Основні фізичні характеристики атмосфери

1.

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПОВІТРЯНИХ СИЛ
ім. ІВАНА КОЖЕДУБА
КАФЕДРА
Льотної експлуатації і бойового
застосування літаків
Групове заняття № 5
Вітер
з навчальної дисципліни
“МЕТЕОРОЛОГІЯ”
за темою №1
Основні фізичні характеристики атмосфери

2.

1. Ціль заняття :
• Надання курсантам знань про вітер, сили, які діють в атмосфері,
градієнтний та термічний вітер, рух повітря в шарі тертя та повітряні
потоки в основних баричних системах.
2. Навчальні питання та розподіл часу
1. Загальна характеристика вітру
- 10хв.
2. Сили, які діють в атмосфері
- 10 хв.
3. Градієнтний вітер і його різновиди
- 10 хв.
4. Рух повітря в шарі тертя
- 10 хв.
5. Повітряні потоки в основних баричних системах
- 10 хв.
6. Зміна вітру з висотою. Термічний вітер
- 10 хв.
7. Реальний вітер і його вплив на зліт, посадку і польоти по повітряним трасам - 10 хв.
8. Облік вітру при проектуванні і будівництві аеродромів
- 5 хв.
3. Література
1. Коваленко В.В. "Авiацiйна метеорологiя", ХІ ВПС, 2002 р., стр. 8- 12
2. Голубничий А.Н. "Авiацiйна метеорологiя", ХВАУЛ, 1991 р., стр. 8 -12

3.

• Вітер – це горизонтальний рух повітря відносно земної
поверхні.
• Основними характеристиками вітру є напрямок δ і
швидкість u. За напрям вітру в метеорології прийнята та
частина горизонту, звідки він дує – метеорологічний вітер.
• Напрямок вітру визначається в градусах або в румбах
українськими або латинськими назвами (рис. 2.1). Градуси
відраховуються від північного напрямку географічного
меридіана за годинниковою стрілкою від 0° до 360° – істинний
вітер. В аеропортах, де магнітне схилення 5° і більше, напрямок
вітру відраховується від північного напрямку магнітного
меридіана – магнітний вітер (δм):
де: Δ – магнітне схилення.

4.

• Магнітний вітер застосовується в умовах зльоту (посадки)
повітряних суден і при польотах на висоті кола.
• Істинний вітер передається на борт повітряних суден при
польотах нижче 1000...1500 м.
• Градієнтний вітер (усталений рух повітря вище шару
тертя) обчислюється від географічного меридіана і
застосовується для забезпечення польотів на маршрутах.
• В повітряній навігації при розрахунках використовується
навігаційний вітер, напрям якого визначається тією частиною
горизонту, куди спрямований повітряний потік. Напрямок
навігаційного вітру δн відрізняється від метеорологічного
напряму δ на ±180°:

5.

Якщо δ < 180°, то береться знак плюс, а якщо δ > 180°, то –
знак мінус. Швидкість вітру вимірюється в метрах в секунду
(м/с – MPS), кілометрах за годину (км/год. – КMН) та в вузлах
(КТ). Співвідношення між одиницями швидкості (1 м/с = 3,6
км/год., 1 вузол = 0,5 м/с, 1 вузол = 2 км/год.).
Для якісної характеристики вітру, в залежності від його
швидкості, використовується наступна термінологія:
– слабкий…………….….. до .. 3 м/с;
– помірний……………....… 4...7 м/с;
– сильний……………..….. 8...14 м/с;
– дуже сильний………..... 15...19 м/с;
– шторм ............................ 20...24 м/с;
– жорсткий шторм …….. 25...30 м/с;
– ураган ..................... більше 30 м/с.

6.

Рис. 2.1 Схема напрямку вітру
Головні румби:
Північ – Пн (N – north);
Південь – Пд (S – south);
Схід –
С (E – east);
Захід – З (W – west);
Рис. 2.2 Співвідношення між
одиницями швидкості вітру

7.

Метеоплощадка

8.

Анемометр АРИ-49

9.

Анемометр АСЦ-3М

10.

Анеморумбометр М-49

11.

Анеморумбометр М-49

12.

Анеморумбограф М-63

13.

Радіозонд

14.

15.

По напрямку розрізняють постійний і змінний вітер, а за
швидкістю – рівний і поривчастий. Вітер називають змінний,
якщо його напрямок за 2 хвилини змінюється більш, ніж на 1
румб (22,5°). Вітер вважається поривчастим, якщо його
швидкість за 2 хвилини змінюється на 4 м/с і більше.
Короткочасне посилення вітру до 15 м/с і більше із значною
зміною його напрямку називається шквалом.

16.

На карти погоди вітер наноситься в такий спосіб

17.

• Безпосередньою причиною виникнення горизонтального
руху повітря (вітру) є нерівномірний розподіл тиску вздовж
земної поверхні, яке, в свою чергу, є наслідком неоднорідного
просторового розподілу температури.
• Зміна тиску по горизонталі характеризує горизонтальний
баричний градієнт Гр. Він показує зміну тиску ΔP на одиницю
довжини ΔS по найкоротшій відстані з області високого тиску
в область низького тиску:

18.

• За одиницю відстані прийнятий 1° дуги меридіана (111 км).
Величина Гр зазвичай не перевищує 1...3 гПа на 111 км, але
при ураганах вона може досягати 30 гПа на 111 км.
• Горизонтальний баричний градієнт, віднесений до одиниці
маси, являє собою силу горизонтального баричного градієнта
G, під дією якої і відбувається переміщення повітря уздовж
земної поверхні:
• де:ρ– щільність повітря.

19.

• На картах погоди, де горизонтальний розподіл тиску
характеризується за допомогою ізобар, сила G направлена по
перпендикуляру від ізобари з великим тиском до ізобари з
меншим тиском. Так як на картах погоди ізобари проводяться
через 5 гПа, тобто ΔP = 5 гПа = const, то сила G залежить
тільки від відстані між ізобарами (ΔS). Чим менше ΔS (чим
густіше ізобари), тим більше сила G, а, отже, і більше
швидкість вітру
Рис. 2.4 Сила горизонтального баричного градієнта

20.

•Сила Коріоліса
•Рис. 2.5 Напрямок дії сили Коріоліса:
•а) в Північній півкулі;
•б) в Південній півкулі.
•Значення сили Коріоліса залежить від швидкості вітру і широти
місця. Вона зменшується зі зменшенням широти місця і на
екваторі дорівнює нулю (φ = 0°, sin0° = 0).

21.

•Сила тертя
•Рис. 2.6 Дія сили тертя
•Сила тертя зменшується з висотою і вище 500...1000 м її вплив
на рух повітря практично не позначається.

22.

•Відцентрова сила
•Рис. 2.7 Дія відцентрованої сили
•При прямолінійному русі відцентрована сила дорівнює нулю.
При русі повітря в циклонах і антициклонах помірних широт
(радіус кривизни 1000 км і більше) ця сила дуже мала і при
розрахунках її не враховують.

23.

Градієнтний вітер – це усталений горизонтальний рух
повітря вище шару тертя, спрямований вздовж ізобар таким
чином, що низький тиск завжди залишається зліва від потоку.
Рис. 2.8. Виникнення градієнтного вітру
Рух повітря направлено вздовж ізобар.
Градієнтний вітер при прямолінійних паралельних ізобарах
називається геострофічним вітром, а при криволінійних
ізобарах – циклострофічним вітром.

24.

Якщо у поверхні Землі встати спиною до вітру, то низький
тиск буде знаходитися зліва і трохи попереду, а високий –
справа і кілька позаду спостерігача. Це баричний закон вітру
(правило Бейс-Балло).
В циклоні сила горизонтального баричного градієнта (G)
спрямована від периферії до центру, а в антициклоні – від
центру до периферії (Рис. 2.10.). Вище шару тертя повітряні
потоки під дією сили Коріоліса (Fк) відхиляються від вектору
сили G вправо на кут 90°, і тому в циклоні вітер спрямований
щодо його центру проти руху годинникової стрілки, а в
антициклоні – по руху годинникової стрілки (уздовж ізобар,
залишаючи низький тиск ліворуч).

25.

Рис. 2.10. Напрямок вітру в шарі тертя і вище його
в циклонах (а) і антициклонах (б)
Циклон є областю збіжності приземних вітрів, а антициклон
– областю розбіжність приземних вітрів.

26.

Рис.5.24. Рух повітря в антициклоні
Рис.5.24. Рух повітря в циклоні

27.

Радіус дії – відстань від пункту вимірювання, на якому зміна
характеристик вітру не перевищує заданої величини.
Термін придатності – проміжок часу, протягом якого зміна
характеристик вітру не перевищує заданої величини.
Відповідно до вимоги точності навігаційних розрахунків
радіус дії реального вітру становить 100…150 км, термін
придатності 3…6 годин. Мінливість характеристик вітру
залежить від його швидкості. Чим більше швидкість вітру, тим
менше мінливість його напрямку та тим більше мінливість
швидкості.

28.

Зліт і посадку літаків прагнуть виконувати проти вітру, так
як зустрічний вітер зменшує швидкість відриву і посадкову
швидкість, зменшує довжину розбігу при зльоті і довжину
пробігу при посадці літаків. Зустрічний вітер при зльоті,
створюючи додатковий обдув літака, збільшує стійкість і
керованість літака на початку руху. При попутному вітру,
навпаки, збільшується довжина розбігу і пробігу, погіршується
стійкість і керованість літака на початку руху при зльоті,
ускладняється виконання зльоту та посадки.
При зльоті з боковим вітром утворюються додаткові
аеродинамічні сили, що утрудняють управління літаком. Під
впливом цих сил виникають крени і розвертаючі моменти.
Кренящій момент утворюється внаслідок нерівномірного
обдуву крил. Наприклад, якщо вітер спрямований праворуч
щодо траєкторії літака, то на правій площині крила підйомна
сила зростає, а на лівій площині, навпаки, зменшується.

29.

На точність приземлення повітряних суден суттєво впливає
також мінливість характеристик вітру уздовж ЗПС і по висоті, в
приземному шарі (до висоти 60…100 м). Для кількісної оцінки
мінливості характеристик вітру використовується поняття зсув
вітру. Це зміна характеристик вітру на невеликій відстані.
Розрізняють вертикальний і горизонтальний зсув вітру. Зсув
вітру при відсутності маневру кермом і тягою двигуна може
призвести до "перельоту" або "недольоту" літака щодо
розрахункової точки приземлення.

30.

Шляхова швидкість літака W являє собою геометричну суму вектору,
повітряної швидкості V і вектору вітру u:
W=V+u
2.19
Рис. 2.17. Навігаційний трикутних швидкостей
З навігаційного трикутника швидкостей видно (Рис. 2.17.), що шляхова
швидкість може істотно змінюватися в залежності від того, який вітер –
попутний, бічний або зустрічний. Максимальна шляхова швидкість буває при
попутному вітру, мінімальна – при зустрічному.

31.

Повітряні течії, що виникають під впливом фізикогеографічних особливостей даного району, називаються
місцевими вітрами.
Бризи – це вітри, що виникають біля берегів морів і великих
водойм і мають чітко виражену добову зміну напрямку (рис.
2.18).
Вдень вітер дує з моря на сушу – це морський бриз, а вночі
з суші на море – це берегової бриз. Причиною бризів є
нерівномірне нагрівання та охолодження суші і водної поверхні
протягом доби, внаслідок чого і виникає замкнута термічна
циркуляція повітря.

32.

Гірсько-долинні вітри – подібно бризам мають добову
періодичність і виникають через нерівномірне нагрівання і
охолодження схилів гір і долин вдень і вночі (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Схема виникнення гірничо-долинних вітрів

33.

Льодовикові вітри дують над льодовиком вниз за течією
льодовика. Вони не мають добової періодичності, тому що
льодовик охолоджує повітря протягом усієї доби.
Бора – сильний, холодний і поривчастий вітер, що дує з
низьких гірських хребтів в сторону теплого моря. Бора
утворюється переважно в холодну пору року, коли над
холодним континентом встановлюється область підвищеного
тиску, а над теплим морем – область низького тиску.
Рис. 2.20. Схема Новоросійської бори в стадії обвалу

34.

35.

До місцевих орографічних вітрів можна віднести також
афганець – південно-західний вітер, що дує по середній течії
р. Аму-Дар'ї і часто спостерігається у м. Термезе (Середня
Азія).
Фен – це теплий, сухий і поривчастий вітер, що дує з гір в
долини. Фен утворюється при перетіканні повітря через хребти,
розташовані перпендикулярно повітряному потоку (рис. 2.21).
Рис. 2.21 Схема виникнення фену

36.

Рис. 2.22. Роза вітрів