Классификация облаков и условия полетов в них

1. Условия образования облаков

Облака представляют собой результат конденсации водяного пара в атмосфере. Они возникают при сложных атмосферных процессах различного масштаба, от молекулярного до макромасштаба (синоптические процессы). Облака связаны динамикой атмосферы. Как и у многих атмосферных процессов, эта связь взаимная. Ещё более существенна в динамике атмосферы роль облаков нижнего и среднего яруса.

Облака - системы капель воды, кристаллов льда или тех и других элементов, взвешенных в атмосфере на некоторой высоте над земной поверхностью. Они возникают в результате термодинамических процессов, приводящих водяной пар к конденсации и сублимации. По форме, горизонтальной и вертикальной протяжённости облаков можно косвенно судить о причинах облакообразования, о процессах, происходящих в облаках, а следовательно, и об условиях полётов в них. Для образования облаков необходимо пересыщение воздуха водяным паром и наличие ядер конденсации. Пересыщение возникает вследствие понижения температуры воздуха ниже точки росы или благодаря дополнительному притоку влаги.

Основными процессами, обусловливающими охлаждение воздуха в свободной атмосфере и приводящими к облакообразованию, являются адиабатическое расширение, турбулентный обмен и излучение.

Главной причиной образования облаков является адиабатическое понижение температуры в поднимающемся влажном воздухе. В зависимости от вида восходящего движения, в результате конденсации и сублимации водяного пара, образуются облака различных форм с различными физическими характеристиками (микроструктурой, водностью). Восходящие движения, в зависимости от причин образования, подразделяются на следующие виды: конвекция (термическая, вынужденная и орографическая), восходящее скольжение, динамическая турбулентность и волновые движения.

Конвекция - это вертикально направленные восходящие и нисходящие потоки воздуха, которые возникают за счёт: неравномерного нагревания подстилающей поверхности (термическая конвекция), вытеснения тёплого воздуха подтекающим под него холодным воздухом на атмосферных фронтах (вынужденная конвекция) и натекания воздуха на крутые склоны гор (орографическая конвекция).

Восходящее скольжение - это наклонное движение больших масс воздуха, которое наблюдается при: натекании тёплого воздуха на холодный воздух (на тёплых фронтах), натекании тёплого воздуха на пологие склоны гор и при медленном подтекании холодного воздуха под тёплый воздух (на холодных фронтах).

Динамическая турбулентность - это беспорядочные вихри, возникающие при горизонтальном перемещении и трении воздуха о подстилающую поверхность. Волновые движения возникают в слоях инверсии и изотермии вследствие разностей плотности и скорости движения воздуха над и под этими слоями. При этом в вершинах волн наблюдаются восходящие потоки, а в долинах нисходящие.

2. Классификация облаков

В зависимости от высоты расположения нижней границы и внешнего вида все облака подразделяются на четыре группы - морфологическая классификация:

I. Облака верхнего яруса - нижняя граница более 6 км:

перистые, Cirrus (Ci) - , ;

перисто - слоистые, Cirrostratus (Cs) - , , ;

перисто - кучевые, Cirrocumulus (Cс) - .

II. Облака среднего яруса - нижняя граница от 2 до 6 км:

высоко - слоистые, Altostratus (As) -  (плотные),  (тонкие);

высоко - кучевые, Altocumulus (Ac) -  (тонкие),

 (распространяющиеся по небу),  (плотные),

 (чечевицеобразные),  (башенкообразные или хлопьевидные);

III. Облака нижнего яруса - нижняя граница менее 2 км:

слоисто - дождевые, Nimbostratus (Ns) - ;

разорвано - дождевые, Fractonimbus (Fr nb) - ;

- слоисто - кучевые, Stratocumulus (Sc) - ;

слоистые, Stratus (St) -;

разорвано - слоистые, Fractostratus (Fr st) - .

IV. Облака вертикального развития - нижняя граница менее 2 км, верхняя граница - в среднем или верхнем ярусе:

- кучевые, Cumulus (Cu) - ;

мощно - кучевые, Cumulus congestus (Cu cong) - ;

кучево - дождевые, Cumulonimbus (Cb) -  (лысые),

 (с наковальней).

По условиям образования - генетическая классификация - облака подразделяются на три группы:

I. Кучевообразные облака

Причина образования - различные виды конвекции. К ним относятся: кучевые, мощно - кучевые, кучево - дождевые, высоко - кучевые башенкообразные или хлопьевидные и перисто - кучевые облака.

Кучевые облака - это небольшие облачные массы белого цвета, разбросанные по небу в виде куч. Нижнее основание облаков плоское на высоте 800…1500 м, вершина - выпуклая на высоте 2…3 км. Состоят из капель воды, осадков не дают. Над континентом кучевые облака образуются преимущественно в тёплое время года. Обычно они появляются в 10…12 часов, в 14…15 достигают максимального развития и к вечеру размываются. Малоразвитые по вертикали, плоские кучевые облака называются «облаками хорошей погоды». Полет под облаками и в облаках сопровождается слабой болтанкой, т.к. скорость восходящих потоков 2…5 м/с. Облака располагаются ниже нулевой изотермы, поэтому обледенение в них не наблюдается.

Мощно - кучевые облака - образуются из кучевых облаков. При большой влажности воздуха (α > 10 г./м) и благоприятных условиях для развития конвекции кучевые облака развиваются по вертикали, переходят через нулевую изотерму и становятся мощно - кучевыми. Нижнее основание облаков плоское, слегка сероватое или синеватое на высоте 600…1000 м, вершина - куполообразная, белого цвета на высоте 4…6 км. Мощно - кучевые облака могут располагаться в виде отдельных редких облаков или в виде значительного скопления, закрывающего почти все небо. Облака капельно - жидкие, но выше изотермы 0°С капли воды находятся в переохлажденном состоянии. Осадки из мощно - кучевых облаков не выпадают. В облаках преобладают восходящие потоки, скорость которых достигает 10…15 м/с. Полёты внутри мощно - кучевых облаков запрещены руководящими документами из - за сильной болтанки по всему облаку и интенсивного обледенения выше нулевой изотермы.

Кучево-дождевые облака - огромные горообразные облачные массы с тёмными основаниями и ярко - белыми вершинами, которые, как правило, имеют волокнистое строение. По вертикали кучево - дождевые облака могут развиваться до тропопаузы, а иногда пробивают тропопаузу и вклиниваются в нижнюю стратосферу. Образуются из мощно - кучевых облаков при абсолютной влажности воздуха более 13 г./м или упругости водяного пара более 15 гПа. При благоприятных условиях для развития конвекции и большом влагосодержании воздуха мощно - кучевые облака продолжают расти вверх, и достигают вершинами высот, где температура воздуха настолько низкая, что в облаках начинают образовываться ледяные кристаллы. Таким образом, микроструктура кучево - дождевого

облака смешанная - имеются как капли воды, так и кристаллы льда. Процесс перерастания мощно - кучевого облака в кучево - дождевое происходит очень быстро, иногда в течение 15…20 минут. Признаком такого перерастания может служить изменение формы мощно - кучевого облака. Пока развивающееся облако состоит только из капель воды, оно осадков не дает и имеет резко очерченные контуры. Вершина облаков выглядит подобно головке цветной капусты. Как только верхняя часть облака приобретает кристаллическое строение, оно теряет свои резкие очертания, его края начинают лохматиться, а вершина принимает вид перевернутой метлы (наковальни). Ледяные кристаллы, находясь в соседстве с переохлажденными каплями воды, быстро увеличиваются и начинают выпадать из облака. С момента выпадения осадков облака становятся кучево - дождевыми. Из кучево - дождевых облаков выпадают ливневые осадки в виде дождя, снега, крупы, града. Скорость восходящих

потоков в облаке может достигать 30…40 м/с; за счёт ливневых осадков в кучево - дождевых облаках возникают нисходящие потоки со скоростью 10…15 м/с. Развитие кучево - дождевых облаков, и выпадение ливневых осадков часто сопровождается грозами (), шквалами () и смерчами ().

В зависимости от причин образования, кучево - дождевые облака бывают внутримассовыми и фронтальными. Полет внутри всякого Cb облака опасен и запрещается руководящими документами по следующим причинам:

сильная болтанка () от нижней границы облака (НГО) до верхней границы облака (ВГО);

интенсивное обледенение () на всех высотах выше нулевой изотермы;

возможен разряд молнии через ВС;

ливневые осадки () ухудшают видимость на взлёте и при заходе на посадку, а град может повредить отдельные части ВС в полёте;

при полёте в сильных ливневых осадках (видимость менее 1000 м) может произойти срыв потока;

кучево - дождевые облака часто сопровождаются шквалами и смерчами.

Высоко - кучевые хлопьевидные или башенкообразные облака имеют вид крупных хлопьев, разделённых просветами голубого неба, или башенок, посаженных на одно общее основание. Образуются в тёплое время года, как правило, в утренние часы, когда в средней тропосфере наблюдается неустойчивое равновесие воздуха. НГО составляет 3…5 км, толщина - 200…500 м. Непосредственно на полёт влияния не оказывают, но являются хорошим признаком образования грозы в дневные часы. При этом, чем больше башенок или хлопьев, тем ближе по времени гроза.

Перисто - кучевые облака - белые тонкие облака, имеющие вид очень мелких волн, хлопьев, барашков. Образуются на высоте выше 6 км, состоят из кристаллов льда, толщина облаков 200…300 м. На полёт влияния не оказывают.

II. Слоистообразныеоблака

Причина образования - восходящее скольжение. К ним относятся: слоисто - дождевые, разорвано - дождевые, высоко - слоистые, перисто - слоистые и перистые облака.

Слоисто - дождевые облака имеют вид тёмно - серого облачного покрова, как правило, закрывающего всё небо. Высота НГО 300…500 м и менее. Вертикальная мощность колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров. Это смешанные облака с водностью 0,6…1,3 г/м. Из них выпадают обложные осадки - продолжительные, средней интенсивности, занимающие большие площади: 200…300 км по ширине и до тысячи километров по длине. Полёт в таких облаках проходит спокойно, но, выше нулевой изотермы, в облаках, а зимой и в осадках наблюдается обледенение ВС, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. В осадках НГО размывается и может располагаться на высоте 100 м и ниже, что затрудняет их пробивание при заходе на посадку. Во все сезоны года при полёте в облаках могут возникать значительные электростатические заряды.

Разорванно - дождевые облака представляют собой бесформенные чёрные полосы на общем сером фоне слоистообразной облачности. Причиной их образования является насыщение холодного воздуха (ХВ) обложными осадками, выпадающими из слоисто - дождевых облаков, и динамическая турбулентность, возникающая при движении ХВ по неровностям подстилающей поверхности. Состоят из переохлаждённых капель, иногда ледяных кристаллов. НГО 50…100 м, толщина 100…200 м. Разорванно - дождевые облака затрудняют или исключают взлёт, посадку и визуальные полёты ВС.

Высоко - слоистые облака представляют собой однородную серую пелену толщиной 1…2 км и имеют большую горизонтальную протяжённость. Солнце и Луна просвечивают через них, как сквозь матовое стекло. Это смешанные облака. Из них могут выпадать обложные осадки, которые до земли доходят только зимой в виде снега. Поэтому зимой ширина зоны осадков увеличивается до 400…500 км. При полётах в высоко - слоистых облаках наблюдается обледенение ВС, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. Вероятность обледенения в этих облаках больше в тёплое время года. Видимость в облаках плохая - несколько десятков метров. При длительном полете в них ВС заряжаются статическим электричеством.

Перисто - слоистые облака имеют вид однородной белой или голубоватой пелены, закрывающей всё небо. Толщина облаков от нескольких сотен метров до нескольких километров. Облака состоят из ледяных кристаллов. Солнце и Луна просвечивают через них, образуя белые или радужные круги - гало. Оно служит признаком последующего ухудшения погоды. При полётах в облаках происходит электризация ВС. Видимость хорошая.

Перистые облака - параллельные полосы с загнутыми к верху передними краями в виде крючков или коготков, поэтому они называются крючковидными или когтевидными. Облака кристаллические, осадки из них не выпадают. Толщина облаков от нескольких сотен метров до нескольких километров. Они располагаются впереди линии фронта на расстоянии 800…1000 км и являются предвестниками плохой погоды. Полёт спокоен, видимость хорошая, но при длительном полёте возможна электризация ВС.

III. Волнистообразные облака

Образуются за счёт: динамической турбулентности, волновых движений слоёв инверсии и изотермии, радиационного выхолаживания подстилающей поверхности. К ним относятся: слоистые, разорвано - слоистые, слоисто - кучевые, высоко - кучевые и перисто - кучевые облака. По внешнему виду они представляют собой, распространённый по горизонтали, слой облаков в виде гряд или отдельных валов, вертикальное развитие которых характеризуется многослойностью.

Слоистые облака - характерны для холодного времени года. Они образуются под слоем инверсии и имеют вид сплошной серой пелены или разорванных облачных масс. Нижнее основание находится на высоте 100…300 м. Облака могут опускаться до земли и переходить в туман. Из них выпадают моросящие осадки. Полёт в облаках и осадках сопровождается обледенением, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. Из-за малой высоты слоистые облака затрудняют или исключают взлёт, посадку и визуальные полёты.

Слоисто-кучевые облака имеют вид волнистого тонкого либо плотного облачного слоя. Высота НГО 600…1000 м, а зимой - 300…600 м. Толщина - несколько сотен метров. В холодное время из них могут выпадать осадки в виде слабого снега. В облаках можно встретить слабое или умеренное обледенение и слабую болтанку, которая усиливается к ВГО.

Высоко-кучевые и перисто-кучевые облака располагаются, соответственно, в среднем и верхнем ярусах, особого влияния на полёты не оказывают.

Осадками называют капли воды и кристаллы льда, выпадающие из облаков или оседающие из воздуха на земную поверхность. Основными формами осадков являются: дождь, снег, морось, мокрый снег, снежная или ледяная крупа, снежные зерна, град, ледяной дождь, ледяные иглы. К осадкам, оседающим из воздуха, относятся: роса, иней, изморозь, твердый и жидкий налёт на наветренной стороне вертикально расположенных предметов.

По характеру выпадения осадки делятся на: обложные, выпадающие из системы фронтальных слоисто - дождевых и высоко - слоистых облаков; ливневые, выпадающие из кучево-дождевой облачности; моросящие, выпадающие из слоистых и слоисто - кучевых облаков.

3. Микрофизическая структура облаков

Микроструктура облаков - внутреннее строение облаков. К ней относятся фазовое состояние облачных элементов, их размеры, число облачных частиц в единице объёма. Облака по их микроструктуре делят на ледяные (кристаллические), водяные (капельные) и смешанные (из кристаллов и капель). Чем выше расположены облака, тем ниже температура и тем вероятнее кристаллическая структура, Капли, составляющие водяные облака, имеют радиус 4…25 мкм. В 1 м облака содержится 100…600 капель. Облачные ледяные кристаллы имеют разные размеры и форму, но при низких температурах преобладают ледяные шестиугольные пластинки или призмы размером 10…12 мкм.

Облака верхнего яруса имеют высоту 6 км и более. Верхняя их граница может достигать тропопаузы, а в отдельных случаях даже располагаться в тропопаузе или выше её. Они состоят из очень мелких ледяных кристаллов и имеют, как было выше отмечено, три основные формы - перистые, перисто - кучевые, и перисто - слоистые. Как правило, облака наблюдаются в небольших количествах, но иногда покрывают значительную часть неба, Высота их нижней границы увеличивается с севера на юг, составляя в умеренных широтах 7…10 км. Вертикальная протяженность облаков колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров. Облака кристаллические, осадки из них не выпадают.

Облака среднего яруса состоят из переохлаждённых капель воды, ледяных кристаллов и снежинок. В отдельных случаях из высоко - кучевых облаков могут выпадать капли дождя или снежинки. По своему фазовому состоянию высоко - кучевые облака водяные (44%) и смешанные (44%). Облака, состоящие из ледяных кристаллов, имеют повторяемость 12%. Те облака, из которых выпадают осадки, чаще всего смешанные (68%), ледяные - 10%. Капли, составляющие облако, имеют радиус примерно 5 мкм. Водность облаков низкая: зимой около 0,07 г/м, летом около 0,13 г/м³. Из высоко - слоистых облаков может выпадать слабый дождь или снег, особенно в тех случаях, когда в верхней части облачного массива имеются ледяные кристаллы. Облака, из которых выпадают осадки, зимой большей частью смешанные (46%), значительная часть их состоит из ледяных кристаллов (44%), в 10% случаев - из капель воды. Независимо от осадкообразующих свойств зимой преобладают ледяные облака (49%), смешанные составляют 36%, капельные - 15%, летом преобладают капельные облака (62%), повторяемость смешанных 30%, ледяных 8%. Водность облаков в холодное время года в среднем равна 0,12 г./м, в тёплое - 0,34 г/м.

Облака нижнего яруса преимущественно состоят из водяных капель. Зимой могут состоять из переохлаждённых капель и кристаллов со снежинками. Слоисто - кучевые облака состоят обычно из капель воды, которые в зимнее время являются переохлаждёнными и, кроме того, имеют примесь кристаллов льда и снежинок. Из сплошных плотных облаков летом иногда может выпадать слабый дождь, а зимой слабый и умеренный снег. Для слоисто - дождевых облаков, представляющих собой сплошные низкие тёмно - серые облачные массы сравнительно однородного вида с некоторой волнистостью. Характерны продолжительные осадки в виде дождя или снега. Слоисто - дождевые облака зимой имеют преимущественно смешанное строение (56%), из водяных капель состоят в 26% случаев, из кристаллов льда в 18%; независимо от осадкообразующих свойств они в 84% смешанные, в 13% водяные, в 3% кристаллические. Летом преобладают водяные облака (75%), независимо от осадкообразующих свойств - смешанные (71%). Фазовое состояние облаков над различными физико - географическими районами разное. Водность облаков изменяется в больших пределах: от 0,6 до 1,3 г/м. Её увеличение связано с каплями дождя и снежинками выпадающих осадков, без учёта последних она равна в среднем в холодное полугодие 0,12 г/м, в тёплое - 0,34 г./м. Слоистые облака, в тёплое время года состоят из мелких капель, зимой - из переохлаждённых с примесью ледяных кристаллов. Из них может выпадать морось, а зимой - мелкие снежинки и снежные зёрна.

Говоря об облаках вертикального развития, отметим, что кучевые облака характерны для лета, однако нередко они образуются весной реже осенью. Зимой их практически не бывает. Лишь в южных широтах при сравнительно высокой температуре и значительной влажности воздуха в это время года могут наблюдаться слабо развитые кучевые облака, состоящие из капель воды, радиус которых 1…20 мкм, водность облаков - 0,11…0,38 г./м; осадков из них не выпадает. Мощные кучевые облака, являющиеся разновидностью кучевых облаков, состоят из капель воды разного размера. В умеренных широтах осадков из них обычно не выпадает, в тропической зоне они могут сопровождаться ливневыми дождями. При благоприятных условиях для облакообразования отдельные облака сливаются друг с другом и с кучевыми облаками, образуя нагромождения облаков разной мощности. Облака состоят из капель разного размера. Водность их на высоте около 500 м от нижней границы в среднем равна 0,32 г/м, на высоте 1000…1200 м от основания облака увеличивается в среднем до 1,65 г/м. Кучево-дождевые облака - это сильно развитые, массивные клубящиеся облака большой вертикальной протяжённости. Вершины облаков проникают в верхнюю тропосферу, где температура воздуха значительно ниже 0 С, поэтому верхняя часть кучево - дождевых облаков состоит из ледяных кристаллов или смеси кристаллов с очень мелкими каплями, в остальной части - из снежинок и капель.

4. Метеорологические условия полётов в слоистых облаках и под облаками

Слоистые облака наряду с разорвано - слоистыми и разорвано дождевыми располагаются ближе всего к земной поверхности. Они чаще всего образуются в подинверсионных слоях, когда воздух достигает насыщения. Высота их нижней границы составляет обычно 100..300 м, но может быть и ниже 50 м, в отдельных случаях облака могут опускаться до земной поверхности. Вследствие больших колебаний высоты нижней границы полёты на малых и предельно малых высотах под облаками сильно осложняются, особенно полёты по правилам визуального полёта (ППП). Если местность пересечённая и вершины возвышенностей закрываются, визуальные полёты под облаками невозможны.

Температура на верхней границе облаков изменяется в зависимости от сезона года, широты места и синоптических условий образования облаков. Наиболее существенные изменения имеют сезонный ход.

По теоретическим расчётам излучение капель, составляющих слоистые облака, не компенсируются противоизлучением надоблачной атмосферы, в результате чего происходит охлаждение облака у верхней границы, подтверждаемое данными самолётного зондирования, Таким образом, если слоистые облака существуют определённое время, то температура на их верхней границе будет со временем понижаться. Это создаёт благоприятные условия для инверсии. Последняя в свою очередь способствует образованию сдвига ветра, значительная величина которого усложняет полёты. Кроме того, температура на верхней границе облака и в самом облаке в холодный период года отрицательная, что создаёт условия для обледенения самолётов. Причём чем длиннее полёт, тем больше толщина отложения льда.

Слоистые ледяные облака в большинстве случаев состоят из капель от 1…2 мкм до 20…22 мкм (преобладают капли 4…6 мкм). Водность облаков при изменении температуры от - 15 до 10 С увеличивается с 0,06 до 0,30 г./м. Следуя за распределением водности, при отрицательной температуре обледенение наиболее интенсивно в средней и верхней частях переохлаждённого облака.

Слоистые облака характеризуются повышенной турбулентностью, коэффициент турбулентности в них примерно на 20% больше, чем в безоблачной атмосфере. Высота нижней границы слоистых облаков довольно быстро претерпевает изменения как во времени, так и в пространстве. Происходит это за счёт волновых колебаний слоя инверсии, под которым располагаются облака, и вследствие интенсивной турбулентности, наблюдающейся вблизи основания облаков. Турбулентность вызывает местные понижения и повышения температуры (вследствие подъёма и опускания воздуха). Понижение температуры усиливает конденсацию водяного пара, повышение ослабевает её. В результате указанных процессов нижняя граница облачности испытывает колебания. Эти колебания дополнительно усугубляются неровностями почвы и неоднородностью подстилающей поверхности. Однако в целом турбулентность в облаках слабая, полёт обычно бывает без существенной болтанки. Под слоистыми облаками полёт осложняется двумя основными факторами: выпадающими осадками и характером структуры нижней границы облаков. Оба фактора при одинаковой их направленности могут создать условия нелётной погоды. Из слоистых облаков могут выпадать моросящие осадки - мелкие капли дождя (диаметром 0,5 мм), в холодное время года - очень мелкие снежинки и снежные зёрна. Хотя интенсивность моросящих осадков небольшая, они сильно ухудшают видимость.

Значительную сложность для полётов создаёт плохая видимость под облаками. Связано это со сложной структурой нижней границы низких слоистых облаков. Их нижняя граница неровная, представляет собой слои переменной оптической плотности, находящейся в колебательном движении. В этом слое постепенно ухудшается видимость от лёгкого помутнения до полной её потери.

Рис. 1. Схема структуры нижней границы низких слоистых облаков: 1 - уровень конденсации, нижняя граница предоблачного слоя, начало образования дымки; 2 - верхняя граница предоблачного слоя; 1 - 2 - слой дымки; 2 - 3 - переходный слой; 1 - 3 - предоблачный слой

Плотной части облака предшествует предоблачный слой. Его толщина может быть меньше 50 м у облаков, возникших под слоем инверсии сжатия (в антициклонах), и доходить до 200 м у подинверсионных облаков, образовавшихся в относительно тёплом влажном воздухе, перемещающемся по холодной подстилающей поверхности. В летнее время основание низких облаков обозначается более чётко, чем зимой, и соответственно предоблачный слой летом бывает тоньше, чем зимой.

Распределение горизонтальной метеорологической дальности видимости под слоистыми и слоисто-кучевыми облаками: 1 - St, H ≤ 150 м; 2 - St, 150 ≤ H ≤ 200 м; 3 - Sc, H = 200…400 м; 4 - Sc, H = 4000…800 м

Подоблачная дымка при низких облаках значительно осложняет взлёт и особенно посадку, так как наклонная видимость сильно уменьшается.

5. Метеорологические условия полётов в слоисто-кучевых облаках

Слоисто - кучевые облака - самые распространённые облака нижнего яруса. Самолётное зондирование показывает, что данная форма облаков или в сочетании с другими облачными формами имеет повторяемость зимой 47%, весной 39, летом 27, осенью 49%, в среднем за год - 42%. Слоисто - кучевые облака часто бывают внутримассовыми, особенно в холодное время года, возникая под задерживающими слоями воздуха, испытывающими волновые движения. Вместе с тем они нередко являются также результатом разрушения фронтальных облачных систем.

Слоисто - кучевые облака зимой и осенью в 23% случаев, весной в 14, летом в 6% открыты сверху, т.е. облаков над ними нет. Это самая высокая повторяемость по сравнению с другими формами облаков (кроме лета). Она является косвенным свидетельством большой вероятности слоисто - кучевых облаков внутримассового происхождения, особенно в областях повышенного давления, когда облака других ярусов отсутствуют. Это в свою очередь позволяет в определённой мере судить об условиях полётов в облаках и над облаками.

Как и при тепловом режиме верхней границы слоистых облаков, тепловое излучение облачных капель слоисто - кучевых облаков как ночью, так и днём не компенсируется противоизлучением надоблачной атмосферы, что приводит к охлаждению облаков. Оно не компенсируется дневным нагреванием капель за счет поглощения инфракрасной радиации Солнца. Всё это способствует инверсионному распределению температуры с высотой и усилению вертикального сдвига.

Слоисто - кучевые облака, из которых выпадают осадки, зимой в 40% случаев состоят из капель воды, в 54% являются смешанными, в 6% состоят из кристаллов льда. Независимо от осадкообразующих свойств в 73% они состоят из капель воды, в 24 - смешанные, в 3% - ледяные. Летом в 99% они водяные в 1% смешанные. Температура на верхней границе облаков характеризуется сезонным ходом. Зимой она в среднем равна - 12,1С, весной - 8,7, осенью - 5,9С и в течение года имеет значительную изменчивость со средним квадратическим отклонением 5…6С.

Водность облаков изменяется примерно от 0,06 г./м при температуре - 15 С до 0,20 г./м при 10 С. Таким образом в холодное время года облака в основном переохлаждённые и при непродолжительном полёте в них наблюдается слабое обледенение, а при длительном - умеренное. Дальность видимости в облаках в высоких широтах чаще всего (72%) составляет 100…300 м; в средних широтах облака более плотные, видимость в них хуже - в просвечивающих в среднем 70…80 м, в плотных 35…45 м. Турбулентность развита сильнее по сравнению со слоистыми облаками, полёт сопровождается слабой или умеренной болтанкой.

облако полет грозовой метеорологический

6. Полёты в грозовой деятельности

Гроза - комплексное атмосферное явление с многократными электрическими разрядами в виде молний, сопровождающихся громом. Гроза связана с развитием мощных кучево-дождевых облаков. При грозах наблюдаются интенсивные ливневые осадки в виде дождя, града, а иногда и снега. Сухие грозы без осадков у земной поверхности бывают сравнительно редко.

Гроза является одним из наиболее опасных для авиации явлением погоды. Опасность гроз обусловлена:

интенсивной турбулентностью в облаках, способной вызывать сильную болтанку и перегрузки, превышающие предельно допустимые значения;

сильным обледенением на высотах, где температура воздуха ниже 0С;

возможностью поражения самолёта молниями;

интенсивными ливневыми осадками.

Грозы часто сопровождаются смерчами и шквалами. Смерч - сильный вихрь с осью, стремящейся к вертикали, но часто изогнутой. Диаметр смерча, имеющего чёткие очертания, измеряется десятками метров над морем и сотнями метров над сушей. Продолжительность существования смерча - от нескольких минут до нескольких часов. Смерчи возникают примерно при таких же синоптических условиях, что и грозы, однако спрогнозировать возникновение смерча при данной синоптической ситуации - задача крайне сложная.

Шквал - резкое кратковременное усиление ветра, сопровождающееся изменением направления ветра. Наибольшая зафиксированная скорость ветра при шквале равна 65 м/с.

При грозах часто наблюдается сильный сдвиг ветра, обусловленный как сильными вертикальными токами, так и большой неоднородностью в поле ветра вблизи кучево - дождевого облака.

Ливневые дожди - естественные спутники грозы. Сильный дождь очень опасен для полётов, так как при этом нарушается нормальная работа авиационных двигателей, значительно ухудшается видимость, а также осложняется деятельность авиапредприятий.

Град также представляет исключительную опасность для полётов. При встрече с градом в полёте из - за удара градины о поверхность самолёта могут возникать различные повреждения - от вмятин до разгерметизации кабины и пассажирского салона.

Необходимо также отметить, что из всех метеорологических факторов, связанных с грозой, самым опасным для полётов является атмосферная турбулентность. Это подтверждено авиационной практикой и специальными исследованиями. Следует отметить ещё одно важное обстоятельство: трудные, а иногда невозможные условия для выполнения полётов при грозе создаются не только в грозовых облаках, но и вблизи этих облаков. Именно по этой причине для обеспечения безопасности полётов входить в грозовые облака категорически запрещается, а обходить их стороной следует на достаточно безопасном расстоянии.

Виды гроз и степень их опасности для авиации. Грозовое облако за период несколько стадий, различающихся интенсивностью конвекции, фазовой структурой облаков и их электрическим состоянием. Наиболее распространённым представлением о развитии грозы является деление её «жизни» на три стадии, в каждой из которых создаются принципиально разные условия для полётов.

. Начальная стадия развития. Эта стадия начинается от зарождения облака и заканчивается выпадением первых капель дождя. Сначала это обычное кучевое облако, которое постепенно трансформируется в мощное кучевое. Нижняя граница таких облаков колеблется в пределах 800 - 1500 м, а верхняя - 3 - 5 км. Восходящие вертикальные токи в облаках могут достигать 15 - 20 м/с, а нисходящие токи очень слабые. Эта стадия развития кучево - дождевого облака наименее опасна для полётов. В зоне облака может наблюдаться слабая или умеренная турбулентность и слабое или умеренное обледенение в зоне отрицательных температур.

. Стадия зрелого облака. Стадия зрелого облака (рис. 3.) начинается с момента выпадения первых капель дождя, что свидетельствует о появлении кристаллов в облаке, и заканчивается началом его разрушения. На этой стадии нижняя граница облака понижается до 300 - 500 м, верхняя граница может достигать высоты 8 - 15 км или тропопаузы. В верхней части облака образуется наковальня. У земли наблюдаются интенсивные ливневые осадки, электрические разряды, возможен град. В облаке всегда сильная или очень сильная турбулентность и сильное обледенение. Восходящие токи могут достигать 50 м/с, а нисходящие по краям облака - 30 м/с. В передней части кучево - дождевого облака (по ходу его движения) у земли образуется «крутящий вал», шквал или смерч. Совершенно очевидно, что в этой стадии грозовое облако наиболее опасно для полётов, и полёты в таких облаках категорически запрещены.

. Стадия рассеяния. Эта стадия развития облака продолжается от начала его разрушения до момента трансформации облака других форм. При этом, как правило, образуются облака различных ярусов, небольшие по своей вертикальной мощности не очень опасные для полётов. Вертикальные токи в таких облаках направлены как вверх, так и вниз, но их скорость не превышает 5 м/с. В такой облачности может наблюдаться слабая турбулентность и слабое обледенение.

Грозовое облако в максимальной стадии развития

Средняя продолжительность жизни грозового облака составляет примерно 5 ч. Однако это именно средняя величина. Иногда все три стадии развития облака могут «усложниться» и в один час, а то и меньше, а иногда грозовое облако может сохраняться до 10 ч и более.

В период образования облака происходит его электризация. После накопления больших объёмных электрических зарядов и достижения между облаками или облаком и землёй напряжённости электрического поля, превышающую пробивную напряжённость, возникают молнии, опасность которых для авиации чрезвычайно велика.

Рассмотренные выше стадии грозового облака могут развиваться неодинаково в зависимости от влагосодержания воздушной массы, контраста температур в зоне атмосферного фронта и рельефа местности, над которой проходят кучево-дождевые облака. Обычно грозы делят на внутримассовые и фронтальные.

Выводы

Безопасность полетов - актуальнейшая проблема авиации. На безопасность полетов влияют многие факторы, в том числе факторы внешней среды, состояния атмосферы, а следовательно и облака. Согласно мировой статистике, большая часть авиационных происшествий и предпосылок к ним обусловлена сложными метеорологическими условиями: низкими облаками, облаками вертикального развития, ливневыми осадками, грозами, шквалами и т.д. Статистика также показывает, что при этом подавляющее число предпосылок к авиационным происшествиям связано с ошибочными действиями экипажа при заходе на посадку в сложных метеорологических условиях (когда высота нижней границы облаков 200 м или ниже и (или) видимость 2000 м и менее). Именно поэтому специалисты-метеорологи, занимающиеся обеспечением авиации, а также летный состав, работники службы движения должны хорошо знать условия формирования облаков и особенности полетов в них.

Список литературы

1.     А.М. Яковлев - Авиационная метеорология. Транспорт. 1971.

2.       Е.Г. Лещенко - Метеорологическое обеспечение полётов. Кировоград. 2010.

.        А.С. Зверев - Синоптическая метеорология. Гидрометеоиздат. 1977.

.        О.Г. Богаткин - Авиационная метеорология. Санкт - Петербург. 2005.

.        А.М. Баранов - Авиационная метеорология и метеорологическое обеспечение полётов. Транспорт. 1993.

.        Л.М. Акимов - Построение и анализ аэрологической диаграммы. 2010.

.        Л.М. Акимов - Код КН - 04.