Термодинамическая классификация и характеристика воздушных масс, погода и условия полетов в них

Под окружающей средой здесь понимается характер подстилающей поверхности, её тепловое состояние, а также соседние воздушные массы.

Чаще зимой над сушей, охлаждаясь, она становится устойчивой (St ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Холодная воздушная масса

 

Холодная воздушная масса характеризуется более низкой температурой, чем земная поверхность, иными словами та, которая холоднее окружающих воздушных масс, и которая продолжает охлаждаться в данном районе, т.е. является холодной в указанном выше смысле.

Чтобы определить, охлаждается или прогревается воздушная масса в данном районе, следует в течение несколько дней сравнивать температуру воздуха, измеренную в один и тот же срок, или же средние суточные температуры воздуха.

Чаще летом над сушей. Воздух с моря обычно оказывается холодным, прогреваясь, становится неустойчивым (Сb )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5 Местная (нейтральная) воздушная масса

 

Местной (нейтральной) воздушной массой называют массу, находящуюся в тепловом равновесии со своей средой, т.е. день за днем сохраняющую свои свойства без существенных изменений.

Таким образом, трансформирующаяся воздушная масса может быть и тёплой, и холодной, а по завершении трансформации она становится местной.

Холодной воздушной массе соответствует ложбина или замкнутая область холода (очаг холода), тёплой – гребень или очаг тепла.

Воздушная масса может характеризоваться как неустойчивым, так и устойчивым равновесием. Данное разделение воздушных масс учитывает один из важнейших результатов теплового обмена – вертикальное распределение температуры воздуха и соответствующий ему вид вертикального равновесия.

С устойчивыми (УВМ) и неустойчивыми (НВМ) воздушными массами связаны определённые условия погоды.

Нейтральные (местные) воздушные массы в любой сезон могут быть как устойчивыми, так и неустойчивыми в зависимости от начальных свойств и направления трансформации той воздушной массы, из которой образовалась данная воздушная масса.

Над материками нейтральные воздушные массы летом, как правило, неустойчивы, зимой – устойчивы. Над океанами и морями такие массы летом чаще устойчивы, зимой неустойчивы.

 

 

 

 

 

 

3. Оценка устойчивости воздушных масс

 

Неравномерная адвекция температуры на различных высотах приводит к возрастанию устойчивости, если с высотой адвекция тепла усиливается или адвекция холода уменьшается. При уменьшении адвекции тепла с высотой или возрастании адвекции холода происходит повышение неустойчивости воздушной массы. Наибольший эффект имеет место, когда знак адвекции в нижнем слое противоположен знаку адвекции в верхнем слое. Радиационное охлаждение верхнего слоя воздушной массы способствует возрастанию неустойчивости, а нагревание – возрастанию устойчивости.

Величина γва сильно зависит от температуры воздуха и меньше от давления (см. табл. 1). Отсюда следует, что более тёплая воздушная масса относительно и более неустойчива, чем холодная – температура в ней с высотой падает медленнее, чем в холодной, поэтому более тёплая воздушная масса имеет возможность подняться на большую высоту, пока её температура не сравняется с температурой окружающей среды и прекратится подъём.

Таблица 1

Зависимость γва от температуры и давления воздуха

Давление, гПа	Т, °С	γва, °С/100м
1000	20	0.44
	0	0.66
	-20	0.88
	<-45	γса=0.98
500	20	0.34
	0	0.52
	-20	0.78

 

 

Кроме того, при одних и тех же условиях более влажная масса относительно неустойчивее менее влажной воздушной массы. Другими словами, чем ниже уровень конденсации в воздушной массе, тем она относительно более неустойчива при прочих равных условиях.

Это можно проиллюстрировать следующими соображениями. Температура поднимающейся частицы воздуха до уровня конденсации изменяется по сухоадиабатическому закону, т.е. температура воздуха понижается на 0.98°С/100м, выше уровня конденсации – по влажноадиабатическому закону, т.е. в среднем с γва = 0.66 °С/м (см. табл. 1).

Очевидно, при одной и той же начальной разности между воздушной частицей и средой и при одном и том же значении γ в окружающем воздухе частица поднимется на большую высоту (где её температура сравняется с температурой окружающей среды и прекратится подъём), если происходит подъём влажного воздуха и в процессе подъёма будет достигнуто насыщение водяного пара, и на меньшую высоту, если поднимается сухой или менее влажный воздух.

Особенно велико влияние на устойчивость воздушной массы свойств подстилающей поверхности.

Если воздушная масса теплее подстилающей поверхности, то в приземном слое она охлаждается. У Земли температуры воздуха могут стать ниже, чем на более высоких уровнях. В этом случае в атмосфере могут образоваться задерживающие слои. Воздушная масса становится устойчивой, по крайней мере, в нижнем слое атмосферы.

Если воздушная масса холоднее подстилающей поверхности, то в приземном слое она прогревается, увеличиваются контрасты температуры между нижними слоями атмосферы и вышележащими, величина γ быстро возрастает и создаются благоприятные условия для развития конвекции. Воздушная масса становится неустойчивой.

 

 

Свойства УВМ и НВМ подвержены суточному ходу.

Например, летом над сушей неустойчивая воздушная масса ночью приобретает многие свойства устойчивой. Исчезают конвективные облака, возникают приземные инверсии и даже радиационные туманы.

Устойчивая воздушная масса над сушей бывает наиболее выражена ночью. Таким образом, определяя, является ли данная воздушная масса над сушей устойчивой или неустойчивой, основное внимание надо обращать на явления погоды, развивающиеся днем.

Над морем наблюдается обратный суточный ход свойств УВМ и НВМ.

Следовательно, над морем более показательны явления погоды, наблюдающиеся ночью, особенно это относится к неустойчивым воздушным массам.

Но всё же более часто встречаются воздушные массы со слабо выраженной неустойчивостью или устойчивостью, и нелегко бывает решить, к какому типу их отнести.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Авиационные происшествия

 

1. Катастрофа Ту-154М а/к «Пулково» в районе Донецка близ пос. Сухая Балка, 22 августа 2006 г. Время:  14:38

Экипаж выполнял рейс №612 Анапа - Санкт-Петербург. 22 августа погодные условия Украины и юго-запада Ростовской области определялись ложбиной циклона, расположенного над Балтийским морем. С этим циклоном была связана система атмосферных фронтов. Один из них – холодный фронт с волнами, был ориентирован с юго-запада на северо-восток и располагался по линии Симферополь-Донецк-Воронеж, смещаясь на северо-восток со скоростью 20 км/ч.

Над районами Донецка к 14:00 сформировался циклонический вихрь диаметром около 200 км. Высота кучево-дождевой облачности в нем достигала 12 км, а высота отдельных вершин – 13-15 км.

Экипаж прошел предполетную метеоподготовку. По маршруту полета прогнозировалось: пересечение холодного фронта с волнами смещающимися на северо-северо-восток со скоростью 30 км/ч, в зоне фронта сплошная облачность среднего яруса, высотой верхней границы 5 000 м, замаскированная кучево-дождевая облачность, частая, высотой верхней границы 12 км, высота тропопаузы 11 100 м, умеренное обледенение, умеренная турбулентность, локальные грозы, шквал.

Экипаж произвел взлет в а/п Анапа в 14:03 мск в простых метеоусловиях. На борту находилось 115 взрослых пассажиров, 39 детей от 2 до 12 лет и 6 детей до 2 лет.

Взлетная масса составляла 87 200 кг, центровка – 29-30% САХ (не выходили за установленные ограничения).

Активное пилотирование в течение всего полета осуществлял КВС. На правом кресле находился пилот-стажер. Штатный второй пилот находился в кабине, но участия в пилотировании не принимал. 

В 14:07:24 на высоте 1 450 м и скорости 435 км/ч был включен автоматический режим АБСУ по крену и тангажу. В 14:12, в процессе набора высоты, диспетчер «Ростов-контроль» передал для другого борта информацию о фронтальных грозах с градом в зоне УВД с высотой облачности до 12 -13 км, смещающихся на северо-восток. Эту важную информацию для принятия решения об обходе грозовой облачности экипаж должен был слышать и учитывать.

В 14:24:20 экипаж приступил к дальнейшему набору высоты со средней вертикальной скоростью 6 м/с и приборной скоростью около 500 км/ч при работе АБСУ в режиме стабилизации скорости с кратковременными переходами на управление от рукоятки «спуск-подъем». В 14:26:55 по команде штурмана экипаж увеличил вертикальную скорость набора высоты. Полет с курсом 355° проходил в направлении грозовой облачности.

В 14:27:06 штурман, вероятно, убедившись, что высота облачности не позволяет обойти грозовой фронт сверху на эшелоне 360, запросил разрешения диспетчера на набор эшелона 380 (11 600 м), уточнив причину «по грозе…». Диспетчер дал разрешение.

Продолжение полета прежним курсом создавало неизбежность входа в зону грозовой деятельности на высоте, близкой к максимально допустимой для самолета с данными полетной массой и центровкой (12 100 м при полетной массе 85 т согласно РЛЭ). Начиная с 14:27:56, экипаж в течение 15 секунд оценивал возможность обхода грозовой облачности. Удаление до зоны грозовой деятельности в данный момент составляло около 50 км, что оставляло возможность для маневра ее обхода или возврата на аэродром вылета.

Согласно РЛЭ и наставлениям по воздушной навигации запас высоты при обходе грозовой облачности сверху должен быть не менее 500 м, что на эшелоне 380 не обеспечивалось. Видимо, оценив это, экипаж в 14:31:03 запросил разрешение на обход грозы слева. Диспетчер дал разрешение, однако к этому моменту очаг грозы уже находился в непосредственной близости по курсу самолета. В 14:31:13 самолет был введен в левый разворот. Курс изменился до 344°, чего было явно недостаточно для обхода грозовой облачности.

В дальнейшем скорость полета продолжила уменьшаться с одновременным ростом угла атаки, что объясняется недостаточным режимом работы двигателей, который не был увеличен, и работой автопилота в режиме стабилизации высоты.

Около 14:32 самолет вошел в грозовой фронт, сопровождавшийся умеренной турбулентностью. Возникли колебания по вертикальной перегрузке (от 0,75 до 1,3 ед.) и по углам атаки и крена. В 14:32:58 и в 14:33:14 дважды кратковременно срабатывал АУАСП. В эти моменты, по расшифровке МСРП, зафиксированы пиковые значения вертикальной перегрузки около 1,5 ед, приборная скорость полета уменьшалась и составляла 465 км/ч и 450 км/ч соответственно, угол атаки 8,5-8,6°. Экипаж, в нарушение РЛЭ, не отключил АБСУ и продолжал полет на приборной скорости ниже рекомендованной, увеличив обороты двигателей до 88-90% для ее поддержания (скорость стабилизировалась на 450 км/ч).

В 14:33:25 по указанию КВС, рассчитывавшего на большей высоте войти в условия более спокойной атмосферы, штурман запросил разрешения диспетчера временно занять эшелон 390 (11 900 м), ссылаясь на сильную болтанку. Диспетчер разрешил. В 14:33:41 экипаж приступил к набору высоты, управляя самолетом с помощью рукоятки «спуск-подъем» АБСУ. Принимая данное решение, КВС должен был учитывать, что в результате набора высоты 11 900 м сужается диапазон приборных скоростей для пилотирования, повышается вероятность возникновения колебаний вследствие уменьшения собственного демпфирования самолета, особенно в условиях турбулентности, уменьшается запас по углу атаки и располагаемая тяга двигателей. Судя по записям внутрикабинных переговоров, он осознавал сложность этой ситуации, но все равно дал команду на дополнительный набор высоты.

Набор высоты происходил со средней вертикальной скоростью 8-10 м/с. В процессе набора эшелона 390 самолет попал в зону действия града. Приборная скорость полета уменьшилась, чему также способствовало включение ПОС ВНА двигателей без увеличения режима их работы. Увеличение режима работы двигателей во время набора высоты при падении приборной скорости разрешено РЛЭ (вплоть до взлетного).

В 14:36:00 произошло сваливание самолета с переходом в штопорное вращение. Самолет совершал движение со снижением по спирали с постоянным изменением значений углов тангажа и крена, с большими угловыми и вертикальными скоростями, что характерно для плоского штопора. В процессе падения не зафиксировано ни одной попытки экипажа отдать штурвал «от себя». Более того, вплоть до столкновения с землей штурвал был постоянно отклонен «на себя». Анализ переговоров экипажа свидетельствует о полном отсутствии понимания того, что происходит, и беспомощности пилотов, в первую очередь, КВС.

В 14:38:30 самолет столкнулся с землей на дне степной балки на удалении 28,5 км от КТА а/д Донецк с азимутом 04° (48°19'58'' СШ, 37°44'48''ВД), полностью разрушился и сгорел.

 

2. 22 октября 2005 года в Нигерии потерпел катастрофу «Боинг-737» авиакомпании «Бельвью эйрлайнз», который вскоре после взлета в 20.45 по местному времени, из аэропорта Лагоса исчез с радаров.

«Боинг-737» следовал рейсом из Лагоса с столицу Нигерии город Абуджа. Связь с лайнером была потеряна примерно через три минуты после его взлета, но пилоты успели подать сигнал бедствия. После 12 часов поисков обломки «Боинга» были обнаружены в провинции Ойо неподалеку от Лагоса. Погибли все 117 человек, находившихся на борту. Предположительная версия катастрофы — удар молнии.

 

 

 

3. Экипаж 101 авиаотряда 14 ноября прибыл в а/п Ереван, где на борт были загружены два редуктора двигателей АИ-20.