Карты погоды

В метеорологии принято использовать приземные и высотные карты погоды. Для нужд теплового воздухоплавания наибольший интерес представляют приземные карты, ведь практически все полеты происходят на относительно малых высотах. На карту в виде специальных значков наносится информация, снимаемая метеорологическими станциями. В качестве примера на рисунке 11.1 показаны значки, наносимые на карту.

На рис. 11.1а изображена погода, часто наблюдаемая зимой, а на рис. 11.1 б - погода летом во время грозы. Символ, обозначающий ветер, располагается так, что его длинная линия совпадает с направлением ветра, а черточки на ее конце обозначают силу ветра в баллах: длинная черточка равна двум баллам, короткая - одному. Центр круга, находящегося на конце линии, совпадает с расположением метеостанции, на которой производились измерения. Чем больше круг закрашен черным - тем больше облачность в данном месте. Рис. 11.1. Пример обозначения метеорологической информации на приземной карте погоды: а - типичная погода зимой, б - погода летом во время грозы

Направлением ветра в метеорологии принято считать азимут точки горизонта, откуда дует ветер. Направление ветра измеряется в градусах, например, если ветер дует с запада, то его направление 270°. В отличие от метеорологии, в навигации используется понятие аэронавигационного ветра, который от метеорологического отличается на 180°. Чтобы не путаться в этих простых понятиях, запомните: метеорологический ветер - «откуда дует, какую погоду приносит», аэронавигационный - «куда дует, куда сносит».

Скорость ветра, как правило, измеряется в метрах в секунду. На картах погоды она обозначается специальным символом (см. рис. 11.1) и измеряется в баллах. Таблица пересчета баллов в метры в секунду находится в приложении. При участии в воздухоплавательных мероприятиях за рубежом приходится сталкиваться с измерением скорости ветра в кнотах (узлах). Один кнот равен 0,513 м/с.

Из-за разности давления в различных точках земного шара воздух начинает перемешаться из области высокого давления в сторону низкого. Однако это перемещение не является прямолинейным. Под действием перепада давления частица воздуха начинает двигаться в сторону низкого давления, но из-за вращения земли на частицу начинает действовать отклоняющая сила, возникающая вследствие того, что движущееся тело по инерции пытается сохранить первоначальное направление относительно неподвижных координат в центре земли, в то время как система координат, связанная с земной поверхностью, поворачивается под движущимся телом. Отклоняющая сила называется силой Кориолиса. Чем больше скорость частицы воздуха и чем больше значение географической широты (ближе к полюсам), тем больше проявляется действие отклоняющей силы Кориолиса. Отклоняющая сила всегда перпендикулярна траектории движения и направлена вправо в Северном полушарии и влево в Южном.

Линии на карте погоды, соединяющие точки с одинаковыми значениями давления, называются изобарами, изобары располагаются вокруг центров с высоким и низким давлением. Из-за действия силы Кориолиса ветер в Северном полушарии будет всегда совершать вращение против часовой стрелки в районе   областей с низким давлением и по часовой стрелке в районе областей с высоким давлением (см. рис. 11.2). Области с низким давлением принято называть циклонами, а области с высоким давлением - антициклонами. Рис. 11.2. Направление ветра из области высокого давления (В) в область низкого (Н) в Северном полушарии

Скорость и направление ветра изменяются с высотой, временем года и суток, а также связаны с географическим расположением места. В течение суток скорость ветра у земли имеет два максимума (днем и ночью) и два минимума (перед восходом и заходом солнца). Так как большие скорости ветра весьма не желательны для тепловых аэростатов, полеты, как правило, производятся утром и вечером. В зимнее время суточный ход скорости ветра менее выражен, поэтому зимой полеты возможно планировать в течение всего дня.

Из-за трения с земной поверхностью скорость ветра у земли меньше, чем на высотах, слой воздуха, в котором происходит замедление скорости, называется слоем торможения. На равнинной местности высота слоя торможения составляет 1...2 км. Теперь давайте вспомним, что чем больше скорость, тем сильнее сказывается влияние силы Кориолиса, следовательно, по мере увеличения высоты в слое торможения происходит поворот направо в Северном полушарии и налево Южном (см. рис. 11.3). Рис. 11.3. В слое торможения с ростом высоты увеличивается скорость ветра, а его направление в Северном полушарии поворачивает вправо

В зависимости от условий направление полета аэростата у самой земли по сравнению с полетом в верхней части слоя торможения может отличаться на 30...40°. Необходимо отметить, что такая закономерность соблюдается, если отсутствует влияние других факторов, таких, как влияние рельефа местности, наличие инверсионных слоев и др. Если полет происходит утром, то по мере прогрева почвы увеличивается термическая активность атмосферы, воздух в слое торможения начинает перемешиваться, скорость и направление ветра в нижней части слоя торможения начинают приближаться к значениям в верхней части. Управление аэростатом по направлению становится более ограниченным. В вечернее время по мере уменьшения профева почвы уменьшаются вертикальные термические составляющие движения атмосферы и появляется больше возможности изменять направление полета за счет изменения высоты. При проведении полета всегда следите за дымами у земли, они дают представление о направлении ветра в приземном слое, что весьма важно при заходе на посадку.

На поведение воздуха в атмосфере большое значение оказывает распределение температуры по высоте. В зависимости от реазьного изменения температуры воздух может быть устойчивым или неустойчивым. Неустойчивость воздуха будет проявляться в возможных хаотичных подъемах или опусканиях отдельных масс воздуха, а это в свою очередь будет осложнять пилотирование аэростата. Давайте разберемся, от чего зависит устойчивость атмосферы? Из школьною курса физики вы помните, что при сжатии все газы нагреваются, а при расширении охлаждаются. Так как с увеличением высоты давление падает, то, следовательно, при любых произвольных подъемах отдельных масс воздуха они будут охлаждаться. Для ненасыщенного водой воздуха это охлаждение всегда равно приблизительно 1°С на каждые 100 м подъема. Если по каким-либо причинам вертикальный градиент больше 1°С, то случайно начавший подъем воздух окажется теплее, чем окружающая среда, и, следовательно, будет продолжать подниматься. Такое состояние атмосферы называется неустойчивым. Наоборот, если вертикальный градиент меньше 1°С на 100 м, случайные колебания отдельных объемов воздуха не будут приводить к их дальнейшему подъему или опусканию, такое состояние атмосферы называется устойчивым.

Все сказанное выше связано с устойчивостью аэростата. Даже если вы способны поддерживать температуру в оболочке практически постоянной, при неустойчивой атмосфере удержать аэростат на заданной высоте практически невозможно, ведь воздух в оболочке подчиняется тем же законам, что и окружающий (рис. 11.4). Рис. 11.4. Поведение аэростата в устойчивой (а) и неустойчивой атмосфере (б)

Неустойчивое состояние атмосферы в приземном слое наиболее часто наблюдается в утренние часы, в момент, когда начинается повышение температуры воздуха от нагреваемой солнцем земной поверхности. При получении метеоинформации, кроме направления ветра и его скорости, я настоятельно рекомендую обращать внимание на значение температуры на различных высотах и оценивать значение вертикального градиента, при градиенте, превышающем 1°С на 100 м, надо подальше держаться от наземных препятствий, особенно линий электропередач.

Реальное изменение температуры по высоте может быть весьма разнообразным. Если на какой-либо высоте температура воздуха начнет возрастать, а затем опять падать, то такой участок называют слоем инверсии, в этом слое воздух обладает большой устойчивостью, и возмущения, происходящие ниже, не распространяются выше него.

Толщина слоя инверсии исчисляется десятками метров. Скорости ветра ниже и выше этого слоя могут отличаться как величиной, так и направлением. Изменение скорости или направлении ветра в малом диапазоне высот называется сдвигом ветра. Для теплового аэростата может представлять опасность узкий слой инверсии, соизмеримый с размерами оболочки и,разделяющий потоки с разностью скоростей более 5...7 м/с. При прохождении такого слоя может возникнуть большая деформация оболочки. Особенно это опасно, если воздушный шар находится на привязи, а длина фала превышает 50 метров.

В 1998 году во время соревновании в г. Великие Луки утром на высоте 150...200метров температура воздуха была на 15 °С больше, чем у земли. На этой высоте реализовался сдвиг с разностью скоростей около 6 м/с. При захождении на цель один из пилотов начал спускаться с большой скоростью, и при прохождении сдвига оболочка настолько деформировалась, что входное отверстие оказалось полностью закрытым. Только отчаянные действия пилота смогли исключить катастрофу, но нижняя часть оболочки оказалась очень сильно повреждена горелкой, в ней зияли огромные прожженные дыры.

Рис. 11.7. Дым из трубы - хороший индикатор состояния атмосферы: а - большая синусоида свидетельствует о том, что температурный градиент больше 1°С на 100 м, и следовательно, о нестабильной атмосфере; б - высота, на которой дым перестает подниматься, свидетельствует о температурной инверсии и возможном сдвиге ветра; в - горизонтальный дым из трубы свидетельствует о скорости ветра, превышающей 6...8м/с

Если дым поднимается до какой-либо высоты, а затем располагается горизонтально, это свидетельствует о температурной инверсии на этой высоте и, как правило, о наличии сдвига ветра. Выше этого слоя направление и сила ветра будут иметь другие значения, чем ниже этого слоя.

Горизонтальный дым из трубы, верхняя кромка которого практически не поднимается выше самой трубы, свидетельствует о скорости ветра, превышающей 6...8 м/с, при такой погоде надо несколько раз подумать о целесообразности полета.

Источник: Таланов А. В. Все о воздушных шарах.
Москва, Издательство Астрель, 2002.