Знание строения атмосферы для полетов нв аэростате
Погода, которую мы ощущаем на земле, это результат действия многих факторов, развивающихся по всей высоте атмосферы. Погода - это не что иное, как состояние атмосферы. Основными метеорологическими элементами погоды являются температура, давление, влажность, облачность, скорость ветра, которые оказывают существенное влияние на полет аэростата.
Полеты на тепловых аэростатах проходят в самой нижней части атмосферы, называемой тропосферой. В тропосфере происходит непрерывное понижение температуры с высотой, в среднем это понижение происходит до высоты 11 км, в районе экватора тропосфера имеет высоту 18 км, а на полюсах - 5...9 км. Понижение температуры с высотой в среднем составляет 6,5° на каждый километр. В самой верхней части тропосферы температура составляет 55...70° ниже нуля. Основная причина падения температуры с высотой в пределах тропосферы связана С уменьшением прогрет воздуха земной поверхностью, этим же объясняется различная высота тропосферы на экваторе и полюсах. Чем больше прогрета земля, тем выше находится граница тропосферы. В тропосфере, содержащей ¾ массы атмосферы, в основном происходят все погодные явления.
В самой нижней части тропосферы находится пограничный слой, или слой трения, в нем образуются облака и наиболее резко изменяется величина и направление ветра по высоте. Слой трения простирается до высоты 1...1,5 км, обычные полеты на тепловых аэростатах проходят именно в нем. Для пилота, находящегося в Северном полушарии, он характерен тем, что в равнинных местностях с увеличением высоты ветер всегда поворачивает правее, в Южном полушарии ветер в этом слое с увеличением высоты поворачивает налево. Скорость ветра у самой земли всегда меньше, чем на высоте, это связано с вязкостью воздуха, который замедляет свое течение из-за сил зрения с земной поверхностью.
Выше тропосферы находится стратосфера, простирающая ся до высот 80...90 км. В ней температура до высоты 30 км остается постоянной и составляет в среднем -55°С, затем с высоты 30 км до 60 км температура растет до 75° тепла и затем до высоты 80 км снижается до 70...80° ниже нуля, эта высота принимается за нижнюю границу стратосферы.
Выше стратосферы находится ионосфера с относительно высокой проводимостью разреженного воздуха, в ней возникают полярные сияния. Температура в ионосфере опять начинает повышаться.
Температура является одной из основных характеристик состояния воздуха атмосферы и измеряется по нескольким системам (шкалам). В европейских странах, кроме Англии, температуру принято измерять в градусах Цельсия, в которой за ноль принята точка таяния льда, а за сто градусов температура кипения воды при нормальном давлении. В Англии, США и Канаде температуру измеряют по шкале Фаренгейта, в которой таяние льда происходит при +32°, а кипение воды при +212 градусах Цельсия. Чтобы перевести градусы Фаренгейта в градусы Цельсия, нужно воспользоваться формулой:
В научной метеорологии и других науках применяется градусная шкала Кельвина. Все формулы, записанные с использованием этой шкалы, выглядят намного проще, чем в других системах. Градусы Цельсия пересчитываются в градусы Кельвина по формуле:
Т°К = 273 + t°С.
Прогрев почвы солнцем и направление ветра существенно влияют на температуру воздуха. В связи с тем что океан аккумулирует в себе существенно больше тепла, чем поверхность суши, при преобладающих в умеренных широтах Северного полушария западных ветрах, погода в западных прибрежных районах всегда более теплая, чем в восточных. В нижних слоях тропосферы основное тепло воздух получает за счет прогрева земли солнцем, поэтому днем в летнее время приземные слои, имея повышенную температуру, начинают подниматься вверх, создавая вертикальные потоки, весьма опасные для тепловых аэростатов. Термические восходящие потоки могут подниматься на 1...2 км, а иногда и до 5...10 км, достигая скоростей 20...30 м/с. В утренние и вечерние часы, а также зимой прогрев воздуха уменьшается и, следовательно, уменьшается термическая активность нижних слоев тропосферы, это время наиболее благоприятно для полетов на аэростатах. Вертикальные потоки со скоростями более 2 м/с считаются опасными лля тепловых аэростатов. Это принципиально отличает аэростат от другого летательного аппарата без двигателя — планера, для которого дальние полеты без термической активности атмосферы практически невозможны.
Температура атмосферы оказывает существенное ачияние на подъемную силу теплового аэростата, чем выше температура окружающей среды, тем меньше подъемная сила аэростата. С ростом температуры окружающего воздуха возрастает расход газа. Более подробно о влиянии температуры на параметры аэростата см. здесь.
Давление является одним из основных параметров атмосферы, за нормальное или стандартное значение даачения на уровне моря принято 760 мм рт. ст. что соответствует 1013,2 гПа. В силу происходящих в атмосфере изменений давление не остается постоянным даже на одной высоте, но по сравнению с температурой, изменение давления находится в более узком диапазоне и, следовательно, в меньшей степени оказывает влияние на подъемную силу аэростата, максимальные вариации давления для средних широт составляют обычно 940... 1040 гПа. В то же время давление существенно изменяется с увеличением высот, что является основным фактором ограничения высоты полета тепловых аэростатов. В течение дня давление имеет, при прочих равных условиях, тенденцию к изменению, проходя через два максимума, соответственно в 10 и 22 часа и два минимума - в 4 и 15 часов. Суточная амплитуда обычно не превышает 3...4 гПа.
Изменение давления по сравнению с текущим его значением является одним из основных признаков изменения погоды. Понижение давления свидетельствует о приближении циклона и ухудшении погоды, повышение - о приближении антициклона и установлении ясной маловетреной погоды.
