорология – греческое слово: “метеор” – явление небесное или атмосферное; “логос” – учение).

Авиационная метеорология –это наука, изучающая влияние метеорологических факторов на деятельность авиации, разрабатывающая теоретические основы, практические методы, метеорологическое обеспечение полетов. Таким образом,авиационная метеорология – это прикладная наука.

Погода – это состояние нижнего слоя атмосферы в данное время и в данном месте. Самой характерной особенностью погоды является ее изменчивость,

а точнее непрерывное изменение.

Климат – это многолетний режим погоды, характерный для данной местности. Он является одним из важных долговременных абиотических факторов, оказывая влияние на режим рек, образование различных типов почв, виды растительных и животных сообществ.

Основные темы на изучение данной дисциплины:

Тема№1: «Состав и строение атмосферы»

Тема№2: «Метеорологические элементы и их учет в работе авиации»

Тема№3: «Воздушные массы»

Тема№4: «Атмосферные фронты»

Тема№5: «Барические системы»

Тема№6: «Опасные для авиации явления погоды»

Тема№7: «Особенности метеорологических условий в верхней тропосфере и

нижней стратосфере»

Тема№8: «Метеорологическое обеспечение полетов»

Тема№1: «Состав и строение атмосферы»

1.1 Состав атмосферы.

Атмосфера – газовая оболочка Земли, сформировавшаяся не менее нескольких миллионов лет назад. Масса атмосферы равна 5,15∙10¹⁵ т.

Атмосфера – механическая смесь газов и примесей. Главные газы атмосферы: азот (78,08 %), кислород (20,94 %), аргон (0,93 %). Переменные газы атмосферы: водяной пар, углекислый газ и озон. Основная масса водяного пара сосредоточена в тропосфере. В стратосфере воздух весьма сухой. В результате конденсации водяного пара образуются дымки и туманы, облака, выпадают осадки, осложняющие взлет, посадку и полеты воздушных судов. Углекислый газ содержится в переменных количествах 0,003 % по объему. Озон у земной поверхности составляет от 0 до 7∙10^-6 % летом и 0 до 2∙10^-6 % зимой. С высотой его концентрация увеличивается особенно в слое 20…40 км. Содержание озона изменяется также в зависимости от широты φ, увеличиваясь от экватора к полюсам. Кроме того, в атмосфере содержатся твердые и жидкие частицы естественного и индустриального происхождения – атмосферный аэрозоль: частицы пыли, дыма, горных пород, морских солей и др. С высотой их концентрация быстро убывает. Аэрозоли с жидкими частицами называются туманами, с твердыми – дымами. На высотах до 90 км (гомосфера) состав атмосферного воздуха практически неизменный. Выше 90 км (гетеросфера), химический состав атмосферы под воздействием атмосферных газов ультрафиолетовым излучением солнца сильно изменяется с высотой.

1.2 Строение атмосферы.

Для атмосферы характерна слоистость. Слои атмосферы можно выделять (по вертикали) в зависимости от распределения температуры, состава атмосферного воздуха, наличия заряженных частиц, взаимодействия атмосферы с земной поверхностью, влияния атмосферы на полет самолетов.

По распределению температуры с высотой выделяют 5 основных и

4 переходных слоя.

Таблица А - Основные и переходные слои атмосферы.

Основной слой (сфера)	Средняя высота нижней и верхней границ, км	Содержание от всей массы атмосферного воздуха, %	Переходной слой
Тропосфера Стратосфера Мезосфера Термосфера Экзосфера	0…11 11…50 50…90 До 450 Выше 450	Около 20 0,25 0,005 1∙10^-18	Тропопауза Стратопауза Мезопауза Термопауза

От указанных в таблице средних значений высот слоев могут наблюдаться значительные отклонения в зависимости от широты, времени года, метеорологической ситуации и др. Верхняя граница тропосферы, например, чаше всего бывает в высоких широтах 8…10 км, у экватора – 16…18 км; летом выше, чем зимой; в тылу циклона она заметно ниже по сравнению с передней частью циклона и т. п.

Тропосфера – слой, в котором производится подавляющая часть полетов в авиации. Здесь температура убывает с высотой, поскольку главным источником тепла для тропосферного воздуха является земная поверхность, нагреваемая Солнцем. Земная поверхность не однородна (суша, водяная поверхность, полярные льды, леса, болота и т. п.) и температура воздуха над разными районами неодинаковая. В тропосфере сосредоточено около 90 % атмосферной влаги, образуются циклоны и антициклоны, атмосферные фронты, облака и связанные

с ними осадки; наблюдается большая часть опасных для полетов метеорологических явлений. Ветер усиливается с высотой; в умеренных широтах максимальная его скорость достигает в среднем на высоте 8…10 км; в ряде случаев образуются струйные течения.

Тропопауза – переходной слой между тропосферой и стратосферой толщиной от нескольких сотен метров до 1…3 км; в полярных областях ее нижняя граница обычно равна 8…10 км, температура около – 50°С; в умеренных широтах

10…12 км, температура от – 55 до – 60°С, над экватором 16…18 км, температура от – 75 до – 85°С; на широте φ = 30…40° высота тропопаузы резко изменяется (разрыв тропопаузы). Над теплыми антициклонами тропопауза выше, чем над холодными циклонами.

Стратосфера – слой от тропопаузы до высоты 50…55 км. В ней сосредоточено около 20 % всей массы атмосферы. Температура здесь, как правило, постоянна, выше – растет, достигая иногда положительных значений. Водяного пара мало, облака отсутствуют. Возникают лишь специфические перламутровые облака

(на высотах 20…30 км) при температуре – 85…– 100°С. Ветер в холодную половину года преобладает западный, в летнее время он ослабевает и на

18…21 км изменяет направление на восточное и усиливается с высотой.

В стратосфере иногда возникают резкие повышения температуры –

стратосферные потепления.

Стратопауза –переходной слой между стратосферой и мезосферой с максимальной температурой – 2,5°С при возможных отклонениях ± 20°С.

Мезосфера – слой с постепенным понижением температуры и средним значением около – 86°С, иногда понижающимся до – 120…– 140°С. На высотах 82…85 км иногда образуются серебристые облака, наблюдающиеся преимущественно на широтах φ = 50…75°.

Мезопауза – переходной слой между мезосферой и термосферой.

Термосфера – слой, где температура с высотой растет: от среднего значения около – 86°С на высоте 90 км, увеличивается до 700°С на высоте 150 км (кинетическая температура).

Термопауза – переходной слой между термосферой и экзосферой.

Экзосфера – сильно разряженный внешний слой атмосферы. В верхней его части кинетическая энергия частичек воздуха настолько значительна, что они могут преодолевать земное притяжение и улетать в космическое пространство.

Из космического пространства в атмосферу возвращаются те частицы, скорость которых в результате столкновения стала меньше второй космической.

Рис. 1: Схема вертикального строения атмосферы:

1 – наибольшая высота гор (Эверест); 2 – наибольшие глубины океана; 3 – облака нижние; 4 – облака конвекции; 5 – облака перистые; 6 – облака перламутровые; 7 – облака серебристые; 8 – полярные сияния в нижней ионосфере; 9 – полярные сияния в верхней ионосфере; 10 – слой наибольшей концентрации озона.

По наличию заряженных частиц (ионов и электронов) в атмосфере выделяется ионосфера с преобладанием ионной концентрации в слоях D (50…90 км),

E (105…120 км), F₁ (150…170 км), F₂ (250…270 км), оказывающих значительное влияние на распространение радиоволн и на дальность радиосвязи. Кроме того,

во внешней части атмосферы, где преобладают заряженные частицы, имеются радиационные пояса Земли.

По взаимодействию атмосферы с земной поверхностью атмосфера делится на пограничный слой (слой трения) толщиной 1000…1500 м в зависимости от величины трения и свободную атмосферу – выше слоя трения. Внутри пограничного слоя выделяется приземный слой атмосферы толщиной 50…100 м,

в пределах которого метеорологические величины испытывают резкие изменения

с высотой.

По влиянию на полеты летательных аппаратов (главным образом ИСЗ) атмосфера делится на плотную атмосферу (или собственно атмосферу) высотой до 150 км и околоземное космическое пространство. В плотной атмосфере сопротивление воздуха настолько значительно, что летательный аппарат (ИСЗ)

с выключенным двигателем не может осуществить хотя бы один оборот

вокруг Земли.

1.3 Характеристики МСА.

МСА (Международная стандартная атмосфера) – это условная атмосфера, рассчитанная по многолетним, летним исследованиям для широты φ = 45°.

Основными характеристиками МСА являются:

1) Атмосфера состоит только из сухого воздуха, того же состава, что и в приземном слое.

2) За нулевую высоту принимается средний уровень моря, на котором давление составляет P = 760 мм. рт. ст. (1013,25 мБар), температура t = + 15°С,

массовая плотность = 0,125 кг·с²/м⁴.

3) Верхняя граница тропосферы лежит на высоте 11 км.

4) Вертикальный температурный градиент равен γ = 0,65° на 100 м.

5) В стратосфере на высоте более 11 км температура равна t = – 56,5°С.

Тема№2: «Метеорологические элементы и их учет в работе авиации»

Состояние атмосферы определяется рядом физических характеристик (параметров). Основными из них являются: температура, атмосферное давление, плотность воздуха, влажность воздуха, видимость, ветер, облачность и осадки.

2.1 Температура воздуха.

Температура воздуха – степень нагретости или характеристика теплового состояния воздуха. Выражается в градусах Цельсия (°С), Фаренгейта (°F) по градусной шкале и в Кельвинах (К) по абсолютной шкале:

t,°С = ·(t,°F – 32)

t,°F = ·(t,°С + 32)

t, К = t,°С + 273

Передача тепла от земной поверхности в атмосферу происходит благодаря термической конвекции, турбулентных движений и длинноволнового излучения. Температура может изменяться как по горизонтали, так и по вертикали. Пространственные изменения температуры оцениваются посредством вертикального и горизонтального градиента температуры. Вертикальный градиент температуры (γ) – это изменение температуры на 100 м высоты.

При понижении температуры с высотой γ > 0.

Слой атмосферы, в котором наблюдается рост температуры γ < 0, называется слоем инверсии. Если температура с высотой не изменяется γ = 0, то слой называется слоем изотермии. Адвекция теплого воздуха по фронтам, ночное выхолаживание приземного слоя воздуха, опускание воздуха создает слой инверсии и изотермии. Различают следующие виды инверсии:

а) Радиационная – образуется за счет радиационного выхолаживания, земной поверхности, а от нее и воздуха. Летом происходит в ясные ночи. Зимой она имеет вертикальную мощность 1-1,5 км, и может сохраняться несколько суток.

б) Адвективная – образуется за счет охлаждения теплого воздуха, движущегося над холодной подстилающей поверхностью.

в) Фронтальная – образуется при натекании теплого воздуха по клину

холодного воздуха.

г) Сжатия или оседания – образуется в антициклонах за счет опускания воздуха, что приводит к его нагреванию.

Инверсии и изотермии являются задерживающими слоями: гасят вертикальные движения воздуха, под ними происходит скопление водяного пара и твердых частиц, ухудшающих видимость, образуются туманы, дымки, низкие облака.

Они приводят к расслоению потоков по вертикали и образованию больших вертикальных сдвигов ветра, что вызывает болтанку самолетов и влияет на динамику полета при заходе на посадку или при взлете. Температура воздуха значительно влияет на полет ВС. Прямое влияние температура оказывает на характер погоды. Очень низкие и высокие температуры усложняют работу по подготовке техники и ее эксплуатации. При температурах близких к 0°С и ниже образуется гололед, при полетах в облаках – обледенение. Косвенное влияние температуры заключается в том, что при изменении температуры изменяется плотность, что приводит к изменению скоростного напора и тяги двигателя, подъемной силы, лобового сопротивления, горизонтальной и вертикальной скоростей ВС. В значительной степени от температуры зависят

взлетно-посадочные данные ВС. Длина разбега и взлетной дистанции, длина пробега и посадочной дистанции уменьшаются с понижением температуры.

Температура воздуха влияет на высоту полета. Так повышение ее на 10°С приводит к понижению потолка на 400-500 м. Изменение температуры влияет на скорость звука. От температуры зависит коммерческая загрузка ВС.

Рис. 2: Изменение температуры с высотой. Слои инверсии и изотермии

2.2 Атмосферное давление.

Давление воздуха – сила, действующая на единичную площадку, называемая весом простирающегося вверх через всю атмосферу столба воздуха. Чем больше высота этого столба и чем плотнее воздух в нем, тем больше атмосферное давление.

Единицами измерения давления являются:

мм. рт. ст. – высота столба ртути в барометре уравновешенного столбом воздуха;

мБар – сила в 1000 дин, оказывающая давление на 1 см²;

Па – сила в 1 Ньютон, оказывающая давление на 1 м².

Числовая величина давления в гектопаскалях равна числовой величине давления в

миллибарах (гПа=мБар).

1 мБар = Па = 1 гПа

1 мм. рт. ст.= мБар

1 мБар = мм. рт. ст.

Для сравнения давления в различных пунктах его приводят к одному исходному пункту – уровню моря. В МСА при температуре t = 15°С, давление

P₀ = 101325 Па = 1013,25 Па (мБар) = 760 мм. рт. ст.

Давление убывает с высотой. Барическая ступень – это высота, на которую надо подняться или опуститься, чтобы давление изменилось на единицу. Вблизи земной поверхности при P₀ = 1013,25 мБар и t = 15°С барическая ступень равна 8,25 м/мБар. Для обеспечения безопасности полетов экипажем ВС в фактической погоде передается давление воздуха относительно порога ВПП (QFE) или давление, приведенное к уровню моря (QNH).

Для того чтобы представить распределение давления над большими районами, по данным радиозондирования атмосферы рассчитывают высоты поверхностей с одинаковым давлением, называемых изобарическими поверхностями.

Они располагаются одна над другой, не пересекаясь, и имеют определенный рельеф, меняющийся со временем. Над районами с высоким давлением поверхность располагается выше, с низким ниже. Угол наклона изобарической поверхности не велик, тангенс этого угла составляет tg = 1/2000, т.е. на расстоянии 2000 м высота поверхности изменяется на 1 м.

Изобарические поверхности представляют профиль полета на эшелоне.

Так как полет происходит при постоянном давлении, то высота полета будет изменяться при изменении высоты изобарической поверхности. Это необходимо учитывать при определении безопасного эшелона и на высотах, близких

к потолку самолета.

2.3 Плотность воздуха.

Масса воздуха в единице объема называется плотностью воздуха.

Плотность воздуха рассчитывается по уравнению состояния газа:

– давление.

T – абсолютная температура.

– удельная газовая постоянная сухого воздуха.

Чем выше температура, тем меньше плотность воздуха, и наоборот. С высотой давление уменьшается и температура понижается, на высоте 5 км плотность составляет 60 % плотности на уровне моря, на высоте 10 км – около 35 %. Плотность влажного воздуха не равна плотности сухого воздуха. Важный воздух легче, чем сухой. При этом, чем выше температура и влажность, тем больше различие в значениях плотности. При t = 40°С и относительной влажности 100 % влажный воздух легче сухого на 2,3 %. Уменьшение плотности воздуха на 2 % равнозначно понижению давления на 24 мБар.

2.4 Влажность воздуха.

Содержание водяного пара в воздухе, выраженное в абсолютных или относительных единицах называется влажностью воздуха. Водяной пар в атмосферу поступает при испарении с водных поверхностей, почвы, растительного покрова. Для количественной оценки влажности воздуха используются характеристики, к которым относятся:

Упругость водяного пара – парциальное (собственное) давление водяного пара. При данной температуре упругость водяного пара не может превышать некоторое предельное значение, называемое упругостью насыщения. Когда влажность воздуха соответствует упругости насыщения, воздух становится насыщенным водяным паром и начинается процесс конденсации с образованием капель воды или ледяных кристаллов. Измеряется упругость водяного пара в мм. рт. ст. или мБар.

Абсолютная влажность – масса водяного пара в граммах в 1 м³ влажного воздуха. По ней судят о возникновении облаков вертикального развития, грозовой деятельности.

Удельная влажность – масса водяного пара в граммах в 1 кг влажного воздуха.

Относительная влажность – отношение фактической упругости пара к упругости насыщения при данной температуре, выраженное в процентах.

При относительной влажности 100 % достигается состояние насыщения водяным паром. При повышении температуры относительная влажность уменьшается, при понижении увеличивается.

Точка росы – температура, при которой воздух достигает состояния насыщения при данной удельной влажности и постоянном давлении. При постоянной упругости водяного пара точка росы может иметь различные значения в зависимости от температуры воздуха.

При относительной влажности меньше 100 % точка росы ниже температуры воздуха, при относительной влажности 100 % они равны.

Дефицит точки росы – разность между температурой воздуха и точкой росы. Чем больше дефицит точки росы, тем суше воздух, тем меньше относительная влажность.

Влажность воздуха оказывает влияние на характер погоды, определяя условия полета. Наличие водяного пара приводит к образованию явлений, ухудшающих видимость (дымки, туманы), образованию облаков, осадков, гроз и других явлений, усложняющих производство полетов, а иногда препятствующих им.

2.5 Видимость.

Видимость – наибольшее расстояние, на котором видны и опознаются неосвещенные объекты днем и световые ориентиры ночью.

Дальность видимости на ВПП – расстояние, в пределах которого пилот ВС, находящегося на осевой линии ВПП, может видеть маркировочные знаки на поверхности ВПП или огни, ограничивающие ВПП или обозначающие ее осевую линию.

Полетная видимость – видимость, определенная в воздухе, т.е. видимость объектов находящихся на уровне полета самолета. Она может быть горизонтальной, вертикальной и наклонной.

Горизонтальная видимость – видимость объектов находящихся на уровне полета самолета.

Вертикальная видимость – наибольшее расстояние от поверхности земли до уровня, с которого вертикально вниз видны объекты на земной поверхности.

Наклонная (посадочная) видимость – расстояние по наклону вдоль глиссады снижения, на котором пилот, совершающий посадку, может отчетливо опознать начало ВПП и перейти от пилотирования по приборам к визуальному пилотированию.

Рис. 3: Полетная видимость

Соотношения горизонтальной видимости у земли и посадочной видимости характеризуется типичными случаями:

1) Высота нижней границы облаков менее 100 м – дальность посадочной видимости составляет 25-45 % дальности горизонтальной видимости у земли.

2) Высота нижней границы облаков 100-200 м – дальность посадочной видимости составляет 40-70 % дальности горизонтальной видимости у земли.

3) Высота нижней границы облаков более 200 м – дальность посадочной видимости близка к дальности горизонтальной видимости у земли.

Иногда, при хорошей видимости у земли на некоторой высоте под слоем инверсии горизонтальная видимость ухудшается. Причинами изменения видимости являются облака, туманы, дымки, осадки, пыльные и песчаные бури. Видимость у земли зависит от характера объекта, цвета, освещенности, фона, от прозрачности стекла кабины, от скорости полета. Для обеспечения безопасности полетов, особенно при посадке, при сложных метеоусловиях СМУ (когда видимость 2000 м и менее и (или) высота нижней границы облаков 200 м и ниже, при их общем количестве более двух октантов), производится учащенное наблюдение за видимостью. Ограниченная видимость сильно затрудняет посадку, взлет самолета, иногда делает их невозможными. Плохая видимость затрудняет полеты на малых высотах, создавая угрозу столкновения самолета с землей или препятствий на ней. Поэтому видимость включается в определенный минимум погоды пилота и аэропорта.

2.6 Ветер, его характеристики.

Ветер – горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Непосредственной причиной возникновения ветра является:

сила барического градиента (F_р)– возникающая в результате неравномерного распределения давления вдоль земной поверхности. Она направлена перпендикулярно изобарам в сторону низкого давления. Как только частица воздуха начинает двигаться, на ее движение оказывают влияние другие силы:

сила Кориолиса (F_к)– отклоняющая сила вращения Земли. Она не изменяет скорости воздушного потока, а отклоняет направление его движения:

вправо – в северном полушарии, влево – в южном полушарии:

Дата добавления: 2015-10-31