Температурная инверсия

 

Очень часто в атмосфере встречаются слои, где температура с возрастанием высоты повышается, а не наоборот. Это обратная тенденция называется инверсия.

 

Почему важна инверсия?

Инверсия имеет четыре важных аспекта:

1. Она служит потолком для термальных потоков и не позволяет взлететь в термике выше определенной границы.

2. Он отделяет верхний инверсионный поток воздуха от нижнего, позволяя ощутить разные скорости воздушного потока в инверсионном слое.

3. Присутствие инверсии является важным фактором образования волн, как стационарных горных, так и блуждающих.

4. Инверсии задерживают дымку, легкий и густой туман.

 

Как с течением времени меняется инверсия?

 

1. Благодаря солнечному теплу.

После восхода солнца его лучи прогревают землю, затем это тепло передается воздуху над поверхностью. Как только вертикальный градиент превышает 3 град. С/300 м конвекционные потоки распределяют это тепло все выше и выше; сначала мириадами маленьких струек восходящего воздуха, а затем хорошо сформированными и отделенными друг от друга термиками, несущими вверх столбы и пузыри теплого воздуха. При встрече с более теплым воздухом над основанием инверсии они теряют силу и останавливаются. Однако эти тепловые потоки очень часто проникают сквозь инверсию на несколько сотен метров, увеличивая объем инверсионного слоя и приводя к смешению. Теплый воздух из верхнего слоя инверсии перемещается и смешивается с более холодным внизу. Чистый результат - это когда солнечным летним днем инверсия у поверхности исчезает, а в верхних слоях - может подняться на 300 - 600 (рисунок) метров. Следовательно, в ясные летние дни, когда над землей устанавливается антициклон, условия для полета постепенно улучшаются и становятся оптимальными к 15.00 - 17.00 по местному времени.

 

2. Благодаря широкораспространенному вертикальному движению.

В местах, где из-за антициклонов или горных цепей образуется инверсия, большие воздушные массы обычно опускаются; обратный процесс - подъем воздуха перед опережающим сжатием - ведет к подъему инверсии и ее исчезновению. В результате инверсия ведет себя, как широкий батут, который постоянно проминается под излишней массой воздуха в антициклоне и медленно возвращается в первоначальное положение при уменьшении этой массы воздуха. Там, где наблюдается подъем, конвекционные потоки движутся все выше и на короткое время условия полета улучшаются. В местах снижения термики становятся узкими и могут исчезнуть вовсе.

 

3. Если более холодный морской воздух проникает на побережье теплым днем, инверсия часто формируется в месте столкновения морского и надземного воздуха. Это обычно происходит в дневное время, когда ветер дует с моря.                  

4. Временно инверсии образуются на сравнительно небольших территориях, где воздух снижается на границах ливневых дождей или гроз. В горных районах можно наблюдать, как над равниной исчезает небольшое слоисто-кучевое облако при появлении над возвышенностью облака большего размера.

 

Градиент

Как уже упоминалось, воздух нагревается от земли. С высотой уменьшается плотность атмосферы. Комбинация этих двух факторов создает нормальную ситуацию с более теплым воздухом у поверхности и постепенно охлаждающимся с увеличением высоты. Эта ситуация называется градиентом температуры. Стандартный градиент (СГ) (или градиент «нормальной» атмосферы) предполагает уменьшение температуры на 2 градуса Цельсия каждые 300 метров увеличения высоты. Теперь посмотрим на более реальные ситуации в ночное и дневное время. Ночью видно, что воздух более холодный у земли из-за контакта с охлажденной поверхностью. Это положение дел называется приземной инверсией и типично для ночи. Приземная инверсия может распространяться вверх до 300 м и даже более при наличии ветра и интенсивного перемешивания слоев.

Дневная ситуация выглядит по-другому. Здесь воздух у земли более теплый, чем на СГ. Это связанно с солнечным прогревом воздуха. Градиент, показанный в нижней части на графике С, известен как нестабильный, и представляет для нас большой интерес.

Градиент температуры

 

                               Стандартный           Ночной            Дневной

 

2000

 

1500

1000

 

500

           

10 20                    10 20                            10 20

Температура, град. С

Стабильный воздух - это воздух, который не перемещается в вертикальной плоскости. Давайте рассмотрим этот процесс. Представьте себе пузырь воздуха, поднимающийся в атмосфере, как показано на рисунке.

С подъемом он расширяется, и давление в нем уменьшается. Это давление изменяется примерно линейно до высоты 3000 м. И приводит к охлаждению воздушного пузыря примерно на 1 градус Цельсия каждые 100 метров подъема.

Норма охлаждения поднимающегося воздуха 1°С/100 м называется сухоадиабатическим градиентом (САГ). Сухой не потому, что в воздухе отсутствуют водяные пары, а потому, что они не конденсируются. Адиабатический, потому, что тепло не добавляется из окружающего воздуха и не отдается ему. В реальности некоторый теплообмен имеет место, но он обычно ограничен и незначителен.       

Как мы знаем, тёплый воздух имеет меньшую плотность, чем холодный при одном и том же давлении. Более теплый воздух стремится подняться вверх, как более легкий, а более холодный опуститься вниз. По этой же причине дерево в воде всплывает, а камень - тонет.

Итак, если наш пузырек поднимается в атмосфере, которая остывает медленнее, чем 1°С/100 м, тогда пузырек будет остывать быстрее, чем окружающий воздух и, следовательно, подниматься медленнее до тех пор, пока ситуация не будет соответствовать рисунку выше. Фактически пузырек достигает высоты, соответствующей уровню равновесия, после чего подъем прекращается и наоборот. Это условие стабильности.

 

Стабильность

 

1830 м              9,4°С                            10°

 

                                                                                                                 ГРАДИЕНТ

                                                          

                                                                  Уровень

1220 м                                                 равновесия                15,6°

 

 

 

610 м                                                                                                          21°

 

Нестабильный воздух ведет себя наоборот. При градиенте температуры в атмосфере более 1°С/100 м, пузырек воздуха поднимается быстрее, не остывая так сильно, как окружающий воздух и подъем ускоряется.

 

Нестабильность

1830 м                 9,4°С                            8°

                                                                                                     ГРАДИЕНТ

                                                          

                                                                  Уровень

1220 м                                 равновесия           15,6°

 

 

610 м                                                                         23°

 

Нестабильность воздуха определяется его несбалансированностью. В более низких слоях он слишком теплый и спокоен в вертикальной плоскости (отметим, что горизонтальный ветер присутствует и в стабильной и нестабильной атмосфере).

Теперь мы можем сформулировать краткое определение:

Условия стабильности наблюдаются, когда атмосферный градиент температуры меньше чем на 1°С/100 м, в противном случае воздух нестабилен.

Важно отметить, что в стабильных условиях всякое движение воздуха вниз также натыкается на препятствие, в то время как в нестабильном воздухе, опускающийся пузырек будет продолжать опускаться. Стабильность и нестабильность условий существенно влияют на турбулентность. Нестабильные условия приводят к возникновению термической активности, которую мы рассмотрим ниже.

 

Основные градиенты температуры

 

Атмосферный градиент температуры больший 1°С /100м называется суперадиабатическим градиентом (Супер АГ). Условия Супер АГ встречаются в основном только над раскаленными пустынями, или, в менее жарких районах, в солнечные дни над ограниченными, закрытыми участками земли.

Поднимающийся воздух, вмещающий в себя пары воды, расширяется и охлаждается, а его относительная влажность увеличивается. Если этот процесс продолжается, то относительная влажность достигает 100 %, в таком случае говорят о насыщении воздуха. При определенной температуре возникают условия точки росы. Если этот воздух продолжает подниматься, начинается конденсация, которая всегда проходит с выделением «скрытого тепла». Его выделение приводитк нагреву воздуха, он медленнее остывает, чем САГ, и продолжает подъем.

Такое положение вещей называется влажноадиабатическим градиентом (ВАГ). Это градиент между 1,1°С и 2,8° на 300 м высоты, зависит от температуры поднимающегося воздуха и в среднем составляет около 0,5°С/100 м.

Когда температурный профиль атмосферы находится между САГ и ВАГ, говорят, что атмосфера «условно нестабильна», подразумевая, что при дальнейшем насыщении она будет нестабильной, так как это приведет к конденсации и образованию облаков.

Зона правее ВАГ - абсолютно стабильная атмосфера. Воздушная масса в атмосфере с градиентом в этой зоне будет всегда стремиться вернуться в исходную позицию, даже если происходит конденсация. Зона левее САГ - область абсолютно нестабильных условий со спонтанным образованием термичности (Супер АГ).

Для парящих полетов нужны условия нестабильные, в то время как для полетов, например, с мотором, желательно чтобы воздух был стабилен.

В основном, ясная безоблачная ночь, переходящая в ясное утро, несет нестабильные условия. Для таких условий характерны толстый слой холодного воздуха, что нестабильно, учитывая нагрев воздуха от земной поверхности утром. Однако очень холодные ночи задерживают начало широкой конвекции из-за приземной инверсии.

День обещает быть очень стабильным, если небо накрыто сплошными облаками или облачность переменна и земля прогревается постепенно. О стабильности атмосферы можно судить по типу облаков. Образовывающиеся кучевые облака указывают на восходящие потоки и всегда предполагают нестабильность. Слоистые облака обычно говорят о стабильности. Дым, поднимающийся вверх до определенного уровня и растекающийся там - явный признак стабильности, в то время как высоко поднимающийся дым указывает на нестабильные условия.

Пыльные смерчи, порывистый ветер и хорошая видимость указывают на нестабильность, в то время как устойчивый ветер, слои тумана и слабая видимость говорят о стабильном воздухе.

Тема № 2. Облака

 

Облака состоят из бесчисленного множества микроскопически частичек воды различных размеров: от 0,001 см в насыщенном воздух и увеличиваются до максимума около 0,025 см при продолжающейся конденсации. Как было сказано, насыщенный воздух - это воздух, имеющий относительную влажность 100 %. Даже не изменяя количества водяных паров, воздух может стать насыщенным при охлаждении. Главный путь образования облаков - охлаждение влажного воздуха. Это происходит при охлаждении воздуха, когда он поднимается вверх в термальных потоках, а также при перетекании больших «теплых» воздушных масс сверху на более холодные.

 

Образование облака

высота

 

2000

                Высота начала

1500          конденсации

 

1000               САГ

 

 500

Точка росы

   15     30                    Температура

 

Точка росы может использоваться для определения нижней границы (базы) облаков (cloudbase). Допустим, что поднимаясь, воздух охлаждается по САГ, т. е. 1°С /100 м. Однако температура точки росы понижается только на 0,2°С /100 м. Таким образом, температуры поднимающегося воздуха и точки росы сближаются на 0,8°С /100 м. Когда они уравняются, начинается образование облаков. Таким образом, зная температуру воздуха у поверхности земли, и точку росы при данной температуре, можно определить высоту базы облаков то формуле h = ((T_s – T_r) / 0,8) × 100. Для нахождения точки росы используют влажно-электрический термометр. Высоту базы облаков важно (хотя и не необходимо) знать, потому что фактически это - максимальная высота, которая может быть набрана за счет использования термальных потоков.

Существует несколько факторов, определяющих жизнь облаков. Для начала облака формируются изолированными восходящими потоками (термиками), имеющими тенденцию к перемещению с окружающим воздухом. Первоначально воздух в термике перешивается только вдоль его границы, но после начала конденсации паров, происходит выделение скрытого тепла и более интенсивное перемешивание с окружающим воздухом.

Одно изолированное кучевое облако живет около 0,5 часа с момента появления первых признаков конденсации до распада его в атмосферную массу. В воздухе может находиться большое количество облаков, которые зарождаются, живут и умирают в непрерывном процессе.

Не всегда облака распадаются так быстро. Это происходит, когда окружающий воздух на уровне облаков имеет такую же влажность и идет перемешивание.

Продолжающаяся термичность подпитывает облака и может продлить им жизнь сверх отпущенныхим 30 минут. Грозы - долгоживущие облака. Образованные термическими восходящими потоками, они могут жить много часов.

Старые облака не умирают, они замирают. Более старые облака принимают желтоватый, более тусклый оттенок, чем новые. Кроме этого старые облика имеют более размытые кромки.

Существует три основных типа облаков. Это stratus - слоистые(St), cumulus кучевые (Сu) и cirrus – перистые (Ci). О форме слоистых облаков говорит их название – тонкие, плоские или наслаивающиеся, возникающие по причине медленного перемещения обширных масс воздуха. Эти облака покрывают большие площади и делают день серым. Они часто образуются в стабильных условиях, или при спокойном движении фронтов, или при медленных восходящих потоках вокруг систем низкого давления.           

Кучевые облака выглядят как горы хлопка или огромная цветная капуста, летящая в высоте. Эти облака часто образуются в хорошую погоду и, если покрывают четверть неба или меньше, они называются облаками хорошей погоды, а образуются они от тепловой конвекции или отдельных восходящих потоков, несущих влагу вверх.

Облачность определяется количеством облаков, покрывающих небесный свод. Она оценивается на глаз по десятибалльной шкале: совершенно безоблачное небо – 0 баллов, небо сплошь закрыто облаками – 10 баллов. По количеству, высоте и виду облаков можно судить об ожидаемой погоде. Так, появление легких перистых облаков, имеющих вид коготков, сопровождающееся медленным падением давления, свидетельствует обычно о приближении циклона.

По высоте облака разделяются на три яруса: верхний (выше 6000 м), средний (2000 – 6000 м) и нижний, в котором облака полностью или своим основание располагаются ниже 2000 м от земной поверхности.

Тема № 3. Фронты

 

Изучаемые вопросы:

Холодный фронт

Теплый фронт

Барические системы.

 

 

Фронтом называется граница между холодной и теплой воздушными массами. Если вперед движется более холодный воздух, то фронт называется холодным, если же наоборот - то это теплый фронт. Иногда воздушные массы движутся вперед до тех пор, пока их не остановит возросшее перед ними давление. В этом случае границу между массами называют стационарным фронтом. В данном случае важно, что фронт разделяет воздушные массы с разной температурой, а значит и разной плотности, воздушные массы разной плотности не стремятся к перемешиванию, подобно маслу с водой. Поэтому стационарный фронт может стоять несколько дней.

Холодный фронт движется в основном с севера на юг в северном полушарии и, наоборот - в южном. Этот фронт в своей передней части состоит из холодного, часто сухого воздуха. Если холодный фронт замещает нестабильный воздух, то тот поднимается, и, формирует конвективные облака. Этот тип фронтальной активности часто сопровождают грозы и шквалы.

Шквалы порождаются грозами, что распространяется на 80 – 500 км в глубину фронта и вдоль него.

Холодные фронты имеют тенденцию к большей энергоемкости, чем теплые и могут перемещаться со скоростью более 60 км/ч, особенно зимой, когда воздух более плотный. Быстрое движение фронта определяет буйный характер погоды, но, в то же время, более быстрое его прохождение. Наклон холодных фронтов изменяется от 1/30 до 1/100, что, при его движении вперед, создает сильный подъем теплого воздуха. Наклон зависит от температурного контраста между воздушными массами и скорости ветра через фронт.

Если условия стабильные перед и после холодного фронта, то формируются в основном слоистые облака. В этом случае наблюдается медленное очищение неба после фронта, но сам он протекает вяло.

Начало холодных фронтов, особенно в жаркие месяцы несет чистое небо, хорошую видимость и термическую активность, и плотный воздух.

 

Теплый фронт может нести с собой закрытое облаками небо, высокую влажность, дымку и туманы, жару и дожди на несколько дней. При прохождении теплого фронта теплый воздух набегает на холодный сверху и вытесняет его. Теплые фронты имеют тенденцию двигаться медленнее, чем холодные - 25 км/ч и менее, и отличаются меньшей плотностью воздуха. Наклон его поверхности колеблется от 1/50 до 1/400, что положе, чем у холодного.

Такой наклон теплого фронта является причиной того, что небо полностью закрыто облаками, на расстоянии более чем 2400км. Приближение теплого фронта можно предсказать по тому, что за день или два до его прохождения появляются перистые облака, далее развивающиеся в перисто-слоистые и перисто-кучевые.

В случае теплого фронта, несущего стабильный воздух, нас ожидает длительный период дождя и, в основном, спокойные условия, возможно, до самого фронта. В случае нестабильного воздуха нас ожидают проливные дожди, чередующиеся с мелкими, моросящими. Возможна сильная турбулентность с грозами. В любом случае прохождение теплого фронта лучше пережить под крышей.

 

Барические системы

 

Барическими системами называются системы распределения атмосферного давления, характеризуемые определенным расположением изобар на картах погоды. Различают главные барические системы, к которым относят циклоны и антициклоны. Существуют также вторичные барические системы (ложбины, гребни и седловины), но мы остановимся на главных, и то в очень узких рамках основных понятий.

Барические системы высокого давления или антициклоны возникают у поверхности земли. В центре такой системы давление максимальное, к периферии оно уменьшается. В наших широтах они возникают в основном над обширными земными поверхностями зимой, когда земля холоднее воды, и над ней воздух более холодный. Типичный пример тому - сибирский антициклон. Летом же, когда земля прогревается сильнее воды, антициклоны могут возникать над обширными водными поверхностями. Этим объясняется большое число солнечных дней летом на морских и океанических побережьях. Два же постоянных антициклона, обусловленных глобальной циркуляцией воздуха в атмосфере земли, расположены над полюсами. Они являются источниками холодных фронтов.

Кроме этого, при движении воздуха вверх, возникают барические системы низкого давления или циклоны. Их возникновение происходит противоположно антициклонам, т. е. над более теплой поверхностью воздух поднимается вверх, создавая зону пониженного давления.

Взаимодействие циклонов и антициклонов является главной причиной возникновения ветров. В антициклоне у поверхности повышенное давление, в циклоне - пониженное. Это определяет направление ветров. В антициклоне воздух движется от центра к периферии, в циклоне - наоборот. Однако свои поправки вносит эффект Кориолиса. Поэтому в антициклоне нашего полушария воздух, двигаясь от центра, поворачивает по часовой стрелке (если смотреть сверху). В южном полушарии наоборот. В циклоне, напротив, в нашем полушарии воздух движется к центру против часовой стрелки, в южном - по часовой. Это важно знать для определения направления ветра по синоптической карте, на которой нанесены барические системы.

 

В антициклоне воздух опускается сверху, что приводит к его сжатию, нагреву, уменьшению относительной влажности и увеличению стабильности. Воздух в циклоне поднимается, расширяется, охлаждается, увеличивается относительная влажность и уменьшается стабильность.

Опускающийся воздух движется со скоростью всего несколько сантиметров в секунду, но этого достаточно, чтобы небо очистилось, и ясная погода у нас всегда ассоциировалась с антициклоном. Ирония в том, что добавляющийся воздух вверху, приводит к большей стабильности воздушных масс, что является главной причиной инверсии. Это обычное явление во внепустынных районах умеренной климатической зоны. Даже вслед за холодным фронтом в антициклоне с большой вероятностью следует погода, несущая низкий уровень нестабильности и термической активности, несмотря на чистый холодный воздух и хороший прогрев земли. Однако если антициклон задерживается, то над этой территорией воздух постепенно стабилизируется и термическая активность прекращается совсем.

Поднимающийся воздух в циклоне приводит к большому количеству облаков и осадкам. Он также может вызвать нестабильность, вплоть до образования грозы.

Тема № 4. Ветер

 

Изучаемые вопросы:

Фен и бриз

Турбулентность.

 

 

Ветер - это горизонтальное перемещение воздуха. Его сила определяется с помощью анемометра. Если его нет под рукой, можно определить скорость ветра по признакам в окружающей среде, указанным в нижеследующей таблице:

Скорость ветра	Эффекты в окружающей среде
Штиль	Дым поднимается вертикально вверх, растительность неподвижна
0 – 5 км/ч (0 – 1,4 м/с)	Дым поднимается вверх, листва начинает шелестеть
5 – 8 км/ч (1,4 – 2,2 м/с)	Дым отклоняется от вертикали, вершины деревьев двигаются
8 – 15 км/ч (2,2 – 4,2 м/с)	Дым отклоняется на угол около 45°, мелкие ветки и трава начинают двигаться
15 – 29 км/ч (4,2 – 8,1 км/ч)	Дым отклоняется до 60° от вертикали, ветки двигаются, трава колышется волнами, одежда на веревках колышется
29 – 40 км/ч 8,1 – 11 м/с)	Дым стелется, крупные ветки волнуются, трава покрывается рябью, одежда волнами, начинают появляться мелкие пылевые смерчи
40 – 56 км/ч 11 – 15,6 м/с)	Крупные ветки и средние деревья изгибаются. Одежда полощется. Уносятся пыль и снег
56 км/ч и более (более 15,6 м/с)	Клонятся крупные деревья, автомобили качаются. Трудно идти

 

Благодаря эффекту Кориолиса, возникающего из-за вращения земли, в северном полушарии ветер с высотой доворачивает правее на 15 - 45°, в южном - левее на 15 - 45°. Также с увеличением высоты изменяется его сила от 25 % над водной поверхностью до 50 % над пересеченной местностью.

Лучший способ определить направление высотного ветра - наблюдение за дрейфом облаков верхнего уровня, выбрав в качестве базы какой-нибудь неподвижный объект на земле. Днем в связи с термической активностью и перемешиванием воздуха ветер усиливается, достигая пика примерно в 15 часов по местному времени, и затихает к вечеру. Его минимальная сила достигается в районе 6 - 7 часов утра. Также, в термически активные дни, ветер может менять направление в сторону восходящих потоков.

 

Существуют некоторые специфические типы ветров. Мы рассмотрим фены и бризы.

Фен возникает, когда холодные сухие массы воздуха высокого давления застаиваются в запирающем их горном районе. Воздух начинает перетекать через вершины, и, если в долинах по другую сторону гор низкое давление, возникает фен. Скорость его – 60 - 100 км/ч, отмеченный максимум - около 150 км/ч. Этот ветер может продолжаться несколько дней с постепенным затуханием, внезапными обновлениями и превращениями. Он типичен для зимы и весны, когда существуют мощные барические системы.

Бриз - ветер, возникающий только на границе водной поверхности и суши. Днем, когда суша более прогрета, воздух над ней поднимается вверх, и его замещает холодный воздух с воды. Эта циркуляция продолжается, пока продолжается прогрев земной поверхности. Ночью ситуация повторяет дневную с точностью до наоборот.

 

Образование бриза

 

Бриз может проникать на территорию земли в среднем на 10 - 20 км. Но в пустынных районах отмечались случаи проникновения бриза на 400 км вглубь материка.

Проникая внутрь материка, бриз противостоит воздуху с суши, и в том месте, где его движение вглубь прекращается, возникает миниатюрный холодный фронт, называемый фронтом морского бриза.

 

Турбулентность

 Турбулентность - это хаотическое, случайное движение воздуха. Хотя некоторыеее виды (например, роторы) и отличаются некоторой организованностью, но хаотичности все-таки является определяющим фактором.

Влияний турбулентности на летательный аппарат сказывается по-разному, в зависимости от интенсивности, размеров и ориентации вихря. В самых простых случаях турбулентность ощущается, как легкая «болтанка», которая немного затрудняет управление. В худшем случае турбулентность может привести даже к полному разрушению параплана.

Цикл турбулентности начинается, когда она формируется одним из трех способов, о которых будет сказано ниже. Крупный ротор, двигаясь с основным потоком, разбивается на все более мелкие, но увеличивающиеся в количестве вихри. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вихри не становятся так малы, что энергия движения гасится вязкостью и подобна тепловому движению (диаметром около 0,25мм на уровне моря).

Более мелкие вихри могут иметь энергию большую, чем крупные вихри, из которых они образовались. Только с прохождением времени и определенного пути вихри турбулентности уменьшают свою энергию.

Турбулентность образуется тремя способами: механическим, термическим и на срезе потоков. Рассмотрим их по порядку.

Механическая турбулентность создается при обтекании потоком воздуха различных тел.

Любое тело, находящееся в потоке воздуха, разбивает его. Если скорость воздуха невелика, то возможно просто отклонение потока, но при больших скоростях поток разбивается с образованием вихрей, которые создают за объектом след, являющийся уже настоящей турбулентностью.

Более скоростной поток создает не только более сильную турбулентность, но и увеличивает ее след за объектом. Также сила и характер турбулентности во многом определяются размерами и формой тела. Объекты с острыми краями образуют гораздо большую турбулентность, чем объекты со сглаженными формами. При обтекании потоком некоторых тел, могут образовываться стабильные формы турбулентности - роторы, расположенные постоянно в одних и тех же местах. Они могут отрываться потоком, и их уносит, но их место тут же занимают новые. В основном они стабильны и занимают свое место, пока существует поток с определенными параметрами. Если скорость потока сильно увеличится, то роторы унесет и на их месте будет сплошная турбулентность.

Турбулентность, вызванная любым твердыми телами, расположенными на земной поверхности, заканчивается на высоте 500 м над самым высоким из них. Величина объектов, стоящих на пути воздушного потока, определяет размеры начальных вихрей. Чем больше преграда, тем больше вихри. Обычно объект создает вихрь в 1/10 – 1/7 своего размера. Энергия вихрей турбулентности пропорциональна квадрату скорости ветра. То есть, при усилении ветра в два раза, сила турбулентности увеличивается в четыре раза. Мощность турбулентности увеличивается с квадратом скорости ветра.

Термическая турбулентность возникает в результате тепловой конвекции воздуха. Она обычно возникает на границах восходящих или нисходящих потоков воздуха.

Обычно она наиболее сильна на высотах от 600 до 1300 м, но может достигнуть и нескольких километров в пустынях или в грозовых условиях. Тогда она очень опасна и может перевернуть или даже разрушить небольшой самолет. К счастью, такие экстремальные условия встречаются довольно редко.

Когда нагретый воздух поднимается, его место занимает воздух сверху. Если наверху дует ветер, то движение вниз приведет к тому, что у земли будет ощущение потока, направленного к земле с горизонтальной и вертикальной составляющими. Этот эффект называют «кошачьей лапой» и увидеть его можно в ветреный день с термической активностью по местной ряби на воде, по верхушкам леса, на травяных полях.

Третья и последняя причина возникновения турбулентности - следствие среза (сдвига) ветра. Под термином срез (сдвиг) понимается соприкосновение двух слоев воздуха, которые имеют различные скорости или направления движения. В таком случае граница между этими двумя слоями становится зоной или слоем турбулентности, возникающей из-за трения между ними.

Турбулентность среза чаще всего встречается возле слоя инверсии. Этот слой может быть на высоте нескольких сотен метров, формируется он опускающимся воздухом в барических системах высокого давления, или ночью, когда приземный слой воздуха остывает быстрее. В горных районах во второй половине дня возникают мощные потоки воздуха, стекающего с гор в долину. Они приводят к образованию сильной турбулентности среза. Этот процесс чаще всего встречается на восточных склонах с глубокими каньонами внизу, в жаркие дни, когда солнце опускается ниже вершин, и восточные склоны оказываются в тени. Также турбулентность среза возникает во всех, без исключения фронтах.

Еще один тип турбулентности, которую можно отнести к механической - это спутная струя. Из аэродинамики вы знаете, что воздух перетекает с нижней поверхности на верхнюю, через кончики крыльев. Поэтому за кончиками крыльев любого летательного аппарата возникает вихревой след, довольно энергичный. Даже попав в спутную струю от другого параплана можно нахвататься острых ощущений. А о спутных струях от самолетов или, скажем, парамотора, вообще и речи нет. Для параплана, попавшего в них, ничем хорошим это не закончится. Помните о спутных струях, и вы сбережете себе много нервов и здоровья. Эти струи тем интенсивнее, чем больше нагрузка на крыло и чем менее аэродинамически совершенен летательный аппарат, и чем больше углы атаки.

 

Турбулентность от спутной струи

 

В определенных условиях в пересеченной или горной местности могут образовываться роторы. Это стационарные вихри. Они возникают в стабильных условиях при слабых или средних ветрах. В нестабильных условиях (например, термичность) имеется тенденция ких дроблению или уничтожению. В более сильный ветер роторы обычно сдуваются в направлении ветра. В полете надо избегать их любым путем, потому, что они приводят к возникновению сильных нисходящих потоков, и создают проблемы в управлении аппаратом. Полет вдоль оси ротора может привести к опрокидыванию. За ротором по направлению ветра всегда тянется зона остаточной турбулентности.

Безопасная зона за подветренной стороной препятствия находится на расстоянии (в метрах) L = (H × V)/2

где Н - высота препятствия в метрах, а V - скорость ветра в км/ч.