Мечта летать (Теоретический курс)
Шрифт:
Такое положение вещей называется влажно адиабатическим градиентом (ВАГ). Это градиент между 1.1 °C и 2.8 °C на 300 м высоты, зависит от температуры поднимающегося воздуха и в среднем составляет около 0.5 °C/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 закрыто 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.
Облака
Облака состоят из бесчисленного множества микроскопических частичек воды различных размеров: от 0.0001 см в насыщенном воздухе 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.
Точка росы может использоваться для определения нижней границы (базы) облаков (cloudbase). Допустим, что поднимаясь, воздух охлаждается по САГ, т. е. 1 °C /100 м. Однако температура точки росы понижается только на 0.2 °C /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 по формуле
h = ((Ts-Tr) / 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.
В какой-то момент времени поднимающийся воздух достигает точки росы, имея 100% относительную влажность. Тогда вроде бы созрели все условия для образования облаков. Но, что интересно, ему нужно что-то для реализации этих условий. Без "помощника" воздух может стать супернасыщенным, с относительной влажностью более 100%. Этим помощником являются мельчайшие частички, находящиеся в воздухе.
Они называются центрами (ядрами) конденсации, потому, что они подталкивают Пары к конденсации вокруг себя или центрами сублимации, если пар кристаллизуется в лед. Это можно наблюдать на холодном стекле зимой.
Центрами конденсации, вокруг которых образуются капельки, могут быть продукты сгорания, капельки серной кислоты и частички соли. Первые два вида продукты загрязнения, последние - результат работы морских и океанских волн, бьющихся о берег. В роли центров сублимации, на которых образуется лед, выступают также пыль и вулканическая пыль. Центры сублимации сравнительно крупные, поэтому их редко заносит на высоты, где температура обеспечивает образование льда.
След, оставляемый самолетом, летящим на большой высоте - тоже состоит из частичек льда. Но кристаллизация там происходит не только вокруг продуктов сгорания, а еще и за счет сотрясения воздуха, вызываемого самим самолетом. Таким же образом можно охладить расплавленное железо до температуры на 300 °C ниже температуры плавления, и при этом оно будет оставаться жидким. Но достаточно небольшого толчка, и расплав мгновенно застывает.
Размеры капелек около 0.001 см в насыщенном воздухе - это уже видимая масса. Когда идет процесс конденсации, они увеличиваются до 0.0025 см. Даже имея такие сравнительно крупные размеры, капельки так легки, что могут оставаться в облаках, не падая вниз.
Существует несколько факторов, определяющих жизнь облаков. Для начала, облака формируются изолированными восходящими потоками (термиками), имеющими тенденцию к перемешиванию с окружающим воздухом. Первоначально воздух в термике перемешивается 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 отпущенных им 30 минут. Грозы - долгоживущие облака. Образованные термическими восходящими потоками, они могут жить много часов.
Облака по высотам
от 6 до 13 км
Высокие облака
Cirrus (перистые) Ci Cirocumulus (перисто-кучевые) Cc Cirrostratus (перисто-слоистые) Cs
от 2 до 6 км
Облака средних высот
Altocumulus (высоко-кучевые) Ac Altostratus (высоко-слоистые) As Nimbostratus (слоисто-дождевые) Ns Nimbocumulus (кучево-дождевые) Cb
до 2 км
Низкие облака
Cumulus (кучевые) Си Stratocumulus (слоисто-кучевые) Sc Stratus (слоистые) St
Типы облаков и их характеристики
Название облаков
Обозначение
Образование
Высота
Вид
Дождь
CIRRUS
Ci
Теплый воздух поднимается над холодным (теплый фронт)