РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

1
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОЕННАЯ КАФЕДРА
Экз. №______
Только для преподавателей.
УТВЕРЖДАЮ
Начальник военной кафедры РГГМУ
полковник
В.И. Акселевич
«_____»__________________2006 г.
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
для проведения практического занятия по учебной
дисциплине «АВИАЦИОННАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ»
ТЕМА 7. «ВЛИЯНИЕ ОБЛАЧНОСТИ И ВИДИМОСТИ НА
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АВИАЦИИ»
ЗАНЯТИЕ 3. «Метеорологические условия в зонах атмосферных
фронтов».
РАЗРАБОТАЛ:
подполковник Заболотников Г.В.
Обсуждено на заседании кафедры.
Протокол №__ от « »
. 2006 г.
г. Санкт - Петербург
- 2006 -
2
ЗАНЯТИЕ 3. «Метеорологические условия в зонах
атмосферных фронтов».
УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:
1. Изучить облачные системы атмосферных фронтов и условия полетов
в них.
2. Способствовать выработке грамотных рекомендаций летному
составу при выполнении полетов в условиях ограниченной видимости и
облаках различных форм.
Время: 2 часа (90 минут).
МЕТОД: Групповое занятие.
МЕСТО: Класс прикладной метеорологии.
УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.
1.1. Руководство по практическим работам метеоподразделений
авиации ВС.» М., Воениздат, 1992, с. 64-66, 285-291.
1.2. Авиационная метеорология. А .М.Баранов», С.Г.Богаткин и др.
СПб, Гидрометеоиздат, 1992, с. 167-173, 181-183.
1.3.
Воробьев
В.И.
Синоптическая
метеорология.
СПб,
Гидрометеоиздат, 1991, с. 550-556.
1.4. Кравченко И.В Летчику об авиационной метеорологии. М.,
Воениздат, 1982.
1.5. ОПП-85. М., Воениздат, 1985, с. 6, 38-40.
1.6. НАМС-86, М., Воениздат, 1987.
1.7. Мазуров Г.И., Нестерук В.Н. Метеорологические условия и полеты
вертолетов. СПб, Гидрометеоиздат, 1992, с. 61-64, 73-76.
2. Схемы:
2.1. Условия полетов в зоне теплого фронта.
2.2. Условия полетов в зоне.холодного фронта.
3
2.3 . Условия полетов в зоне фронтов окклюзии.
2.4. Облачная система ХФ 1-го рода;
2.5. Облачная система ХФ 2-го рода;
2.6. Облачная система фронта окклюзии;
2.7. Облачная система ТФ;
2.8. Обозначение фронтов на картах погоды.
3. ФОЛИ:
3.1. Метеоусловия в различных воздушных пассах.
4. Проектор.
1. УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ И РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ.
№ п/п
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
2.1.
2.2
Организационная часть занятия
Учебные вопросы:
Краткая характеристика воздушных масс
Облачная система теплого фронта и условия
полета в зоне теплого фронта
Облачная система холодных фронтов и условия
полета в их зонах.
Облачная система фронтов окклюзии и условия
полета в их зонах.
Заключительная часть.
2.3
2.4.
3.
Время,
мин
10
15
25
20
20
5
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЗАНЯТИЮ.
2.1. При изучении первого учебного вопроса преподаватель высвечивает спомощью проектора фоли, дает определение понятию "воздушная масса" и
краткую характеристику различных воздушных масс.
2.2. В ходе второго учебного вопроса преподаватель подробно рассматривает
облачную систему теплого фронта в условия полетов через данную зону. Пря
этом
целесообразно
"Авиационная
использовать
метеорология",
схему
предложить
скопировать рисунки из учебного пособия.
3.1,
и
учебное
обучаемым
пособие
схематично
4
2.3. При изложении материала третьего учебного вопроса преподаватель
может продемонстрировать слайд 7.1, либо схему 6.2. Для объяснения
различий между ХФ 1-го и 2-го рода удобно использовать стенд
"Атмосферные фронты". Целесообразно также сделать зарисовки облачных
систем из учебного пособия «Авиационная метеорология»,
2.4. В период рассмотрения четвертого учебного вопроса, рекомендуется
использовать слайд 7.2 или плакат 6.3. Необходимо выделить время для
изучения учебного пособия "Авиационная метеорология" и выполнения
схематических рисунков облачных систем атмосферных фронтов.
2.9. В заключительной части занятия преподаватель подводит итог занятия,
отвечает на вопроси и дает задание на самоподготовку».
III. УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
ВВЕДЕНИЕ
Облачность
и
видимость
-
определяющие
факторы,
которые
определяют сложность метеорологических условий для полетов. Наиболее
сложные, резко меняющиеся погодные условия, значительно затрудняющие,
а иногда и исключающие полеты, встречаются при соприкосновении
больших
масс
воздуха
с
различными
физическими
свойствами
и
характеристиками.
Рассмотрению условий погоды в переходных зонах и их влияния на
полеты посвящено данное занятие.
3.1. Краткая характеристика воздушных масс.
Атмосферные фронты образуются в результате взаимодействия
различных по свойствам воздушных масс (ВМ).
5
Воздушные массы - это большие, соизмеримые с материками, объемы
воздуха, обладающие общими свойствами и-перемещающиеся в одном из
течений общей циркуляции атмосферы. Они подразделяются на теплые и
холодные, устойчивые и неустойчивые. Их характеристики приведены на
рисунке 3.1
Рис. 3.1. Метеоусловия в различных воздушных массах.
Переходные зоны между различными ВМ достигают в ширину
десятков километров и навиваются атмосферными фронтами, которые
разделяют две воздушные массы, одна из которых более теплая и менее
плотная. Более-легкая ВМ стремиться вверх, скользя над более тяжелой.
Образующаяся фронтальная поверхность имеет наклон в сторону холода.
Тангенс угла наклона составляет от 1/50 до 1/300. Линия пересечения
фронтальной поверхности с уровнем земли называется «ЛИНИЕЙ ФРОНТА»
В зависимости от направления движения Ж фронты подразделяются на
теплые, холодные и фронты окклюзии.
3.2. Облачная система теплого фронта и условия полетов в зоне
теплого фронта.
В зоне теплого фронта (ТФ) преобладают восходящие упорядоченные
движения воздуха. Поэтому ТФ является анафрон-том. Основной облачный
массив формируется над поверхностью фронтального раздела в зоне теплого
воздуха. В зависимости от влагосодержания, характера и интенсивности
6
вертикальных движений на тех или иных высотах облачность может быть
сплошной или расслоенной.
• В холодное время года облачность ТФ имеет слоистообраз-ный характер.
При приближении участка ТФ наблюдатель вначале видит перистые (С() и
перисто-слоистые (Сз) облака, рас- , положенные на высотах 7—9 км,
которые постепенно заполняют собой весь небосвод. Тонкая сплошная
перисто-слоистая
облачность,
уплотняясь
и
понижаясь,
постепенно
переходит в высокослоистую тонкую (Аз 1г), а затем в высокослоистую плотную (Аз ор), из которой могут выпадать осадки. На расстоянии 300—400 км
от линии фронта облачный слой становится более мощным, и его нижняя
граница еще более понижается. Такая облачность называется слоистодождевой (N5). Выпадающие осадки обычно достигают земной поверхности.
Ширина их зоны перед хорошо выраженным ТФ зимой составляет 300—400
км, а летом — 200—300 км. Ветер у земли при приближении ТФ
усиливается, а при его прохождении поворачивает вправо и несколько
ослабевает.
Чем ближе расположен участок ТФ к центру циклона и чем активнее сам
циклон, тем интенсивнее восходящие движения воздуха и мощнее облачный
слой. Зона обложных осадков в центральной части циклона распространяется
на значительные территории. Нередкими являются и такие случаи, когда при
прохождении глубокого и обширного циклона по пути его перемещения за
сутки выпадает такое количество осадков, которое превышает их среднюю
месячную норму.
В теплое время года, при интенсивном прогреве воздуха от подстилающей
поверхности, а также за счет притока тепла парообразования, возникающего
в процессе конденсации и сублимации водяного пара, на ТФ могут
развиваться
кучево-дожде-вые
облака,
сопровождаемые
грозовой
деятельностью. Грозы ТФ опасны тем, что они замаскированы облаками Аз—
N3 и не видны наблюдателю. На индикаторе кругового обзора (ИКО)
наземного радиолокатора (РЛС) обнаруживается сплошная расплывчатая
7
засветка от мощных облаков и выпадающих осадков. Летчику также трудно
определить в полете грозу на теплом фронте, замаскированную системой
слоисто-дождевых облаков.
На рис. 3.8 изображена схема облачности ТФ в холодное время года, а на
рис. 3.9—в теплое время года.
Рис. 2.1. Схема облачности на участке теплого фронта и холодное время года
При приближении фронта к пункту наблюдения все больше появляется
низких облаков, располагающихся под фронтальной
н,км
Рис. 2.2.. Схема облачности на участке теплого фронта в теплое время года
поверхностью.
увлажнения
Подфронтальная
воздуха
облачность
выпадающими
образуется
испаряющимися
вследствие
осадками.
Так
возникают разорванные дождевые (рг пЬ) слоистые-разорванные (Рг 81) и
слоистые
{31)
облака.
Данные
радиозондов
позволяют
выявить
8
влагосодержание, наличие облачных и сухих прослоек в зоне фронта,
возможность обледенения, нижнюю и верхнюю границы облаков и т. д.
При малом влагосодержании и при наличии нисходящих движений
воздуха облачность на ТФ может быть весьма незна-чительной. Такая
картина наблюдается в районах Средней Азии летом—при расположении ТФ
в области антициклона или гребня и на тех участках ТФ, которые находятся
на значительном удалении от центра циклона. Поэтому условия погоды и
условия полетов в зоне ТФ будут зависеть от многих конкрет-^ных причин.
Например, в зоне ТФ вблизи центральной части 'циклона будет наблюдаться
мощная система облаков Аз—N5, а иногда и СЬ, полет в которых
сопровождается
обледенением,
болтанкой,
плохой
видимостью
из-за
сильных осадков и большой водности облаков.
На значительном удалении от центра циклона, особенно заполняющегося,
полет будет спокойным. Прохождение такого участка ТФ через пункт
наблюдения сопровождается увеличением облачности, незначительным
изменением направления вет-' ра и небольшим повышением температуры.
В
общем
случае
приближение
ТФ
характеризуется
увеличением
облачности до сплошной, понижением ее нижней границы, появлением
обложных осадков, увеличением скорости ветра и его поворотом влево,
падением давления и повышением температуры воздуха.
Прохождение ТФ через пункт наблюдения обычно определяют по
прекращению осадков, уменьшению облачности, заметному потеплению,
прекращению значительного падения давления и повороту ветра вправо.
3.3. Облачная система холодных фронтов и условия полета в их зонах.
Холодный фронт принято разделять на два вида: холодный фронт 1-го
рода и холодный фронт 2-го рода.
Холодный фронт 1-го рода—это медленно движущийся ХФ, который
характеризуется
преобладающими
восходящими
движениями
теплого
9
воздуха над вторгающимся клином холодного воздуха. Облачная система ХФ
1-го рода аналогична облачности ТФ. Вначале появляется мощный слой
облаков типа Мк—Аз, из которых выпадают осадки. Зона обложных осадков
располагается вдоль фронта. Ее ширина составляет 150— 200 км. В теплое
время года, а в приморских районах и в холодное время года на ХФ 1-го рода
наблюдаются грозы.
После прохождения фронта облака слоисто-дождевые (Мз) сменяются
высококучевыми (Аз), а затем и перисто-слоистыми (Сз) облаками (рис.
3.10). При наличии неустойчивой стратификации теплого воздуха в нем
развиваются облака вертикаль. ного развития, и тогда наряду с отмеченными
системами
облаков
могут
присутствовать
высококуче-вые (Лс) и перисто-кучевые (Сс).
облака
кучево-дождевые,
~
В зоне выпадения осадков, как и на ТФ, обычно образуются
подфронтальные низкие облака РгпЬ, Рг 81, 8с. Полет в зоне ХФ 1-го рода
характеризуется наличием обледенения, бол-
Рис. 3.1. Схема облачности на участке холодного фронта 1-го рода в летнее
(а) и зимнее (б) время года
10
танки, ограниченной видимости, а летом—и грозовой деятельностью.
После прохождения фронта количество облаков и их вертикальная
мощность уменьшаются, прекращаются осадки и улуч-' шается видимость.
Температура воздуха заметно понижается.'-Ветер поворачивается вправо, но
за фронтом не ослабевает. В связи с тем что на смену теплой ВМ приходит
холодная, ко'" торая, как правило, является неустойчивой, ветер носит порывистый характер.
За фронтом летом в дневные часы наблюдается развитие внутримассовых
кучевых, мощно-кучевых (Си соп@) или кучево-дождевых облаков с
кратковременными ливнями и грозами. Зимой облаков меньше, и за ХФ 1-го
рода появляются зоны с малооблачной погодой. Иногда при вторжении
холодного влажного воздуха за фронтом наблюдаются обширные массивы
слоисто-кучевой и высококучевой облачности.
Так как ХФ 1-го рода располагается на оси глубокой ложбины, то при
определенных условиях он может стать стационарным фронтом. Сложные
метеорологические условия могут сохраняться длительное время в районе
стационирования
атмосферного
фронта,
а
волновые
процессы,
наблюдающиеся в зоне фронта, могут приводить к тому, что погода на
аэродроме, оказавшемся во фронтальной зоне, будет то улучшаться, то ухудшаться. При разработке прогноза погоды в подобных условиях необходимо
провести тщательный анализ ветра у земли и на высотах, организовать
радиолокационную и воздушную разведку погоДы и выявить тенденцию
развития синоптических процессов в том направлении, откуда идет перенос
барических систем и фронтов.
Холодный фронт 2-го рода характеризуется быстрым смещением. Если
теплый воздух стратифицирован неустойчиво и его влажность значительна,
то при быстром вторжении холодного воздуха теплый воздух, не успевая
отступать, вытесняется вверх, и вдоль линии холодного фронта образуется
зона мощной слоисто-дождевой или кучево-дождевой облачности, из ко-
11
торой выпадают интенсивные осадки. Зона осадков простирается вдоль
линии фронта узкой полосой. Ее ширина колеблется от 25 до 100 км.
В летнее время года в дневные часы в зоне ХФ 2-го рода наряду с ливнями
и грозами могут наблюдаться: выпадение града, шквалисгые ветры со
скоростями более 20—25 м/с, пыльные или песчаные бури, резко
ухудшающие видимость в приземном слое. Кучево-дождевые облака при
своем развитии достигают высот 8—10 км, а иногда 12 км и более. Сильная
болтанка, интенсивное обледенение и наличие грозовых разрядов создают
исключительно опасные условия для полета самолетов в зоне этого фронта.
Зимой в зоне ХФ 2-го рода также наблюдается мощная облачность типа
N8, СЬ, из которой выпадает обложной или ливневый снег. Сильный ветер и
осадки приводят к возникновению общей метели, резкому ухудшению
видимости и образованию
снежных заносов.
На рис. 3.11 показаны условия погоды в зоне ХФ 2-го рода. При
приближении ХФ 2-го рода к пункту наблюдатель вначале видит наковальню
из плотных перистых облаков, поднимающихся из-за горизонта". Иногда
появляются и облака — предвестники ХФ 2-го рода, форма которых
напоминает линзу, чечевицу или сигару. Эти облака так и называют:
высококучевые чечевицеобразные (АИосити1и8 1епНси1аг15—Ас 1еп1). За
ними следует мощная облачность N5 или СЬ. Впереди грозовых
облаков летом иногда виден вращающийся облачный вал— шкваловый ворот
(СЬ агсиз), представляющий собой вихрь с горизонтальной осью. Если на
фоне мрачного облака видны снежно-белые полосы или участки, то это
указывает на нали-, чие града в данном облаке.
12
Рис. 3.2. Схема облачности в зоне холодного фронта 2-го рода а зимнее (а) и
летнее (б) время года
Шквалистый ветер может причинить значительные разрушения и
повреждения
техническим и материальным
средствам, самолетам
и
вертолетам, которые не закреплены. В ночные часы, когда конвекция
ослаблена, ХФ 2-го рода менее выражен. Наблюдаются случаи, когда в зоне
такого фронта ночью отмечается только небольшая облачность.
Вследствие быстрого движения фронта профиль фронтальной поверхности
ХФ 2-го рода имеет более крутой наклон в сравнении с ХФ 1-го рода.
Прохождение ХФ 2-го рода сопровождается изменением направления ветра,
ростом атмосферного давления, резким понижением температуры воздуха и
быстрым прекращением осадков. Подфронтальные низкие обла-1- могут
наблюдаться и за линией фронта. Но это характерно
В основном для холодного времени года. С прекращением осадков высота
облаков обычно быстро увеличивается, появляются просветы в облаках,
после чего может наступить полное прояснение. Это особенно хорошо видно
на снимках облачного покрова, полученных с помощью ИСЗ.
При приближении фронта давление падает. Прохождение фронта
сопровождается вторжением холодного воздуха, имеющего большую
13
плотность в сравнении с теплым воздухом, нисходящими движениями
воздуха, что в целом приводит к росту давления. Поэтому на барограмме
образуется характерная картина изменения давления, получившая название
«грозовой нос». Часто «грозовой нос» вырисовывается на барограмме и при
прохождении внутримассового мощного грозового облака.
Следует иметь в виду, что внутри холодной воздушной мае- :, сы,
особенно в старых заполняющихся циклонах, могут возни- ? кать вторичные
холодные фронты. Фронтальные явления погоды у них выражены менее
интенсивно по сравнению с характером облачности И осадков холодных
фронтов 1-го и 2-го родов.
При трансформации воздушных масс фронты постепенно размываются.
Условия полета в области холодных фронтов зависят от типа
фронта, времени года и суток, характера ВМ, условий рельефа
местности и пр.
В области холодного фронта 1-го рода условия полета аналогичны
условиям полета в области теплого фронта. Правда, болтанка и обледенение
на холодных фронтах, особенно в нижних слоях, более интенсивны, а в
теплое время грозовая деятельность на этих фронтах наблюдается
значительно чаще, чем на теплом фронте.
Прохождение
холодного
фронта
2-го
рода
часто сопровождается
сильными шквалами, грозами, иногда выпадением интенсивного града,
кратковременным резким ухудшением видимости (за счет осадков, пыли или
метели). Вершины грозовых облаков часто имеют вид наковальни и
распространяются до высоты 8—10 км и более.
Зимой на холодных фронтах кучево-дождевая облачность над континентами
наблюдается редко. Чаще всего на холодных фронтах в холодное время года
образуются низкие, плотные слоисто-кучевые облака и облака среднего
яруса, прохождение которых сопровождается умеренным снегопадом.
14
4.1. Облачные системы фронтов окклюзии и условия полетов в них.
Скорость перемещения холодных участков фронтов более значительна,
чем скорость перемещения теплых участков фронтов. Это приводит к тому,
что холодный фронт настигает теплый, в результате чего происходит их
слияние. Образуется сложный фронт — фронт окклюзии. Место, где
начинается смыкание холодного фронта с теплым, называется точкой
окклюзии. В процессе окклюдирования теплый воздух постепенно вытесняется вверх, а его место занимает холодный воздух. Рост давления начинает
преобладать над падением давления; происходит заполнение циклона.
Циклон вступает в последнюю стадию своего развития—стадию заполнения.
Рис. 4.1. Схема облачности в зоне теплого фронта окклюзии ^
В заполняющемся окклюдированном циклоне наблюдаются сложные
метеорологические явления. Если за холодным фронтом располагается менее
холодный воздух, чем перед теплым фронтом, то при окклюдировании
образуется окклюзия по типу теплого фронта (рис. 3.12).
Окклюзии по типу теплого фронта над ЕТС и другими континентальными
районами чаще всего встречаются в холодное время года. Облачность в
холодное время года имеет слоистообразный характер. В облаках и осадках
может наблюдаться сильное обледенение. Небольшая высота нижней границы облаков и плохая горизонтальная видимость в зоне осадков
значительно усложняют условия полета при пересечении фронта окклюзии.
Иногда холодный воздух в тылу циклона имеет более низкие температуры
по сравнению с температурой воздушной массы, лежащей перед теплым
фронтом. При их соприкосновении тыловая масса играет роль холодной ВМ
15
по отношению к массе воздуха, расположенной перед теплым фронтом (рис.
3.13). Такой сложный атмосферный фронт получил название холодного
фронта окклюзии ' (фронт окклюзии по типу холодного).
Над ЕТС холодные фронты окклюзии наиболее часто встречаются в
теплое время года, когда воздух, "поступающий с океана на континент,
оказывается холоднее континентального.
Возможны и такие случаи, когда холодный воздух, лежащий перед теплым
фронтом, имеет температуру, равную температуре холодного воздуха,
располагающегося за холодным фронтом. В этом случае фронт окклюзии
называют нейтральным.
Рис. 4.2. Схема облачности в зон^ окклюзии по типу холодного фронта
Такой
фронт
разрушается
у
и
'земли,
фронтальная
поверхность
обнаруживается только>на высотах (рис. 4.2).
Контраст между-воздушными массами по мере продвижения фронта к
востоку может увеличиваться, и тогда фронт окклюзии может принять
характер обычного холодного фронта с хорошо развитой зоной фронтальных
осадков, грозовой деятельностью и шквалами. В теплое время года во время
полетов
пересечение
таких фронтов
над
континентом
представляет
серьезную опасность, особенно в послеполуденные и вечерние часы, когда
грозовая деятельность наиболее активна. За фронтом окклюзии иногда
может наблюдаться образование вторичных холодных фронтов.
16
Рис. 4.3. Нейтральный фронт окклюзии
На одном атмосферном фронте обычно наблюдается серия циклонов,
которая на всех стадиях своего развития в свою очередь способствует
сближению ВМ, приводя к увеличению контрастов температур в зоне
фронтов. На рис. 3.15 показана типичная схема смены знака фронтов.
Барические
системы
являются
довольно
плоскими
барическими
образованиями. Если вертикальная мощность циклонов и антициклонов
составляет всего несколько километров, то их горизонтальные размеры
достигают многих сотен километров. Области тепла и холода в тропосфере
— тоже плоские образования. Иногда на высотах контрасты температур
между двумя воздушными массами выражены более резко, чем в приземных
слоях, и тогда атмосферные фронты будут выражены хорошо только на
высотах, т. е. на границе соприкосновения теплых и холодных масс (потоков
воздуха).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Изученный материал позволяет лучше представить важность учета
влияния облачности, особенно нижнего яруса, и ограниченной видимости,
как основных факторов, определяющих сложность метеоусловий для полетов
в зонах атмосферных фронтов. Знание данного материала помогает
метеоспециалистам грамотнее и на более высоком уровне осуществлять
метеообеспечение авиации.
IV. ЗАДАНИЕ НА САМОПОДГОТОВКУ.
17
Синоптическая и авиационная метеорология.
меторология. Воениздат. 1985. С 71 – 84.
Ч.1.
Синоптическая
Профессор военной кафедры РГГМУ
подполковник
Заболотников