Метеорология

МЕТЕОРОЛОГИЯ

Погода все время меняется, и нет двух совершенно одинаковых в этом смысле дней. Процессы образования вертикальных потоков воздуха являются в определенной степени случайными. Поэтому обычно рассматриваются идеализированные представления о вертикальных движениях в атмосфере.

Потоки, встречающиеся в европейской части России, можно разделить на две большие группы:

1. Потоки обтекания

2. Термические потоки

Потоки обтекания возникают в результате отклонения вверх потока воздуха, набегающего на препятствие, например, на склон холма, горы. Знать о потоках обтекания необходимо каждому, так как их столкнуться с ними возможно в любом полете при попадании в район с достаточно пересеченной местностью,

Основное внимание обратим на тепловые, или термические потоки (термики). Единых правил или признаков, по которым можно с уверенностью определить местонахождение термических восходящих потоков и их параметры, не существует. Речь идет лишь об отдельных, наиболее часто встречающихся признаках. Чаще всего встречаются потоки под облаками. К ним (часто обозначающим восходящий поток) относятся: развивающиеся кучевые «хорошей погоды», крупные кучевые с темным четким основанием, плоские блинообразные кучевые обычно с довольно высокой нижней кромкой и мощно-кучевые облака с большим вертикальным развитием.

Следует отметить, что название “тепловой” несколько обманчиво. Можно подумать, что восходящие потоки, раз они называются тепловыми, возникают только в очень жаркие солнечные дни. Однако это не так.

Термические потоки могут образоваться при определенных условиях везде и в любое время года метеорологи наблюдали действие восходящих потоков даже в Антарктиде, при морозе в 30°.

Так что дело здесь не в абсолютной температуре, а в разности температур соседствующих воздушных масс. Масса воздуха с более высокой температурой по отношению к окружающему ее воздуху (даже если температуры обеих масс отрицательные) называется теплой. Воздух с более высокой температурой обладает меньшим удельным весом и потому всплывает вверх. Такова схема возникновения тепловых восходящих потоков.

Воздух в значительной мере прозрачен для солнечных лучей и непосредственно от них почти не нагревается. Нагрев его происходит при соприкосновении с поверхностью земли, или, как принято говорить, с подстилающей поверхностью, которая поглощает энергию солнечных лучей.

Поскольку поверхность земли не однородна, то и нагревается она под солнечными лучами неодинаково. Так, летом пашня, песок, асфальт, крыши домов нагреваются значительно сильнее, чем поля с посевами, луга или озера. Следовательно, и воздух над подстилающей поверхностью будет нагреваться различно. Над пашней он нагревается сильнее, чем над озером или рекой.

Более теплый воздух над пашней поднимается, а на его место со стороны озера подходит более холодный. В свою очередь, прогревшись над пашней, он тоже устремится вверх. Так образуется термический поток.

А что же происходит над озером? Часть воздуха от него устремляется на пашню. Но природа, как известно, не терпит пустоты, и всякое нарушение равновесия тут же влечет за собой компенсирующие процессы. С высоты вместо ушедшего воздуха опускаются массы более холодного, образуя нисходящий поток.

Вертикальное перемещение воздуха между различными слоями атмосферы, обусловленное неравномерным его нагреванием, называется конвекцией.

Рис. I

Рис. 2

Рассмотрим общую схему процесса возникновения кучевых облаков. Более теплый воздух охлаждается примерно на 1°С при подъеме на каждые 100 м. Такое изменение температуры воздуха при подъеме называется сухоадиабатическим градиентом. Достигая точки росы (это температура, при которой воздух становится полностью насыщенным водяным паром), избыток пара в восходящем потоке воздуха начинает конденсироваться. Возникает кучевое облако, которое, словно шапка, увенчивает вершину восходящего потока (рис. 1). По мере действия потока облако растет, ширится и, таким образом, как бы подсказывает, что в этом месте под ним есть развивающийся восходящий поток. На положение потока сильно влияет ветер. Известно, что ветер вызывает так называемый скос потока, т. е. отклоняет его в сторону от места возникновения. Этот скос будет тем больше, чем сильнее ветер. Скос потока хорошо виден по отклонению дыма из трубы (рис. 2). В штиль, когда воздух неподвижен, дым идет вертикально вверх. Но как только начинается ветер, он отклоняет дым от трубы в сторону: чем сильнее ветер, тем больше угол наклона (скос).

То же самое происходит и с потоками. Но поскольку они, в отличие от дыма, не имеют окраски, то увидеть угол наклона потока нельзя. О его величине можно судить только умозрительно, по силе ветра.

Но величина скоса потока зависит не только от силы ветра. Угол скоса зависит также и от вертикальной скорости самого потока (рис. 3). Чем слабее поток, тем сильнее при одинаковом ветре он отклонится от вертикали.

Рис. 3

Рис. 7

Рис. 7

Сильный же поток при одной и той же скорости ветра отклоняется меньше, чем слабый.

Как только ЛА войдет в поток, вариометр зафиксирует подъем (стрелка отклонится вверх). Легкий пружинистый толчок, который сопутствует входу ЛА в поток, вы почувствуете вполне отчетливо. Термик встречается над участками земной поверхности с пашнями, песками, лесными опушками, освещенные солнцем склоны оврагов и холмов и т. д. Если термик действительно существует, сразу почувствуете это по легкой болтанке и показанию вариометра.

Летчик в полете все время должен помнить о ветре, учитывать его действие на потоки, мысленно представлять себе направление скоса в пространстве и его угол. Нетрудно понять, что если направление полета совпадаете направлением ветра, то летчик, идя к облаку с попутным ветром, непременно встретит поток на подходе к облаку. И чем у него меньше высота, тем дальше от облака произойдет эта встреча. Иногда бывает трудно понять, откуда здесь может быть поток: до облака еще далеко, а подъем уже есть «в чистом небе». Если вы летите против ветра, то до встречи с потоком надо пролететь под облаком, и выйти на его наветренную сторону.

Рис. 5

Однако строение термиков часто бывает не так просто, как показано схематично на рис. 3. Ведь нередки случаи, когда ветер с высотой меняет не только свою силу, но и направление. Тогда он «изламывает» поток.

Предварительно оценить строение термиков можно, только изучив шаропилотные данные ветра, которые следует получить на метеостанции. В них отражена картина изменения силы и направления ветра по высотам.

Рис. 6

Но так как не на всех спортивных аэродромах есть метеостанции, летчикам надо вести наблюдение за облаками и ветром.

Перед полетами посмотрите внимательно на движение облаков. Обычно они движутся так же, как и ветер у земли, или очень незначительно отклоняясь от этого направления в ту или иную сторону (обычно ветер на высоте отклоняется вправо). В этом случае ваши действия в воздухе не будут осложняться переменой ветра, и поток не будет иметь изломов. Если же сила ветра или его направление с высотой резко меняются — ветер дует на земле в одну сторону, а облака бегут в другую, — скос потока будет изломанным.

Изменение силы ветра по высоте можно определить по внешнему виду облаков. В том случае, когда ветер с увеличением высоты усиливается, вершина облака скошена по ветру. При ослаблении ветра — его вершина скошена против ветра. Наблюдения за формой облаков и направлением их движения могут помочь еще на земле предусмотреть всевозможные изменения направления ветра и скоса потоков.

Рис. 4

Парящие птицы могут указывать на существование потока в этом месте. Производственные дымы также могут указать на наличие потока. Если дым из трубы стелется по ветру ровной струей и делает вдруг вертикальный зигзаг, значит на своем пути он попал в восходящий поток (рис. 4).

Бывает и такая картина: все дымы из близлежащих труб стелются по ветру, а из одной — дым круче, чем из других, идет вверх, следовательно, его подхватил восходящий поток

В первой половине дня восходящий поток под облаком чаще всего бывает с солнечной стороны. Затем он перемещается по западной его кромке к северной части. Это правило отнюдь не закон, но подобное явление встречается часто. Под крупными кучевыми восходящий поток находится в наиболее темной части основания облака.

Труднее определить «термики» в безоблачном небе. Если потоки под облаками существуют как бы привязанные к ним, то без облаков «термик» необходимо связывать с местом его зарождения. Вот наиболее характерные места образования восходящих термических потоков: освещенные солнцем склоны оврагов, возвышенности холмистой местности, контрастная подстилающая поверхность (пашня — лес и т. д.), а в сухую антициклональную погоду — леса, поймы небольших рек и другие наиболее увлажненные места. Белесые пятна на фоне голубого неба, особенно при полете против солнца, также говорят о наличии термических потоков. Это не что иное, как взвешенные частицы пыли и продуктов сгорания, поднятые с земли восходящим потоком на вершину «термика». Иногда в воздухе попадаются и более крупные предметы: обрывки газет, мусор, кукурузные листья. Часто можно встретить птиц парителей и буквально «тучи» бабочек, комаров и других насекомых, занесенных восходящим потоком на большую высоту. В сухие и жаркие дни повсеместно наблюдаются своеобразные маленькие смерчи — пылевые вихри.