Тема 9. Облака, туманы, осадки
• Видимость – это максимальное расстояние, с которого видны и распознаются неосвещенные объекты днем и световые ориентиры ночью. • Метеорологическая дальность видимости (МДВ) – наибольшее расстояние, на котором становится невидимым в светлое время суток черный объект угловых размеров не менее 15’, проектирующийся на фоне неба у горизонта. Сложные метеоусловия для ГА: НГО < 200 м, видимость < 2000 м, сильная турбулентность (болтанка). 2
§ 9. 1. Условия возникновения 1) наличие ядер конденсации ( r ≈ 10 -7 – 10 -6 м) 2) Воздух в состоянии насыщения При вертикальных скоростях w<1 мм/с и размерах капель 3 -20 мкм Mg ≈ Fтр, и капли не выпадают, существуя в виде облаков и туманов. При t < - 400 С водяные капли путем сублимации превращаются в ледяные кристаллы. 3
§ 9. 2. Туманы - скопления капель воды или кристаллов льда вблизи поверхности земли, ухудшающие видимость до значений менее 1 км.
Классификация туманов по создаваемым ими условиям видимости • • • Дымка – видимость 1 -10 км Слабые – 500 -1000 м Умеренные – 200 -500 м Сильные – 50 -200 м Очень сильные – видимость < 50 м 5
Классификация туманов по условиям образования 1. Радиационные туманы возникают вследствие радиационного выхолаживания почвы и нижних слоев воздуха в условиях повышенной влажности (легко рассеиваются). 6
• 2. Адвективные туманы – возникают в при адвекции теплых ВМ на холодную поверхность (простираются на сотни м в высоту , могут существовать при сильном ветре, опасны для авиации) 7
3) Адвективно-радиационные туманы 4)Туманы испарения возникают в холодном воздухе над теплой поверхностью (у полыньи зимой) 5)Туманы склонов – при восходящем движении по горным склонам в результате адиабатич. охлаждения 8
9
§ 9. 3. Облака – системы капель воды, кристаллов льда, взвешенных в атмосфере на некоторой высоте. • Облака различают по составу: водяные (при составу температурах до – 100 С), смешанные (-10 -400 С) и ледяные (< - 300 С) • По водности – массе капель в единице объема: водяные облака - (0, 1 -1, 8) г/м 3; ледяные – около 0, 01 г/м 3. • По высоте их расположения в атмосфере. 10
Облака верхнего яруса (ледяные) (3 -8 км – пол. ш. ; 6 -13 км – ум. ш. , 6 -18 км – тр. ш. ) • Перистые (Cirrus, Ci) • Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc) • Перисто-слоистые (Cirrоstratus, Cs) Условия для ГА: полет безопасный, слабая болтанка (кроме СТ), электризация, видимость – 1001000 м 11
Сс-floc – перисто-кучевые хлопьевидные 12
Сi sp. (spirratus) - плотные 13
Сс - волнистые 14
Сi vert. хребтовидные 15
Средний ярус (смешанные) Носн : 2 -4 км в пол. ш. , 2 -7 км – ум. ш. , 2 -8 км – троп. ш. Высококучевые (Altocumulus, Ac): (образ-ся в слое инверсии; верт. мощность – несколько сотен метров для ГА: слабая болтанка) Высокослоистые (Altostratus, As): в районе теплого фронта, Для ГА: слабая болтанка, электризация 16
Ас – высококучевые облака 17
Ас trans. 18
Нижний ярус (Носн< 2 км; обр-ся в областях инверсий, атм. фронтов) • Слоистые (Stratus, St) и Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns) – капельные и смешанные , ВНГО – 50 -300 м, (видимость менее 10 -300 м, обледенение, болтанка редко) • Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc) (видимость 10 -100 м, обледенение, слабая и ум. болтанка) 19
Ns – слоисто-дождевые облака 20
Ns - Слоисто-дождевые 21
Sc - Слоисто-кучевые 22
St – слоистые туманообразные 23
3. Вертикального развития 1) Кучевые (Cumulus, Cu), летний период (конвективные облака «хорошей погоды» , водные, ВНГО – 600 -1000 м, верт. мощность – 100 м, w<5 -7 м/c видимость 10 -100 м, болтанка) 24
2) Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) (конвективные, фронтальные; смешанные, ΔН≈10 км – до ТП, НГО=200 -500 м, ливни, град, грозы, неупорядоченные w ~ 30 -50 м/с) сильная болтанка, заход ВС запрещен!!! 25
Шкваловый ворот (ХФ) – падение давления и температуры, резкое изменение направления и скорости ветра в передней части Cb 26
• Полет в зоне грозовых облаков запрещен! • Информацию о грозовых Сb получают по КРАМС, с помощью диспетчерских и бортовых РЛС • Прогноз осуществляется численными и синоптическими методами 27
Грозовые очаги на экране локатора 28
Cb - кучево-дождевое с наковальней 29
Сb – кучево-дождевое лысое 30
Cu – кучевые мощные 31
Cu - Кучевые средние 32
Cu – кучевые облака хорошей погоды 33
§ 10. 3. Осадки – вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков. Размер капель - (0, 1 – 0, 5 мм). • Моросящие – мелкие (диаметром до 0, 5 мм), малой интенсивности, ухудшают видимость (St, Sс); • Обложные – длительные осадки в виде капель более 0, 5 мм (Ns); • Ливневые – непродолжительные обильные осадки в виде крупных капель (Cb). Сопровождаются шквалами, грозами, градом. 34
Условия для полетов ГА Осадки • ухудшают видимость, условия взлета и посадки (скольжение ВПП); затрудняют нормальный забор воздуха реактивным двигателем; • град может повредить остекление кабины; • вызывают обледенение при t<0 C; • Статическая электризация • Ухудшают состояние ВПП 35
Метель – перенос снега ветром по горизонтали • Низовая метель –снег поднимается с поверхности снежного покрова (если до высоты менее 1 м – поземок) при v > 7 м/с ; • Общая метель – снег выпадает при сильном ветре (L ≈500 -1000 м, сильный боковой ветер) • Ливневый снег — снег ливневого характера. Характеризуется резкими колебаниями горизонтальной видимости от 6 -10 км до 2 -4 км (а порой до 200— 1000 м) в течение периода времени от нескольких минут до получаса (снежные «заряды» ) 36
метель 37
Другие метеорологические явления, приводящие к ухудшению видимости • Мгла – сероватая пелена, ухудшающая видимость до значений менее 10 км вследствие запыленности атмосферы наличию иных примесей. • Пыльные бури – процесс переноса сильным ветром большого количества пыли, песка, почвы. • Вулканический пепел – особенно опасен (забивает форсунки , приводит к отказу двигателей) 38
• Гололёд — атмосферные осадки в виде слоя плотного стекловидного льда (гладкого или слегка бугристого), образующегося на растениях, проводах, предметах, поверхности земли в результате намерзания частиц осадков (переохлаждённой мороси, переохлаждённого дождя, ледяной крупы, иногда дождя со снегом) при соприкосновении с поверхностью, имеющей отрицательную температуру. 39
Гололед 40
• Гололе дица — слой бугристого льда (ледяная корка) или обледеневшего снега, образующийся на поверхности земли вследствие замерзания талой воды, когда после оттепели происходит понижение температуры воздуха и почвы (переход к отрицательным значениям температуры). 41
Обледенение (см опасные метеоявления) -Нарушение обтекания крыла, устойчивости полета, -момент инерции ВС изменяется, возможен крен; -сужение входа воздухозаборников; -Профиль лопаток входного аппарата изменяется, воздух не сжимается до нужного давления – потеря реактивной силы. 42
• http: //meteocenter. net/clouds Датчик обледенения Такой датчик обнаруживает наличие слоя льда или инея на вибрирующем стержне, резонансная частота которого соответствующим образом меняется. Указанный стержень подогревается, как только частота его вибрации становится ниже заранее определенного порога. Этот датчик используется почти во всех автоматических системах наблюдения за поверхностью (АСНП) в Соединенных Штатах Америки для обнаружения льда в осадках. Он также применяется для обнаружения условий замерзающей мороси, которые невозможно обнаружить с помощью оптических датчиков текущей погоды. 43
§ 10. 4. Методы измерения нижней границы облаков • • • Шаропилотный метод Радиолокатор (МРЛ) и грозопеленгатор Импульсно-светолокационный. Триангуляционный облакомер Лазерный измеритель (лидар) Самолетный 44
Импульсно-светолокационный метод (погрешность – 10%) 45
Триангуляционный облакомер (прожекторный метод) 46
Метеорологические радиолокаторы(МРЛ) Определение локализации и характеристик (фазового состава и др. ) грозовых и градосодержащих облаков (Сb): - Расстояние до облака (например, НГО) – по времени прохождения радиосигнала от антенны до облака и обратно ; - Микроструктура облаков и осадков влияют на отражаемость радиоволн (λ~см– крупнокапельный дождь, мм – облака, м – для слежения за радиопилотом); - Скорость потоков определяют по эффекту Допплера 47
Эффект Доплера 48
«. . обхожу грозу довольно далеко от заданного маршрута (порядка 50 км). » 49
Лидар LIDAR (англ. Light Detection and Ranging. ) Особый класс дифференциальных лидаров (differential absorption lidar, DIAL), излучающих одновременно свет с разной длиной волны, способен эффективно определять концентрацию отдельных газов, оптические показатели которых за 50 висят от длины волны.
Принцип работы лидара: лазерный излучатель посылает в атмосферу короткие световые импульсы. Рассеянное молекулами и частицами излучение собирается приемным телескопом и его мощность регистрируется фотодетектором с высоким временным разрешением. Таким образом, временная задержка между излучаемым лазерным импульсом и сигналом рассеянного излучения позволяет определить высоту, на которой происходит рассеяние. Фактически, лидар является аналогом радара в оптическом спектральном диапазоне. Взаимодействие лазерного излучения с атмосферой сопровождается многочисленными физическими явлениями, такими как упругое рассеяние на частицах и молекулах, рамановское рассеяние (колебательное и вращательное), флуоресценция. Каждый из этих процессов вносит свой вклад в спектр рассеянного излучения. Поэтому анализ лидарных сигналов позволяет получать информацию о составе и 51 состоянии атмосферы на различных высотах.
Искусственное воздействие на облака • Твердая углекислота (температура -70 С) или пары йодистого серебра понижают температуру в облаке – приближают пар к насыщению, провоцирует образование капель (снежинок) и выпадению осадков 52
