Грозы

ГРОЗЫ
Лектор: д.т.н. Гусейнов Н.Ш.
Гроза - это сложное атмосферное явление,
характеризующееся
интенсивным
облакообразованием
и
многократными
электрическими разрядами в виде молний.
Грозы
возникают
в
кучево-дождевых
облаках, которые, в этом случае, называются
грозовыми. Площадь хорошо развитых кучеводождевых облаков обычно не превышает 50... 100
км2.
В грозовых облаках наибольшую угрозу для
авиации представляют такие опасные явления, как
сильная турбулентность, мощные вертикальные токи
воздуха, интенсивное обледенение, электрические
разряды, град и ливневые осадки. Следует отметить, что
все опасные явления могут наблюдаться одновременно.
Под облаками опасность представляют шквалистые
ветры, достигающие иногда ураганной силы, смерчи,
ливневые осадки (дождь град, снежные заряды), между
облаками сильные нисходящие и восходящие воздушные
потоки, сдвиги ветра.
Для
образования
грозового
облака
необходимы
следующие
условия:
1.Вертикально направленные восходящие потоки
воздуха
(конвекция).
2.Большое влагосодержание воздуха (абсолютная
влажность а >13 г/м3 или упругость водяного пара
е>15гПа).
3.Большая
положительная
энергия
неустойчивости в тропосфере (до 400гПа).
Вертикальный
температурный
градиент
у>0,65°С/100м.
Условно развитие грозового облака можно
разделить на три стадии (рис. 1).
Рис. Стадия развития грозового облака
ледяные
кристаллы
снег
Один или несколько
Cu начинают расти
в высоких Cu
Средняя
продолжительность
от 15 до 20 минут
I стадия - начальное развитие
дождь
I стадия - начальное развитие - от появления
кучевого облака до начала выпадения ливневых
осадков. В этой стадии кучевые облака постепенно
перерастают в мощно-кучевые, а затем в кучеводождевые "лысые", из которых и начинают
выпадать осадки. В облаках преобладают
восходящие потоки, которые усиливаются от 2...5
м/с в кучевых облаках до 10...15 м/с в мощнокучевых. Верхняя граница кучевых облаков 1,5..
.2,5 км, а мощно-кучевых -1с.6км. Они состоят из
капель воды.
II стадия — максимальное развитие - грозовое
облако из кучево-дождевого "лысого" развивается в
кучево-дождевое "волосатое". Из облака выпадают
ливневые осадки. Возникают электрические разряды в
виде молний. Во второй стадии в грозовом облаке
наблюдаются интенсивные восходящие и нисходящие
движения воздуха. Восходящие потоки достигают
максимальных скоростей 30... 40 м/с и более. Они
преобладают в передней части облака. Скорость
восходящего потока в облаке почти линейно растет с
высотой, начиная с основания, и достигает максимального
значения в предвершинной части облака, после чего к
вершине облака скорость начинает линейно убывать.
Ледяные
кристаллы
Снег
Дождь
град
Холодное
истечение
порыв
Приток теплого
воздуха
Облака теперь простирается намного выше уровня
замерзания
максимальное развитие
15 - 20 минут
Максимальное
вертикальное
развитие
молния и гром
Ш стадия - стадия разрушения - ливневые осадки,
выпадающие из грозового облака, охлаждают воздух и
подстилающую поверхность под облаком. Поэтому
ослабевают, а затем прекращаются восходящие потоки. В
данной стадии в грозовом облаке преобладают
нисходящие потоки, которые размывают это облако.
Разрушение грозового облака обычно начинается с
нижней части. Облако оседает и расширяется по
площади.
Скорость
опускания
вершины равна 1 1,5 м/с, иногда 3 м/с. Нижняя граница
грозового облака приобретает своеобразный вид - она
становится вымеобразной. Вершина облака плоская и
состоит из перистых облаков волокнистой структуры. В
среднем ярусе к грозовому облаку примыкают высококучевые облака, а в нижнем - слоисто-кучевые облака.
В третьей стадии в грозовом облаке
наблюдаются все опасные явления, которые
характерны для второй стадии, но по мере
разрушения
облака
их
интенсивность
уменьшается.
Весь период развития грозового облака занимает
от
3
до
5
часов.
Руководящие
документы
ГА
запрещают
преднамеренно входить в грозовые облака в
любой стадии их развития, так как в грозовых
облаках и в непосредственной близости от них
прямую опасность для полетов представляют:
порывистые восходящие и нисходящие потоки
воздуха с большими скоростями, приводящие к
внезапным броскам ВС;
интенсивное обледенение на всех высотах выше
нулевой изотермы;
электрические разряды в виде молний;
град, вызывающий механические повреждения ВС;
- сильные атмосферные помехи, нарушающие
радиосвязь;
ливневые осадки с ограниченной видимостью;
шквалы и смерчи;
- сдвиги ветра в приземном слое.
В результате электризации капель и
кристаллов и переноса их воздушными потоками
в облаке образуются области с мощными
объемными
зарядами.
Отрицательные
электрические
заряды
сосредоточены в основном в тыловой и средней
части облака от нижней границы до изотермы 20°С, а положительные заряды - в передней части
облака, где имеются мощные восходящие потоки
воздуха, а также выше изотермы -20°С.
Рис. Электрическая структура грозового облака
Линейная разветвленная молния - это наиболее
часто наблюдающийся гигантский искровой разряд
атмосферного электричества. Длина молнии в среднем
составляет 2.. .3 км, а иногда может достигать 20 км и
более. От основного канала имеется несколько
ответвлений, поэтому линейная молния похожа по
внешнему виду на сухую ветвь лиственного дерева.
Скорость молнии составляет около 102... 103 км/с. Сила
тока внутри канала молнии порядка десятков тысяч
ампер. Температура плазмы в молнии превышает
10000°С. Линейная молния возможна внутри грозового
облака, между облаком и землей, между двумя облаками.
Плоская молния представляет собой бесшумное
красноватое свечение какой-либо части облака,
возникающее за счет суммарного эффекта большого
количества коронных разрядов на облачных частицах.
Продолжительность такой молнии около 1 секунды.
Плоскую молнию не нужно смешивать с зарницей, когда
облака освещаются удаленной и непосредственно
невидимой
линейной
молнией.
Шаровая молния - это довольно редкое и
загадочное явление. Она представляет собой круглую
светящуюся массу размером с кулак, иногда с арбуз и
более. Природа шаровой молнии полностью не раскрыта.
Считают, что это скопление плазмы, возникающее после
обычной линейной молнии.
Линейная разветвленная и шаровая молния
При полете в грозовом облаке или вблизи него может
произойти попадание молнии в ВС. Это возможно в двух
случаях:
ВС находится на пути молнии;
напряженность электрического поля между объемным
зарядом в облаке и объемным зарядом ВС больше
пробивного потенциала воздуха.
В результате попадания молнии в ВС может произойти:
разгерметизация кабины;
пожар на ВС;
ослепление экипажа;
разрушение обшивки, отдельных деталей и
радиотехнических средств;
намагничивание стальных сердечников в приборах и др.
Под электризацией ВС принято понимать процесс
приобретения им электрического заряда при полете в
облаках и осадках. Основной физический механизм этого
явления состоит в том, что, при соприкосновении
нейтральных частиц облаков или осадков с поверхностью
незаряженного ВС и при отскакивании от нее,
отлетающие частицы уносят заряд одного знака, а ВС
получает
заряд,
равный
по
величине,
но
противоположный
по
знаку.
Поражение ВС электростатическими разрядами
происходит в облаках верхнего яруса в кучево-дождевых,
не достигших грозовой стадии, в слоисто-дождевых,
слоисто-кучевых и слоистых облаках. Особенно
подвержены поражению электростатическими разрядами
ВС имеющие большую полетную массу.
Повторяемость
случаев
поражения
ВС
электростатическими разрядами значительно выше
повторяемости поражений молниями. Как показывает
анализ случаев поражения ВС электростатическими
разрядами, большая их часть приходится на холодный
период года. Причем, максимумы отмечаются в апреле и
в октябре. Суть этого явления, в общих чертах состоит в
следующем. В облаках всегда существует электрическое
поле. Однако напряженность его достигает величин,
достаточных для возникновения электрического разряда
(молнии), только в хорошо развитых кучево-дождевых
облаках, преимущественно в теплое время года.
Фронтальные грозы образуются на холодных
фронтах (~ 70%) и на теплых фронтах (~30%).
Грозы на холодных фронтах образуются в любое
время года и суток, но обостряются летом во вторую
половину дня. Предвестниками гроз холодного фронта
являются высоко - кучевые чечевицеобразные облака,
которые движутся впереди фронта на расстоянии 80.. .200
км.
Грозы на теплых фронтах образуются в теплое
время года преимущественно ночью или в утренние часы.
Эти грозы носят скрытый характер, поэтому встреча с
ними может произойти неожиданно для экипажа.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО
ВЫПОЛНЕНИЮ ПОЛЕТОВ И
УПРАВЛЕНИЮ ВОЗДУШНЫМ
ДВИЖЕНИЕМ В ЗОНАХ ГРОЗОВОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
При принятии решения на полеты с пересечением
зон грозовой деятельности и сильных ливневых
осадков необходимо учитывать:
-характер гроз (внутримассовые, фронтальные);
-расположение и перемещение грозовых (ливневых)
очагов, возможные маршруты их обхода;
-необходимость дополнительной заправки топливом.
-Полеты по ПВП и ОПВП ниже нижнего эшелона
по маршрутам, проходящим в горной местности, при
наличии и прогнозировании фронтальных гроз
запрещаются.
-Полеты по ППП в зоне грозовой деятельности без
бортовых РТС обнаружения грозовых очагов при
отсутствии наземного радиолокационного контроля
запрещаются.
-При подходе ВС к зоне грозовой деятельности
(сильных ливневых осадков) командир ВС обязан
оценить возможность продолжения полета, принять
решение на обход опасной зоны или на полет на
запасной аэродром и согласовать свои действия с
органами ОВД.
-При визуальном обнаружении в полете мощнокучевых и кучево-дождевых облаков примыкающих к
грозовым очагам, разрешается обходить их на удалении не
менее 10 км. При невозможности обхода указанных
облаков на заданной высоте разрешается визуальный
полет под облаками или выше их.
-Визуальный полет под облаками разрешается только
днем, вне зоны ливневых осадков если:
-высота полета ВС над рельефом местности и
искусственными препятствиями не меньше истинной
безопасной высоты, но во всех случаях не менее 200 м в
равнинной и холмистой местности и не менее 600 м в
горной местности;
-Вертикальное расстояние от ВС до нижней
границы облаков не менее 200 м.
-Полет над верхней границей мощно-кучевых и
кучево-дождевых облаков разрешается выполнять
с превышением над ними не менее 500м.
-При обнаружении в полете мощно-кучевых и
кучево-дождевых облаков бортовыми РЛС
разрешается обходить эти облака на удалении не
менее 15 км от ближней границы засветки.
-Пролет между двумя грозовыми очагами
может проводиться в том месте, где расстояние
между границами засветок на экране бортового
радиолокатора
не
менее
50
км.
-В условиях сильных ливневых осадков
посадка ВС при метеорологической видимости
менее 1000 м запрещается.