WWW.WIKI.PDFM.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Собрание ресурсов
 

Pages:   || 2 |

«п р и :СОВЕТЕ МИНИСТРОВ СССР ГЛ А В Н А Я ОБС ЕРВАТОРИЯ геофизическая имени А. И. ВОЕЙКОВА ТРУДЫ ВЫ ПУ СК 171 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ НА ВЕРТОЛЕТНЫХ ТРАССАХ П од ...»

-- [ Страница 1 ] --

оQ)

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ

п р и :СОВЕТЕ МИНИСТРОВ СССР

ГЛ А В Н А Я ОБС ЕРВАТОРИЯ

геофизическая

имени А. И. ВОЕЙКОВА

ТРУДЫ

ВЫ ПУ СК 171

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

АТМОСФЕРНОЙ

ТУРБУЛЕНТНОСТИ

НА ВЕРТОЛЕТНЫХ ТРАССАХ

П од ред акц и ей д - р а геогр. наук П. А. ВОРОНЦОВА Б И Б Л И О Т Е ’; .

гидромйТу -рологччеокого М т 'л т ута гимиз

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

~ ЛЕН И Н ГРАД *1965 УДК 001,5: 507 : 135,4 (061,6) АНН ОТАЦИ Я В сборнике освещаются результаты теоретических и экспе­ риментальных исследований атмосферной турбулентности в горных и приморских районах Крыма и Кавказа, выполнен­ ных различными методами, а также с помощью вертолетов и самолетов. Приводятся некоторые характеристики структуры воздушного потока в горах, величины вертикальных скоростей и коэффициента турбулентности, размеры атмосферных вих­ рей, зон турбулентности и ряда других элементов. Рассмотрен ветровой и синоптический режим над Крымскими горами в связи с условиями полетов вертолета в этих районах и даны, некоторые рекомендации синоптикам и пилотам .

В составлении сборника принимали участие сотрудники Главной геофизической обсерватории, Центральной аэрологи­ ческой обсерватории, Центрально1]о ицститута прогнозов, Государственного научно-исследовательского института Граж­ данского воздушного флота, Московского государственного университета и АМСГ Симферополь .



Сборник рассчитан на лиц, занимающихся изучением физйки атмосферы; синоптиков и пилотов; вертолетных трасс .

п. А. ВОРОНЦОВ, м. А. ГЕРМАН (ГГО)

ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

С ПОМОЩЬЮ ВЕРТОЛЕТА

Рассматривается вопрос об использовании вертолетов типа МИ-4 и МИ-1 для исследования атмосферной турбулентности. Сделан подсчет передаточной функции и проведен анализ записей перегрузок по трассе Симферополь— Ялта .

Широкое использование летательных аппаратов для исследования свободной атмосферы явилось серьезным шагом в вопросе познания особенностей распределения метеоэлементов в различных слоях в о з -’ духа. Наиболее плодотворным оказалось применение авиационной тех­ ники в изучении атмосферной турбулентности. Созданная М. И. Юди­ ным [4] теория колебания самолета в возмущенной среде явилась осно­ вой для определения методов изучения турбулентного режима в атмос­ фере с помощью самолета [2]. Вместе с этим для исследования турбу­ лентности атмосферы в настоящее время стали широко применяться вертолеты. Об этом свидетельствуют многочисленные научно-исследова­ тельские полеты, которые производятся ГНИИ ГВФ, ГГО, ЦАО и др .

учреждениями .

Применение вертолета для изучения атмосферной турбулентности связано в первую очередь с тем, что вертолет имеет некоторые показа­ тели маневренности несравненно более высокие, чем самолет, например, взлетно-посадочные свойства, соотношение максимальной и минималь- ' ной скоростей, радиус виража и т. п. Все это позволяет отдавать пред­ почтение вертолету, в особенности при исследовании турбулентного режима в горных районах .

Полет вертолета в атмосфере принципиально отличается от полета самолета, это, в первую очередь, определяется существенным различием в конструкции. Нагрузки, действующие на вертолет, и его агрегаты, удобно определять, разлагая силы по направлению трех осей системы координат, связанной с вертолетом и имеющей начало в центре тяжести вертолета (рис. 1).





В том случае, когда на вертолет действует какая-то внешняя сила R, то перегрузки по соответствующим направлениям будут равны:

п'У- ^З G ’ '‘ г п'X— Q п - ^Q • '‘ Однако следует заметить, что величина перегрузок зависит от очень многих факторов, включающих в себя как параметры вертолета, так и параметры, характеризующие полет вертолета. С этой целью рассмот­ рим схему сил, действующих на вертолет в трех взаимоперпендикулярных плоскостях принятой системы координат (рис. 2, 3). На верто­ лет действуют следующие основные внешние силы: — результирующая аэродинамических сил несущего винта, Q — сила сопротивления фюзе­ ляжа и всех несущих частей вертолета, Грв — сила тяги рулевого виНта, G — сила веса вертолета .

Сила Q упрощенно считается приложенной в центре тяжести верто­ лета .

–  –  –

Рис. 3. Изменение угла атаки лопасти верто­ лета над действием вертикального порыва ветра .

Под перегрузкой вертолета в аэродинамике обычно принимают от­ ношение величины равнодействующей поверхностных сил, действующих на вертолет, к его весу, или отношение тяги несущего винта при неустановившемся движении к весу вертолета. Перегрузка вертолета или ко­ эффициент перегрузки зависит как от собственных параметров верто­ лета (мощности мотора, веса, размеров несущего винта, конструкции управления), так и от методики пилотирования. Поэтому, естественно, что чем больше запас мощности на вертолете, тем большую перегрузку на нем можно получить. Наоборот, чем больше нагружен несущий винт, тем меньшая может быть получена перегрузка .

Используя определение перегрузки, можно записать Т + Qy fi I Л t i y = ---- Q-—, или fty — c o s c o s Й+ — ti^= ^, или = cos f sin 6 4 - ^ (3) ^ S4 - Грв ^ или /г^=-sinxcose + ^ Система (3) позволяет определить перегрузку при любом режиме полета .

В случае вертолета различают два основных режима полета .

Р е ж и м в и с е н и я. Под этим режимом подразумевают такой по­ лет, при котором отсутствует какое-либо перемещение центра тяжести вертолета относительно воздушной среды и отсутствует вращение вер­ толета вокруг центра тяжести. Из этого определения следует, в частно­ сти, что для осуществления режима висения при наличии ветра надо, чтобы висящий вертолет двигался по направлению ветра со скоростью, равной скорости ветра. Иногда режимом висения называют такой по­ лет, при котором вертолет висит неподвижно над данной точкой земной поверхности. Однако этот полет может быть назван висением только при полном штиле. Сохранение неподвижного положения относительно земли при наличии ветра может быть выполнено только путем полета со скоростью, равной величине скорости ветра, но противоположной по направлению .

Г о р и з о н т а л ь н ы й п о л е т. Он является основным режимом вер­ толета. В этом случае, как и в случае висения, полет может быть уста­ новившимся или неустановившимся. В установившемся полете скорость перемещения вертолета постоянна или равна нулю. Иными словами можно сказать, что в установившемся полете отсутствует ускорение .

Установившийся полет является основным режимом; в то время как неустановившийся полет является переходным от одного установивше­ гося полета к другому. Горизонтальный полет выполняется при отри­ цательном угле атаки несущего винта. Это значит, что вертолет должен быть наклонен в сторону полета. В установивЩемся горизонтальном по­ лете угол крена вертолета равен нулю, а угол тангажа очень мал (бли­ зок к нулю), следовательно, йд. = cos 7 sin 9 = О «У = cos 6 1 (4) =О

–  –  –

где аг — истинный угол атаки элемента лопасти (рис. 3). Воздействие вертикального порыва ветра «z обычно приводит к увеличению или уменьшению угла атаки, а это в Свою очередь вызывает изменение вели­ чины тяги и, естественно, колебания индуктивной скорости вертолета Av .

Тогда угол атаки произвольного элемента лопасти может быть пред­ ставлен соотношением Аа, + а, = а, ±.

(6) С учетом (6) элементарная тяга и приращение тяги всего винта, вызванное порывом ветра, равно:

–  –  –

\ в случае режима висения вычисление приращения индуктивной ско­ рости связано с очень большими трудностями, так как при вертикаль­ ном порыве воздуха, направленном, например, вверх, возможен быстрый переход винта на режим вихревого кольца. Для определения прираще­ ния индуктивной скорости полагают, что при воздействии вертикального порыва воздуха результирующая скорость в плоскости винта равна ин­ дуктивной скорости, т. е .

= V-|- Av .

у В этом случае для вычисления перегрузок, вызванных вертикальными порывами, ветра на режиме висения, можно воспользоваться выраже­ нием (14) с учетом соотношения A v = ] / - |- ( T / « - 1 ). (20) Анализ выражений для расчета перегрузки вертолета показывает, что Ап является функцией ряда величин, определение которых пред­ ставляет определенные трудности при практических расчетах. Несмотря на это, приведенные выше соотношения могут быть использованы для приближенной оценки величины п_ерегрузки вертолета при различных режимах полета. Для более точного получения величин перегрузок необходимо б расчетах Производить учет маховыхг движений лопастей винта вертолета .

Маховое движение лопасти винта приводит к дополнительному изме­ нению угла атаки. Угол атаки поднимающейся лопасти уменьшается за счет уменьшения угла притекания струи воздуха, в то же время угол атаки опускающейся лопасти обычно увеличивается .

—Учитывая то, что исследование турбулентности атмосферы с помощью / вертолета в основном ведется при его горизонтальном полете, был выполнен расчет аэродинамических характеристик вертолета, позволяю­ щий непосредственно переходить от перегрузок, испытываемых верто­ летом, к вертикальным порывам ветра, и наоборот. В основу произве­ денных вычислений была положена формула (19). Подсчеты были произведены для вертолетов МИ-1 и МИ-4. Для вертолета МИ-1 все рас­ четы производились для лопастей трапециевидной формы, а в случае МИ-4 — прямоугольной формы, в результате чего получены следующие зависимости:

для вертолета МИ-1 (21) для вертолета МИ-4 (22)

–  –  –

1,5 2 1,18 2 0,6 19,7 1,35 0,856 1,21 15,7 1,70 16,2 1,35 0,856 1,21 1,32 2 7,2 1,71 2 6,3 0,863 14,2 1,2 7 ’ 13,1 1,41 0,842 1,75 1,42 22,1 1,22 2 3,4 1,70 0,841 18,8 1,28 18,0 1,46 0,836 1,8 0 2 4,2 2 2,5 1,60 1,90 1,30 0,805 Анализ данных, помещенных в табл. 2, показывает, что коэффици­ енты турбулентности, рассчитанные по формуле (23), в обоих случаях достаточно близки по своим величинам, что в определенной степени по­ зволяет использовать выражение (23) для расчета коэффициента тур­ булентности по материалам акселерографических записей болтанки вер­ толета МИ-4 .

Вторая часть работы, написанная П. А. Воронцовым, касается рас­ четов некоторых характеристик структуры воздушного потока на трассе Симферополь—Ялта, полученных по материалам регистраций перегру­ зок на рейсовом вертолете МИ-4 .

В августе 1962 г. была проведена серия полетов рейсового вертолета МИ-4 по трассе Симферополь—Ялта, оборудованного однокомпонент­ ным регистратором перегрузок СП-11. Прибор записывал на меловой ленте перегрузки, испытываемые вертолетом в. вертикальной плоскости (по оси z). Цель работы состояла в выявлении возможных перегрузок, испытываемых вертолетом в полете, в объективной фиксации уровней и зон болтанки, а также в получении ряда характеристик структуры воз­ душного потока .

Всего было сделано 61 полет в течение 14 дней. Распределение поле­ тов по дням и времени суток дано в табл. 3 .

Таблица 3 Распределение полетов по дням и часам суток в августе 1962 г .

–  –  –

В один день совершалось от двух до шести полетов в часы, близкие к полуденным, в условиях с хорошо развитой термической конвекцией .

Для анализа материала вся трасса длиной.105 км была разделена примерно на три равных по длине участка: I-— Симферополь—Бахчиса­ рай, I I — Бахчисарай—Форос, III — Форос^—Ялта .

Участок Симферополь—Бахчисарай проходит по предгорной зоне Крымских гор, состоящих из невысоких гряд, изрезанных глубокими оврагами, балками, ущельями и пересекает Альминскую и Бахчисарай­ скую долины. Почвы в основном щебенистые и черноземные .

Участок Бахчисарай—Куйбышево—Орлиное—Форос пересекает ос­ новной и ответвленный хребты. Высота местности 500—600 м, к востоку от трассы отдельные вершины достигают 740—-760 м над ур. м. Склоны гор рассечены глубокими долинами притоков рек Кача, Бельбек, Черная .

Долины притоков имеют характер горных ущелий с крутыми и обрыви­ стыми склонами. Южный склон гряды у Фороса круто обрывается к морю .

Участок Форос—Ялта проходит вдоль основного хребта по южному побережью Крымского п-ова. Круто спускающиеся склоны гор покрыты буковыми и грабовыми лесами .

В дальнейшем при рассмотрении материала будем приводить только номер участка .

Обработка материала наблюдений проводилась следующим образом .

На ленте окселеро'графа отмечались участки с заметной перегрузкой Ап там, где изменение ординат на участке не менее 1—2 км пути было более 0,1 мм, что соответствовало примерно минимальным значениям перегру­ зок в 0,02. Далее снимались величины ординат на выбранных участках для всех переломных точек и По поверочному графику определялись аб­ солютные-значения перегрузок. Затем для каждой площадки вычисля­ лись средние Ап и максимальные Апмакс. значения пбрбгрузок, СрбДНбб время сохранения перегрузок одного знака х сек. На ленте отмечались высота Я и длина I зон с болтанкой, а также число зон N с болтанкой и коэффициент заполняемости П (24) где SAn/ — горизонтальная протяженность зон с болтанкой вертолета, L — длина всего участка .

Параметр а характеризует степень заполнения атмосферы вихревыми возмущениями, вызывающими болтанку на данном участке трассы. Были подсчитаны также размеры турбулентных возмущений атмосферных вихрей L ^ = 2 ' z ’v, (25) * где V — воздушная скорость полета вертолета, х' — время сохранения перегрузок одного знака .

По значениям передаточной функции для вертолета МИ-4, приведен­ ной выше, были подсчитаны величины эффективной вертикальной скоро­ сти w'vi вертикального коэффициента турбулентности A Величины z- вы­ числялись по формуле А. С. Дубова, уточненной М. А. Германом [6] .

Учитывался тот факт, что с ленты акселерографа можно было снять зна­ чения т двух видов — длиннопериодных и мелкопериодных, отличаю­ щихся между собой примерно в четыре-пять раз. В дальнейшем в расчет взяты мелкопериодные значения т .

В рассматриваемый период Крымской п-ов находился, как правило, в размытом, безградиентном барическом полена периферии антициклона .

Поэтому ветры были слабыми, неустойчивыми по направлению. Преобла­ дала ясная, сухая погода .

В период 1—2 августа центр антициклона находился на Балканах .

Над Крымом располагалась его северо-восточная периферия, ветры были северные и северо-западные 2—3 м/сек .

В период 4—6 августа Крым находился на северо-западной перифе­ рии антициклона, центр которого располагался над Черноморским побе­ режьем Кавказа. Наблюдались северо-западные и западо-северо-западные ветры скоростью 2—3 м/сек .

8 августа над Крымом располагалась периферия антициклона, центр которого был в районе Астрахани, преобладали ветры восточные 2— 3 м/сек .

14 августа в Крыму наблюдались слабые ветры западного и восточ­ ного направлений .

В период 15— 17 августа Крым находился на южной и юго-западной периферии антициклона, центр которого располагался над Калинингра­ дом, затем сместился в район Рязани. Преобладали ветры восточные, юго-восточные от 1 до 4 м/сек .

18—20 августа антициклон располагался над Кавказом, Крым нахо­ дился под влиянием его северо-западной периферии, наблюдались ветры юго-восточные и южные 2—4 м/сек .

В период 23—25 августа Крым располагался на юге антициклона, ветры были северные, северо-восточные слабые 2—3 м/сек .

По данным шаропилотных наблюдений в Симферополе на высотах 1— 1,5 км над ур. м. ветры такж е не отличались большими скоростями .

Так, скорости ветров северо-западной четверти, перпендикулярных гор­ ной цепи Крыма или близких к ним, отмечались следующие: 2 августа 6—8 м/сек., 15 августа 4—5 м/сек., 18, 19 и 20 августа 4—5 м/сек. и 25 августа 2—3 м/сек., во все остальные дни полетов ветер был также относительно небольших скоростей .

Ветровой режим на высотах 1— 1,5 км дан в табл. 4 .

Таблица 4

–  –  –

Северо-западных ветров, перпендикулярных хребту, было всего от­ мечено 5 случаев и их скорости были малы. Ожидать болтанки вертоле­ тов, вызванных динамическими причинами, в рассматриваемый период не следовало .

По данным радиозондирования в Симферополе рассмотрен термиче­ ский режим в нижнем 1,5-кило'меровом слое с разделением на пять ти­ пов: 1) Y1° 2) 'Y— 1° 3) 0,6°у0,9°, 4) ^0,6°, 5) наличие инвер­ сионных прослоек. Эти данные сведены в табл. 5 .

Следует отметить, что данные радиозондирования были не за все дни наблюдений. Можно считать, что почти во всех случаях рассматри­ ваемого периода на трассе Симферополь—Ялта преобладала в основном термическая турбулентность, усиленная местными орографическими фак­ торами .

Таблица 5 Число случаев с различной термической стратификацией в слое д о 1,5 км над Симферополем в дни полетов

–  –  –

____ ____, 3 7 Интересно отметить, что во всех полетах не было случаев, когда бол­ танка наблюдалась по всей трассе или когда она полностью отсутство­ вала. В общем турбулентность носила всегда локальный характер и на­ блюдалась в виде отдельных очагов. Для характеристики средних зна­ чений основных элементов структуры воздушного потока и условий полета по каждому участку и в целом по трассе приведена табл. 6 .

По целому ряду показателей структура воздушного потока на разных участках трассы мало меняется. К таким величинам нужно отнести сред­ ние значения перегрузок, время сохранения перегрузок одного знака х, размеры атмосферных вихрей, вызывающих болтанку вертолета, длины зон турбулентных возмущений, величины коэффициента турбулентности и эффективной вертикальной составляющей скорости ветра. Но имеются и различия в структуре воздушного потока по отдельным участкам трассы. Число зон турбулентности и коэффициент заполнения турбулентТаблиЦ Средние характеристики структуры воздуш ного потока по трассе

–  –  –

ными зонами значительно больше на участке Бахчисарай—Форос и меньше на участке Симферополь—Бахчисарай .

В табл. 1 и 2 были приведены значения перегрузок и характеристики структуры воздушного потока в равнинных районах Крыма, которые можно сопоставить с теми же элементами в горных районах Крыма (таб л,7) .

Хотя, число измерений над равниной и горами резко различается, все же полученные, величины физически правильно отражают общие за­ кономерности структуры воздушного потока в этих районах .

–  –  –

Если средние значения Ап меняются в.сравнительно небольших пре­ делах, то максимальные перегрузки даже в условиях конвективной тур­ булентности могут доходить до 0,4—0,5 g, что будет соответствовать сравнительно сильным, правда, отдельным броскам вертолета .

Из других характеристик представляют интерес повторяемости раз­ меров зон турбулентных возмущений и, размеров атмосферных вихрей .

Размеры турбулентных зон примерно одинаковы по всем участкам, намечается только некоторый рост крайних значений размеров зон от ТаблицаЭ П овторяемость (% ) зон турбулентных возмущ ений по трассе

–  –  –

Резкого различия величин по участкам трассы не наблюдается .

Всюду профиль kz имеет два и даже три максимума. Наибольшие зна­ чения на участке I были в слое 0,3—0,4 км, на участке II в слое 0,4— 0,5 км и на участке III в слое,0,6—0,7 км. Второй максимум соответ­ ственно был на уровнях 0,5—0,6 км, 1— 1,5 км и 0,3—0,4 км. На участке II слой с максимумом k распространяется выше, чем на других участках, и достигает 1— 1,5 км, т. е. совпадает с уровнем гор .

Коэффициент заполнения а в первом приближении можно считать связанным с коэффициентом турбулентности — с ростом,й коэффициент заполнения возрастает .

Ориентировочная корреляционная связь между a n k может быть вы­ ражена в виде « = = 0,4 0 + 0,0 0 8 ^ .

Эта связь на трассе Симферополь—Ялта относится к значениям k от 20 до 70 м^сек. и а от 0,40 до 0,80 для летнего периода времени. Максимум вертикальных-пульсаций скорости ветра w' совпадает с максимумом к .

Величины-Lx имеют также максимумы, причем рост Lx с высотой в об­ щем наблюдается до некоторого уровня, а выше Lx уменьшается .

В заключение следует Отметить, что полученные характеристики ат­ мосферной турбулентности с помощью вертолета являются, насколько нам известно, первыми в литературе и не могут претендовать на абсо­ лютно точные значения каждого элемента, но они в общем правильно отражают порядок этих величин .

,18 ЛИТЕРАТУРА

1. Г е с с о у А., М е й е р с Г. Аэродинамика вертолета. Оборонгиз, 1954 .

2. Д у б о в А. С. К вопросу определения вертикальных скоростей ветра по данным самолетного акселерографа. Труды ГГО, вып. 81, 1959 .

3. П е й н П. Р. Динамика и аэродинамика вертолета. Оборонгиз, 1963 .

4. Ю д и н М. И. Вопросы теории турбулентности и структуры ветра с приложением к задаче о колебаниях самолета. Труды НИУ ГУГМС, сер. 1, вып 35, 1946 .

5. Ю р ь е в Б. Н. Аэродинамический расчет вертолетов. Оборонгиз, 1956 .

6. Г е р м а н М. А. О турбулентном обмене в облаках. Метеорология и гидрология,, № 10, 1963 .

–  –  –

ПРОГРАММА и МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРНОЙ

ТУРБУЛЕНТНОСТИ НА ГОРНЫХ ВЕРТОЛЕТНЫХ ТРАССАХ

Изложена методика исследования атмосферной турбулентности на горных трассах Крыма и Кавказа .

В последние годы вертолеты получили широкое применение в народ­ ном хозяйстве. Пассажирские вертолетные линии открыты и регулярно работают в Москве, Крыму, на Кавказе и в ряде других районов .

Наиболее сложными являются полеты вертолетов по горным трассам .

. Метеорологическое обслуживание вертолетов производилось в соответ­ ствии с Методическим письмом № 44 Управления службы прогнозов ГУГМС. Однако рекомендации синоптикам, предлагаемые в этом письме, были неполными в силу недостаточности собранного в то время мате­ риала и требовали уточнения. Организация метеорологической сети для обслуживания вертолетных трасс проводилась в соответствии с требо­ ваниями, предъявляемыми к легкомоторной авиации, хотя вертолеты имеют свои особенности как в конструкции, так и в технике пилотиро­ вания, вследствие чего эти требования часто не удовлетворяли запросов синоптиков и летного состава. Требовалось также уточнить указа­ ния летному составу по технике пилотирования вертолетов в горных районах .

Таким образом, поставлена была задача: а) обобщить имеющийся опыт аэросиноптического обслуживания полета вертолетов, б) провести исследования атмосферной турбулентности на горных трассах на спе­ циально оборудованных вертолетах и самолетах и на рейсовых вертоле­ тах, в) провести беседы с летным составом об условиях полета по данной трассе, г) привлечь синоптиков АМСГ, обслуживающих полеты вертолетов, к участию в изучении условий полета по трассе и в уточ-' нении ранее составленных методических указаний по прогнозу бол­ танки .

В результате данной научно-исследовательской работы должны быть выявлены условия, определяющие развитие атмосферной турбулентности на горных трассах и некоторые ее характеристики, а также составлены или дополнены:

а) указания синоптикам по диагнозу и прогнозу атмосферной тур­ булентности по трассе,

б) указания летному составу по технике пилотирования в горных районах в условиях турбулентности,

в) уточнения по организации аэрометеЪр'ологической сети, привле­ каемой к обслуживанию вертолетных трасс .

Для участия в данной работе были привлечены:

1) Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова — ответ­ ственная за тему в целом,

2) Государственный научно-исследовательский институт Граждан­ ского воздушного флота (ГНИИ ГВФ),

3) Центральный институт прогнозов' (Ц ИП),

4) Центральная аэрологическая обсерватория (ЦАО),

5) Московский государственный университет имени М. В. Ломоно­ сова (МГУ), кафедра физики атмосферы физического факультета,

6) Закавказский научно-исследовательский гидрометеорологический .

институт (ЗакНИГМ И),

7) Украинский научно-исследовательский гидрометеорологический институт (УкрНИИГМИ),

8) АМСГ Симферополь .

Работы были начаты в 1962 г. Перед исполнителями сразу же встал вопрос о возможности использования вертолета для исследования как атмосферной турбулентности, так и основных метеорологических элемен­ тов, определяющих ее развитие .

Если по методике применения самолетов для решения поставленных задач имелся сравнительно большой опыт, то для вертолетов такого опыта почти не было .

Среди метеорологов считалось, что несущий винт вертолета создает настолько большие возмущения воздушного потока, что значения таких метеорологических элементов как атмосферное давление, температура и влажность воздуха, измеренные при полете вертолета около его кабины, будут резко отличаться от тех же величин, полученных в невозмущенной атмосфере на том же уровне .

Результаты синхронных измерений давления, температуры и влажно­ сти воздуха, проведенных под руководством автора [1], при зондировании нижних слоев атмосферы на самолете, привязном аэростате и вертолете оказались совпадающими в пределах точности этих методов. Это обстоя­ тельство дало основание утверждать, что при полете вертолет деформи­ рует воздушный Поток практически не более, чем самолет. При выборе надлежащих точек крепления аэрологической аппаратуры, аналогично самолетному зондированию, вертолеты могут найти широкое примене­ ние как летающие лаборатории при исследовании нижних слоев атмо­ сферы. .

Использование вертолетов для исследования атмосферы имеет целый ряд преимуществ по сравнению с другими методами, а именно, возмож­ ность производить взлет и посадку с площадки, имеющей размеры всего около 30x30 м, исследовать атмосферу в интересующем нас слое над любой точкой подстилающей поверхности, Вертолет имеет большее, чем у самолета, соотношение между минимальной и максимальной скоро­ стями полета, в частности, он может зависать над любой точкой, обла­ дает меньшим, чем у самолета, радиусом виража, что дает ему возмож­ ность исследовать сравнительно небольшой по площади участок подсти­ лающей поверхности. Исследование атмосферы над морями с помощью вертолетов, базирующихся на кораблях, практически является единст­ венным методом, когда одновременно с прибором можно поднять и на­ блюдателя. В литературе имеются отдельные сведения об использо­ вании вертолета для исследования турбулентности в нижних слоях атмосферы .

В работе [3] приводятся итоги специальной экспедиции Государствен­ ного научно-исследовательского института Гражданского воздушного флота совместно с Центральной аэрологической обсерваторией и Центральным институтом прогнозов, задачей которой являлся сбор сведений и получение фактических данных об интенсивности и повторяемости бол­ танки на рейсовых вертолетах по трассам Крыма и Кавказа. Вертолеты не имели какой-либо специальной аппаратуры и определение болтанки проводилось визуально или анализировались бланки АВ-5, заполняемые пилотами рейсовых вертолетов .

. Тем не менее ряд выводов этой экспедиции представляет большой ин­ терес и в настоящее время, и с этими фактами приходилось считаться при выработке новых программ. Было установлено, что в одних и тех же.условиях на вертолете МИ-4 наблюдаются значительно меньшПе,-при­ мерно в 1,5 раза, величины эксплуатационных перегрузок, чем на легких самолетах типа АН-2, т. е. вертолет оказывается менее чувствительным к болтанке при полетах в турбулентной среде. Было установлено также, что сильная турбулентность, встречающаяся в горах, опасна для верто­ лета, так как, кроме перегрузок,, испйтываемых, машиной, она усложняет пилотирование, что самая опасная для вертолетов турбулентность свя­ зана с роторными течениями, развивающимися на подветренной стороне горных хребтов. В случае полетов на малых высотах над холмистым и горным рельефом при сильных ветрах вертолеты также испытывают болтанку, которая связана с турбулентностью в слое трения. Эта бол­ танка усиливается за счет термических и динамических факторов. Т а­ ким образом, к началу работ был накоплен некоторый опыт по исполь­ зованию вертолетов для исследования строения нижних слоев атмо­ сферы, а также для измерения и расчета некоторых параметров турбу­ лентности .

В данной статье не будем останавливаться на результатах научных исследований, а дадим только описание применяемой методики и тех вопросов, которые пришлось решать для ее обоснования:

Работа велась по нескольким направлениям:

а) проведение экспедиционных исследований на специально обору­ дованных вертолете МИ-4 и самолете ЛИ-2 с организацией наземных и аэрологических наблюдений;

б) полеты на рейсовых вертолетах, оборудованных приборами для регистрации перегрузок;

в) полеты по трассе на арендованных вертолетах МИ-1, оборудован­ ных метеорографом и самописцем перегрузок; ’

г) сбор и анализ заполненных пилотами специальных бланков, со­ ставленных ЦИПом и бланков АВ-5;

д) беседы с летчиками и синоптиками, обслуживающими трассу, об условиях полетов на ней;

е) составление аэроклиматических описаний авиатрассы по мате­ риалам многолетних наблюдений сети станций,

ж) проведение специальных исследований облачности, особенно ее орографических форм, развивающихся в горах .

Наибольший интерес представляла методика специальных полетов вертолета МИ-4 и самолета ЛИ-2, оборудованных соответствующей ап­ паратурой .

Были проведены две экспедиции — одна по трассе Симферополь— Ялта в мае 1962 г., другая в сентябре—октябре 1963 г. по трассам К ав­ каза Адлер—Геленджик и Кутаиси^—Шови .

Для этих целей ГНИИ ГВФ выделялись вертолет МИ-4 и самолет ЛИ-2, оборудованные специальной аппаратурой, экипажи их имели право совершать полеты в более сложных метеорологических условиях, чем экипажи рейсовых вертолетов .

Обе экспедиции проводились примерно по одинаковой программе, поэтому проанализируем работу одной из экспедиций, которая совер­ шала облет трасс Кавказа. Вместо самолета И Л -14 в полетах был исполь­ зован самолет ЛИ-2 .

Программа исследований

Программа условий полетов вертолетов в турбулентной среде и опре­ деление безопасной высоты полета над горными и прибрежными райо­ нами Кавказа одобрена Методическим советом ГНИИ ГВФ от 9 августа 1963 г .

Целью исследований было:

1) определение пространственного распределения интенсивных тур­ булентных зон и безопасных высот для полетов вертолетов по горным трассам Кутаиси—Шови и Адлер—Новороссийск при ветрах различных скоростей и направлений для уточнения действующих руководств по летной эксплуатации;

2) разработка рекомендаций' по улучшению метеорологического обеспечения и организации полетов .

Наземные работы включали:

1) оборудование вертолета МИ-4- и самолета ИЛ-14 измерительной аппаратурой,

2) проведение совещания представителей участвующих организаций перед началом летных исследований. :

Перечень оборудования, устанавливаемого на вертолете МИ-4:

1) барограф Б-10,

2) спидограф СС-71,

3) датчики отклонения рулей МУ-62,

4) датчики угловых скоростей ДУС-30,

5) акселерограф ЗП-15,

6) датчики углов тангажа и крена,

7) датчики оборотов двигателя,

8) радиовысотомер с записью на осциллограф,

9) самописец Рк с записью на осциллограф,

10) статоскоп с записью на осциллограф,

И ) электрометеорограф ГГО с комплектом датчиков: высоты, ско­ рости перегрузки, температуры наружного воздуха, влажности,

12) осциллограф К-9-21 (2 шт.),

13) электрочасы и щиток управления приборами .

На приборную доску в пассажирской кабине устанавливаются сле­ дующие приборы:

1) высотомер,

2) указатель скорости,

3) вариометр,

4) указатель самописца Рк,

5) указатель курса,

6) часы АЧХО,,

7) акселерометр А-2 .

Перечень оборудования, устанавливаемого на самолете ИЛ-14:

1) электрометеорограф ЦАО,

2) термоанемометр,

3) перегрузочный комплект с блоком записи углов крена и тангажа ЦАО,

4) радиовысотомер с записью на осциллограф,

5) статоскоп с записью на осциллограф,

6) альбедометр,

7) умформер для пцтания блока термоанемометра МА-500,

8) прибор для замера вертикальных потоков,

9) осциллограф К-9-21 (2 шт.),

10) дистанционный визуальный перегрузочный прибор,

11) электрочасы и щиток управления приборами,

12) датчики отклонения рулей МУ-62 (2 шт.) (крен и тангаж ) .

На приборную доску в пассажирской кабине устанавливаются сле­ дующие приборы:

1) высотомер,

2) указатель скорости,

3) вариометр,

4) указатель курса,

5) часы АЧХО,

6) акселерометр А-2,

Методика исследований

Методика проведения исследований по условиям полетов вертолетов в турбулентной среде и определения безопасной высоты полета над гор­ ными и прибрежными районами Кавказа включает следующее:

I. Летные исследования по данной программе проводятся на верто­ летных трассах Кутаиси—Шови и Адлер—Новороссийск на самолете ИЛ-14 и вертолете МИ-4. На этих трассах отмечаются сильные (7—• 20 м/сек.) северо-восточные и юго-западнЫе ветры. При этих ветрах на подветренных склонах гор возникают горные волны, роторные течения и связанная с ними интенсивная турбулентность .

Орографические волны и роторные течения зависят от: 1) формы гор­ ного массива, 2) состояния атмосферы, 3) направления и скорости ветра на уровне хребта, 4) изменения с высотой направления и скорости ветра с наветренной стороны хребта .

Для выявления орографических волн, роторных течений, пространст­ венного распределения турбулентных зон, а также условий полета верто­ лета в них ГНИИ ГВФ организует вертикальное зондирование на само­ лете ИЛ-14 и вертолетах МИ-4, а учреждения ГУГМС-и МГУ — метео­ рологические и аэрологические наблюдения четыре раза в сутки (6, 9, 13, 15 час.) в Адлере, Лазаревском, Геленджике, Джубге, Новороссий­ ске, Шови, Кутаиси и Амбролаури .

II. Полеты по трассе Кутаиси—Шови на вертолете МИ-4 и самолете ИЛ-14 проводятся три раза в день в 8, 13 и 18 час. при наличии северозападного и юго-восточного ветров, скорость которых изменяется от О до 7 м/сек. и от 7 до 12 м/сек .

Решение о целесообразности проведения полетов на основании ана­ лиза метеорологической обстановки принимается начальником экспеди­ ции по согласованию с представителями ГГО, ЦАО и ЦИП .

Для выявления' пространственного распределения зон атмосферной турбулентности и поведения вертолета вначале производится полет на вертолете МИ-4 по трассе вдоль ущелья Кутаиси—Шови на высоте 500— 800 м со скоростью Идр, равной 120— 130 км/час .

В случае обнаружения интенсивной турбулентной зоны на вертолете МИ-4 проводят полеты от начала и до конца зоны на высотах 100, 200, 400, 600, 900, 1200, 1500 и 1800 м над ур. м. по оси ущелья и вблизи скло­ нов на расстоянии 500—800 м .

Летные исследования

–  –  –

И т о г о

Эти полеты должны проводиться с парированием и без парирования вертикальных восходящих и нисходящих бросков путем увеличения или' уменьщения мощности двигателя .

Увеличение или уменьшение мощности двигателя при парировании допускается до номинала и до малого газа .

На указанных высотах; включается вся установленная аппаратура, регистрирующая метеорологические параметры и поведение вертолета в турбулентной зоне .

Ограничения для полетов вертолета в зонах болтанки .

1. При перегрузках, более 2 g повторные проходы на вышеупомяну­ тых высотах не производятся .

2. Полеты без парирования бросков не разрешаются, если вертикальые броски в турбулентной зоне превышают 200 м .

Кроме этого, на самолете И Л -14 проводится зондирование атмосферы в 8, 13 и 18 час. до 3000 м над аэропортом Кутаиси. .

Набор высоты при этом выполняется со скоростью подъема не более 3 м/сек. со включенным электрометеорографом .

После зондирования атмосферы с целью выявления турбулентных зон над ущельем необходимо провести полеты по трассе Кутаиси—Шови на высотах 1800, 2100, 2400, 2700, 3000 м .

На каждой высоте отмечаются' бортаэрологами и регистрируются приборами турбулентные зоны, величины максимальных перегрузок и другие летные и метеорологические параметры., Ограничения для полетов самолета ИЛ-14 в зонах болтанки .

1. Максимально допустимая перегрузка Пу не должна превышать 2,5 ^ при скорости Unp, равной 250 км/час. Получение такой перегрузки ограничивает дальнейшую возможность уменьшения высот полета над местностью .

2. Повторные полеты запрещаются вблизи склонов гор при верти­ кальных бросках самолета вниз более чем на 100 м .

III. Для обнаружения турбулентных зон, главным образом при силь­ ных северо-восточных и юго-западных ветрах, полеты на самолете И Л -14 проводятся три раза в день (8, 13, 18 час.) по трассе Адлер—Новорос­ сийск вдоль береговой линии на высотах 300 или 800 м над ур. м. В слу­ чае обнаружения турбулентной зоны самолет осуществляет полет в этой зоне в течение 7— 10 мин. на высотах 200, 400, 600, 800, 1000, 1500, 2000 и 2500 м над ур. м. вдоль берега и над морем на расстоянии 10— 15 км от берега .

После окончания этих полетов проводятся пролеты над хребтом (в районе турбулентной зоны) на высотах 600, 800 и 1000 м н е восточ­ ной стороны хребта (Крымская—Нефтёгорск) на высотах 300, 800 и 1500 м над местностью с удалением от хребта на 10— 15 км .

В наиболее интенсивных турбулентных зонах (Пу=1,5—2,0g') произ­ водятся также полеты по ветру или против ветра (перпендикулярно хребту) в районе Новороссийск—Туапсе с удалением в сторону моря на 15—20 км и на северо-восток от хребта на 40—50 км на высотах 200, 400, 600, 800, 1000, 1300, 1600, 2000 и 2500 м над местностью .

Скорость полета на вышеуказанных высотах должна быть крейсер­ ской. На высотах 400, 600, 800, 1000 м полеты разрешаются с зажатым рулем высоты и при нормальном пилотировании .

При выполнении этих полетов необходимо зарегистрировать пространственые характеристики турбулентной зоны, величины максималь­ ных перегрузок и все метеорологические и летные параметры .

Ограничения для полетов самолета ИЛ-14 в зонах болтанки по трассе Адлер—Новороссийск те же, что и по маршруту Кутаиси—Шови .

На вертолете МИ-4 по трассе Адлер—Новороссийск вначале прово­ дится полет вдоль береговой черты от Адлера до Новороссийска на вы­ соте 300—800 м над ур. м. со скоростью Ипр., равной 120— 130 км/час .

В случае обнаружения интенсивных турбулентных зон (при перегруз­ ках Пу от 1,3 до 2g) полеты на вертолете следует осуществлять по высо­ там так же, как и на самолете И Л -14. Скорость вертолета при этом должна быть равна 120— 130 км/час. При этом необходимо зарегистри­ ровать интенсивные турбулентные, зоны и все летные и метеорологиче­ ские параметры. ' Методика полетов на вертолете МИ-4 и их ограничения по безопасно­ сти выполняются так же, как и при полете по маршруту Кутаиси—Шови .

При выполнении программы пришлось ее в некоторых пунктах изме­ нить, так как не всегда имелись условия, благоприятные для полетов по принятой методике .

Список аэрологических станций, привлекаемых во время работ экспе­ диции на Кавказе, указан в программе. При полетах в Крыму в мае 1962 г. в дополнение к имеющейся станции температурно-ветрового зон­ дирования в Симферополе были организованы шаропилотные наблю­ дения в Ялте (ГГО) и в Соколином (МГУ) .

Результаты измерений каждого полета в виде таблиц сводки аэросиноптических условий за каждый день собраны как специальные при­ ложения к научному отчету .

Весьма интересные материалы, характеризующие условия развития атмосферной турбулентности, были получены на рейсовых вертолетах МИ-4, оборудованных самописцами перегрузок СП-11. При полетах по трассе Адлер—Геленджик наблюдения в полете за болтанкой вертолета и смену лент производил младший научный сотрудник М. А. Герман и студент МГУ А. И. Нарожный .

Приведем краткое описание методики исследований атмосферной турбулентности на трассе Адлер—Геленджик в период с 25 июля по 20 августа 1963 г. Для этих целей на рейсовом вертолете МИ-4 в центре тяжести вертолета между 12— 13 шпангоутами был установлен самопи­ сец СП-11 с переменной скоростью регистрации для регистраций верти­ кальных перегрузок центра тяжести. Питание прибора производилось от бортовой сети с напряжением 26 в .

Накануне каждого полета составлялся план, совместно с командиром вертолета уточнялся эшелон исследования и районы с обязательным ре­ жимом полета в пределах, которые позволяла техника пилотирования и условия полета по данной трассе рейсовых машин .

В день вылета устанавливалась новая лента на самописец перегру­ зок, на которой производилась соответствующая начальная разметка. Во время полета прибор работал непрерывно и только при попадании в зону болтанки скорость регистрации возрастала в десять раз. По записям самописца и визуальным наблюдениям устанавливались границы зон болтанки, вертикальная мощность и степень интенсивности. После окон­ чания полета производился сбор данных температурно-ветрового зонди­ рования в пунктах, которые находились вблизи маршрута рейсового вер­ толета (Адлер, Лазаревское, Туапсе, Джубга и Геленджик) .

Результаты исследований обобщены в статье М. А. Германа, поме­ щенной в данном сборнике .

При полетах по трассе Симферополь—Ялта, кроме лент самописца перегрузок, особых наблюдений за атмосферной турбулентностью не проводилось. Однако непрерывные записи перегрузок позволили выде­ лить зоны начала и конца болтанки, ее высоту и интенсивность, а по ним сделать расчет целого ряда характеристик атмосферной турбулентности .

Результаты этого обобщения приведены в статье П. А. Воронцова и М. А. Германа, помещенной в данном сборнике .

Хотя полеты рейсовых вертолетов ограничены и при сложных метео­ рологических условиях не совершаются, их использование позволяет по­ лучить массовый материал, характеризующий условия развития турбу­ лентности в периоды лаиболее интенсивного движения по трассе, выде­ лить участки и высоты с усиленной и ослабленной турбулентностью и получить ряд других характеристик .

Более ценный материал по исследованию атмосферной турбулентно­ сти на горных трассах можно получить, совершая полеты на арендован­ ном в ГВФ вертолете. Такие исследования были проведены ГГО в период с 19 сентября по 12 октября 1963 г. на вертолете МИ-1 на трассе Кута­ иси—Шови .

Вертолет МИ-1 был оборудован механическим метеорографом си­ стемы ГГО и самописцем перегрузок СП-11. К сожалению, вертолет не удалось оборудовать электрометеорографом. В пунктах Кутаиси, Амбро­ лаури и Шови были организованы шаропилотные наблюдения с выпу­ сками шаров в 6, 9, 12 и 15 час. по московскому времени .

Полеты выполнялись по следующей программе. Утром в 9 час. около Кутаиси производилось зондирование атмосферы до высоты 2 км, затем примерно в 12 час. проводился полет по трассе Кутаиси—Шови и около 15 час. снова зондирование в районе Кутаиси. В дальнейшем с 29 сен­ тября методика полетов была несколько изменена. В 8 час. проводился полет по трассе, около 12 час. зондирование атмосферы и в 15 час., снова полет по трассе. При зондировании делались трехминутные площадки на высотах 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,7, 1,0, 1,2, 1,5 и 2,0 км .

Полеты по трассе проводились в соответствии с Наставлением по производству полетов в горных районах, что несколько ограничивало исследовательские возможности, однако это не помешало получить инте­ ресные данные и выполнить программу работ .

Во время полетов по трассе на специальных бланках отмечались зоны повышенной турбулентности с указанием вь1 соты и интенсивности бол­ танки. На обратном пути выявленные зоны турбулентности исследова­ лись более подробно-— делались площадки на различных высотах с це­ лью определения вертикальной мощности и интенсивности зон турбу­ лентности. Схема полета по трассе за 23 сентября приведена на рис. 1 .

Во время полетов проводились непрерывные наблюдения за местами образования облачности нижнего и среднего ярусов, особенно за орогра­ фической облачностью, производилось сопоставление зон болтанки с оро­ графией местности и т. п .

Большой и ценный материал собирается в результате заполнения специальных бланков, составленных сотрудником отдела авиационной метеорологии ЦИПа А. Д. Васильевым .

Виды этих бланков даны для трассы Симферополь—Ялта на рис. 2, для трассы Адлер—Новороссийск на рис. 3 и для трассы Кутаиси—Шови на рис. 4 .

Пилоты рейсовых вертолетов заполняют эти бланки по возвращению из полета и сдают их в АМСГ, откуда они пересылаются в ЦИП для по­ следующей обработки. Накапливание таких бланков и их последующий анализ с учетом аэросиноптических условий позволит получить ряд инте­ ресных характеристик особенностей развития атмосферной турбулент­ ности на отдельных участках трассы .

При облетах вертолетных трасс проектировалось проведение бесед с летным составом, работающим на этих линиях. При соответствующей постановке вопросов можно получить ряд важных характеристик об услоо э S С Ч Н .

О .

в Q .

c d S (V X и S а ВИЯХ полетов по трассе. В виде примера дадим обобщение выступлений пилотов трассы Симферополь—Ялта, отметивших следующие характер ные черты .

В районе Крымских гор самая сильная болтанка наблюдается при северных и северо-западных ветрах. В этих случаях турбулентность встречается с южной стороны гор, причем до хребта полет проходит совершенно спокойно, затем болтанка возникает очень резко с короткой переходной зоной. Сразу после пролета хребта вертолет начинает «тя­ нуть» вниз, т. е. появляется сильное нисходящее течение воздуха. По мере удаления в сторону моря интенсивность нисходяШ,его движения уменьшается и интенсивность болтанки вертолета несколько возрастает .

При дальнейшем удалении в сторону моря нисходящее движение пре­ кращается, а интенсивность болтанки сохраняется неизменной на рас­ стоянии до 5 км от береговой линии. Глубже в море рейсовые вертолеты не заходят .

При полетах из Симферополя в Ялту пилоты предпочитают после перевала держаться вблизи гор. Здесь болтанка слабее, а нисходящие движения не мешают, так как вертолет все равно должен снижаться. после пролета перевала .

При полете из Ялты в Симферополь при северо-западных ветрах подниматься вблизи гор невозможно, так как нехватает запаса мощности двигателя. Поэтому пилоты после взлета в Ялте уходят в море, набирают там высоту с превышением 500—600 м над перевалом, разворачиваются и идут перпендикулярно хребту. Около гор вертолет начинает сильно тянуть вниз, но запас высоты позволяет преодолеть перевал с превыше­ нием в 200—300 м .

При ветрах южных направлений болтанка наблюдается с северной стороны гор. При направлении ветра параллельно хребту болтанка от­ сутствует, даж е при очень сильном ветре .

Наиболее спокойный полет бывает на высоте 200—300 м над мест­ ностью, ниже лететь опасно, так как неожиданный бросок может уда­ рить вертолет о скалы, выше этой зоны болтанка в горах увеличивается .

Такие обобщения опыта работ пилотов, несомненно, представляют интерес. Но добиваться от пилотов очень подробной детализации усло­ вий полета по трассе не следует — здесь появляется элемент слу­ чайности .

На всех АМСГ были привлечены синоптики, обслуживающие полеты вертолетов, к сбору материала с последующим составлением хотя бы кратких аэросиноптических условий болтанки по трассе. В виде приме­ ра дадим, предложенную нами программу такого краткого описания авиатрассы Кутаиси—Шови .

1.. Орографическое описание трассы и ее влияние на метеорологиче­ ские условия:

а) рельеф и профиль трассы,

б) районы на трассе с возможной дивергенцией и конвергенцией воз­ душного потока,

в) характеристика строения подстилающей поверхности и участки с резкими изменениями альбедо и их изменчивость в течение года,

г) районы с возможным образованием вынужденной конвекции,

д) участки с образованием местной и орографической облачности,

е) районы с наличием резких изменений метеорологических условий .

2. Характеристика зон болтанки вертолетов:

а) по участкам трассы, высоте и интенсивности,

б) в зависимости от синоптических условий,

в) связь их с направлением и скоростью ветра (по данным Кутаиси),

г) зависимость от времени года .

3. Характеристика регулярности полетов по трассе в зависимости от метеорологических условий .

4. Заключение о пригодности рекомендованных методов прогноза турбулентности и предложения по улучшению аэрометеорологического обслуживания полетов по трассе .

К сожалению, синоптики АМСГ обычно сильно загружены оператив­ ной работой и поэтому с большим трудом выделяют необходимое для данной работы время .

Не менее важное значение для выявления общих условий развития турбулентности имеет и составление аэрологической и синоптической ха­ рактеристик авиатрассы по данным многолетних наблюдений .

В виде примера дадим программу аэрологического описания трассы Кутаиси—Шови .

I. Температурный режим в слое до 4 км по данным Кутаиси .

1. Среднемесячное распределение суточного хода'температуры воз­ духа .

2. Суточный ход вертикальных температурных градиентов .

3. Периоды суток с наличием сверхадиабатических градиентов .

4. Температурный режим в горах (сопоставление, аэрологических данных Кутаиси с наземными данными Амбролаури, Они и Ш ови) .

5. Наличие приземных и приподнятых инверсий .

П. Ветровой режим над Кутаиси в слое до 4 км .

1. Среднее распределение скорости и направления ветра .

2. Число дней по месяцам со скоростью ^ 1 6 м/сек. у земли и на высотах 0,5 и 1,0 км (Кутаиси, Амбролаури, Ш ови) .

3. Подсчитать для отдельных периодов число Ричардсона Ri и пара­ метр Скоррера / 2 ____ ^^ V dz2 ’, где и — скорость ветра, р = - i - ^ д л я слоев 0,0—0,3; 0,3—0,6 и т. д., ускорение силы тяжести .

4. Ветровой режим по трассе. Репрезентативность данных Амбро­ лаури и Шови относительно данных Кутаиси .

5. Выделить случаи по Амбролаури, Шови и Кутаиси с ветром скоро­ стью 8 м/сек. и более и направлением, перпендикулярным (±45°) или параллельным (±45°) хребтом (ущельям) .

1П. Профили ветра и температуры при смене потоков воздуха во­ сточного на западный и западного на восточный .

IV. Облачность — рассмотреть по наземным наблюдениям облака нижнего и среднего яруса, выделить облачность, закрывающую перевалы и заполняющую ущелье при полном или частичном закрытии трассы .

V. Синоптические условия. Повторяемость основных синоптических процессов и характерные типы погоды для каждого процесса .

Приведенные методики и программы исследовательских работ по теме обеспечили Получение весьма обширного материала по характери­ стикам атмосферной турбулентности в горных районах и, в частности, на вертолетных трассах. Первая часть этих материалов помещена в дан­ ном сборнике, вторая ее часть подготавливается к печати или оформ­ ляется в виде отчетов .

ЛИТЕРАТУРА

1. Вопросы методики вертолетного зондирования. Под ред. П. А. В о р о н ц о в а .

Труды ГГО, вып. 140, 1962 .

2. L е 11 а у Н., D а v i d s о п В'. Exploring the atmosphere’s firsi mile, vol., 1, 2, London, New York, 1957. .

3. Методическое письмо № 44. Управление службы прогнозов "УГМС, 1959 .

д. л. ЛАЙХТМАН, Э. К. БЮТНЕР (ГГО)

ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ

ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ГОРНОМ РАЙОНЕ

Предполагается, что горная местность играет роль решетки, турбулизирующей натекающий поток. На основе соображений размерности нахо­ дится зависимость порывистости ветра над горами от статистических ха­ рактеристик рельефа и свойств воздушной массы .

Большинство имеющихся в настоящее время работ [1—3], посвящен­ ных расчету характеристик воздушного потока в горной местности, осно­ вывается на изучении режима потока при обтекании отдельного препят­ ствия той или иной формы. Между тем горный район характеризуется большой неоднородностью как высоты, так и формы рельефа в горизон­ тальной плоскости .

В таких сложных условиях трудно подобрать какую-либо простую мо­ дель, которая описывала бы форму рельефа и, разумеется, нереально для таких сложных условий пытаться решить динамическую задачу, из кото­ рой можно было бы найти крайне сложную картину потока в горах .

Более рационально рассматривать сложную структуру потока в горах как некоторое сглаженное движение U, на которое накладываются мак­ ромасштабные пульсации и'. Эти пульсации являются результатом раз­ бивания потока при натекании на горный хребет .

Горы, по-видимому, играют роль своеобразной решетки. Из этих сооб­ ражений следует, в частности, что основная генерация энергии турбу­ лентности происходит в слое от некоторого среднего уровня до вершин .

Выше этого слоя главный приток энергии турбулентности обусловлен диффузией снизу (рис. 1) .

Некоторые количественные оценки интенсивности турбулентных пуль­ саций можно получить, исходя из соображений, основанных на анализе размерностей, поскольку в общем ясно, какими размерными парамет­ рами характеризуется процесс .

Установим, от каких физических величин должна зависеть средняя квадратическая порывистость ветра над горами. Эта характеристика представляет наибольший интерес для авиации .

1. Зависимость от рельефа. В общем случае зависимость от рельефа должна определяться двумя размерными параметрами: характерным и горизонтальным Lx, поскольку эти величины вертикальным размером характеризуют средний размер наибольших вихрей. Lx и Lz — статисти­ ческие средние характеристики Tl2 V [h{x, y ) ~ h Здесь /i(x, у) — высота точки.рельефа на ур. м., /г—.средняя высота гор­ ной местности над ур. м. Осреднение должно производиться по некоторой области вдоль.направления.потока .

Будем считать, что для горной местности L z~L x и оставим в качестве характеристики рельефа только один параметр Х'гЗависимость от высоты. Основное вихреобразование в горных усло­ виях, как указано выше, связано с разбиванием потока, обтекающего горы. В связи с этим по мере диффузии вверх энергия турбулентности должна убывать вследствие затраты вихревой энергии на работу против сил плавучести и диссипации в тепло. Следовательно, существед1ным раз­ мерным параметром процесса является высота z над уровнел! Л .

///

–  –  –

3. Зависимость от радиационного баланса. Большая неоднородность горного рельефа, а также разнообразие покрытия подстилающей поверх­ ности приводит к тому, что альбедо поверхности Л-в горах является очень пестрым. Наличие разницы в альбедо соседних поверхностей вызывает разницу в их нагреве и конвективные потоки, которые являются дополни­ тельным источником энергии турбулентности. Интенсивность этих потоков должна быть пропорциональна ----- •, где i? — радиационный баланс .

Этот фактор должен быть особенно велик при слабых скоростях ветра. .

Он отражает влияние термической неоднородности поверхности на турбулизацию потока. Кроме того, он в известной степени влияет на интен­ сивность турбулентности даж е при одинаковом альбёдо из-Sa связи ра­ диационного баланса со стратификацией нижнего слоя .

,

4. Очевидно, что в качестве аргумента должен входить параметр так как от него зависит и интенсивность локальных циркуляций, возни­ кающих за счет температурной неоднородности, и работа против архиме­ довых сил .

5. Зависимость от скорости ветра. Кроме вышеперечисленных пара­ метров в величину должна входить величина скорости набегания по­ тока на горы и. С возрастанием скорости увеличивается количество энергии среднего потока, переходящей в энергию турбулентности. Ско­ рость ветра является главным фактором, определяющим уровень турбу­ лентности в горах .

3 гго, вып. 171 труды 33 Имеется большое количество эмпирических данных [4, 5], указываю­ щих на возрастание болтанки над горами с увеличением скорости потока .

6. Кроме вышеперечисленных параметров следует ввести также пара­ метр Кориолиса cD так как масштабы изучаемого явления могут ока­ z, заться большими. _

7. Итак, мы должны записать величину и''‘ в виде функции от шести размерных параметров /2 ф(4; U z\ 4-; — ) \ (1)

–  –  –

Функции Ф, Ф] и Фг должны определяться из эксперимента. Первая попытка определения функции Ф была предпринята на основе результа­ тов, полученных совместной экспедицией ГГО, НИИ ГВФ, МГУ и ЦАО в Крыму в мае 1962 г. Экспедицией проводились измерения профиля ветра в четырех точках Крымского п-ова и профиля температуры на се­ верном и южном склонах Крымского хребта при одновременном измере­ нии болтанки и значений альбедо по трассе на самолете и вертолете. Для того чтобы установить зависимость интенсивности турбулентности от п а р а м е т р а ^, величина порывистости и"‘ была усреднена по высотам всех площадок, которые делал вертолет МИ-4 над данным участком по­ верхности Lz. Были отобраны те дни, когда средний поток был направлен перпендикулярно Крымскому хребту. На рис. 2 приведена зависимость 3* 35 средней по высотам z относительной порывистости от величины и L .

где т

-f ^ [ r ( 2 ) - 7 - o + 7pA^] Параметр 1 аналогичен параметру Я, в котором вместо радиационного баланса R фигурирует связанная с ним величина отклонения разности температур T{z) и температуры поверхности Го от равновесного значе­ ния — YpZ .

,/2 Установить зависимость величины измерявшейся на подветренном склоне Крымского хребта, от высоты z пока не удалось, хотя оче­ видно, что порывистость должна быть малой при z ниже Я, максималь­ ной вблизи вершин и далее убывать с высотой .

8. О влиянии стратификации на интенсивность турбулентности в горах .

Так как основной источник турбулентности в горах динамический, то стратификация в нижнем слое не должна сильно влиять на интенсивность турбулентности в нем. В гораздо большей степени на эту Интенсивность должна влиять стратификация верхнего слоя, т. е. области, лежащей над вершинами гор. Действительно, образовавшиеся на уровне гор вихри диффундируют наверх. Поэтому при неустойчивой стратификации на­ верху турбулентность распределяется по толстому слою и интенсивность ее на каждом уровне невелика. Если же в верхнем слое имеет место инверсия, то вся генерированная горами турбулентность.запирается в нижнем слое и следует ожидать сильной болтанки на уровне, гор .

Если оценивать турбулентность по четырехбалльной шкале (б°, б', б^, б®), то можно в качестве иллюстрации привести следующую; схему:

–  –  –

Влияние стратификации нижнего слоя сказывается цри прочих рав­ ных условиях, но оно должно быть второстепенным. Для того чтобы по­ лучить экспериментальное подтверждение этой схемы, вычислим по дан­ ным самолетного зондирования значения средних градиентов темпера­ туры АТ отдельно для примыкающего.к земле 300-метрового слоя, и для слоя, расположенного на высоте 1—2 км. Результаты сопоставим со средним по всей трассе значением относительной порывистости .

Здесь приведена разность АТ и равновесного градиента температуры, сле­ довательно, положительные цифры соответствуют инверсионному состоя­ нию, отрицательные— неустойчивому .

у / ' и' Значения- и последней строчке получены путем пересчета пере­ в грузок вертолета МИ-4 в долях g на величину и' в м/сек. Пересчет произV 10 V 12 V 16 V 16 V 17 V 14 час. 9 час. 15 час. 9 час. 15 час. 15 час .

<

–  –  –

водился при помощи графика связи Ап и и' для самолета ИЛ-14 [6], так как аналогичного графика для вертолета пока не существует .

Количество приведенных в таблице данных пока явно недостаточно для анализа, рднако,В;Общ^м они не противор,ечат качественной картине, представленной на схеме...., .

ЛИТЕРАТУРА

1. Д о р о д н и ц ы н А. А- Влияние рельефа земной поверхности на воздушные тече­ ния. Труды ЦИП, вып. 21 (48), 1950 .

2. К и б е л ь И. А. Об обтекании препятствий воздушным потоком. ДАН СССР, т. 100, № 2, 1955 .

3. S c o r e r R. S. Theory of airflow over mountains. Quart. J. Roy: met. soc., vol. 79, 1953 .

4. Ш м е т е р С. M. Некоторые характеристики турбулентности и поля температуры над горами. Метеорология и гидрология, № 3, 1960,

5. Ш м е т е р С. М. Об обтекании горных препятствий воздушным потоком! Труды ЦАО, вып. 24, 1958 .

6. Сб. «Атмосферная турбулентность, вызывающая болтанку самолетов». Под редак­ цией Н.. 3. П и н у с а. Гидрометеоиздат, Л., 1963 .

м. с. ШЕЛКОВНИКОВ. Н. и. ТРУСИКОВ (ГНИИ ГВФ)

УСЛОВИЯ ПОЛЕТОВ ВЕРТОЛЕТА МИ-4 ПО ПАССАЖИРСКИМ

ТРАССАМ КРЫМА

Рассматриваются условия полетов вертолета МИ-4 по трассе Симферо­ поль—Ялта при разных направлениях и скорости ветра относительно гор­ ных хребтов .

Полеты вертолетов в горных районах в отличие от самолетов осуще­ ствляются не только в верхних, но и в нижних слоях атмосферы: в доли­ нах, ущельях, над склонами и перевалами, с наветренных и подветрен­ ных сторон гор. Нередко во всех этих местах наблюдается интенсивная турбулентность. Знание расположения интенсивных турбулентных зон и условий полета вертолета в них имеет не только научное, но и большое практическое значение .

Исследованием влияния горного рельефа на характер воздушного по­ тока с помощью распространения дыма, парения птиц, планеров, само­ летов и уравновешенных шаропилотов занимались Ферхготт [1], Коль­ сон [2], Гербер, Беранжер [3], Пинус, Шметер [4, 5, 7], Хргиан [6], Гесс, Вагнер [8] и многие другие. Теория этого вопроса разрабатывалась Кибелем [9, 14, 19], Кочиным [10, И], Дородницыным [12, 13, 15], Дюбю­ ком [16], Гутманом [17], Квинеем [20], Кютнером [22, 21], Скорером [23— 28] и др .

Благодаря усилиям этих ученых создана и экспериментально прове­ рена теория обтекания неровностей земли воздушным потоком, установ­ лены аэрометеорологические условия возникновения и развития горных волн и роторных течений, дана характеристика турбулентности и ее влия­ ние на прочность конструкции и устойчивость самолетов. Получены также Закономерности по безопасности полетов самолетов, главным образом в верхних слоях атмосферы .

Однако все это не может быть полностью использовано для полетов вертолетов в нижних слоях атмосферы. При полетах вертолетов в этих слоях необходимо иметь четкое представление об особенностях ветрового режима и безопасных высотах полета, о распределении интенсивных тур­ булентных зон и их влиянии на полет вертолета. Все эти закономерности не только недостаточно полно и всесторонне, но и почти совершенно не изучены .

Для того чтобы восполнить хотя бы частично этот пробел, мы и поста­ вили своей целью исследовать расположение турбулентных зон и их влия­ ние на полеты вертолетов по пассажирским трассам Крыма .

Для решения этой задачи была организована и проведена в мае 1962 г. экспедиция Государственного научно-исследовательского инсти­ тута ГВФ, Центральной аэрологической и Главной геофизической обсер­ ватории, Центрального института прогнозов и кйфедры физики атмо­ сферы при Московском государственном университете .

Прежде чем охарактеризовать условия полета вертолета МИ-4 в Крыму, необходимо кратко остановиться на физико-географических данных района исследований, экспериментальном материале, методике исследования и расположении турбулентных зон .

Физико-географические данные района исследований Крымский п-ов с запада и юга омывается Черным морем, а с вос­ тока — Азовским. Общая площадь полуострова 2600 км^. Поверхность Крыма делится на две части: равнинную (степную) и горную. Степь за­ нимает 4/5 всей площади полуострова и располагается главным образом севернее линии Севастополь—Симферополь—Бахчисарай—Белогорск— Старый Крым .

Горный Крым в западной части состоит из трех, а в восточной из двух горных гряд, разделенных небольщими ущельями. Самая высокая — юж­ ная гряда. Вершины этой гряды поднимаются более чем на 1,5 км над ур. м. (Роман-Кбш 1545 м, Чатыр-Даг 1525 м). На западе она почти вплотную подходит к берегу Черного моря, а в центре отступает от него на 2—8 км. Ширина южной гряды не превосходит 20 км .

Вторая, или средняя, горная гряда немного ниже первой. Ее высшая точка достигает 766 м над ур. м .

Третья, или северная, гряда еще ниже — от 150 до 340 м. По отноше­ нию к первым двум она является предгорьем .

Южные склоны Крымских гор крутые, обрывистые, северные-^ пологие .

Третью горную гряду и частично северный склон второй гряды зани­ мает лесостепь, где преобладают заросли низкорослого дуба и соснового леса. В речных долинах этой зоны растут сплошные сады .

Нагорье первой, самой высокой гряды безлесно. Большая часть по­ верхности покрыта травянистой растительностью .

В Крыму вертолеты летают по трем трассам. Одна из них проходит из Симферополя в Ялту через горы (Ай-Петри 1233 м), а две другие — в об­ ход их из Симферополя на перевал Байдарские Ворота (500 м над ур. м.) и далее вдоль берега моря до Ялты или из Симферополя в Ялту по мар­ шруту, пролегающему между горами Чатыр-Даг и Роман-Кош .

Экспериментальный материал и методика исследования В Крымской экспедиции проводились метеорологические, шаропилот­ ные и радиозондовые наблюдения, а также специальные вертолетное и самолетное зондирования атмосферы. Шары-пилоты выпускались в 7, 13 и 18 час. с 1 по 21 мая 1962 г. в Симферополе, Соколином, Ялте и Орли­ ном. Вместе с этим в Симферополе поднимался ежедневно радиозонд в 9 и 15 час., а на самолете ЛИ-2 и вертолете МИ-4 зондировали атмосферу утром (8— 11 час.) и днем (13— 16 час.) с северной и южной сторон хребта, а также непосредственно над ним .

Для выявления турбулентных зон и их расположения в районе Крым­ ского хребта, а также для определения условий полета в этих зонах самолет и вертолет при зондировании летали по «площадкам» (режимам) от Симеиза до Алушты параллельно направлению Крымского хребта с се­ верной и южной сторон, а также над морем (на расстоянии 10— 15 км от берега) на высотах 100, 200, 500, 800, 1200, 1500, 1800 и 2000 м .

Реже проводились полеты над хребтом (от Байдарских Ворот до Чатыр-Дага) на высотах 200, 400 и 600 м и в сторону моря; от берега к морю и от моря к берегу на расстоянии 10—15 км, т. е. перпендикулярно на^ правлению Крымского Хребта .

Во время проходов (режимов), особенно в турбулентной атмосфере пилоты-йспытатели выдерживали постоянными скорость и высоту полета самолета и вертолета. Пилот парировал лишь Сильйую болтанку .

На самолете ЛИ-2‘и вертолете МИ-4 при этом были установлены электрометеорбграфы, перегрузочный и пульсационный комплекты, баро­ граф, спидограф, перегрузочные приборы ЗП-15, корректор высоты КВ-11, центральная' гировертикаль; датчики угловых скоростей (ДУС-15) и уг­ лов отклонения автомата перекоса (МУ-62). Всего, таким образом, было использовано при анализе 40 радиозондов (по Симферополю), 280 шаро­ пилотов по четырем пунктам, самолетное и вертолетное зондирование атмосферы за 8 дней (7, 10, 11, 12, 15, 16, 17 и 19 мая 1962 г.) .

Турбулентность,' обусловленная термическими причинами, как пока­ зали летные исследования, проведенные в ГНИИ ГВ'Ф в 1960— 1961 гг., не оказывает существенного влияния на пилотирование вертолетов МИ-4 .

Ввиду этого основное внимание при исследовании было обращено на ус­ ловия полета при динамической турбулентности, возникающей в резуль­ тате обтекания Крымского хребта воздушными массами .

Расположение турбулентных зон в Крыму Сильная турбулентность при полетах самолетов, как показано Ф'ерхтготтом [1], Жербером, Беранжером [3], Пипусом, Шметером [5], Кютнером [22], Алаком [29] и др., наблюдается не только в кучево-дождевых об­ лаках, но и в орографических и вихревых (роторных) течениях .

Орографические волны и вихревые течения в Крыму, так же как и на горных хребтах Америки {30, 31] и Европы [1, 3], возникают и развиваются в основном при устойчиво-стратифицированной атмосфере. В качестве наиболее типичного примера, подтверждающего сказанное, может слу­ жить эмаграмма, построенная по данным вертикального зондирования атмосферы за 9 час. 10 мая 1962 г.. (рис. 1) .

Как видно, в этот день в Симферополе в нижнем 4,5-километровом слое атмосфера была устойчиво стратифицирована. На высотах от 670 до 840 м наблюдалась инверсия. Температура в этом слое повысилась на 1,6° .

В другие дни толщина слоев инверсии колебалась от 150 до 400 м .

Чаще всего они располагались на высотах от 700 до 1500 м над ур. м .

Другим фактором, кроме стратификации атмосферы, для образования орографических волн и вихревых течений, как известно, является ветер .

В летний и осенний периоды на Крымском п-ове в нижнем 1,5-километровом слое преобладают северо-восточные (30—35%) и юго-запад­ ные (25—30%) ветры (табл. 1). Повторяемость северо-западных и север­ ных ветров составляет 18—24%, а южных и юго-восточных — 6— 10 °/о .

При северо-восточных и юго-западных ветрах воздушные массы рас­ пространяются вдоль Крымского хребта, а при северо-западных и юговосточных — поперек .

Наиболее типичные примеры изменения скорости и направления ветра с высотой при продольном и поперечном перемещении воздушных масс представлены на рис. 2 и 3. На этих рисунках нанесены по Оси ординат высоты в метрах, а по оси абсцисс — скорости ветра. На конце стрелок отмечены направления ветра в десятках градусов. Как видно, 10 и 17 мая 1962 г. в нижнем 1,5-километровом слое направление воздушного потока с наветренной стороны от степных районов (Симферополь) до предгорий (Соколиное и Орлиное) й гор изменялось от 280 до 320°, т. е .

в предгорьях и горах (Ай-Петри) воздушные массы распространяются почти перпендикулярно Крымским горам .

В районе Ялты, за Крымским хребтом, с подветренной стороны в ниж­ нем 200-метровом слое и в верхнем слое от 200 до 1500 м воздушные массы перемещались противоположно; в нижнем с моря.к горам, а в верхнем от гор к морю., '

–  –  –

Рис. 3, Изменение скорости ветра с высотой в Крыму 15 мая 1962 г .

а — Орлиное, б — Соколиное, в — Ялта, г — Симферополь .

Скорость ветра в Симферополе 10 мая 1962 г. в нижнем 1000-метровом слое увеличивалась от 12 до 15 м/сек., а в слое 1000— 1500 м резко умень­ шалась от 15 до 3 м/сек. Одновременно с этим на станциях Соколиное, Орлиное и Ялта в нижнем 1000-метровом слое она была меньше 6 м/сек., а на уровне хребта и выше — больше 12 м/сек .

В первую половину дня 17 мая 1962 г. скорость северо-западного ветра в нижнем 2-километровом слое была меньше 8 м/сек. К вечеру она резко увеличилась, причем вначале возрастала в нижнем слое 400—500 м, затем к 800м уменьшалась от 8— 10 м/сек. до 4 —6 м/сек;, а потом увеличи­ валась до 15— 17 м/сек. к 2000 м, достигая на уровне хребта 8— 10 м/сек .

Скорость продольного юго-западного потока 15 мая 1962 г., так же как и вечером 17 мая, увеличивалась с высотой. На уровне гор РоманКош и Чатыр-Даг она достигала 16—20 м/сек .

Горные волны, вихревые течения и связанная с ними турбулентность отмечались при юго-западных, северо-восточных и северо-западных вет­ рах, скорость которых, изменяясь с высотой, достигала на.уровне хребта 8 м/сек. и более .

Если предположить, что при скорости ветра на уровне Крымского хребта более 8 м/сек. при прочих равных условиях всегда будут возни­ кать и развиваться горные волны и вихревые течения, то вероятность по­ падания вертолета в зону турбулентности на вертолетных трассах Крыма в теплый период года составляет 30%, из них 5% — с южной стороны хребта при северо-западных ветрах, 3% — с северной стороны при юговосточных ветрах и 22% — около гор Чатыр-Даг и Роман-Кош при югозападных (12%) и северо-восточных (10%) ветрах .

С южной стороны Крымского хребта между Байдарскими Воротами,И Алуштой при сильных северо-западных ветрах в нижнем 1800-метровом слое наблюдалось изменение турбулентности с высотой (рис. 4). На рис. 4 в центре квадратов нанесены средние значения турбулентности и прове­ дены линии равных ее значений. Последняя получена путем деления суммы приращений перегрузок, регистрируемых при полетах на верто­ лете МИ-4 10, 12, 16 и 17 мая 1962 г., на количество наблюдений в каж ­ дом квадрате. При этом условно принималось приращение перегрузок от О до ±0,2 за 1, от 0,21 до 0,5 § за 2 и от 0,51 и более за 3 .

Из рисунка видно, что на высотах от 200 до 600 м, от 800 до 1100 м и от 1200 до 1600 м турбулентность имела наибольшее значение, а в ниж­ нем 200-метровом слое и на высотах от 600 до 800 м и от 1600 м и выше — наименьшее. Максимальное приращение перегрузок составляло ±0,7 g .

Изменение интенсивности турбулентности с высотой подтверждается также и самолетными данными (рис. 5). Однако чередование понижен­ ных и повышенных слоев турбулентности по данным самолета выражено менее четко, чем по данным вертолета. Это следует объяснить не только тем, что самолет и вертолет по-разному реагируют на тур­ булентность атмосферы, но и различием в пространственном распределе­ нии ее. Вертолет, как Правило, летал и регистрировал наиболее интен­ сивную турбулентность над крутыми обрывистыми южными склонами Крымского хребта, а самолет — менее интенсивную турбулентность над береговой чертой на расстоянии 1—2 км от склонов .

На высотах ниже 200 м и выше 1500 м, к западу и востоку от Симеиза и Алушты, а также при удалении от береговой черты в море на 10— 15 км турбулентность заметно уменьшается. Так, по данным самолета ЛИ-2 за 16и 17 мая 1962 г. максимальное приращение перегрузки составляло над береговой чертой ± 0,2—0,3 g, а над морем на расстоянии 10— 15 км от берега ± 0,1 § .

Над хребтом на высотах от 1300 до 2000 м и с северной стороны. 43

-Ц.2 '.8-1,6

-1500

–  –  –

Рис. 5. Распределение с. высотой турбулентных зон по маршруту Байдарские Ворота—Алушта (северо-западные, ветры). Самолет'ЛИ-2 .

хребта на высотах от 500 до 2000 м турбулентность почти отсутствовала и отмечалась лишь в отдельных местах, причем приращение перегрузки вертолета не превышало ±0,2 § Турбулентные зоны при юго-западных ветрах располагаются главным образом с северной стороны Крымского хребта, примерно в районе се­ вернее Ялты и далее на восток до Роман-Коша и Чатыр-Дага .

Наиболее интенсивная зона с приращением, перегрузки вертолета

-0,7 g отмечалась около гор Роман-Кош и Чатыр-Даг на высоте ± 0,4— 1300 м над ур. м. и выше. .

На высотах 100—500 м и над районом между горами Роман-Кош и Чатыр-Даг, а также у Байдарских Ворот и на южном побережье Крыма наблюдалась слабая турбулентность. Приращение перегрузок На верто­ лете при полетах в этих зонах не превышало ±0,1,; ±0,2 § .

Турбулентные зоны при северо-восточных ветрах над районом между горами Роман-Кош и Чатыр-Даг, за исключением высот 1300 м над ур. м .

и выше, чаще всего не оказывают существенного влияния на полет вер­ толета .

По нормам прочности для вертолета МИ-4 эксплуатационное прира­ щение перегрузок не должно превосходить ± 1 S’. На самом деле оно не превышало ±0,7 § .

Следовательно, при полетах в зонах с наиболее интенсивной турбу­ лентностью в Крыму вертолет имеет запас прочности почти двукратный (1,75) .

Турбулентное состояние атмосферы можно охарактеризовать также безразмерным параметром Ричардсона .

Известно, что при некотором критическом значении этого параметра (от 0,07 до 1,0) поток воздуха в атмосфере должен переходить из лами­ нарного в турбулентное состояние., Для характеристики изменения турбулентности при переходе воздуш­ ного потока с наветренной стороны на подветренную, при наличии или отсутствии горных волн и роторных течений с подветренной. стороны, было рассчитано по данным ветрового и температурного зондирования в Ялте и Соколином число Ричардсона (табл. 2) .

Как видно, воздушный поток, натекающий на Крымские горы в. ниж­ нем 1000-метровом слое со скоростью более 8 м/сек., под углом,90° (10 и 17 мая 1962 г.) или 45—60° (16 мая 1962 г.), с наветренной стороны тур­ булентен, так как параметр Ричардсона меньше единицы (R i l);- При слабых ветрах (12 мая 1962 г.) он значительно больше единицы. При пе­ реваливании через хребет турбулентность в этом потоке в одних случаях (16 и 17 мая 1962 г.) сохраняется, а в других (10 мая 1962 г.) значительно уменьшается, так как число Ричардсона резко возрастает и становйтся больше единицы. В то же самое время, как мы видели ранее, в эти дни воздействие турбулентности на полет самолета и вертолета с наветренной стороны было наименьшее, а с. подветренной — наибольшее, причем 10 мая 1962 г. особенно значительное (Ап= ±0,7 §•) .

Малое совпадение безразмерного параметра Ричардсона и интенсив­ ности перегрузки самолета и вертолета с наветренной и подветренной сторон Крымского хребта следует, по-видимому, объяснить тем, что без­ размерный параметр Ричардсона полностью не характеризует структуру турбулентности и ее изменения при переваливании воздушного потока .

Условия полета вертолета МИ-4 в турбулентной атмосфере Полеты в интенсивных турбулентных зонах, образуемых при северозападных, юго-западных и северо-восточных ветрах, характеризуются частыми и резкими бросками вертолета вверх и вниз, раскачиванием его со cf 0 0 5 1 — 10^1 1 1 1 1- 1 г 11 1о !о Us ч ю СС с о со со Н 0 0 ^ 1— ю е г 1 1 1 1, 1 1 Т -Г о " 1 о" 1^ <

–  –  –

Вертикальные скорости бросков вертолета при северо-западных вет­ рах с южной стороны хребта и при юго-западных ветрах в районе между горами Роман-Кош и Чатыр-Даг колеблются в 75% случаев от 1 до 4 м/сек., в 20% от 4 до 8 м/сек. и лишь в 4% от 8 до 12 м/сек., в то время как на равнине Крыма при болтанке они в основном равны 1—2 м/сек. Наибольшие вертикальные скорости бросков вертолета (8—12 м/сек.) чаще всего (70%) встречались с южной стороны Крыма на высотах от 400 до 1000 м. Углы крена и тангажа изменялись от 1 до 11° (табл. 4). Угловая скорость тангажа при этом достигала 2—3 град/сек., а угловая скорость крена — 8 град/сек. По соображениям статической прочности рулевого винта ограничение угловой скорости вращения уста­ новлено не более 12 град/сек. На самом деле максимальные значения уг­ ловой скорости вращения (рыскания) вертолета достигали 8 град/сек., что составляет 67% допустимой .

' При изменении высоты полета более, чем на 50 м от первоначально установлен­ ной, пилот парировал броски изменением мощности двигателя и шагом несущего винта .

Таблица 4 Повторяемость (% ) углов крена, тангаж а, а такж е угловых скоростей (град/сек.) тангаж а, крена и рыскания в турбулентной атмосф ере с ю жной, стороны хребта

–  –  –

0—2 0 -2 2—4 1 -4 4 -6

–  –  –

Приборная скорость при полете в турбулентной среде (в отличие от полета в спокойной среде) резко и часто колеблется от ±10 до ±60 км/час. Эти колебания чаще вёего происходят в течение нескольких секунд (1-—7 сек). При наиболее интенсивной турбулентности колебания приборной скорости наблюдались: от ± 10 до ± 3 0 км/час. 83%, от ±30 до ± 4 0 км/час. 14Р/о, от ± 5 0 до ± 6 0 км/час. в отдельных случаях (около 3%)., Э ти, колебания не являются действительным изменением скорости полета вертолета, а возникают вследствие несовершенного метода изме­ рения скорости. Поэтому при полете в турбулентной среде пилоту не следует реагировать на колебания приборной скорости в указанных пре­ делах. И только в тех случаях, когда горизонтальная скорость полета, достигнув максимального изменения ;(± 60 км/час) от установившейся,, будет иметь тенденцию к дальнейшему росту или уменьшению, необхо­ димо вмешиваться; в управление .

Пилотирование вертолета при полетах в условиях интенсивной тур­ булентности значительно усложняется и требует постоянного внимания пилота к управлению. Частота отклонений рулей управления, в 1,5—

2. раза выше,^чем при пилотировании в условиях спокойной, атмосферы .

Кроме того, в этих условиях возрастает потребное отклонение автомата перекоса как в продольном, так и в поперечном направлении .

НаприМер, если при полете в условиях.спокойной атмосферы автомат перекоса отклоняется от среднего, положения в поперечном и продольном направлениях'максимально (±0,25°), то при полете в условиях турбу- .

лентности величины отклонений доходят до 1,5—3,0° (рис. 6). В резуль­ тате ЭТО значительно уменьшается запас по отклонению автомата пере­ ГО коса в продольном и'понеречном направлениях (до 40—45% ) .

Таким, образом, пилотирование вертолета МИ-4 в наиболее интенсив­ ных турбулентных зонах,..возникающих благодаря обтеканию воздуш­ ными массами Крымского хребта, является затруднительным, т а к к а к пилот должен особенно внимательно относ ит ь с я к у пр а в л е н и ю. При этом нарушается также комфорт пассажиров. Однако запас по управлению (40—45%) в наиболее интенсивных турбулентных зонах гарантирует безопасность полета .

Безопасны полеты (при условии отсутствия облачности) также в ниж­ нем 2,5-километровом слое как над горами, так и с наветренной и под­ ветренной сторон их при слабых (менее 8 м/сек.) ветрах .

Для гарантии безопасности полета, продолжения сроков службы вер­ толета, а также для сохранения комфорта пассажиров целесообразней избегать пилотирования вертолета в интенсивных турбулентных зонах .

В случае попадания в эти зоны лучше выходить из них и полет осущест­ влять на безопасных высотах полета .

При сильных (более 8 м/сек.) северо-западных и западных ветрах, усиливающихся с высотой, целесообразней летать из Симферополя

–  –  –

Рис. 6.Повторяемость (%) отклонения б° автомата перекоса при полете верто­ лета МИ-4 в турбулентной атмосфере по маршруту Байдарские Ворота—Алушта 10 мая 1962 г .

а — продольное управление, высота 900 м; б — продольное управление, 500 м; в поперечное управление, 900 м; г — поперечное управление, 500 м .

В Ялту не через горы (Ай-Петри), а в обход их: через Байдарские Ворота на высотах 100—200 м от уровня местности .

При сильных юго-западных и северо-восточных ветрах также удоб­ ней летать на высотах 100—200 м над местностью по всем трем пассажир­ ским трассам, причем наилучший полет из Симферополя в ЯлТу можно осуществлять через горы (Ай-Петри) или через Байдарские Ворота .

ЛИТЕРАТУРА

1. F o r c h t g o t t I. Wave streaming in the lee of mountain ridges. Bull. Met. Czech., vol. 3, Pragne, 1949 .

2. C o l s o n. M eteorological problems in forecasting w aves. Bull. Amer. met. soc., vol .

35, 1954 .

3. G e r b i e r N., B e r e n g e r M. Experimental studies of lee w aves in the French Alps. Quart. J. Roy. met. soc., vol. 87, No 371, 1961 .

4. П и н у с H. 3., Ш м е т е р C. M. Атмосферная турбулентность,вызывающая бол­ танку самолетов. Гидрометеоиздат, М., 1962 .

5. П и н у с Н. 3., Ш м е т е р С. М. Некоторые особенности турбулентности атмос­ феры над горными районами. Труды ЦАО, вып. 24, 1958 .

6. Х р г и а н А. X. Вертикальные движения атмосферы и ветер над горной страной .

Труды ЦАО, вып. 24, 1958 .

7. Ш м е т е р С. М. Об обтекании горных препятствийвоздушным потоком.Труды ЦАО, вып. 24, 1958 .

8. H e s s S. L. a n d W a g n e r Н. Atmospheric w aves in the north western United States. J. met., No 1, 1948 .

–  –  –

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕТРА НАД КРЫМСКИМИ ГОРАМИ

И ОСОБЕННОСТИ БОЛТАНКИ ВЕРТОЛЕТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ

СИНОПТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЯХ

Для прогноза болтанки на вертолетных трассах Крыма необходимы прежде всего сведения о распределении скорости и направления ветра с высотой в различных точках трассы. Знание схем деформации воздуш­ ного потока над горами в зависимости от господствующего направления и скорости невозмущенного потока,.обусловленного определенным синоп­ тическим положением, позволит судить о наличии турбулентности на раз­ личных участках трассы по данным о таком распределении хотя бы в одном или двух пунктах .

В данной статье приводятся сведения о деформации потока и бол­ танке над горами по данным синхронных шаропилотных наблюдений в че-.. .

тырех пунктах (АМСГ Симферополь, Ялта, Соколиное, Орлиное) и экспе­ риментальных полетов вертолета МЙ-4 и самолета ЛИ-2, проводившихся ' '' в Крыму в мае 1962 г. Рассматриваются преобладающие направления и скорости ветра над Крымом при летних синоптических положениях за период 1952— 1961 гг .

Влияние Крымских гор на деформацию воздушного потока Известно, что воздушный поток, обтекая горное препятствие, дефор­ мируется в зависимости от высоты и ориентировки хребта по отношению к набегающему потоку, термодинамической устойчивости потока, а такдее средней скорости и направления основного потока. Для выяснения влия­ ния Крымских гор на деформацию набегающего потока были использо­ ваны шаропилотные наблюдения в Симферополе, Соколином, Орлином, Ялте и метеорологические наблюдения ст. Ай-Петри .

В табл. 1 указаны высоты этих пунктов над уровнем моря .

.' Таблица!

Высоты пунктов шаропилотных наблюдений Пункт Высота над ур. м., м Симфероцоль i.

С о к о л и н о е

Орлиное

Ялта

А й -П е т р и

–  –  –

В пунктах, расположенных на северном склоне гор, слабые скорости хотя и имеют значительную повторяемость, но все же четвертая часть случаев (25%) приходится на скорости 8 м/сек. и более .

–  –  –

На уровне 1,5 км повторяемость скоростей ветра 8 м/сек. и более при тех же скоростях ветра в Симферополе была следующей; Соколиное 52, Орлиное 75, Ялта 72 .

Следовательно, с увеличением высоты происходит/ возрастание боль­ ших скоростей ветра и выравнивание их. I .

Для определения высоты выравнивания скорости и направления силь­ ного ветра-построены графики, представленные на рис. 2 и 3. Методика построения их следующая. По данным шаропилотных наблюдений АМСГ Симферополь выбирались случаи сильного ветра на высотах 0,5; 1,0; 1,5;

2,р км над ур. м. Затем для этих же уровней вычислялись отклонения citepocTH ветра на станциях Соколиное, Орлиное, Ялта от скорости ветра в Симферополе (Ли). Для ст. Ай-Петри Аи вычислялось как разность между CKopocTbKj ветра на высоте флюгера и скоростью ветра в Симфе­ рополе на уровнях 1,0 и 1,5 км. Значение Аи считалось положительным, если скорость ветра в Симферополе была меньше, и отрицательным; если больше, чем скорости ветра в указанных пунктах на соответствующих уровнях, т. е .

где h — высота над уровнем моря, х — пункт, для которого определяется Аи, и — скорость ветра в этом пункте на соответствующей высоте, Ы —с скорость ветра в Симферополе на соответствующей высоте .

После этого подсчитывалась интегральная повторяемость в процентах положительных и отрицательных значений Аи для каждого пункта на­ блюдения (рис. 2 и 3). Из графиков рис. 2 и 3 видно, что с увеличением высоты максимальные абсолютные значения Аи уменьшаются от^11— 18 м/сек. на высоте 0,5 км до 3—4 м/сек. на высоте 2 км.,' В то же время происходит увеличение повторяемости малых значений Ам. В табл. 2 приводится интегральная повторяемость значений Аи, рав

–  –  –

Из таблицы видно, что на уровне 2 км в 82—88% случаев, а на уровне 1,5 км в 60—^70% значения Аи не превышают ± 2 м/сек .

Следовательно, наибольшей деформации подвергается слой до уровня 1,5 км. Это подтверждается также графиками рис. 2 и 3. На высотах 0,5 и 1,0 км преобладают отрицательные значения Аи. Например, на высоте 1 км значения Аи были отрицательными на ст. Соколиное в 95% случаев, на ст. Орлиное в 75% и на ст. Ялта в 86% .

С увеличением высоты происходит увеличение числа случаев положи­ тельных значений Аи так, что на уровне 2 км число положительных и отрицательных значений Аи становится почти одинаковым. При этом максимальные значения Аи не превышают 3—4 м/сек .

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что поток на высоте 2 км над ур. м. с достаточной степенью точности (82—88%) можно считать основным, т. е. таким потоком, на направление и скорость которого орография оказывает незначительное влияние. Основная же де­ формация потока происходит до уровня 1,5 км .

Деформация потока над горами до уровня 1,5 км и болтанка вертолетов Рассмотрим степень деформации слоя воздуха до уровня 1,5 км и ин­ тенсивность болтанки вертолетов в зависимости от направления и ско­ рости основного, невозмущенного потока, который наблюдался за период полетов и определялся по скорости и направлению ветра на уровне 2 км и уточнялся по карте поверхности ATssoС е в е р о - з а п а д н о е н а п р а в л е н и е в е т р а. Северо-западные ветры перпендикулярны основному направлению Крымского хребта^ по­ этому воздушный поток в нижнем слое должен подвергаться наибольшей, деформации .

Анализ профилей направления и скорости ветра показывает, что'деформация потока происходит больше всего на южном, подветренном склоне Крымских гор.' На северном наветренном склоне скорость и на­ правление ветра изменяются меньше.:,Исключение составляет Симферо­ поль, где при скоростях основного потока более 8 м/сек. в слое от поверх­ ности земли дО высоты 0,7—0,8 км над ур. м. скорость ветра больше, чем в остальных пунктах. Это, очевидно, объясняется компрессией (сжатием) набегаюй;его потока, встречающего на своем пути массив гор, вследствие чего в нижнем слое происходит сгущение линий тока и усиление ветра .

Выравнивание скоростей и направлений ветра на всех пунктах при сильном ветре происходит на высотах 1,8—2,0 км над ур. м., С уменьше­ нием скорости высота эта снижается до 1,3— 1,5 км .

За период полетов при северо-западных ветрах наблюдались следую­ щие случаи распределения ветра с высотой на наветренной и подветрен­ ной сторонах хребта .

1. На наветренной стороне слабый ветер, постепенно усиливающийся С высотой. На высоте 1,5 км скорость менее 8 м/сек. На подветренной стороне в нижнем полукилометровом слое ветер слабый, направленный противоположно основному потоку. Выше этого слоя постепенное усиле­ ние ветра с высотой, направление совпадает с направлением основного потока .

Данный тип встречался в дни с малооблачной погодой. Примером слу­ жит распределение ветра 19 мая 1962 г. в 13 час. (рис. 4) .

Скорость ветра на высоте 1,5 км в Симферополе составляет 7 м/сек., Ялте 6 м/сек. Усиление ветра в нижнем слое в Симферополе, как уже ука­ зывалось ранее, вызвано сжатием набегающего потока. Противотечение в нижнем слое в Ялте, очевидно, вызвано бризовой циркуляцией. Состоя­ ние атмосферы в нижних слоях устойчивое .

2. На наветренной и подветренной сторонах сильное возрастание ско­ рости ветра (до 13— 15 м/сек.) до высоты 1,5 км. Выше наблюдается бо­ лее медленное возрастание (рис. 5). Благоприятное распределение ветра, устойчивая стратификация атмосферы, а также наблюдавшаяся облач­ ность типа Ас lent свидетельствует о наличии в этом случае подветрен­ ных волн. .

3. На наветренной стороне сильный ветер наблюдается до небольшой высоты (1,2— 1,5 км над ур. м.), сменяясь слабым. На подветренной до высоты 0,5—0,6 км ветер слабый, выше резкое усиление ветра. Примером может служить распределение ветра 10 мая 1962 г. в 13 час. (рис. 6) .

;54 Рис. 4. Вертикальное распределение.температуры,, скорости ветра и. болтанки над Крымскими горами 19 мая 1962 г .

–  –  –

Рйс. 5. Вертикальное распределение температуры,- скорости ветра и болтанки;

над Крымскими горами 17 мая 1962 г .

КМ Рис. 6. Вертикальное распределение температуры, скорости ветра и болтанки над Крымскими горами 10 мая 1962 г .

Наличие на подветренной стороне роторных облаков, сильная, до штормовой, болтанка вертолета и самолета по южному склону, устойчи­ вое состояние атмосферы позволяют сделать вывод о том, что в этот день наблюдались роторные течения .

Существование вышеуказанных трех типов течений подтверждается сведениями о болтанке, полученными в результате экспериментальных полетов .

Полеты при п е р в о м т и п е распределения ветра с высотой проводи­ лись как при устойчивом, так и неустойчивом состоянии атмосферы .

Болтанка над южным склоном в обоих случаях или вообще отсутство­ вала, или была слабой (приращения перегрузок составляли ± 0,2^) .

Несколько больших значений достигали перегрузки над северным скло­ ном и при полетах над хребтом, что можно объяснить больше термиче­ скими факторами, чем динамическими, однако средние значения Ап также не превыЩали ±0,2gr .

При в т о р о м т и п е (17 мая) над южным склоном наблюдалась умеренная болтанка. При удалении на 20 км в сторону моря болтанка ослабевала. Максимальные значения приращений перегрузок, зафиксиро­ ванные на вертолете МИ-4 в этот день, колебались от +0,4g^ до —0,6^ над участком Алупка— м. Ай-Тодор и в районе Ялты на высотах 800— 1000 м .

При полетах над вершиной хребта также наблюдалась умеренная болтанка с максимальными значениями приращений перегрузок от +0,32 д о —0,5^ .

Умеренная турбулентность в этот день, как уже указывалось ранее, очевидно, была связана с наличием подветренных волн, в которых бол­ танка вызвана главным образом вертикальными движениями в гребнях и долинах волн .

При т р е т ь е м т и п е (10 мая) полет вертолета и самолета над юж­ ным склоном сопровождался сильной и штормовой болтанкой на высотах от 400 до 1500 м. С удалением в сторону моря болтанка несколько осла­ бевала. Приращения перегрузок при этом увеличивались с высотой от 200 до 1200 м, затем от 1400 до 2000 м уменьшались. Так, на высотах 100—200 м значения Ап колебались от ±0,1 до ±0,3^, а на высотах 900— 1200 м — от ±0,35 до ±0,65g' .

Тенденцию увеличения, а затем уменьшения турбулентности с высотой можно обнаружить также по повторяемости перегрузок на 1 км пути .

Так, повторяемость значений Ап, равных ±0,2g-, возрастает с 3 (на вы­ соте 200 м) до 5—6 (на высоте 1000 м), затем снова уменьшается до 3 .

Полеты сопровождались резкими бросками вертолета и самолета вверх и вниз. Величины бросков вертолета составляли 10— 196 м вверх и 6— 138 м вниз. Кроме того, местами самолет тянуло вниз со скоростями от 1,5 до 2 м/сек. на протяжении 10—30 сек .

При анализе перегрузок хорошо прослеживается пятнистый характер болтанки, связанный в Первую очередь с микроорографическими харак­ теристиками хребта. Это особенно хорошо заметно на участке от Симеиза до м. Ай-Тодор, где хребет поворачивает на северо-восток и становится перпендикулярным к направлению ветра. При полете над северным скло­ ном на участке от Байдарских Ворот до Симферополя болтанка отсут­ ствовала или же была слабой (значения Ап не превышали ±0,2g') .

Пилоты рейсовых вертолетов в этот день отмечали умеренную бол­ танку по всему южному берегу. Вышеуказанный характер турбулентно­ сти подтверждает наличие в этот день на подветренном склоне роторных течений .

З а п а д н о е н а п р а в л е н и е в е т р а. Западные ветры направлены под углом к основному направлению хребта, поэтому они испытывают меньшую деформацию. При анализе линий тока хорошо заметна дивер­ генция потока при приближении к горам в нижнем 1,5-километровом слое. Севернее Бахчисарая направление ветра отклоняется влево (направ­ ление ветра в Симферополе юго-западное), а южнее вправо (направле­ ние ветра в пунктах Орлиное, Соколиное, Ай-Петри^— северо-западное) .

Благодаря этому на южном подветренном склоне при наличии сильного ветра на уровне хребта и устойчивом состоянии атмосферы могут, оче­ видно, также существовать тиПы течений, аналогичные типам при северо-западном направлении потока, особенно на тех участках, где хребет становится нормальным к направлению ветра .

Скорость ветра в нижнем полукилометровом слое в Симферополе, так же как и при северо-западных ветрах, завышена. Выравнивание ско­ ростей и направлений на всех пунктах происходит на высотах 1,5— 1,7 км над ур. м .

Так, например, в 13 час. 16 мая направление и скорость ветра на вы­ соте 0,6 км над ур. м.

были следующими:

Симферополь... ЗЮ З 15 м/сек .

Соколиное.... СЗ 4 м/сек .

Орлиное.... ЗС З 4 м/сек, Ялта...... ЗС З 2 м/сек .

На высоте же 1,7 км в тот же срок во всех пунктах направление ветра было западное и скорость колебалась от 12 м/сек. (Симферополь) до 14 м/сек. (Орлиное) .

При западных ветрах было проведено два'полета 16 мая 1962 г. Над южным берегом отмечалась болтанка от слабой до умеренной (значения Ап колебались от Н-0,2 g до —0,4 g). Максимальные перегрузки {Ап от

-|-0,22g’ до —0,47g) наблюдались на участке от Алупки до Гурзуфа. При проходах над северными склонами хребта болтанка практически отсут­ ствовала, приращения перегрузок не превышали ±0,2gf .

Ю г о - з а п а д н о е н а п р а в л е н и е в е т р а. Ввиду того что направ­ ление юго-западного потока совпадает с направлением хребта, этот по­ ток должен деформироваться в меньшей степени, чем северо-западный и западный, что вполне подтверждается картами линий тока .

Анализ профилей скорости и направления сильного ветра показывает, что на всех пунктах северного склона, начиная с уровня 0,5 км, направ­ ление ветра одинаковое. Выравнивание скорости ветра происходит на не­ сколько большей высоте (1,0— 1,2 км над ур. м.). На юж:ном склоне в Ялте ветер принимает направление основного потока на большей вы­ соте, чем на северном (на высоте 0,7—0,8 км над ур. м.). Ниже направле­ ние ветра противоположное и скорость составляет 1—2 м/сек. Выше 0,7— 0,8 км скорость ветра сильно возрастает, достигая скорости основного потока на уровне 1,2— 1,4 км. Такое распределение ветра с высотой в Ялте можно объяснить тем, что хребет Ай-Петринской яйлы При пере­ ходе в Ялтинскую яйлу круто поворачивает на север и становится почти нормальным к юго-западному потоку. Именно за этим поворотом и рас­ положена Ялта. На этом участке при сильных ветрах могут возникать турбулентные зоны, способные вызвать болтанку вертолетов .

Анализ перегрузок, полученных при полетах, показывает, что макси­ мальные значения Ап наблюдались в районе Ялты (± 0,4 g-). На осталь­ ных участках южного склона наблюдалась слабая болтанка (Ап от +0,2g’ до —0,2 g ), так же как и при полетах над хребтом. Над северным склоном при проходах перпендикулярно хребту на отдельных участках наблюда­ лась умеренная болтанка до сильной (значения Ап достигали +0,4 g и —0,63 §). Это можно объяснить орографией северного склона, сильно изрезанного отрогами, ориентированными перпендикулярно хребту, а сле­ довательно, и юго-западному потоку. Обтекание потоком этих отрогов, очевидно, и приводит к возникновению турбулентных зон, вызывающих сильную болтанку .

При слабых скоростях ветра происходит ламинарное обтекание гор, что подтверждается сведениями о перегрузках. Как на южном, так и на северном склонах на всех высотах были зафиксированы приращения пе­ регрузок, не превышающие ±0,2 g .

С е в е р о - в о с т о ч н о е н а п р а в л е н и е в е т р а. Северо-восточ­ ные ветры, так же как и юго-западные, направлены параллельно хребту, следовательно, воздушный поток должен деформироваться до сравни­ тельнонебольшой высоты. Сравнение профилей скорости и направления ветра пунктов шаропилотных наблюдений показывает, что, как правило, высота эта колеблется в пределах 1—1,2 км над ур. м. Выше скорость и направление ветра во всех пунктах становятся одинаковыми. Ниже этой высоты скорость и направление могут в большей или меньшей сте­ пени изменяться. Особенно большие изменения претерпевает скорость ветра .

Так, например, 7 мая в 13 час. на высоте 0,5 км над ур. м. при одина­ ковом на всех пунктах северо-восточном направлении ветра значения скорости были следующими;

Симферополь..... 6 м/сек .

Соколиное

Орлиное

Ялта......... 1 м/сек .

Такая изменчивость скорости объясняется в основном большой изрезанностью северного склона долинами и ущельями, ориентированными перпендикулярно направлению ветра. При северо-восточном ветре было проведено два полета 7 мая при скорости ветра на высоте 1,5 км 8— 9 м/сек. ' Наибольших значений (± 0,3 g') приращения перегрузок достигали при полетах над хребтом в районе Б.айдарских Ворот, а также над юж­ ным склоном на участке Байдарские Ворота—Симеиз. На остальных участках побережья болтанка отсутствовала. На северном склоне наблю­ далась слабая болтанка (значения А/г не превышали ±0,2 g'). Наиболь­ шие вертикальные броски (от +43 до —60 м) наблюдались при поле­ тах над северным склоном перпендикулярно хребту (ветру в районе Бах­ чисарая) .

Направление и скорость ветра над Крымом при различных синоптических положениях Для определения особенностей распределения ветра над Крымом при различных атмосферных процессах была проведена типизация летних синоптических положений за периоды экспедиций физического, факуль­ тета МГУ, проводившихся с целью изучения влияния горной топографии на формирование летней облачности с 1952 по 1961 г., во время которых производились шаропилотные наблюдения в Кацивели и Симферополе .

Изучение летних процессов имеет большое значение потому, что в это время года в Крыму увеличивается повторяемость наиболее неблагопри­ ятных для полетов вертолетов северо-западных и северных ветров (в Сим­ ферополе от 15% в январе до 24% в июле, на Ай-Петри от 37% в декабре до 48% в июле) и перевозится максимальное количество пассажиров в Ялту .

Летом в Крыму можно четко выделить два типа процессов: антициклонический и циклонический .

I. А н т и ц и к л о н и ч е с к и й тип характеризуется следующей си­ ноптической обстановкой. Средиземное море, север Черного моря (в том числе и Крым) и центр Европейской территории СССР заняты областью высокого давления, связанной с отрогом Азорского максимума. Закав­ казье и территория Малой Азии заняты областью пониженного давления .

Траектории циклонов проходят по северу Англии; через Скандинавию и далее на северо-восток .

В зависимости от положения оси гребня азорского антициклона в этом типе можно выделить два подтипа .

1. Ось гребня проходит северо-западнее Крыма. В Крыму преобла­ дают северо-восточные и восточные ветры,............. .

. 2. Ось гребня проходит;через Крым. В =Крыму преобладают слабые неустойчивые ветры, обусловленные бризовой циркуляцией_на, побережье и горно-долинной циркуляцией в горных долинах .

И. Ц и к,л о н и ч е с к и й т и п в зависимости от пути перемещения циклонов можно разделить на три подтипа .

1. Перемещение щиклонов с запада, через центр Европейской терри­ тории СССР на восток или северо-восток .

2. Выход южных циклонов со Средиземного или Черного морей .

3. Черное море и Крым заняты неглубоким местным циклоном (обыч­ но с одной-двумя замкнутыми изобарами) или депрессией .

Во всех трех подтипах юг Средиземного и Черного морей занят обла­ стью высокого давления. Благодаря указанному распределению давления в п е р в о м подтипе при движении циклона до меридиана Симферополя в Крыму преобладают юго-западные ветры, которые затем, при дальней­ шем смещении циклона на восток, меняются на западные и северо-за­ падные .

Во в т о р о м подтипе благодаря тому, что южные циклоны обычно перемещаются на север или северо-восток, Крым находится под влиянием восточной части циклона, что обусловливает преобладание южных и юговосточных ветров .

Синоптическое положение т р е т ь е г о подтипа определяет в Крыму ветры неустойчивые по направлению и скорости .

Таблица 3 Повторяемость (% ) дней с ветрами различных направлений при различных типах синоптических положений за периоды экспедиций, физического факультета МГУ с 1954 по 1961 г .

–  –  –

Вероятность (число случаев) продолж ительности (д н и ) преобладаю щ их направлений ветра при различных типах синоптических положений за периоды экспедиций физического факультета М ГУ с 1954 по 1961 г .

–  –  –

Из табл. 3 и 4 видно, что наибольщую повторяемость в Крыму летом имеют первый и второй подтипы антициклонического типа (соответст­ венно 33 и 19%) и первый подтип циклонического типа (33%), а следо­ вательно, и направления ветров, обусловленные этими подтипами. Эти же подтипы являются и наиболее продолжительными (см. табл. 4) .

Большую повторяемость северо-западных и северных ветров (21%) по сравнению с ветрами юго-западными (8%) и западными (4%) в нер­ вом подтипе циклонического типа можно объяснить тем, что циклоны, как правило, достигают своего максимального развития восточнее мери­ диана Симферополя, поэтому тыловая часть ложбин оказывает на Крым более продолжительное действие. .

Проводя в 1936 г. типизацию погоды на Крымском побережье Черного моря, Д. К.

Старов [7] выделил следующие типы:

I. Бризовый И. Циклонический III. Северо-восточный IV. Южный При сопоставлении нетрудно заметить связь подтипов вышеописанной типизации с типами погоды Старова .

За период исследовательских полетов наблюдались как антициклонический (первый подтип 7 мая, второй 20 мая), так и циклонический (пер­ вый подтип 10— 12 и 15— 19 мая) типы. Соответственно были изучены и условия полета при северо-восточных, северо-западных, западных и югозападных ветрах .

Выводы

1. Проведенные исследования подтверждают, что критической ско­ ростью ветра для возникновения турбулентных зон можно считать ско­ рость 8 м/сек. на уровне хребта, при условии перпендикулярности направ­ ления ветра хребту или если направление ветра отклоняется от нормали не более чем на 30° .

2. Наибольшей деформации воздушный поток подвергается при севе­ ро-западных ветрах, перпендикулярных хребту. В зависимости от верти­ кального изменения ветра и стратификации нижних слоев атмосферы при северо-западных ветрах наблюдалось три типа течения над горами: лами­ нарное, волновое и роторное. Наибольшая турбулентность наблюдалась в роторных течениях .

3. При ветрах, направленных под небольшим углом или параллельно хребту, турбулентные зоны могут возникать на тех участках хребта, ко­ торые становятся нормальными потоку .

4. Поток на высоте 2 км над ур. м. с достаточной степенью точности (82—88%) можно считать основным, т. е. таким потоком, на направление и скорость которого орография оказывает незначительное влияние .

5. Различной степени деформации в зависимости от направления ветра подвергается в основном слой до высоты 1,5 км над ур. м .

6. Летние синоптические положения в Крыму можно разбить на типы и подтипы, характеризующиеся определенным преобладающим направ­ лением и скоростью ветра .

ЛИТЕРАТУРА

1. Г е л ь м г о л ь ц Н. Ф. Из материалов по динамике воздушного потока в гористой местности (Крым, Ай-Петри). Метеорологический вестник, № 7, 8, 1935 .

2. Д ю б ю к А. Ф., Б и б и к о в а Т. И., Т р у б н и к о в Б. П. О влиянии горной топографии на формирование летней облачности. Труды УкрНИГМИ, вып. 26, 1961 .

3. М у с а е л я н Ш. М. Волны препятствий в атмосфере. Гидрометеоиздат, Л., 1962 .

4. П а р ч е в с к и й В. Планеристу о волновых движениях в атмосфере. Перевод с польского. Изд-во ДОСААФ, М., 1957 .

5. П и н у с Н. 3., Ш м е т е р С. М. Атмосферная турбулентность, влияющая на полет самолетов. Гидрометеоиздат, М., 1962 .

6. С т а р о в Д. К. Некоторые особенности распределения воздушных течений над Крымом при северо-восточном ветре. Записки по гидрографии, т. LXIV, Л., 1931 .

7. С т а р о в Д. К- Типы погоды на Крымском побережье Черного моря. Записки по гидрографии, № 2, Л., 1937 .

8. С т а р о в Д. К. Южные ветры в Крыму. Записки по гидрографии, № 6, Л., 1934 .

9. X р г и а н А. X. Вертикальные движения в атмосфере и ветер над горной страной .

Труды ЦАО, вып. 24, 1958 .

10 Technical Note, No 18. Aviation aspects of mountain w aves. WMO, No 68. Tp. 26 .

Secretariat of the World M eteorological Organization. Qenewa-Swotzerland .

г. с. БУЛДОВС К ИЙ, А. А РЕЩИКОВА (ЦАО)

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОРОГРАФИЧЕСКИХ

ТУРБУЛЕНТНЫХ ЗОН НА ГОРНЫХ И ПРИБРЕЖНЫХ ТРАССАХ

КРЫМА Показано распределение орографической турбулентности в зависимости от направления ветра. Отмечается наличие интенсивной турбулентности в зоне подветренных роторов на Южном берегу Крыма и усиление турбу­ лентности на северных (наветренных) склонах хребта за счет болтанки орографического происхождения .

Указывается на отсутствие болтанки на Южном берегу Крыма при ветрах, дующих вдоль хребта, и на интенсивную орографическую бол­ танку ца северных склонах при этих ж е ветрах .

Экспедиция по изучению турбулентности на горных и прибрежных вертолетных трассах Крыма была проведена ЦАО совместно с ГГО и ГНИИ ГВФ в, 1962 г. Исследования проводились при помощи вертоле­ тов МИ-4 и самолета ЛИ-2. Самолетные и вертолетные измерения сопровождались наземными аэрологическими наблюдениями не только на действующих станциях, но И на специально организованных шаро­ пилотных пунктах, открытых на северных склонах хребта в районе Со­ колиного и Орлиного и на побережье — на ст. Ялта .

Самолет ЛИ-2 был оборудован электрометеорографом, измеряющим температуру, давление и влажность воздуха, комплектом приборов, ре­ гистрирующих вертикальные самолетные перегрузки, интеграл перегру­ зок, углы тангажа и крена, пульсации температуры и ветра. Кроме того, во время полетов велись подробные визуальные наблюдения .

Исследования турбулентности в горных районах проводились в ЦАО и ГНИИ ГВФ не впервые. В 1955— 1956 гг. производились цолеты по трассам Закавказья, Средней Азии и Восточной Сибири. В результате этих работ [2, 3] удалось установить, что наибольшая турбулентность наблюдается на подветренных склонах хребта при направлениях ветра, перпендикулярных хребту или отличающихся от него не более 40° .

Была получена схема структуры орографических турбулентных зон .

Согласно этой схеме, область сильной болтанки образуется на подвет­ ренном склоне и вытягивается по направлению ветра. Его горизонталь­ ная протяженность только при очень сильных ветрах может быть больше 10— 15 км. Слабая болтанка, при высоте хребта 1,5—2 км, может наблю­ даться на десятки километров от него. На наветренной стороне по этим данным следует ожидать болтанку только термического происхождения .

Методика исследования при всех этих полетах оставалась одной и той же, а именно, производились горизонтальные проходы поперек хреб­ тов на разных уровнях выше его вершин .

к сожалению, эта методика не могла быть применена для исследо­ ваний турбулентности над Крымскими горами, так как нельзя проводить полеты в глубь моря больше чем на 25 км. Поэтому пришлось остано­ виться на другой методике — производить проходы длиной в 25—30 км по ту и другую стороны хребта вдоль него, на разных уровнях и на раз­ ных расстояниях От хребта. Проходы производились по следующим маршрутам;

1) Проходы вдоль северных склонов Крымского хребта на расстоя­ нии 5— 15 км от его оси на участке г. Роман-Кош — Передовая .

2) По береговой черте вдоль южных склонов хребта на участке, С и м еи з-А ю -Д аг .

3) Вдоль южных склонов на расстоянии 10— 15 км в глубь моря на участке Симеиз — Аю-Даг .

4) Проходы, перпендикулярные основному хребту по его северным склонам на участках г. Роман-Кош — Почтовое, г. Роман-Кош — Бах­ чисарай .

Проходы во всех полетах производились в основном ниже вершины хребта. Последнее обстоятельство приводит к тому, что наши данные трудно сравнивать с данными других авторов не только из-за различий в методике полетов, но и из-за того, что нами исследовались зоны ниже вершины хребта, т.' е. зоны интенсивной турбулентности — зоны так на­ зываемых «роторов». Большинство же исследователей занимались изу­ чением зоны, расположенной выше оси хребта .

Методика длинных проходов вдоль наветренной и подветренной сто­ рон хребта, применяемая нами при обследованиях Крымских гор, имеет и свои преимущества, так как дает возможность сопоставить турбулент­ ные зоны с рельефом, в частности с конфигурацией хребта, обследовать зоны интенсивной турбулентности, сопоставить турбулентность на под­ ветренной и наветренной сторонах хребта на всем его протяжении .

Как уже говорилось выше, наиболее интенсивную болтанку следует ожидать при ветрах, перпендикулярных оси хребта (берется ветер на уровне хребта). Д ля Крымского хребта таким ветром является северозападный, повторяемость которого в летний и весенний сезоны 25—30% .

Преобладающими ветрами (60%) в эти же сезоны являются юго-запад­ ный и северо-восточный, т. е. ветры, дующие вдоль хребта .

Во время экспедиции преобладали северо-западные ветры, при ко­ торых болтанка наиболее вероятна .

Болтанка на южном (подветренном) берегу Крыма при северо-западном ветре Пространственное распределение турбулентных зон болтанки на Южном берегу Крыма ниже уровня вершины хребта зависит от высоты и конфигурации хребта и от особенностей рельефа самого подветренного склона, поэтому кратко остановимся на их описании .

Крымский хребет проходит по юго-восточному берегу Крыма в сред­ нем на расстоянии 6 км от моря. Северные склоны пологие, покрытые лесами, изрезаны многочисленными речками, южные — обрывистые, часто лишенные растительности .

Общее напра1вление Крымского хребта с ю го -за п а Д а на северо-восток, но на отдельных участках направление меняется. Наиболее резкие повороты хребта отмечаются в районе Алупки, где хребет с запада резко поворачивает на северо-восток. Несколько менее крутые изгибы наблю­ даются в районе Ялты и Гурзуфа. В районе Симеиза—Ливадии хребет переходит в Ай-Петринское плато, ширина которого около 6 км, а сред­ няя высота ИОО м. Это плато состоит из ряда вершин, высоты которых около 1200 м. Второе, несколько меньшее расширение хребта наблю­ дается в районе Гурзуф — Аю-Даг. Высота вершин, составляющих это плато, 1400— 1500 м. Более узкая часть хребта (шириной около 1 км) с наиболее обрывистыми южными склонами, в виде сбросов, наблю­ дается в районе Ливадия — Ялта. Перепад высот достигает здесь 1000 м. Вдоль берега в этом районе расположены отдельные возвышен­ ности высотой 300—500 м. С востока этот район ограничен отрогами хребта, расположенными перпендикулярно к основному, высота его вер­ шин 1400^—1200 м. С запада местность тоже повышается до высоты 600—400 м, образуя на этом участке как бы котловину. Участку м. Матодор — м. Аю-Даг соответствует расширение хребта, высота вершин которого 1400^—1500 м. Больших сбросов, как на участке Ливадия — Ялта, здесь не наблюдается и понижение к берегу происходит более постепенно .

Как уже говорилось выше, особенностью нашего материала, полу­ ченного при полетах над Крымским хребтом, является то, что полеты проводились в основном ниже максимальной высоты хребта. На подвет­ ренной стороне хребта высоты проходов колебались от 0,3 до 1,5— 2 км, а над северными склонами от 0,8 До 2,5 км. Максимальная же вы­ сота хребта в отдельных местах превышает 1,5-1,55 км. Таким образом, экспедицией была обследована на подветренной стороне хребта турбу­ лентность в зоне роторов .

Как известно [3], роторы образуются вследствие того, что вблизи кромки хребта возникает конвергенция потока, приводящая к увеличе­ нию скорости ветра, в результате чего происходит срьщ пограничного слоя с наветренной стороны хребта и образование сзади его вихрей, на­ личие которых приводит к подтеканию к основанию хребта воздуха со стороны, противоположной основному потоку. Бризы на Южном берегу Крыма, наблюдающиеся с апреля по сентябрь, сильно осложняют кар­ тину. В дни полетов бризовая циркуляция наблюдалась с 10 час. дня во все дни, кроме 10 и 16 мая. При бризах подтекание воздуха к подвет­ ренной стороне хребта должно усиливаться, что, по-видимому, способ­ ствует образованию роторов. В то ж е время связанное с бризами увели­ чение неустойчивости может привести и к их деформации. Во всяком случае наличие бризовой циркуляции должно приводить к увеличению турбулентности на подветренных склонах Крымского хребта .

Действительно, турбулентность при всех полетах над побережьем Крыма вдоль подветренного склона Крымского хребта при северо-за­ падных ветрах захватывала весь слой от поверхности земли до высоты 1,5 км. Турбулентность почти на всех проходах временами достигала умеренной интенсивности, а в отдельных полетах доходила и до сильной .

Наиболее турбулизированы были нижние слои. Выше 1,5 км, т. е. выше уровня максимальной высоты хребта, болтанка наблюдалась при от­ дельных полетах в районе г. Роман-Кош. На остальном участке на вы-, соте 2 км болтанка либо не наблюдалась совсем, либо она сильно осла­ бевала. На рис. 1 представлен вертикальный разрез атмосферы по дан­ ным материалов 16 мая 1962 г. На этом разрезе проведены изолинии потенциальной температуры и даны приращения перегрузки, отложен­ ные по вертикальной оси вниз и вверх от линии полета. Как видно из разреза, болтанка наблюдалась только до высоты 1,2 км. Максимальное приращение перегрузки в этом полете колебалось от +0,4 g до — 0,33 g, максимальная среднеквадратичная вертикальная скорость, вычисленная по полной расчетной схеме А. С. Дубова (1], O была равна 2,1 м/сек .

w Выше 1,2 до 2,2 км полет был спокойным. К сожалению, не было по­ летов выше 2,5 км, но почти во всех полетах зона от 1,5 до 2,5 км была спокойной. Наличие такой спокойной зоны становится понятным, если просмотреть данные всех полетов с точки зрения характера потока на подветренной стороне .

Из теоретических соображений известны следующие типы течений, представленных в табл. 1 [4] .

–  –  –

колебалось от 0,38 g до 0,46 g, O равнялось 5,0 м/сек.), наблюдавшаяся w при всех проходах до высоты 1,5 км, должна была бы наблюдаться и выше, так как на высоте 1,5 км интенсивность ее увеличивалась .

–  –  –

О распространении турбулентности в глубь подветренной зоны судить трудно, так как не было полетов поперек Крымского хребта. Однако полеты вдоль подветренной стороны хребта на разных расстояниях от берега дают возможность в какой-то мере судить о распределении зон болтанки позади хребта. Правда, отсутствие проходов, удаленных от берега более чем на 20 км, не позволило определить расстояние, на ко­ тором болтанка в зоне роторов окончательно затухает. Можно только сказать, что в 15 км от берега болтанка почти всегда ослабевает по сравнению с болтанкой непосредственно над береговой чертой. Ослаб­ ление бывает обычно неравномерным. Например, при- полете, проведен­ ном 16 мая, над берегом на участке Байдарские Ворота — Симеиз бол­ танка была более слабой, чем на остальных участках, при удалении от берега на 15 км болтанка на этом участке отсутствовала совсем, в то время как на других она только ослабевала. В то же время интенсивная турбулентность на участке Ливадйя — Ялта, связанная с обтеканием Ай-Петри, на расстоянии 15 км отсутствовала совсем. 10 мая при силь­ ной и умеренной турбулентности (роторное течение) в течение всего по­ лета болтанка почти не ослабевала и на расстоянии 15 км от береговой черты. Для выявления районов с наиболее интенсивной турбулентностью при северо-западных ветрах на участке Симеиз — м. Аю-Даг для всех полетов при этом направлении ветра был построен осредненный разрез, на котором были проведены изолинии средней эффективной вертикаль­ ной скорости воздуха. Построение этого разреза проводилось аналогично тому, как это было сделано в работе [2], но вместо средней перегрузки, взятой в условных единицах, брались средние эффективные вертикаль­ ные скорости. Эффективные вертикальные скорости рассчитывались для приращений перегрузок Ап, равных 0,1, 0,3 и 0,Qg, т. е. для слабой, уме­ ренной и сильной болтанки, и были соответственно равны 0,6, 2,0 и

4.0 м/сек .

Средние эффективные вертикальные скорости рассчитывались по формуле .

, Зло-f /2 +П2 + Щ ’[ где Wi, W2, Wz — эффективные вертикальные скорости, рассчитанные соответственно для Ад, равных-О,!; 0,3 и 0,6 g\ щ, П2, Пз — число случаев с эффективной вертикальной скоростью Wi, W2, W Щ — число случаев, s] при которых турбулентность отсутствует .

На рис. 3 представлен этот разрез, на котором тонкими сплошными линиями изображены изолинии средней эффективной вертикальной скорости, а сплошной жирной линией со штриховкой отмечен профиль Крымского хребта, составленный по'максимальным высотам. Как видно из рис. 3, резкое ослабление турбулентности выше уровня вершины хребта, которое наблюдалось в отдельных полетах, прослеживается и на осредненном разрезе. По-видимому, высота распространения турбулент­ ности в зоне, которую принято называть «зоной роторов», связана с вы­ сотой хребта. Понижению Крымских гор к району Симеиза с 1,5 до

1.0 км соответствует и уменьшение высоты турбулентных зон с 2,5 до 1,75 км. Турбулентные зоны с эффективной вертикальной скоростью w, равной 0,8 м/сек., почти, на всем участке, кроме района г. Роман-Кош, находятся ниже уровня вершины хребта. Выше его вершины интенсив­ ность турбулентности в основном слабая (® 0,6 м/сек.) и распростра-, няется выше средней высоты хребта не более чем на 1—0,5 км. На уча­ стке Байдарские Ворота — Симеиз, где высота хребта 0,5—0,6 км, интен­ сивность турбулентной зоны невелика, несмотря на большую изрезанность хребта. Это связано с резким уменьшением высоты хребта и изме­ нением его направления с северо-восточного на западное. При таком 5* ' 6 7 О CL .

О b d s н о .

о ж C Ih направлении хребта северо-западный ветер не будет перпендикулярным к оси хребта .

Наиболее интенсивная турбулентность на подветренной стороне хребта (рис. 3) наблюдается в районе Алупки, м. Матодор и на участке Ливадия — Ялта. Все эти максимумы средней эффективной вертикаль­ ной скорости отмечаются в местах изменения направления хребта, т. е .

там, где создаются дополнительные условия для вихрёобразования, и в местах более высоких вершин. Наибольшая средняя эффективная вер­ тикальная скорость W, равная 2,4 м/сек., и среднеквадратичная макси­ мальная вертикальная скорость сг, равная 4,1 м/сек., наблюдается на участке Ливадия — Ялта на высоте 0,35 км, где высота хребта 1,3 км .

В этом районе Наблюдается резкий изгиб хребта и наибольший перепад высот с 1380 до 360 м на участке в 2—4 км. Большой перепад высот на небольшом участке и большая крутизна склонов, вероятно, способст­ вуют не только усилению болтанки, но и тому, что образующаяся на под­ ветренном склоне система вихрей отрывается от кромки хребта и опу­ скается на более низкие уровни .

На участке м. Матодор — м. Аю-Даг средняя эффективная верти­ кальная скорость на нижних уровнях меньше, несмотря на то что высота вершин в этом районе 1400— 1500 м, возможно, это происходит за счет отсутствия в этом районе больших сбросов, которые наблюдаются на участке Ливадия — Ялта. Однако вследствие большей высоты хребта максимумы с w, равными 1,9 и 1,4 м/сек., и с О, равными 3,3 и 2,7 м/сек., ю наблюдаются на больших высотах (0,7 и 1,6 км). На участке Алупка — Ай-Петри максимумы с w, равными 1,6 и 1,4 м/сек., и с O равными 5 и w, 3,5 м/сек., отмечаются на высотах 0,7— 1,6 км. Эти максимумы, по-види­ мому, связаны с изменением направления хребта и с возрастанием вы­ соты вершин (рис. 3) .

Интересно остановиться на распределении изотерм потенциальной температуры на подветренном склоне ниже оси хребта. Если рассмот­ реть вертикальные разрезы, построенные для этой цели, то оказывается, что можно выделить два типа изотерм: волнообразный и в виде отдель­ ных гребней. В большинстве случаев изотермы носят волнообразный характер, причем на высоте 1— 1,5 км происходит обращение изотерм, т. е. выше и ниже этой области отклонение температур имеет противопо­ ложный знак. Примером такого распределения может служить верти­ кальный разрез от 16 мая 1962 г. (рис. 1). На этом разрезе искривление изотерм наблюдается на участке Ливадия — Ялта и в районе м. Мато­ дор, особенно резкое на участке Ливадия — Ялта, где на нижних уров­ нях в изотерм&х наблюдается ложбина, а на высоте 1,5—2 км гребень .

Такое искривление изотерм в этом районе наблюдается для всех случаев с волнообразными изотермами. Распределение изотерм, представленное на рис. 1, очень напоминает распределение изотерм над горными райо­ нами, описанное в статье С. М. Шметера [5]. В этой статье было пока­ зано, что при волнообразных линиях тока, которые образуются при пересечении потоком хребта, возникают восходящие и нисходящие движения, которые должны приводить к искривлению изотерм, причем ложбине линий тока будет соответствовать гребень изотерм, гребню — ложбина изотерм. Обращению линий тока должно соответствовать и об­ ращение изотерм на тех же уровнях .

Все вышеизложенное относилось к области, расположенной выше оси хребта. На наших же разрезах искривление изотерм наблюдается ниже оси хребта, а кроме того, картина сильно осложняется тем, что верти­ кальные разрезы построены при полетах вдоль хребта, а не поперек его .

Трудно сказать, чем объясняется искривление изотерм, наблюдавшееся во время наших исследований, еш,е и потому, что в этот период имела место бризовая циркуляция, которая тоже может вызвать некоторое ис­ кривление изотерм. Все-таки такое распределение изотерм обусловлено, очевидно, орографией, потому что при других направлениях ветра, на­ пример при ветрах, дующих вдоль хребта, ход изотерм не имел волнооб­ разного характера, несмотря на то что и в-эти дни наблюдался хорошо выраженный бриз. Искривление изотерм прослеживалось во все дни, когда тип течения на подветренном склоне относился к «волновому». При роторном течении изотермы потенциальной температуры имеют совер­ шенно другой вид. Примером такого распределения может быть разрез от 10 мая (рис. 2), на котором изотермы располагаются в виде обшир­ ного гребня, захватывающего почти весь прозондированный участок .

Болтанка на северных склонах Крымского хребта при северо-западном ветре При северо-западном ветре полеты проводились вдоль наветренного склона Крымского хребта, т. е. над его северным склоном на расстоянии 5— 15 км от его Оси, на участке г. Роман-Кош — Передовое и перпенди­ кулярно Крымскому хребту по маршрутам г, Роман-Кош — Бахчисарай и г. Роман-Кош — Почтовое .

Оказалось, что над северными склонами Крымского хребта при се­ веро-западном ветре наблюдается значительная болтанка даже при устойчивой атмосфере. Это тоже является особенностью материалов экс­ педиции, когда болтанка на наветренной стороне хребта часто не усту­ пает по интенсивности болтанке на подветренной, а турбулизированный слой часто доходит по крайней мере до 2,2 км (выше полетов не было) .

Такая значительная болтанка объясняется в первую очередь большой изрезапностью северных склонов. На участке г. Роман-Кош—Передовое самолет проходит над пятью долинами, пересекает невысокие отроги хребтов, которые отходят от основного хребта. На расстоянии 4 км от г. Роман-Кош высота отрогов 1,2 км, на расстоянии 7 км высота 1,2— 1,5 {м и на расстоянии 25 км высота 0,8— 1 км. Эти отроги часто состоят из отдельных вершин .

При таком сложном рельефе, кроме термической болтанки, следует ожидать и орографическую болтанку, связанную с обтеканием отдель­ ных вершин, образующих отроги. Действительно, при полете 16 мая в 8 час. утра отмечалась значительная устойчивость атмосферы, при ко­ торой нельзя было ожидать болтанку термического происхождения, однако при проходах вдоль северных склонов Крымского хребта бол­ танка наблюдалась на высоте от 0,85 до 2,2 км. До высоты 1,25 км бол­ танка часто достигала умеренной интенсивности. Наиболее мощный тур­ булентный слой наблюдался в районе г. Роман-Кош и был, по-видимому, связан с обтеканием этой вершины. 19 мая 1962 г. болтанка наблюда­ лась до высоты 2,2 км, причем до 1,8 км интенсивность ее на всем марш­ руте, была умеренной или сильной (Дга колебалось от -f0,48 до —0,30, О равнялась 2,8 м/сек.). Такое усиление болтанки было связано с не­ го устойчивостью холодной массы за холодным фронтом, который прохо­ дил через район Симферополя в 9 час. 19 мая .

На рис. 4 представлены изолинии средней эффективной вертикальной скорости для всех полетов вдоль северных склонов на участке г. РоманКош — Передовое. Сплошной жирной линией отмечен профиль, состав­ ленный по максимальным высотам. Крымского хребта, находящегося от линии полета на расстоянии 5— 15 км. Высота основного профиля под ли­ нией полета не превышала 0,6—0,7 км .

Как видно из рис. 4, наибольшая средняя эффективная вертикальная скорость ш, равная 1,9— 1,6 м/сек., наблюдалась на всем участке только в узком 300—400-метровом слое непосредственно над хребтом. Особенно резкий максимум с w, равной 1,9 и 1,8: м/сек., был отмечен в районе Передовое—Ай-Петри. В районе г. Роман-Кош, где хребет расширяется и высота отдельных верн1ин колеблется от 1,3 до 1,5 км, средняя эффек­ тивная вертикальная скорость на нижних уровнях несколько меньше (1,5 м/сек), но на высоте 1,5 км наблюдался второй локальный максимум с W. р-авной 1,3 м/сек., и с a w, равной 3,1 м/сек. Слабая турбулентность н км нами при северо-западном ветре .

отмечается до высоты 2,2 км на всех проходах. При рассмотрении от­ дельных полетов видно, что болтанка усиливается с приближением к основному хребту,-причем над сравнительно высокими северо-восточньщи районами Крыма она распространяется до больших высот .

При сравнении разрезов средней эффективной вертикальной скорости на подветренной и наветренной сторонах хребта (рис. 3, 4) оказывается, что несмотря на то, что из-за изрезанности рельефа болтанка на навет­ ренной стороне больше, чем можно было ожидать, все же на подветрен­ ной стороне хребта средняя вертикальная скорость w в слое от земли до высоты 1,0 км значительно больше, так как даже в среднем на отдель­ ных участках она достигает 2,4 м/сек .

Болтанка при юго-западных и северо-восточных ветрах, дующих вдоль Крымского хребта Повторяемость юго-западных и северо-восточных ветров для'весен­ него и летнего сезонов является наибольшей. К сожалению, в период эксL, педиции было только три полета при юго-западном ветре (И и 15 мая) и два полета при северо-восточном ветре (7 мая). На Южном берегу Крыма при этих ветрах были отмечены зоны с болтанкой в виде неболь­ ших пятен и слабой интенсивности. Д аж е при полете 15 мая, когда ско­ рость ветра на всех высотах достигала 15 м/сек., слабая болтанка наб­ людалась только на высотах 0,6 и 2 км. При слабых же ветрах она мо­ жет не наблюдаться совсем .

На северных склонах при сильных ветрах болтанка наблюдается на всех уровнях и часто достигает умеренной интенсивности. Особенно ин­ тенсивная болтанка наблюдается при полетах перпендикулярно Крым­ скому хребту на участке г. Роман-Кош^— Почтовое (рис. 5). По-видимому, в этом случае болтанка зависит не только от термических причин .

–  –  –

15 мая в 8 час. при юго-западном ветре скоростью 13— 16 м/сек. и при значительной термической устойчивости атмосферы (потенциальный гра­ диент температуры колебался от 0,5 до 0,95) болтанка наблюдалась почти на всем маршруте до высоты 1,25 км (максимальное Ап колеба­ лось от -f0,32 до —0,31, максимальная среднеквадратичная вертикаль­ ная скорость с го равнялась, 2,2 м/сек.). В районе г. Роман-Кош болтанка Г наблюдалась до максимальной высоты полета. В то же время И мая при слабом юго-западном ветре (2—4 м/сек.) болтанка над северными скло­ нами почти не наблюдалась. Орографическая болтанка над северными склонами при сильном юго-западном ветре может быть связана, с тем, что отроги, отходящие от основного хребта, являются перпендикуляр­ ными направлению ветра .

Особенно сильную болтанку следует ожидать при сильном юго-запад­ ном ветре в дневные часы на маршрутах Роман-Кош — Почтовое, Ро­ ман-Кош— Бахчисарай, так как полет большей частью проходит вдоль подветренной стороны отрогов высотой 1— 1,2 км. В дневное время оро­ графическая болтанка усиливается за счет термической. Так, например, 15 мая в 14 час. (рис. 5) болтанка от умеренной до сильной наблюдалась до максимальной высоты полета почти на всем маршруте (А/г колеба­ лось от +0,36 до —0,43, максимальная 0» была равна 3,4 м/сек.). Она резко ослабевала не доходя 6—8 км до Почтовой, где высота местности понижается до 200—300 м .

При северо-восточном ветре болтанка на северном склоне тоже до­ стигает умеренной интенсивности, особенно она усиливается возле двух поперечных хребтов (отрогов) в районе г. Роман-Кош .

Наиболее интенсивную болтанку при сильных юго-западных и северовосточных ветрах над северными склонами следует ожидать в. районе Ай-Петри и в северо-восточной части хребта. Это связано с повышением местности к северо-востоку и с повышением высоты поперечных отрогов до 1— 1,4 км. Болтанка в этом случае может распространяться до высоты 1,5—2 км. Интенсивную болтанку при этих ветрах следует ожидать и в районе Чатыр-Дага .

Выводы

1. В зоне подветренных роторов на Южном берегу Крыма максимум турбулентности наблюдается всегда ниже вершины хребта. Мощность турбулентного слоя изменяется в зависимости от высоты хребта. В сред­ нем верхняя граница турбулизированного слоя превышает высоту вер­ шины хребта на 0,5— 1 км и повышается к северо-восточным районам Южного берега Крыма, т. е. там, где хребет имеет наибольшую высоту .

2. На расстоянии 10— 15 км в глубь моря турбулентность в зоне рото­ ров ослабевает .

3. Наиболее турбулентные области наблюдаются на участках: Ли­ вадия— Ялта на высотах О —0,75 км, Алупка — Ай-Петри на высотах 0,35—0,75 и 1,2— 1,4 км и м. Матодор — м. Аю-Даг на высотах 0,65—

0.95.км и на высоте 1,6 км .

4. При северо-западном ветре на наветренных северных склонах Крыма наблюдается не только термическая, но и орографическая бол­ танка, обусловленная изрезанностью рельефа .

5. Наиболее интенсивная турбулентность наблюдается в 300—400метровом слое, прилегающем к хребту .

6. Мощность турбулентного слоя повышается к северо-восточной ча­ сти Крымского хребта, т. е. в сторону повышения хребта. В районе г. Роман-Кош на высоте 1,5 км наблюдается локальный максимум ин­ тенсивной турбулентности. При юго-западном ветре над Южным берегом Крыма турбулент­ ность даже при сильном ветре наблюдается только слабая, отдельными пятнами .

8. Над горными районами Крыма при сильном юго-западном ветре можно ожидать интенсивную болтанку даже при устойчивой атмосфере .

Здесь наблюдается орографическая болтанка, связанная с отрогами Крымского хребта, расположенными перпендикулярно юго-западному ветру .

ЛИТЕРАТУРА 1. В о р о н ц о в П. А., Д у б о в А. С. Методика исследования структуры воздушного потока с самолета. Труды ГГО, вып. 51 (113), 1955 .

2. П и н у с Н. 3. Современное состояние вопроса о турбулентности свободной атмос­ феры, вызывающей болтанку самолета. Труды' ЦАО, вып. 34, 1960 .

3. П и н у с Н. 3., Ш м е т е р С. М. Некоторые особенности турбулентности атмос­ феры в горных районах. Труды ЦАО, вып. 24, 1958 .

4. Ш м е т е р С. М, Об обтекании горных препятствий воздушными потоками. Труды ЦАО, вып. 24, 1958 .

5. Ш м е т е р С. М. Некоторые характеристики турбулентности и поля температуры над горами. Метеорология и гидрология, № 3, 1960 .

. А. А. ВАСИЛЬЕВ (ЦИП)

ДЕФОРМАЦИЯ ПОТОКА НАД КРЫМСКИМИ ГОРАМИ

ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ОБТЕКАНИИ ХРЕБТА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ

НА БОЛТАНКУ ВЕРТОЛЕТОВ

Рассматривается влияние.Крымских гор на горизонтальную деформа, цию потока при продольном обтекании хребта и влияние горизонтальной деформации на болтанку вертолетов по трассе Симферополь— Ялта .

Для анализа были использованы данные синхронных шаропилотных наблюдений пяти пунктов (АМСГ Симферополь, Орлиное, Ялта, Ай-Петри, Ангарский Перевал) и специальные бланки ЦИПа, заполненные сведениями .

о болтанке пилотами, рейсовых вертолетов за март, апрель и май 1963 г .

Деформация воздушного потока при продольном обтекании хребта Набегающий воздушный поток, встречая на своем пути массив гор, испытывает различного рода деформацию, существенным образом влияющую как на распределение скорости и направления ветра, так и на условия полета самолетов и вертолетов .

Изучению деформации потока над горами посвящено большое коли­ чество работ как в Советском Союзе, так и за рубежом. В большинстве этих работ рассматривается деформация воздушного потока на боль­ ших высотах (обычно выше уровня хребта), что объясняется главным образом необходимостью- метеорологического обеспечения полетов са­ молетов. Необходимость метеорологического обеспечения полетов верто­ летов, летающих в основном на небольших высотах, выдвигает задачу изучения природы деформации потока над горами в нижнем слое, наибо­ лее всего подверженном различного рода возмущениям и, следова­ тельно, труднее всего поддающемся исследованию .

При встрече с каким-либо препятствием воздушный поток в первую очередь расходится, обтекая его с боков, т. е. деформируется в горизон­ тальном направлении. Степень горизонтальной деформации' опреде­ ляется направлением и скоростью набегающего потока, профилем обте­ каемого тела и его размерами. Разумеется, подобного рода деформацию испытывает воздушный поток и над горами, особенно в случае опреде­ ленным образом ориентированного горного массива, имеющего большую вертикальную и горизонтальную протяженность .

Благодаря горизонтальной деформации, с боков обтекаемого массива гор (как при любом потенциальном течении) происходит сгущение ли­ ний тока и усиление скорости ветра по сравнению со скоростью в лобо­ вой и тыловой его частях,' а также скоростью невозмущенного потока .

Возникает так называемый «мысовой эффект», который широко изве­ стен в метеорологии^ Примером подобного эффекта является бакинский норд, подробно исследованный С. Д. Кошинским [2, 3] .

74 .

Для определения степени горизонтальной деформации воздушного потока над Крымскими горами при различных его направлениях было проведена сравнение скоростей и направлений ветра в пунктах АМСГ Симферополь, Орлиное и Ялта (рИс; 1) хо скоростью и направлением ос­ новного потока. За скорость и направление основного потока принима­ лась средняя скорость и направление ветра на уровне 1,5 км, вычислен­ ная по данным синхронных шаропилотньхх наблюдений Пяти пунктов (АМСГ Симферополь, Орлиное, Ялта, Ай-Пётри, Ангарский Перевал) .

Для этого были вычислены средние значения отношений скоростей ветра на различных высотах к осредненной скорости ветра на уровне / “ ОТ 200 до 500, м над ур. м., 2 — от 500 до 1000 м над ур. м., болеё 1000 м над ур.,м .

1,5 км при различных его направлениях (г|) в пунктах АМСГ Симферо­ поль, Орлиное и Ялта. Вычисления производились по формуле П У ^1.5 / ^ 7 = ^ ^ ------’ г д е -U — скорость ветра на высоте z, для которой проводится расчет z (значения г принимались равными 0^; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2;

1,5; 1,7; 2,0; 2,5 км над ур. м.); и ф — соответственно скорость и на­ правление основного потока; п — число случаев одинакового направле­ ния основного потока .

Проведенные pac4eTbf показали, что при скорости основного потока менее 7—8 м/сек. распределение с высотой значений -г не зависит от нап­ ] равления основного потока. При больших скоростях основного потока эта зависимость, наоборот, выражена довольно четко .

На рис. 2 и 3 представлено распределение с высотой значений т| при различных направлениях основного потока скоростью 7 м/сек. и более соответственно над Симферополем и Орлиным. На графиках по оси абс­ цисс отложена высота над ур. м. в километрах, а по оси ординат — сред­ нее направление ветра на уровне 1,5 км в градусах .

Из рис. 2 и 3 видно, что в Симферополе при всех направлениях ос­ новного потока, кроме юго-восточного, происходит увеличение скорости ветра в нижнем слое по сравнению со скоростью ветра в Орлином и скоростью основного потока. Особенно четко выражено это усиление при продольном обтекании хребта, т. е. при северо-восточном и юго-запад­ ном направлениях основного потока. Слой усиления ветра в этих слукм чаях простирается до высоты 0,8— 1,0 км над ур. м., что составляет при­ мерно 2/з высоты Крымского хребта. Среднее положение максимумов км скорости ветра в этом слое находится на высоте 0,5—0,6 км над ур. м .

при северо-восточном направлении и на высоте 0,6—0,7 км при юго-за­ падном. Наибольшие значения скорости ветра в этих максимумах пре­ вышают в 1,4 раза (т1= 1,4) скорость основного потока при северо-во­ сточном его направлении и в 1,3 раза (т1= 1,3) при юго-западном .

В Орлином, наоборот, скорость ветра в нижнем слое при продоль­ ном обтекании хребта в 0,3—0,4 раза меньше скорости основного потока (т] = 0,3—0,4). В Ялте значения т] равномерно увеличиваются с высотой .

Увеличение скорости ветра в нижнем слое при продольном обтекании хребта воздушным потоком в Симферополе и отсутствие подобного уси­ ления в Орлином и Ялте хорошо объясняются горизонтальной деформа­ цией потока. Из рис. 1 видно, что Симферополь расположен в месте наибольшего изгиба массива Крымских гор, т. е. там, где должно проис­ ходить наибольшее сгущение линий тока. Орлиное в зависимости от на­ правления основного потока оказывается или в тыловой, подветренной (при северо-восточном направлении), или лобовой, наветренной (при юго-западном направлении) частях, в которых никакого сгущения линий тока и усиления скорости ветра не происходит .

В связи с небольшой кривизной южного склона Крымских гор отсут­ ствует такое усиление и в Ялте .

Обобщая вышеизложенное, можно сделать ВЫВОД, что при скоростях основного потока 7 м/сек. и более при продольном обтекании хребта на северном склоне Крымских гор вследствие горизонтальной деформации воздушного потока в слое до уровня 0,8— 1,0 км происходит изменение скорости ветра в направлении течения .

Влияние горизонтальной деформации воздушного потока на болтанку вертолетов Известно, что изменение скорости потока в направлении течения су­ щественным образом сказывается на изменении давления в направлении течения. Скорость внешнего течения [и(л:)] связана с градиентом давлевдоль обтекаемого тела уравнением Бернулли [4, 6, 7, 8] ния dx dP du.. .

где р — плотность, д; — длина, измеренная вдоль обтекаемого тела .

Проинтегрировав уравнение (1) от х = к до х = Б и приняв плотность Э этих точках одинаковой, получим

–  –  –

Очевидно, что существование подобных градиентов давления, вы­ званных изменением скорости потока, должно сказываться на движении частиц воздуха в нижнем слое, вызывая их замедление или ускорение .

Влияние перепада давления на процесс обтекания воздушным потоком орографического препятствия схематически можно представить следую­ щим образом .

В самом'нижнем слое у поверхности, земли * частицы воздуха всегда.движутся медленнее, чем во внешнем потоке, соприкасающемся с этим слоем. В том случае, когда давление во внешнем потоке уменьшается в направлении течения, т. е, когда перепад давления ускоряет внешний ноток, скорость частиц воздуха в нижнем слое увеличивается, что позво­ ляет им, несмотря на действие трения, продолжать свое движение в на­ правлении потока .

Наоборот, в случае увеличения давления в направлении течения, ко­ гда перепад давления замедляет внешний поток, частицы воздуха в ниж­ нем слое движутся медленнее, чем частицы во внешнем потоке, а при достаточном замедлении даже останавливаются и затем начинают дви­ гаться в обратную сторону (рис. 4). Таким образом, за обтекаемым те­ лом возникает возвратное движение воздуха — завихрение, несмотря на то что внешний поток продолжает по-прежнему двигаться вперед .

Рис. 4. Схема образования завихрений при про­ дольном обтекании тела .

. Благодаря поступлению все новых порций воздуха мощность затор­ моженного слоя очень быстро увеличивается, захватывая более высокие слои. При наличии благоприятных условий усиливающееся возвратное движение может привести к отрыву потока и образованию вихрей с вер­ тикальной осью .

Подобная связь между изменением скорости течения и образованием завихрений и вихрей широко известна в гидравлике при течениях в ка­ налах, трубах и т. п. [4, 7] .

Очевидно, что подобного рода завихрения, спосрбные вызвать бол­ танку вертолетов, должны возникать над юго-западной оконечностью Крымских гор при северо-восточном направлении основного потока ско­ ростью 7 м/сек. и более. Существование таких завихрений подтверж­ дается прежде всего наличием в нижнем слое-в этом районе неустойчи­ вости направления ветра при северо-восточном потоке, на что указывал еще Д. К. Старов [5]. Особенно хорошо’заметна эта неустойчивость при .

сравнении данных шаропилотных наблюдений в Орлином и Симферо­ поле. Степень неустойчивости направления ветра оценивалась величиной Аф, численно равной разности между средним направлением ветра на уровне 1,5 км ф1 (направлением, основного потока) и направлением,5, ветра на других уровнях фг, т. е .

Д'Р = Ть5

' Толщина этОго слоя может быть различной в; зависимости от шероховатости подстилающей, поверхности и стратификации атмосферы .

в табл. 1 и 2 приведена повторяемость числа случаев различных зна­ чений Аф по высотам при северо-восточном направлении основного пото­ ка соответственно в Симферополе и Орлином .

Таблица 1 Повторяемость числа случаев различных значений Д ф по высотам при северо-восточном направлении основного потока в Симферополе

–  –  –

0—20 52 ‘ 57 53.55 58 60 2' 21—40 6 3 41—60 -1 2

–  –  –

0—20 47 60 21—40 10 10 10 10 4 1 -6 0 8 8 7 10 61— 80 7 10 81— 100 10 10 101— 120 3 121— 140 5 141— 160 161— 180 3

–  –  –

При сопоставлении данных видно, что в Орлином до уровня 0,8 км абсолютные значения Аф колеблются от О до 180°, тогда как в Симфе­ рополе они не превышают 60° .

Существование турбулентных зон над юго-западной оконечностью Крымских гор при северо-восточном потоке подтверждается сведениями о болтанке рейсовых вертолетов .

Анализ 80 бланков, заполненных сведениями о болтанке пилотами рейсовых вертолетов, показал, что из 22 случаев болтанки по маршруту Передовое—Орлиное—Форос в 19 случаях (86%) направление основ­ ного потока было северо-восточным и скорость ветра на уровне 1,5 км была 8 м/сек. и более .

Следует отметить, что болтанка при сильных северо-восточных вет­ рах отмечается, как правило, только на участке Передовое — Форос, в то время как вероятность болтанки при слабых ветрах и ясном небе (терми­ ческой) на всех участках трассы одинакова .

Очевидно, что кроме скорости набегающего потока на процесс об­ разования завихрений большое влияние должна оказывать турбулент­ ность набегающего потока, которая в свою очередь зависит от стратифи­ кации атмосферы, шероховатости подстилающей поверхности и ее отражательной способности (величины альбедо). Однако этот вопрос требует специального исследования .

Отметим лишь, что анализ бланков, заполненных сведениями о бол­ танке, показал, что наличие неустойчивости в слое до уровня 1,5 км при сильном северо-восточном потоке увеличивает интенсивность болтанки на участке трассы Передовое—Орлиное—Форос на 1 балл .

В каждом конкретном случае степень турбулентности на участке Пе­ редовое— Форос можно установить по данным шаропилотных наблю­ дений в Орлином и Симферополе. Если до уровня 0,8— 1,0 км скорость ветра в Симферополе равна или меньше скорости ветра в Орлином, то турбулентность, способная вызвать болтанку вертолетов, отсутствует .

Если же скорость ветра в Симферополе в нижнем слое значительно пре­ вышает скорость в Орлином, то это указывает на существование такой турбулентности. Разумеется, для анализа необходимо также иметь дан­ ные радиозондирования. .

При сильных юго-западных ветрах очевидно существование подоб­ ного рода турбулентности над северо-восточной оконечностью Крым­ ских гор .

Вообще говоря, аналогичная турбулентность будет наблюдаться везде, где имеет место значительное изменение скорости (а следова­ тельно, и давления) в направлении течения .

Выводы

1. При скоростях основного северо-восточного потока 7 м/сек. и бо­ лее при продольном обтекании хребта на северном склоне Крымских гор вследствие горизонтальной деформации воздушного потока в нижнем слое происходит изменение скорости ветра в направлении течения .

2. Слой изменения скорости ветра простирается до уровня 0,8— 1,0 км, что составляет ^/з высоты Крымского хребта .

3. Вследствие изменения скорости ветра происходит изменение давле­ ния в направлении течения. При увеличении давления в направлении течения в нижнем слое возникает возвратное течение, завихрения и вих­ ри, способные вызвать болтанку вертолетов .

4. При северо-восточном направлении основного потока скоростью более 7 м/сек. указанного рода завихрения вызывают болтанку верто­ летов над юго-западной оконечностью Крымских гор на участке трассы Передовое—Орлиное—Форос .

ЛИТЕРАТУРА

1. Д о р о д н и ц ы н А. А. Возмущения воздушного потока, вызванные неровностями на поверхности Земли. Труды ГГО, вып. 23 (16), 1938 .

2. К о ш и н с к и й С. Д. Орографические возмущения в поле ветра. Метеорология и гидрология, № 5, 1959.,

3. К о ш и н с к и й С. Д. Влияние орографии берегов на ветровой режим Каспийского моря при северо-западных штормах. Труды ГОИН, вып. 67, 1962 .

4. Л о йц я н е к и й Л, Г, Аэродинамика пограничного слоя Гостехиздат, Л.-М., 1941 .

5. С т а р о в Д. К- Некоторые особенности распределения воздушных течений над Крымом при северо-восточном ветре. Записки по гидрографии, т. LXIV, Изд .

. гидрогр. упр., Л., 1931 .

6. Б а й Ш и И. Турбулентное течение жидкостей и газов. Перевод с английского ИЛ, М., 1962 .

7. П р а н д т л ь Л. Гидромеханика. Перевод с немецкого. ИЛ., М., 1949 .

8. Ш л и х т и н а Г. Возникновение турбулентности. Перевод с немецкого. ИЛ, М., 1962 .

9. S t e i n h a u s e r F. Ober den Einflufi der Alpen auf die grofiraumigen Luftstromungen nach Radiosonden-Beobachtungen in Wien und Miinchen.. Wien, 1961 .

м. А. ГЕРМАН (ГГО)

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНОГО

РЕЖИМА ГОРНЫХ РАЙОНОВ КАВКАЗА

Излагаются результаты исследования турбулентности в горных райо­ нах Кавказа по материалам акселерографических записей перегрузок верто­ лета МИ-4 .

Совершенствование вертолетов, развитие и улучшение их летных ха­ рактеристик явилось основой для широкого их применения в народном хозяйстве .

В последние годы в различных районах нашей страны открыты регу­ лярные товаро-пассажирские вертолетные линии. Наиболее полезным оказалось использование вертолета для перевозок в горных районах, так как применение самолетов в этих условиях ограничено. В связи с этим возникла необходимость изучения атмосферной турбулентности в горных районах и ее влияния на полет современных вертолетов. С этой целью отделом аэрологических исследований ГГО и ГНИИ ГВФ были органи­ зованы исследования турбулентного режима в горных районах. Для изу­ чения турбулентности использован пассажирский вертолет МИ-4, кото­ рый производил регулярные рейсовые полеты в утреннее время по марш­ руту Адлер — Сочи — Лазаревское — Туапсе— Ново-Михайловка — Джубга — Архипо-Осиповка — Геленджик. На одном из пассажирских вертолетов МИ-4 был смонтирован самописец перегрузок СП-11. Прибор устанавливался в центре тяжести вертолета, между 12 и 13 шпангоутами .

Питание самописца производилось от бортовой электросети с напряже­ нием 26 в. Самописец СП -11 производил регистрацию перегрузок центра тяжести вертолета при различных скоростях протяжки акселерограммы .

Перед началом полетов сотрудниками ГНИИ ГВФ было произведено усовершенствование самописца СП-11, которое в значительной степени улучшило технические характеристики прибора, в частности, в прибор было введено автоматическое устройство, обеспечивающее переключе­ ние скорости протяжки ленты на малую при отсутствии перегрузок (0,5 мм/сек.) и на повышенную скорость (5 мм/сек.) записи при бол­ танке вертолета. Такое усовершенствование прибора способствовало по­ лучению подробных записей ускорений вертолета на том или ином уча­ стке маршрута. Для регистрации времени в электрическую схему аксе­ лерографа были включены часы, которые автоматически делали засечки на ленте через 1 сек. Вместе с этим на борту вертолета МИ-4 бортаэро­ логом велись непрерывные визуальные наблюдения, которые заносились в специальный бортовой журнал. Полученные акселерограммы допол­ нялись материалами температурно-ветрового зондирования, сбор кото­ 6 гго, вып. 171 81 Труды рых также входил в обязанности бортаэролога. В полетах принимали непосредственное участие А. Н. Нарожный и автор, при этом на послед­ него было возложено руководство исследованиями .

Методика полетов и исходные материалы исследования Особенностью полетов в первую очередь являлось то, что вертолет МИ-4, выделенный для рейсовых полетов по указанному выше марш­ руту, обслуживался сменными экипажами. Поэтому перед каждым вылетом автором производился инструктаж экипажа, высказывались по­ желания о режиме полета на случай встречи зон с повышеной турбулент­ ностью и т. п. Отдельные изменения эшелона и, скорости полета, необхо­ димые для исследования, согласовывались, с командиром подразделения вертолетов или руководителем полетов аэропорта. В том случае, когда вертолет встречал на своем пути зоны с болтанкой, пилот по мере воз­ можности сохранял постоянную скорость и высоту полета, при этом его вмешательство в управление вертолетом- было минимальным, необходи­ мым для безопасности полета. Всего было произведено 20 исследова­ тельских полетов по маршруту Адлер — Геленджик. Из этого числа по­ летов лишь в девяти случаях наблюдалась болтанка вертолета, в один­ надцати случаях она отсутствовала, поэтому в настоящей работе они рассматриваться не будут. Для анализа рассмотрены случаи (участки маршрута), когда зарегистрированы перегрузки вертолета. Исходные данные полетов приведены в табл. 1 .

Таблица 1 Исходные данные полетов со случаями болтанки вертолета МИ-4. 1963 г .

–  –  –

Из табл. 1 видно, что в большинстве случаев полеты производились на малых высотах порядка 150—300 м над ур. м., следует иметь в виду, что у кромки Черноморского побережья высота Кавказских гор не очень большая. В большинстве случаев болтанка вертолета наблюдалась при полете над сушей (по кромке побережья), над морем болтанка также наблюдалась, но несколько реже и слабее. Турбулентность в слое до 600 м над ур. м. наблюдалась почти по всей трассе Адлер—Геленджик .

Наиболее активная часть маршрута с точки зрения интенсивности тур­ булентности находится на участке Джубга — Геленджик и реже на уча­ стке Туапсе—Геленджик. Особенности орографии в этом районе, при оп­ ределенных направлениях воздушного потока, являются, по нашему мнению, основными причинами, которые обусловливают развитие интен-сивной турбулентности. Следует обратить внимание на тот факт, что ос­ новная часть полетов с наличием болтанки вертолета происходила при с.еверо-восточном и восточном направлениях воздушного потока (табл. 2) .

Таблица2 П овторяемость (% ) направления воздуш ного потока в зон ах с повышенной турбулентностью

–  –  –

7,4 4 8,2 2 5,9 18, 5 27 Как видно из табл. 2, почти в 75% случаев ветер имел, направление с восточной составляющей. Этот факт имеет определенное прогностиче­ ское значение и уже в настоящее время используется специалистами .

Немаловажное влияние на интенсивность турбулйзированного слоя ока­ зывает сила ветра. Так, турбулентность в горных районах Кавказа уси­ ливается при повышении скорости ветра рассмотренных выше направ­ лений.Индикатором сильно развитой турбулентности по трассе Адлер—Ге­ ленджик следует считать направление и скорость воздушного потока на участке маршрута Туапсе — Геленджик. Наличие на этом участке севе­ ро-восточного и восточного направлений воздушного потока, даже при небольших скоростях порядка 4—5 м/сек., служит основой для диагноза и прогноза болтанки вертолетов .

Перегрузки вертолетов и величины вертикальных пульсаций воздушного потока П е р е г р у з к и в е р т о л е т а МИ'4. Анализ акселерографических записей показывает, что были исследованы лишь случаи наличия турбу­ лентности, когда наблюдалась слабая и умеренная болтанка вертолета .

В те дни, когда на отдельных участках маршрута, в частности, между Туапсе, Джубгой и Геленджиком наблюдались большие скорости ветра северо-восточного направления, которые сопровождаются интенсивной турбулентностью, полеты не производились. Ограничение полетов дано в соответствующих руководствах по эксплуатации вертолетов в этих районах .

Не останавливаясь на методике обработки акселерограмм, доста­ точно подробно изложенной в работе [2], рассмотрим перегрузки верто­ лета, которые были зарегистрированы в полетах. В табл. 3 приведены средние и максимальные величины перегрузок вертолета МИ-4 при пол­ ной его загрузке .

Анализ табл. 3 показывает, что средние перегрузки вертолета МИ-4 изменяются от 0,02 до 0,17 g, в то же время при отдельных порывах ветра максимальные значения перегрузок значительно выше и достигают 0,50 g .

Если рассматривать средние значения перегрузок по слоям О —200, 201—400 и 401—600 м, то отмечается хорошо выраженная закономер­ ность — ослабление болтанки вертолета с высотой, а вместе с этим 6* 83 уменьшение величин перегрузок. Время же сохранения перегрузки од­ ного знака г в среднем не превышает 1,0 сек., хотя в отдельных случаях максимальные значения х доходили до 3 сек. При сравнении величин пе­ регрузок вертолета и х определенной связи между ними не обнаружи­ вается, так, например, величине средней перегрузки 0,09 g в первом слу­ чае соответствует т, равное 0,93 сек., этой же величине в пятом случае соответствует х, равное 0,72 сек., а в одиннадцатом случае — т, равное 0,64.сек., и т. д. (табл. 3) .

Табли.цаЗ Результаты расчета перегрузок и вертикальных пульсаций скорости воздуш ного потока

–  –  –

2,02 1 0,0 9 0, 19 0,971 0,9 5 0,9 3 1.09 2 1,12 0,2 4 2,6 9 0,10 1.05 0,5 3 0,953 0,11 0,66 1,21 3 0,0 6 0,5 4 0,985 1.03 4 0,6 4 1,08 1,81 0,0 6 0,1 7 0,973 0,8 9 5 1,02 0,7 2 0,962 1.07 2,03 0, 18 0,0 9 6 1.10 0,12 3,2 0 1,28 0,3 0 0,9 7 0,985 7 1, 89 4,35 .

0, 17 0,8 2 1.06 0,3 9 0,980 8 1,21 0,988 - 3,7 4 0,3 4 1,06 :

0,11 0,7 6 9 0,88 0,22 2.4 2 0,0 8 0,7 4 0,962 1,06 1,00 10 4,5 2 0,41 1.07 0,0 9 0,6 3 0,944 11 1,02 1.04 0,0 9 0,6 4.4,0 9 0,3 6 0,980 12 0,11 1,21 1.04 0,5 2 5,51 0,5 0 0,971 13 0,10 0,22 1,10 2.4 3 1.03 0,5 3 0,985 14 0,10 1, 14 1.03 2.0 5 0, 18 0,985 0,51 15 0,86 0,8 4 2,1 5 0,20 0,0 8 0,971 1.07 16 0,02 0,21 1.09 0,6 3 0,8 9 0,973 0,06 17 0,88 0,10 1.09 0,31 1.05 0,0 3 0,971 18 0,66 0,4 4 1.08 0,0 4 0,7 6 0,953 0,06

–  –  –

где боо — коэффициент, характеризующий летно-технические данные вер­ толета; Ап — перегрузка вертолета в долях g, — относительная плотность, V — горизонтальная скорость полета вертолета, т] поправочный, множитель .

Результаты расчета вертикальных пульсаций скорости воздушного потока приведены в табл. 3. Из табл. 3 видно, что величины вертикаль­ ных пульсаций изменяются от 0,21 м/сек. до 1,89 м/сек., максимальные значения Uz, рассчитанные по максимальным величинам перегрузок, до­ ходят до 5,51 м/сек. на высоте 300 м. Следует отметить, что наибольшие значения отмечались на участке маршрута Джубга — Геленджик при полете над горами. При полете над морем (17 и 16 случай) величины вертикальных пульсаций малы и равняются 0,21 и 0,31 м/сек., макси­ мальные значения соответственно равны 0,63 и 1,05 м/сек .

Коэффициент турбулентности Рассчитанные данные значений вертикальных пульсаций скорости ветра позволяют произвести вычисление коэффициента турбулентности .

В основу расчета была положена структурно-кинематическая формула Ляпина—Дубова ^= (2) где т — среднее время сохранения перегрузки одного знака .

Результаты вычислений приведены в табл. 5. Из табл. 5 видно, что величины средних коэффициентов турбулентности для исследуемого слоя оказались небольшими, не превышающими 31,0 м^/сек., в то же время максимальные значения^ достигают почти 70,0 м^/сек. Таким образом, Таблица 5 Результаты расчета коэффициента турбулентности и скорости диссипации турбулентной энергии

–  –  –

1 17,8 121' 3 7,8 1,00 1,5 2 12,0 2 8,7 93,40 40 0,5 3 7,2 13,2 28,90 0,5 40 4 3 2,4.121 11, 5 0,1 6 1.5 14,2 5 2 8,4 0,2 0 4,5 350 6 2 4,2 6 0,4 0,41 0,5 39 7 30,1 6 9,2 0,1 4 2,0 ’ 194 8 17, 9 5 5,3 78 0,16 1.0 9 13,1 36,0 79,60 81 1.0 10 12,7 5 7,4 484 4 4,5 0 11, 0 11 12,7 5 0,9 126,00 39 0,5 12 12,6 40 57,6 166,00 0.5 13 2 5,9 40 89,30 11. 7 0.5 14 2 0,3 276,0 ^ 39 11. 3 0,5 15 14,5 3 6,3 3,5 4.—

–  –  –

_ _ _ 11, 2 77,6 5,6 5,6 18 ' 2 2,2 2 2,2 2 2,2 22,2 11, 2 — 18 —

–  –  –

Рис. 1. Осредненный вертикальный профиль Структурные функции коэффициента турбулентности по данным перегрузок центра тяжести акселерографических записей .

вертолета МИ-4 а — средние значения коэффициента турбулентно­ сти, 6 — осредненные максимальные значения ко­ Используя методику расче­ эффициента турбулентности .

та, изложенную в работе [3], выполнили вычисление структурных функций вертикальных перегрузок вертолета МИ-4. Все расчеты производились на электронно-вычисли­ тельной машине «Урал-1» в ГГО. Для выполнения расчетов была со­ ставлена специальная программа, обеспечивающая комплексное вычис­ ление структурно-энергетических характеристик атмосферной турбулент­ ности, по материалам акселерографических записей .

. По результатам математической обработки акселерограмм был вы­ полнен анализ структурных функций перегрузок вертолета МИ-4. С этой целью строились графики кривых'структурных функций 0(хц) в билогарифмическом масштабе. Просмотр и анализ функций D(tq) позволил всю совокупность полученных кривых разделить на две основные группы. К первой группе следует отнести кривые, структурная функция которых имеет один максимум с дальнейшими небольшими отклонения­ ми от величины максимума. Такие структурные функции перегрузок наи­ более часто наблюдаются при полете вертолета над морем. Вторая группа кривых имеет также один максимум, после достижения которого функция D (то) резко падает. Этот вид структурных функций наиболее часто наблюдается при исследовании турбулентности над горными райо­ нами, по-видимому, в какой-то степени он может быть объяснен волно­ выми процессами, связанными с переваливанием воздушного потока че­ рез горный хребет. Среди построенных кривых структурных функций в исследуемом интервале времени имеется одна кривая функции D { ), xq которая монотонно возрастала, поэтому насыщение ее обнаружить не удалось. Это случай полета 7 августа 1963 г. над водной подстилающей поверхностью .

Анализ структурных функций позволяет достаточно просто опреде­ лить размеры вихревых образований, с наибольшей интенсивностью воз­ действующих на вертолет МИ-4. Величина характерного масштаба в этом случае соответствует на графике изменчивости функции D{xq) = = f{xo) значению аргумента То=т:хар, определяющего максимальную ве­ личину D (хо) = D {хо)тах- В табл. 5 приведены значения характерного времени «насыщения» структурных функций перегрузок вертолета МИ-4, а также размеры вихревых образований, с наибольшей интенсивностью воздействующих на вертолет. Анализ данных табл. 5 показывает, что ха­ рактерное время насыщения структурных функций перегрузок изме­ няется от 0,5 до 7,5 сек. Повторяемость характерного времени приведена в табл. 7 .

Таблица 7 П овторяемость (% ) характерного времени насыщения структурных функций вертолета МИ-4

–  –  –

11,1 5,6 5,6 5,6 16,6 55,5

–  –  –

ТУ-104 ИЛ-14 ИЛ-18 ИЛ-12 МИ-4 ЛИ-2

–  –  –

Из табл. 8 видно, что на вертолет воздействуют ви х р и зн ач и тел ьн о меньшие по размерам, чем на самолеты. Это свидетельствует о том, что 1 При определении характерных размеров, наиболее интенсивно воздействующих на самолеты, использованы результаты, заимствованные из работы [2] .

вертолет более чувствителен к мелкомасштабным турбулентным вихрям, которые в среднем определяются градацией 30—40 м. Однако следует заметить, что' в отдельных случаях характерные размеры интенсивно воздействующих на вертолет вихрей доходили до 500 м .

Энергетический спектр вертикальных порывов скорости ветра Для всех случаев, рассматриваемых в настоящей работе, были рас­ считаны и построены кривые энергетического спектра перегрузок центра тяжести вертолета МИ-4 и спектры вертикальных порывов скорости ветра .

Энергетический спектр перегрузок вертолета М И -4. Кривые энергетического спектра перегрузок центра тяжести ха­ рактеризуют нагружение вертолета при полете в турбулентной среде, кроме этого, по величине перегрузок можно судить о величине так назы­ ваемого эффективного порыва воздействующего на вертолет. Энергети­ ческий спектр перегрузок с точностью до масштаба совпадает с энергети­ ческим спектром эффективного порыва. Так как для вертолета эффек­ тивными являются лишь вполне определенные масштабы возмущений, как об этом уже упоминалось ранее, а большие и меньшие масштабы не вызывают заметных перегрузок вертолета, то естественно, что эффектив­ ный порыв зависит от характеристик и режима полета самого вертолета .

На рис. 2 приведены энергетические спектры перегрузок при полете вертолета на двух различных уровнях и при различной атмосферной тур­ булентности. Сравнение этих двух кривых подтверждает ранее выска­ занные соображения об ослаблении с высотой интенсивности атмосфер­ ной турбулентности. Заметим, что полет в обоих случаях производился примерно с одинаковой скоростью .

Энергетический спектр вертикальных порывов в е т р а. Анализ кривых энергетического спектра вертикальных порывов ветра позволяет выявить общие закономерности, характерные почти для всех случаев, рассмотренных в работе (рис. 3). Эти закономерности сле­ дующие; 1) с уменьшением размеров турбулентных вихрей (с увеличе­ нием пространственной частоты) существует тенденция к спадению кри­ вой; 2) отсутствует «насыщение» на кривых спектральной плотности;

3) имеется относительно резкий подъем кривых s{Q) при высоких ча­ стотах. Указанные закономерности позволяют считать, что в выполнен­ ном исследовании не рассматриваются масштабы, характеризующие размеры первичных вихрей. Это объясняется тем, что низкочастотная часть спектра атмосферной турбулентности, соответствующая возмуще­ ниям больЩой протяженности, не регистрировалась приборами, исполь­ зованными в исследовании. Для рассмотрения распределения энергии в этих вихрях потребуются более.тонкие измерения ускорения вертолета, например, регистрация изменений угла тангажа вертолета и т. п. Нали­ чие тенденции к спадению криврй распределения энергии является об­ стоятельством, вполне отражающим существующие представления о ме­ ханизме и интенсивности распределения турбулентной энергии в образо­ ваниях различных масштабов .

Характерным для всех полученных спектров является наличие (в би- .

логарифмическом масштабе) линейного участка, отвечающего степенной зависимости спектральной плотности от пространственной частоты 5 = Д Й -". (3) Расчет показателя степени в выражении (3) показывает, что в боль­ шинстве случаев он оказывается близким к —® однако точного выполз, нения закона Колмогорова — Обухова для больших участков спектра в нашем случае не обнаруживается. Этот факт связан с физико-метео­ рологическими условиями развития турбулентности в горных районах .

Скорость диссипации турбулентной эн!ергии Среди параметров, характеризующих турбулентный режим в горных районах, важная роль отводится скорости диссипации турбулентной энергии е. Величина е характеризует скорость рассеяния турбулентной энергии при ее переходе от больших вихрей к малым. Для расчета ве

–  –  –

личины скорости диссипации турбулентной энергии были использованы участки кривых энергетического спектра, наклон которых (в билогарифмическом масштабе) соответствует закону «минус пять третей». По ме­ тодике, изложенной в работе [3], было произведено вычисление величины

8. Результаты расчета представлены в табл. 5. Анализ полученных дан­ ных показывает, что величина скорости диссипации турбулентной энер­ гии изменяется в широких пределах, от нескольких десятых см^сек.® до двух-трех сотен см^/сек.® Такая сильная изменчивость величины скоро­ сти диссипации'турбулентной энергии, очевидно, в как0Й7Т0 мере может быть объяснена наличием сильной термической расслоенности. слоя атмосферы, который был обследован в настоящей работе. Другим не менее важным обстоятельством является образование подветренных волн— процесс, который в какой-то степени обусловливает турбулизацию слоя воздуха над горным массивом .

в заключение сравним величины коэффициента турбулентности и скорости диссипации турбулентной энергии, пр.иведенные в табл. 5 .

Сравнение этих характеристик показывает, что они не всегда согла­ суются между собой, хотя, как показывают исследования, выполненные автором для облаков различных форм, они должны согласовываться .

Возможно, одна из причин несоответствия некоторых значений связана с несовершенством метода определения скорости диссипации турбулент­ ной энергии, в частности, ограниченными размерами участков энергети­ ческого спектра, с которого снимались данные для расчета величины .

Таким образом, анализ ряда характеристик турбулентного режима горных районов Кавказа показывает, что определяющим фактором в развитии атмосферной турбулентности является ветровой режим и связанный с ним процесс образования подветренных волн. Немаловаж­ ным также является тот факт, что пограничный слой в исследуемом рай­ оне является термически сильно расслоенным, причем чем сильнее расслоенность, тем интенсивнее атмосферная турбулентность. С увеличе­ нием высоты слои атмосферы в Этом районе становятся более однород­ ными (величины вертикального градиента температуры с высотой изме­ няются практически несущественно), а турбулентность ослабевает .

Увеличение высоты полета вертолета при наличии болтанки в нижних слоях оказывается наиболее благоприятным для пассажирских перево­ зок вертолетов по трассе Адлер—Геленджик, хотя и приводит к увели­ чению времени полета .

Некоторая часть расчетов, представленных в работе, выполнена H. И. Кузнецовой .

ЛИТЕРАТУРА I. В о р о н ц о в П. А., Г е р м а н М. А. Исследование атмосферной турбулентности с помощью вертолета. См. настоящий сб .

2. Г е р м а н М.. А. Некоторые результаты экспериментального исследования струк­ турно-энергетических характеристик турбулентности в облаках. Труды ГГО,. вып. 154, 1964 .

3. Г е р м а н М. А. К вопросу вычисления энергетических характеристик в облаках по. данным акселерографических записей с помощью мащины «Урал». Труды. ЛГМИ, вып. 14, 1963 .

4. С е л и ц к а я В. И., В о р о н ц о в П. А'. Методика веретолетного зондирования, атмосферы. Труды ГГО, вып. 140, 1963 .

д. А. КОН ОВ А ЛО В (ГГО)

МЕТОДИКА И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЗОН ПОВЫШЕННОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ НА ТРАССЕ

КУТАИСИ — ШОВИ Дается методика исследования зон болтанки на вертолетной трассе Кутаиси— Шови. Приводятся некоторые аэрологические данные, получен­ ные с помощью вертолета .

В сентябре — октябре 1963 г. по вертолетной трассе Кутаиси — Шови производились полеты на вертолете МИ-1 с целью выяснения условий, характера и интенсивности болтанки (зон повышенной турбулентности) в горных районах .

Вертолет М И-1 был оборудован вертолетным механическим метеоро­ графом системы ГГО [1], а также акселерографом СП-И [2]. Кроме того, в полетах все время велись инструментальные и визуальные наблюдения по программе, изложенной в работе [1] .

В трех пунктах по трассе Кутаиси, Амбролаури и Шови были орга­ низованы шаропилотные наблюдения в светлое время суток 06, 09, 12, 15 час. по московскому времени .

Проводилась следующая программа полетов. Утром выполнялся по­ лет по трассе, около полудня производилось зондирование атмосферы близ Кутаиси и во второй половине дня — снова полет по трассе .

При зондированиии атмосферы делались трехминутные площадки на следующих высотах; 100, 200, 300, 400, 500, 700, 1000, 1200, 1500,2000 м .

Во время полетов по трассе на специальных бланках с изображением трассы отмечались зоны повышенной турбулентности с указанием вы­ соты и интенсивности болтанки. На обратном пути отмеченные зоны тур­ булентности исследовались более подробно; делались площадки на различных высотах с целью определения вертикальной мощности зоны турбулентности, распределения интенсивности по высоте, определялись границы пространственного протяжения зон турбулентности по трассе и в прилегающих к ней районах .

Всю трассу протяженностью 114 км условно можно разбить на че­ тыре участка; Кутаиси — Твиши, Твиши — Амбролаури, Амбролаури — Они, Они — Шови .

Д ля всех четырех участков трассы и для каждого, полета в отдель­ ности были вычислены так называемые коэффициенты заполнения трассы болтанкой П 2 ' .

–  –  –

По двум другим участкам трассы полеты проходили спокойнее, так как там нет таких постоянно действуюш;их факторов образования бол­ танки .

В целом по трассе Кутаиси — Шови в сентябре — октябре преобла­ дала болтанка динамического характера и лишь несколько случаев, в основном близ Амбролаури, отмечено было с термической болтанкой .

Поэтому в рассматриваемый период времени, по-видимому, можно счи­ тать, что прогноз болтанки сводится в основном к прогнозу скорости и направления ветра по трассе. При скоростях ветра менее 8— 10 м/сек., значительной болтанки по трассе ожидать не приходится .

Хотя наблюдения за облачностью во время полетов по трассе велись регулярно, установить какую-либо зависимость между облачностью и болтанкой весьма затруднительно, так как при наличии облачности бо­ лее 2—3 баллов полеты по трассе запрещены .

Уже предварительный анализ результатов показал, что для успеш­ ного исследования и выявления причин образования болтанки по трассе необходимо иметь дополнительно пункты шаропилотных наблюдений в Цхалтубо и Они, т. е. как раз в тех районах, где болтанка наблюдалась чаще всего и была наиболее интенсивной .

Результаты зондирования атмосферы даются в приложении в виде таблицы .

ЛИТЕРАТУРА

–  –  –

' 1001 69 0,6 2 32 200 16,9 0,3 8 200 993 2 8,6 300 989 16,2 2 7,2 0,7 0 982 1,40 31 400 15,1 971 2 6,3 0,9 0 30 1,10 500 966 14,6 0,5 0 500 960 2 6,0 0,3 0 30 943 15,5 24,7 —0,4 5 0,6 5 63 1000 23,7 18 1000 910 13,6 906 0,3 3 0,6 3 1200 889 11,8 1200 22,2 18 67 885 0,7 5 0,9 0 10,1 24 1500 857 1500 0,7 7 68 855 19,9 0,5 7 0,9 2 2000 808 7,8 2000 36 0,4 6 60 15,3 2120 7,2 1,25 41 796 2120 795 13,8 0,5 0 58

–  –  –

Все более широкое применение находят вертолеты в различных от­ раслях народного хозяйства. Особенно большое значение они имеют в труднодоступных районах страны .

В последние годы вертолет широко применяется на горных авиатрас­ сах Крыма и Кавказа, связывая многочисленные горные и береговые ку­ рорты с крупными аэропортами и обеспечивая быструю доставку в лю­ бое место, недоступное для обычной авиации. Но условия полетов в горах и над прибрежными районами зачастую усложняются тем, что при некоторых условиях погоды в воздушном потоке под влиянием оро­ графии возникают так называемые стоячие волны препятствий, верти­ кальные токи (восходящие и нисходящие) и зоны повышенной турбу­ лентности, с которыми связаны броски вверх и вниз, болтанка разной.интенсивности и другие явления. Поэтому полеты в таких районах осо­ бенно нуждаются в надежном метеорологическом и аэрологическом обес­ печении. Весьма желательны' шаропилотные наблюдения, причем в двух пунктах, так как в горных местностях воздушные потоки обычно бывают заметно искажены влиянием местных условий .

В таких условиях вычисленная по таблицам вертикальная скорость шаропилотов, лежащая в основе обработки однопунктных наблюдений, часто значительно отличается от фактической, что вносит соответствую­ щие ошибки в получаемые характеристики ветра, но организация базис­ ных наблюдений значительно сложнее однопунктных .

С целью наиболее всестороннего изучения условий полета в горных районах весной 1962 г. были организованы экспедиционные исследования в Крыму на вертолетной трассе Симферополь — Ялта. Были использо­ ваны специально оборудованные самолет и вертолет. Основные резуль­ таты всех этих исследований изложены в ряде статей настоящего сбор­ ника .

Предполагалось, что организованные при этом по трассе шаропилот­ ные наблюдения (в Орлином, Соколином и Ялте) будут продолжаться и после окончания экспедиционных работ силами местных работников. Это дало бы интересный и ценный материал для освещения авиалинии. Од­ нако сделать эти точки постоянно действующими не удалось по ряду причин, и для характеристики ветра на высотах в настоящее время имеется лишь одна аэрологическая станция — АМСГ Симферополь .

96 .

Ui -uraa ‘OJJ M L BXdx Z'6

–  –  –

Все наблюдения были разбиты по направлениям ст. Ай-Петри, кото­ рые были взяты за основу .

Осредненные результаты такой разбивки данных по 8 румбам пред­ ставлены в табл. 1, 2 и 3 за утренний, дневной и вечерний сроки соответ­ ственно. Таблицы показывают довольно пеструю картину, что в значи­ тельной степени объясняется недостаточностью материала для разбивки его на такое количество групп: Кроме того, вечерний срок щаропилотных наблюдений (18 час.) не совпал с метеорологическим сроком (19 час.), что также могло ухудшить результат. Наконец, осреднение имевшихся направлений также могло привести к некоторой пестроте, хотя оно и проводилось графически .

На рис. 3 и 4 нанесены те же данные до осреднения. Сюда нанесены все имевшиеся случаи. По вертикальной оси нанесены данные Ай-Петри .

(Я tr s \o H

–  –  –

–  –  –

Соколиное) в любое время дня преобладали ветры, западной четверти независимо от направления ветра на Ай-Петри. Исключение опять-таки на Ай-Петри составляют юго-восточные ветры. В Ялте же, как сказано выше, связь с ветром, на Ай-Петри обнаруживается в утренний срок .

В дневной же и вечерний сроки эта связь гораздо слабее .

Что же касается скорости ветра (рис. 4), то здесь разброс точек го­ раздо больше и какую-либо зависимость уловить трудно., В результате можно сказать, что аэрологические наблюдения в Сим­ ферополе и утренние наблюдения метеостанции Ай-Петрй могут помочь синоптикам в определении условий полета вертолета по трассе .

–  –  –

АЭРОСИНОПТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ БОЛТАНКИ ВЕРТОЛЕТА

НА ТРАССЕ СИМФЕРОПОЛЬ—ЯЛТА

Рассмотрены аэросиноптические условия возникновения.болтанки вер­ толетов на трассе Симферополь—^^Я лта и даны рекомендации по ее про­ гнозу .

–  –  –

0— 10 5 14.8 1 1 -2 0 20 11 19 • 11 27 12 79 21^30 10 1

--- 59 7 36 • 3

–  –  –

0 /Г 1/0 0—2 2 /2 2 /2 3 -4 1/0 1/1 1/1 0 /2 4 /4 6 /4 3/1 0/1 5 -6 1/0 2 /0 1/1 7—8 1/1 1/0

–  –  –

0—2 0 /2 6 /4 34 1/5 1/1 5 -6 3/1 2 /3 5/ 4 - _ 1/3 7—8 1/2 4 /2 4/ 3 2/1 9— 10 1/0 1/0 0/1 • 11— 12 1-/0.. .

(около 200 случаев), на высоте 300—600 м повторяемость ее значи­ тельно уменьшается (до 44 случаев)', в слое 600—9О0 м болтанка чаще всего; отмечается на участке Бахчисарай—Форос- и повторяемость ее составляет 61 случай. '

–  –  –

Ветер при этом в слое О—3 км отмечался слабый 5—6 м/сек. Следова­ тельно, болтанка была термического характера., Наибольшее количество случаев болтанки приходится на теплый пе­ риод, но.в этот период и количество полетов было наибольшим. О пов­ торяемости болтанки зимой судить трудно из-за нерегулярности поле­ тов .

На участке Форос—Ялта болганка возникает при западном, се­ веро-западном вторжении более холодных воздушных масс, а также в период трансформации этого воздуха над Крымом в тылу циклонов, за­ нимающих юго-восточные районы ЕТС. На поверхности 700 мб над КрыM M располагается ось высотной ложбины, или ее тыловая часть при O ориентировке ложбины с севера н а юг .

В 58% случаев болтанка отмечалась за основными холодными фрон­ тами, которые смещались с запада, северо-запада и во время полетов прослеживались над восточными районами Крыма и южнее Ялты (рис. 1). В 39% случаев болтанка отмечалась при прохождении через трассу с северо-запада вторичных фронтальных разделов, связанных с циклонами над южным Поволожьем .

Болтанка на участке Бахчисарай—Форос возникает в 67% случаев в области высокого давления, сформированной в однородной воздушной массе, занимающей Украину и юго-запад Поволожья (рис. 2). На поРис. 2. Синоптическая карта за 07 час. 13 июля 1962 г. Болтанка на участке Бахчисарай— Форос .

верхности 700 мб ей соответствует высотный гребень, ориентированный с Балкан на Волгоград^—Харьков .

На участке Симферополь—Форос болтанка наблюдается при нали­ чии циклонической деятельности над Балканами и антициклогенеза над Крымом и Кавказом. На поверхности 700 мб над Крымом располагается антициклон (рис. 3) .

Рекомендации по прогнозу болтанки

1. Слабая болтанка вертолета будет наблюдаться на участке Сим­ ферополь—Бахчисарай в слое 150—300 м и на участке Бахчисарай— Форос в слое 150—900 м, если по данным радиозонда за 09 час. в Сим­ ферополе вертикальный температурный градиент в слое 0—900 м будет 1 и больше, а скорости ветра с высоты 900 м — 8 м/сек. и менее .

2. Прогнозировать болтанку следует при любых значениях верти­ кального градиента температуры, если: а) направление ветра в слое 900— 1500 м на участке Ялта—Форос будет 260—340°, б) на участке Бахчисарай—Форос 40—80° и 190—220°, в) на участке Симферополь— Бахчисарай 80— 110°. При условии, что скорость ветра в Симферополе или в других пунктах по трассе с высоты 900 м будет 8 м/сек. и более, ее распределение в слое 900— 1500 м неравномерное, скачкообразное .

3. Обязательной синоптической обстановкой для возникновения бол­ танки на участках является следующая:

а) Форос—Ялта — северо-западное вторжение более холодных воз­ душных масс;

Рис. 3. Синоптическая карта за 07 час. 18 сентября 1962 г. Болтанка на участке Симферополь—Почтовое .

б) Бахчисарай—Форос — область высокого давления сформирован­ ной однородной воздушной массы;

в) Симферополь—Б ах ч и сар ай ^ циклоническая деятельность над Балканами и антициклогенеза над Крымом .

Перечисленные выше выводы подтвердили в основном рекомендации по прогнозу болтанки, изложенные в Методическом письме № 44 ЦИПа .

ЛИТЕРАТУРА

–  –  –

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

НАД РАВНИННОЙ МЕСТНОСТЬЮ

Приводятся результаты летных исследований турбулентности атмо­ сферы в слое до высоты 2,5 км^над равнинной Местностью/ Интенсивность турбулентности и вертикальный профиль-коэффициента обмена'зависят от близости поверхности земли й. термической, стратификации атмосферы .

' Поле турбулентности имеет «ядерную» структуру, благодаря ’«leMy локаль­ ные'профили коэффициента турбулентности могут сильйо отличаться от осредненного для сечения пол^ горизонтальной протяженностью 25 км' .

В 1962 Г. были Проведены летные эксперименты на самолете ЛИ-2 с целью исследования турбулентности на горных и прибрежных трассах Крыма [1, 2]. Во время этих исследований были проведены два летных эксперимента над равнинной местностью — между пунктами Большая Белозерка и Большой Токмак (юго-западнее Запорожья). Первый полет был проведен 20 апреля в период между 12 и 14 часами. Погода была безоблачной, в- часы полета наблюдались довольно 'Значительные верти­ кальные градиенты температуры. Второй полет был проведен 21 апреля в период между 8 и И часами утра. Погода также была безоблачной .

В приземном слое атмосферы примерно до 9 час. 30 мин. наблюдалась инверсия температуры, но к 11 час. градиенты температуры были уже близки к адиабатическим .

Методика полета была следующей. Самолет производил, набор вы­ соты, а на определенных уровнях, переходил в. горизонтальный полет на площадке..Такие горизонтальные площадки были сделаны на высо­ тах 50, 100, 150, 250, 350, 500, 700, 1000, 1500, 2000 и 2500 м над поверх­ ностью земли. Продолжительность полета на площадке составляла в среднем 7—8 минут, что соответствует горизонтальной протяженности площадки в 25 км .

Самолет ЛИ-2 был оборудован'электрометеорографом, регистриро­ вавшим давление, температуру и влажность воздуха, а также прибо­ рами, регистрировавшими перегрузки самолета,, изменения углов тан­ гажа и крена. Эти измерения позволили получить исходные данные для расчетов термодинамического состояния атмосферы и степени турбулизированности атмосферы. Последняя оценивалась величиной коэффи­ циента вертикального турбулентного обмена .

Расчет коэффициента вертикального турбулентного обмена произво­ дился по структурно-кинематической формуле Ляпина—Дубова, уточ­ ненной А. С. Дубовым [4] и М. А. Германом [3],

2Лг, ’

где I An 1— средняя абсолютная величина вертикальной перегрузки са­ молета (в долях ускорения силы тяжести g-); t — среднее время сохра­ нения знака (направления) перегрузки; Д = ^ — отношение плотности воздуха на, высоте полета (р^) к плотности у поверх:ности Земли (ро);

Ь — коэффициент, зависящий от летно-технических данных и скорости полета самолета; п — поправочный множитель,-учитывающий переда­ точную функцию для самолета. Величина поправочного множителя для самолета ЛИ-2 вычислена М. А. Терманом .

При расчете коэффициента турбулентности предполагалось, что ха­ рактеристики обмена в среднем определяются возмущениями, частота которых соответствует средней/частоте перегрузок, испытываемых само­ летом на том или ином участке иЛощадки в турбулентной зоне. Поэтому величина.т) бралась для этих средних частот. Каждое значение коэффи­ циента турбулентности определялось ПО'перегрузкам Самолета для вре­ мени полета, в среднем равном 1 мин. :•, • .

Были случаи, когда на записях перегрузочного прибора, особенно в верхней части турбулизированных слоев атмосферы, имелись участки записей, соответствующие спокойному полету.’Средние значения коэф­ фициента турбулентности для всей площадки вычислялись по формуле. :. (2) где AjL— -горизонтальная, протяженность полета на площадке с коэфL — длина всей гр.р"йзонтальной площадки .

фициен'гом турбулентности Степень заполненности атмбсферы вихревыми возмущениями оценива­ лась коэффициентом встречаемости \ ; (3) Рассмотрим теперь некоторые результаты летных экспериментов. К а­ ждый летный эксперимент продолжался около двух часов. Это время складывалось главным образом из времени,/затраченного на производ­ ство полетов.на горизонтальных площадках,, а также из времени, затра­ ченного на набор высоты; между площадками..Естественно, что характер и интенсивность Турбулентности на разных, уройнях могли за это время измениться в соответствии с изменениями' за это время термодинамиче­ ских и динамических характеристик атмосферы (температуры, скорости ветра, их градиентов и др.). Но все же представление о «мгновенном»

пространственном распределении турбулентности и особенностях ее раз­ вития можно получить из рассмотрения пространственного разреза ат­ мосферы, представляющего собой «склейку» данных о коэффициенте вертикального турбулентного обмена, полученных во время летного экс­ перимента на различных площадках. Такие разрезы, построенные по ма­ териалам летных экспериментов, проведенных 2 0 'и 21 апреля 1962 г., представлены на рис. 1 и 2. На этих рисунках проведены: изолинии м^/сек .

Из рассмотрения разрезов вытекает, что турбулентность на высотах имеет «ядерную» структуру. Размер этих ядер меняется в широких пределах — от 50— 100 м по вертикали и 1—2 км по горизонтали до 300— 500 м по вертикали и 4—5 км по горизонтали. Такое распределение «ядер» в пространстве позволяет предположить, что распространение турбулентности по вертикали происходит не сразу во всем пространстве,

–  –  –

а осуществляется путем «прорыва» вверх отдельных ядер со сравни­ тельно высокой интенсивностью турбулентности в них. Это особенно четко видно на рис. 2 для условий разрушения приземной инверсии. Эти ядра, проникая на большие высоты, могут играть здесь, по-видимому, роль так называемой начальной турбулентности, способствующей об­ щему развитию турбулентности на этих более высоких уровнях. Значения коэффициента турбулентности в этих ядрах прй безоблачном небе могут достигать 80^100 м^/сек. при среднем значении этого коэффициента для всей площадки протяженностью в 20—25 км около 5—20 м^/сек .

На рис. 3 и 4 построены профили средних значений коэффициента вертикального турбулентного обмена, а также коэффициента, характе­ ризующего степень заполненности про­ странства турбулентными возмуще­ ниями .

На этих же рисунках даны вертикальные градиенты температуры y7 1 oo м .

К сожалению, не было возможно­ сти определить коэффициент турбу­ лентности вблизи повёрхности земли и в приземном слое атмосферы, чтобы получить полный профиль этой харак­ теристики атмосферной турбулентно­ о9А сти. Естественно, что на поверхности земли его значение равно нулю. Поль­ зуясь этим обстоятельством, мы про­ вели графическую интерполяцию зна­ чений коэффициента между этим зна­ чением и значением, полученным для высоты 50 м, т. е. первой высоты, на EX которой производились измерения. Эта 5 .

часть вертикального профиля зна­ VO CL чений k обозначена пунктиром на рис. 3 и 4 .

Из рис. 4 видно, что в утренние часы 21 апреля 1962 г. коэффициент турбулентности возрастал с высотой и достигал наибольших значений на вы­ соте около 50 м (22 м^/сек.), затем убывал с высотой, особенно резко в слое от 150 до 350 м, а.на больших высотах, будучи по своей величине не­ большим ( 5 м^/сек;), он Мало изме­ нялся. На этом же рисунке нанесены средние значения коэффициента тур­ булентности по' данным измерений, проведенных, повторно, на высотах 50, 100 и 150 м, когда инверсия темпера­ § туры уже отсутствовала (в период I N с 10 час. 37 мин. до 11 час. 02 мин.) .

Вертикальные градиенты температуры в этом слое уже были порядка 1 • 177Ю0 м.. Как видно, на высоте 50 м коэффициент турбулентности к 10 час. 37 мий. увеличился до 45 м^/сек .

С высотой его значение, как и в более ранние часы, убывало до 38,6 м^/сек. на высоте 150 м над поверхностью земли .

В дневные часы при значительной термической неустойчивости атмо­ сферы, например 20 апреля 1962 г., максимум, значения коэффициента вертикального турбулентного обмена смещается в сторону больших вы­ сот. Это хорошо видно из рис. 3.

-:

Первый максимум, который следует •считать основным, определяется 8 Труды г г о, вып. 171 близостью поверхности земли, на которой турбулентность равна нулю, а также термической стратификации атмосферы. Вторичные максимумы

–  –  –

значений k на вертикальном профиле уже не определяются близостью поверхности, как основной максимум, а определяются главным образом характером температурной стратификации. Из рис. 3 видно, что измене­ ния с высотой коэффициента турбулентности хорошо следуют измене­ ниям с высотой вертикального градиента температуры. Вторичные мак­ симумы в общем совпадают со слоями, в которых велики вертикальные градиенты температуры .

Следует обратить внимание на еще одну важную особенность .

Уменьшение с высотой коэффи­ циента турбулентности Связано не только с общим ослаблением турбулентности, но и со степенью заполненности пространства тур­ булентными возмущениями. Это особенно хорошо выражено в верхней части турбулизированного слоя и в зоне перехода к нетурбулизированной части атмо­ сферы. Так, например, уменьше­ ние коэффициента турбулентно­ сти от высоты 100 м (рис. 3) до высоты 150— 175 м сопровожда­ лось уменьшением величины коэффициента а от 0,97 до 0,80, а уменьшение k от высоты 1300 м до 1600 м — уменьшением а от 0,91 до 0,29 .

Таким образом, за сравни­ тельно простым вертикальным профилем коэффициента верти­ кального турбулентного обмена кроется достаточно сложная и пестрая картина пространствен­ ного распределения турбулент­ ных движений, в которой локаль­ ные профили могут существенно отличаться от осредненного. В ка­ честве примера приводим локаль­ ные профили коэффициента тур­ булентности (рис. 5), построен­ ные для 5, 9 и 19 км горизонталь­ ных площадок по данным рис. 1, юо к м^/сек Эти особенности должны учи­ тываться в различных расчетах, Рис. 5. Профили коэффициента турбу­ лентного обмена. 20 апреля 1962 г .

в которых принимается во внима­ ние влияние атмосферной турбу­ 2— нпа расстоянии 52—9 ОТ начала «площадки», I— км

- а расстоянии км, 5 — на расстоянии лентности. 19 км .

ЛИТЕРАТУРА,

–  –  –

О связи ПУЛЬСАЦИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПЕРЕГРУЗКАМИ САМОЛЕТА Рассмотрены, результаты экспериментальных исследований на само­ лете ЛИ-2 пульсаций температуры воздуха АГ и перегрузок самолета Ди .

Установлены качественные связи меж ду амплитудами АГ и Пп. Установ­ лено также, Ч спектр АГ простирается до гораздо более низких частот, ТО чем спектр Дп. Оказалось, что.'энергичное вмешательство пилота в управле­ ние при сильной болтанке приводит к появлению пульсирующей конечной части автокорреляционной функции Ди, В апреле—мае 1962 т. лаборатория динамики атмосферы ЦАСЭ сов­ местно с ГНИИ ГВФ, ГГО, ЦИП и МГУ проводила экспедиционные работы в горных районах Крыма. Нашей задачей являлось оборудова­ ние самолета ЛИ-2 комплексом аэрологической аппаратуры и прове­ дение летных исследований на этом самолете по совместной программе .

Самолет ЛИ-2 выполнял функцию разведчика зон С повышенной тур­ булентностью, на Которые «наводился» вертолет МИ-4 для выявления условий полета при наличии болтанки. Кроме этого, самолет использо­ вался для исследования общей картины турбулентности при обтекании горного хребта ветрами'различных направлений .

Анализу такой общСй картины турбулентности в районе крымской яйлы и посвящена статья Г. С. Булдовского и А. А. Рещиковрй, поме­ щенная в настоящем сборнике .

В данной статье.рассматриваются некоторые связи между пульса­ циями температуры воздуха и перегрузками самолета ЛИ-2 .

Уже простые физические соображения показывают, что между этими двумя параметрами должна наблюдаться некоторая связь. Действи­ тельно, известно, что перегрузки самолета в турбулентной атмосфере обусловлены вертикальными порывами ветра. С другой Стороны, в тем­ пературно-стратифицированной атмосфере турбулентное перемешивание приводит к появлению на данной высоте объемов воздуха с мгновенной температурой, отличной от средней температуры на этой высоте. В ра­ ботах А. М. Обухова [2] и А. М. Яглома [3] показано, что при однород­ ной изотропной турбулентности уравнение для температуры воздуха ана­ логично уравнению диффузии некоторой примеси. В этих работах также показано, что структурные характеристики поЛя температуры анало­ гичны структурным характеристикам поля ветра .

Отсюда, очевидно, и вытекают связи между пульсациями темпера­ туры и перегрузками самолета, которые некоторым образом характери­ зуют поле ветра .

А п п а р а т у р а. Для измерения и регистрации в полете инТересую­ щих нас параметров {АТ и Ап) был использован «Пульсационный комп­ лект ЦАО». Измерителем перегрузок служил потенциометрический дат­ чик МП-21 (-f3gH— ^Ig). Для измерения пульсаций температуры был применен пульсационный термометр прямого обдува. Конструктивно тер­ мометр представляет собой вольфрамовую проволоку диаметром 40 fx, натянутую на тонких- стальных косынках. Такая конструкция термо­ метра позволяет полностью исключить влияние обтекателя, в который раньше устанавливался термометр [I]. Постоянная времени термометра т ~ 0,01 сек. В качестве регистратора использовался самописец К-12-21, обеспечивающий- синхронную запись перегрузок и пульсаций темпера­ туры. Чувствительность измерителя пульсаций температуры по записи составляла 0,06°/мм. Чувствительность измерителя перегрузок по за­ писи составляла 0,05 д/мм .

Однако погрешность в измерении обоих параметров была значи­ тельно больше. Запись перегрузок была размытой за счет вибрации кон­ струкции самолета при работе двигателей. Запись пульсаций темпера­ туры также была размытой из-за тензометрического эффекта, возникаю­ щего при колебаниях нитей термометра между посылками. Поэтому ошибка измерения перегрузок равнялась 0,1 g, а ошибка измерения пульсаций температуры равнялась 0,15° .

Фотобумага в самописце К-12-21 протягивалась со скоростью 3 мм/сек. На бумаге имелись секундные метки времени .

М е т о д и к а и з м е р е н и й. Методика измерений была общеприня­ той для любых пульсационных измерений. Измерения проводились на горизонтальных «площадках», во время которых пилот поддерживал постоянными высоту полета, воздушную скорость самолета и направ­ ление полета, а также по возможности не парировал броски самолета .

Это удавалось достичь далеко не всегда. Полеты в основном проходили в зонах с высоким уровнем турбулентности, где наблюдалась почти не­ прерывная болтанка, а отдельные броску доходили до ±0,5g'. Кроме того, нередко' наблюдались мощные нисходящие и восходящие потоки, приводившие к существенным изменениям высоты (до 100— 150 м) .

В этих условиях пилоту приходилось, конечно, часто вмешиваться в уп­ равление самолетом .

Измерения на площадке продолжались в среднем 7 минут. Расстоя­ ние, которое проходил за это время самолет, составляло 30 км .

А н а л и з р е з у л ь т а т о в и з м е р е н и й. При просмотре лент с за­ писями АГ и Ап можно легко заметить, что в тех местах, где наблю­ дается увеличение (уменьшение) амплитуд Ап соответственно увеличи­ ваются (уменьшаются) и амлитуды АТ. Особенно хорошо это видно при резких переходах от зоны спокойного полета к сильной болтанке и наоборот .

Инструментальная обработка подтвердила это первоначальное мне­ ние. Особенно хорошо можно проследить связь между амплитудами АТ и Ап на вертикальном разрезе атмосферы (рис. 1). Здесь вверх от линии полета отложены амплитуды АГ, а вниз от этой линии — амплитуды Ап .

На этом разрезе видно, насколько хорошо огибающая амплитуда АГ повторяет форму огибающей амплитуды Ап .

Анализируя единичный разрез, можно подумать, что существует почти прямая пропорциональная зависимость между амплитудами АГ и Ап. Однако при построении нескольких разрезов видно, что коэффи­ циент пропорциональности довольно значительно изменяется от разреза к разрезу. Поэтому установить какой-либо определенный коэффициент пропорциональности между амплитудами АГ и Ап не представляется возможным. Это становится понятным, если учесть, что от полета к по­ лету (и даже от площадки к площадке) меняется средний градиент температуры. Именно поэтому вертикальные порывы ветра одного и того же масштаба будут вызывать пульсации температуры различной вели­ чины .

Для того чтобы оценить, какие амплитуды АТ встречались при фик­ сированных значениях Ап, был построен график, на котором нанесены максимальные для каждой площадки значения АТ и Ап. На графике можно было видеть, что при общей тенденции роста АТ с ростом Ап наблюдается довольно большой -разброс точек вокруг осредненной кривой .

–  –  –

Кроме построения вертикальных разрезов атмосферы, подобных ириведенному на рис. 1, были также рассчитаны нормированные автокор­ реляционные функции RAT и RAn для 30 площадок .

Здесь интересно было оценить время насыщения автокорреляцион­ ных функций RAT и RAn, посмотреть, какие наклоны (а) имеют струк­ турные функции этих параметров, если априори предположить, что на начальном участке они апроксимируются функцией вида Л т*. В даль­ нейшем также предполагалось просчитать взаимные корреляционные функции этих параметров. На рис. 2 показаны типичные нормированные автокорреляционные функции RAT и RAn .

Расчет проводился на ЭВМ «Минск-1». В машину вводилось по 300 точек кривой АГ или Ап с минимальным шагом т = 0,5 сек. Вначале просчитывалась структурная функция, а затем вычислялись нормиро­ ванные значения корреляционной функции .

На рис. 2 по оси абсцисс отложены как сдвиг по времени (t), так и сдвиг по масштабам (г), что можно сделать, если считать турбу­ лентность «замороженной» .

Первое, что бросается в глаза, — это резкое различие во времени насыщения RAT и RAn. Если RAn спадает до. нуля уже при сдвиге i порядка 0,4—0,5 сек. (что хорошо согласуется с данными Юргенсона), то RAT достигает нуля лишь при значениях t порядка 10 сек., причем разброс вокруг этого значения велик. ^ Это говорит прежде всего о том, что спектр АТ простирается в об­ ласть низких частот гораздо дальше, чем спектр Ап. Такой характер спектра может быть объяснен теМу что при измерении АТ фиксировались все низкочастотные пульсации температуры, вплоть до масштабов, сра­ внимых с длиной всей площадки ( —30 км ) .

Самолет же не может испытывать сколько-нибудь значительных пе­ регрузок при столь низких частотах вертикальных порывов, так как он «увлекается» этими порывами. Как только скорость самолета сра­ вняется со скоростью порыва, перегрузка станет равной нулю, иными словами, самолет реагирует на порыв перегрузкой тем слабее, чем ниже частота порыва. Д аж е увеличение точности измерения Ап на один по­ рядок не позволило бы еще измерить перегрузки, возникающие при низкочастотных увлечениях самолета потоком .

Различие во временах насыщения RAT и RAn показало, что рассчи­ тывать взаимную корреляцию АГ и Ап при том же минимальном шаге t, равном 0,5 сек., нецелесообразно, а уменьшение шага хотя бы вдвое (до 0,25 сек.) привело бы к серьезному усложнению выборки точек с записи (так как скорость протяжки составляла всего 3 мм/сек.) .

Построение структурных функций АТ в билогарифмическом мас­ штабе показало, что их, вообще говоря, можно апроксимировать выраже­ нием вида. Среднее значение АГ получилось равным 0,57°, но раз­ брос вокруг этого значения весьма велик. Недостаточность данных не позволила сделать какие-либо выводы о связи между значениями а и значениями вертикального градиента температуры yЗамечание о характере корреляционной функции п е р е г р у з о к. На рис. 2 хорошо видно резкое различие в характере корреляционных функций RAT ж RAn при больших сдвигах t (т. е. на низких частотах). Если RAT выглядит довольно гладкой и в большин­ стве случаев наблюдается ярко выраженное затухание колебаний функ­ ции около нуля, то RAn колеблется с гораздо более высокими частотами и не наблюдается сколько-нибудь заметного затухания. Сразу заметим .

что именно такой характер имеют все без исключения корреляционные функций RAn.M в то же время ни одна корреляционная функция RAT не была похожей на функцию i?An. Неоднократные проверки программы показали, что расчет корреляциднных функций на ЭВМ «Минск-1» про­ водился правильно .

Возникло предположение, что разброс значений RAn вокруг нуля объясняется недостаточностью данных, входящих; в расчет для каждого значения (напомним, что в машину вводилось по 300 точек с каждой реализации). Однако в этом случае и корреляционная функция RAT имела бы такие же особенности, так как для ее расчета бралось такое ж:е количество точек на синхронном с Ап отрезке реализации .

На рис. 2 пунктиром построены доверительные границы для значе­ ний коэффициента корреляции 'при выбранном. нами количестве (300) точек, снимаемых с реализации, если считать, что истинное значение коэффициента-корреляции равно нулю. В эти границы должно попа­ дать 95,6% значений RAn. Однако видно, что значений RAn, выходящих за эти границы, все-таки довольно много. Следовательно, характер «хво­ ста» корреляционной функции RAn не может быть объяснен только лишь недостаточностью статистики .

Расчет показал, что преобладающий период колебаний вокруг нуля составляет 1^3,2 сек., причем разброс- вокруг этого значения невелик (01=0,П ) .

Из теории случайных процессов известно, что корреляционная функ­ ция суммы случайного и детерминированного процессов при возраста­ нии сдвига t будет периодической, причем период равен периоду самого детерминированного процесса. В этом случае, конечно, R не стремится к нулю .

Можно предположить, что перегрузки, регистрируемые акселеромет­ ром, складываются из случайных перегрузок, вызываемых вертикаль­ ными порывами ветра, и детерминированных маневренных перегрузок, вызываемых пилотом при парировании болтанки. При этом нужно под­ черкнуть, что, хотя пилот реагирует на порывы, случайные по ампли­ туде и по времени появления, его реакция является почти стандартной .

Если бы болтанка была слабой и пилоту приходилось бы лишь изредка вмешиваться в управление машиной, то вклад в перегрузки от маневра был бы незначителен. Однако во время полетов над горами с неболь­ шими превышениями, а таких полетов было большинство, болтанкабыла весьма интенсивной, и полеты проводились невысоко над горами, так что пилоту приходилось почти все время вмешиваться в управление .

Резкое различие в характере корреляционных функций RAT и RAn на низких частотах можно, по-видимому, объяснить таким образом .

Выводы Анализ синхронных записей пульсаций температуры воздуха АТ и перегрузок самолета Ап показал следующее. .

1. В тех местах, где наблюдается увеличение (уменьшение) ампли­ туд АТ, соответственно увеличиваются (уменьшаются) и амплитуды Ап .

По записям АТ можно определить начало и конец возмущенной зоны, а также построить ее амплитудный разрез, который качественно будет соответствовать амплитудному разрезу по записям Ап .

2. Автокорреляционные функции АГ спадают до нуля при сдвиге вре­ мени /~ 1 0 сек. Структурные функции АГ неплохо апроксимируются среднее значение а равно 0,57 .

выражением вида

3. Автокорреляционные функции Ап спадают до нуля при сдвиге вре­ мени ^—0,5 сек. (что хорошо согласуется с данными других авторов) .

Сравнение времени спадания до нуля RAT и RAn показывает, что спектр ДГ простирается до более низких частот, чем спектр Ап;

4. Конечная часть автокорреляционной функции Ап имеет вид пуль­ саций вокруг нуля с довольно устойчивым основным периодом 1~3,2 сек .

5. Х а р а к т е р м о ж н о объяснить воздействием пилота на самолет при полете в сильную болтанку .

ЛИТЕРАТУРА

–  –  –

ВОПРОСЫ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЛЕТОВ

НА ВЕРТОЛЕТНЫХ ТРАССАХ В ГОРНЫХ РАЙОНАХ

Рассматриваются некоторые особенности организации метеорологиче- .

ского обслуживания вертолетных авиатрасс в горных районах .

В настоящее время имеется несколько длительное время регулярно работающих вертолетных авиатрасс в горных и приморских районах .

На этих авиалиниях накоплен некоторый опыт метеорологического об­ служивания полетов вертолетов, позволяющий сделать ряд обобщений и пожеланий по улучшению обслуживания как существующих, так и вновь организуемых авиалиний .

Обычно при организации метеорологической службы вертолетных авиалиний исходят из требований, предъявляемых к метеообеспечению полетов легкомоторной авиации. Но эти требования далеко не всегда выполняются, а кроме того, в условиях- полетов самолетов легкомотор­ ной авиации и вертолетов имеются существенные различия, вызванные как. особенностями конструкции вертолетов, так и некоторыми отли­ чиями техники их пилотирования., j, " Вертолет значительно меньше, чем самолет, при одинаковых величинах их воздушной скорости, реагирует на термическую турбулентность и больше самолета реагирует на сильную динамическую турбулентность и на всякого рода значительные орографические возмущения воздуш­ ного потока (на подветренные волны, зоны мощной дивергенции и кон­ вергенции воздушного потока и т. п.). Реакция вертолета на атмосфер­ ную турбулентность может определяться величинами перегрузок, испытываемых вертолетом в полете, размерами и интенсивностью бросков вертолета в полете как в вертикальной плоскости, так и в других пло­ скостях, значительными пульсациями горизонтальной скорости полета \ и т. д .

Следует учитывать также, что потолок полета вертолета обычно ниже, чем у самолета, и полеты вертолета пока совершаются только в светлое время суток .

При организации метеорологического обслуживания вновь открывае­ мых вертолетных авиатрасс или улучшении уже существующих особое внимание должно быть обращено на обеспечение синоптика, пилота и диспетчера сведениями по: .

а) характеристике ветрового режима (скорости и направлению ветра) в слое до 3—4 км как в пунктах взлета и посадки, так и по маршруту полета;

122,

б) расположению облачности нижнего и среднего ярусов относи­ тельно вершин хребтов и по трассе;

в) выявлению зон атмосферной турбулентности различной интенсив­ ности по маршруту полета .

Ввиду того что организовать частую сеть шаропилотных пунктов обычно не представляется возможным, синоптикам, обслуживающим авиатрассу, необходи^ю обратить особое внимание на изучение, условий полета по отдельным участкам авиалинии при различных синоптических положениях, Итоги изучения трассы даны в статьях В. И. Вовченко, П. А. Воронцова и М. А. Германа, А. А. Васильева, Д. А. Коновалова, помещенных в данном сборнике .

Предварительный облет вновь открываемой трассы или изучение ус­ ловий полетов на существующих трассах должен хотя бы частично выя­ вить зоны с наиболее частой и сильной болтанкой вертолетов, с. обяза­ тельным учетом при этом распределения ветра и синоптического полог жения .

Ниже приведем некоторые общие положения по образованию зон турбулентности. Проведенные исследования горных авиатрасс показали, что наибольшее влияние на полет вертолетов оказывает турбулентность, возникающая, как правило, над склонами и особенно над их подветрен­ ной стороной, при умеренных и сильных ветрах, направленных нор­ мально к хребту. Эта турбулентность обычно бывает вызвана подветрен­ ными волнами и связанной с ними системой вихрей, образование кото­ рых зависит главным образом от распределения скорости ветра и тем­ пературы воздуха, а также от формы и высоты препятствий .

Необходимо также иметь в виду, что турбулентность, способная вы­ зывать болтанку вертолетов, может возникнуть и при ветрах, направ­ ленных параллельно хребту, в местах резкого изменения скорости ветра с дивергенцией или конвергенцией потока воздуха, и на участках, где могут наблюдаться завихрения орографического происхождения .

Участки, где в основную долину входят боковые долины, также мо­ гут быть зонами с завихренным состоянием воздуха, создающим бол­ танку вертолета .

На интенсивность турбулентного перемешивания помимо ветра и орографии влияет также термическая стратификация масс воздуха над данным участком трассы .

Обычно аэрологические станции, производящие температурное зон­ дирование, располагаются друг от друга как минимум на расстояниях порядка 350—400 км и эти наблюдения не могут характеризовать микрои мезотермические условия в зоне полета вертолета. Данные радиозон­ дирования дают только общий фон термической стратификации в райо­ не. Некоторой помощью при определении возможных местных измене­ ний термического режима в сЛое до 0,5—0,8 км над уровнем земной поверхности является выявление участков с различными значениями величин альбедо. Величину альбедо ориентировочно можно определить по строению к окраске подстилающей поверхности вдоль трассы и, сле­ довательно, хотя бы ориентировочно можно будет сказать об особен­ ностях режима температуры .

Особое внимание следует обратить на районы с образованием мест­ ных ветров, таких, как бризы, горно-долинные и др., где могут наблю­ даться резкие изменения профилей ветра и температуры воздуха .

Как правило, в зоне смены направления потоков воздуха наблю­ дается инверсия температуры или уменьшенный ее градиент и ослабле­ ние скорости ветра, а следовательно, и более спокойные условия полета .

Большое влияние на условия полетов вертолета имеет облачность, закрывающая вершины и склоны хребтов и развивающаяся по -трассе в эшелоне полета .

Особый-интерес представляет орографическая облачность, развитие которой часто связано с атмосферными вихрями препятствий. Эта облачносхь как бы окрашивает и делает видимым некоторые возмущения воз­ душного потока, вызванные тем или другим видом орографии. Исследование этой облачности можно Вести двумя методами — не­ прерывным ознакомлением с трассой и выделением на ней участков с возможным образованием' облачности, опасной или безопасной для полетов, и получением с метеостанций регулярных сведений б распреде­ лении облачности по трассе. Во втором случае будет освещена не вся трасса, а только ее отдельные участки, находящиеся в поле зрения метеорол ога-наблюдателя .

В данном сборнике помещена работа А. Ф. Дюбюка и Т. Н. Бибико­ вой, освещающая ' вопросы образования орографической облачности в Крыму. В работе приведены некоторые формы этого вида облаков .

Весьма желательно было бы собрать типичные формы облачности в го­ рах, особенно орографического происхождения, с указанием степени де­ формации в них воздушного потока и издать их в виде Атласа облаков .

Такой Атлас будет весьма полезен как наблюдателям метеостанций, расположенных'в горах и предгорных районах, так и пилотам верто­ летов и самолетов, совершающих полеты по горным авиатрассам .

Помимо непрерывного изучения синоптиками трассы путем личного облета, бесед с пилотами и анализа бланков АВ-^5, необходимо доби­ ваться открытия такого числа пунктов температурного и ветрового зон­ дирования, которое могло бы обеспечить более или менее полное осве­ щение трассы .

Рациональное размещение сети шаропилотных станций, обслуживаю­ щих вертолетные трассы, связано с вопросом определения пространст­ венной изменчивости вектора ветра .

За меру изменчивости скорости ветра принимается среднеквадратич­ ное отклонение разностей сгд» в зависимости от расстояния или времени (1) где Avi = vi,h+i — Vi,k — разность скоростей ветра на соответствующей высоте станций k + \ и k\ Av = vk+i — vk — средняя разность скорости ветра на станциях k + \ я к, зависящая от особенностей расположения каждой станции; я — число наблюдений .

Пространственная и временная изменчивость ветра в равнинных ус­ ловиях исследовалась рядом авторов и в настоящее время установлено, что оптимальное расстояние между шаропилотными станциями должно быть около 300—350 км с выпуском шаров через 6—8 часов. Но в гор­ ных районах поле ветра более неоднородно, чем над равниной, и при­ веденные выше критерии не удовлетворяют предъявляемым требова­ ниям .

Особенно сложным в горных районах является определение изменчи­ вости направления ветра. Обычно ниже уровня хребтов гор направление ветра совпадает с направлением долин, ущелий и т. п. и различия в на­ правлении ветра являются скорее характеристикой строения орографии, нежели характеристикой воздушного потока. Данных по изменчивости скорости ветра в зависимости от расстояния для горных районов почти не имеется. Заслуживает внимания работа М. А. Петросянца [1], в которой данный вопрос исследовался по материалам наблюдений шаропи­ лотных станций в горах Средней Азии. ; .

Автор работы |[1] атмосферу над горными районами делит на три слоя:

1) слой местных циркуляций, распространяюшийся от земли до сред­ ней высоты хребтов;

2) горный слой трения — турбулйзированный слой, который распро­ страняется От средней высоты хребтов до уровня, где скорость ветра над горами и равнинами Становится одинаковой;

3) горная свободная атмосфера — слой, в котором скорость ветра равна или больше скорости ветра на том же уровне над равнинами .

Полеты вертолетов совершаются в первых двух слоях, для них и приведем результаты расчетов сГд^= (Тд^,.г в зависимости от расстояния г между станциями .

В слое местных циркуляций в горах Средней Азии изменчивость ветра не зависит от расстояния' никакой корреляции между скоростями ветра на станциях, удаленных друг от друга на 70 км (минимальное расстояние), ожидать нельзя. Здесь изменчивость зависит не от расстоя­ ния, а от геометрических форм местности. Поэтому синоптику, обслу­ живающему авиатрассу, всегда нужно иметь в виду участки, на кото­ рых могут развиваться местные циркуляции .

В горном слое трения изменчивость разностей скоростей ветра в об­ щем меньше, чем над равниной, при расстоянии между станциями г 100 км и больше, чем над равниной, при /'100 км .

Горный слой трения занимает зону на 1,5—2,0 км выше средней высоты окружающих гор .

Нами для трассы Кутаиси—Шови были проведены аналогичные под­ счеты. Шаропилотные • наблюдения проводились в пунктах Кутаиси (120 м над ур. м.), Амбролаури (550 м над ур. м.) и Шови (1550 м над ур. м.). Расстояние по трассе между Кутаиси и Амбролаури составляет 62 км и между Амбролаури и Шови — 52 км .

Был сделан расчет величин Аи между двумя соседними станциями и вычислены значения среднеквадратичной изменчивости скорости ветра Од^. Величина Аи представляет систематическую разницу между скоро­ стью ветра на двух станциях и зависит от особенностей расположения каждой станции. В нашем случае величина Аи служит тем климатиче­ ским фоном, от уровня которого отсчитывается изменчивость .

Как видно из табл. 1, между Кутаиси и Амбролаури.отмеча,ются резко отличные значения скорости ветра в слое до 2—2,5 км, вследствие чего значения A&i_2 и адг, достигают больших величин. Величины Aoi_2 и gav несколько уменьшаются в полуденные часы. Вызвано это частым наличием в Кутаиси восточного потока больших скоростей .

Между Амбролаури и Шови значения Аог-з и a^v хотя и меньше, чем на первом участке трассы, но также отличаются большой изменчиво­ стью. Здесь следует заметить, что данные шаропилотных наблюдений в Шови, расположенном в глубокой котловине, показывают, как. пра­ вило, в нижних слоях слабые скорости ветра и не отражают ветровой режим по трассе, особенно на участках со сходимостью нескольких до­ лин или ущелий .

Для характеристики изменчивости ветра в зависимости от расстоя­ ния по вертолетной трассе.Адлер—Новороссийск были подсчитаны сред­ неквадратичные отклонения разностей модуля ветра по формуле (1) .

Таблица!

Изменчивость скорости ветра по трассе К утаиси—Щ ови в сентябре — октябре 1963 г .

–  –  –

12 Д«1-2 2,9 2.4 1,6 1, 7 0, 9 0,6 1, 3 1, 4 Д«2-3 0,2 0,5 2,2 1. 5 0,2 1, 5 0.6 0,6 0,4 0.7 0, 5 0, 5 3,7 Д«1-2 2,0 3. 5 1,0 3, 0 0,1

–  –  –

Для расчета были использованы данные синхронных шаропилотных наблюдений в семи пунктах (Новороссийске, Краснодаре, Геленджике, Джубге, Туапсе, Лазаревском, Адлере), проводившихся в августе—сен­ тябре 1963 г. четыре раза в сутки (в 9, 12, 15, 18 час.) .

Вычисления сгдо были проделаны для разностей модулей скорости ветра м'ежду различными станциями и ст. Новороссийск для высот 0,2, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 км над ур.м .

Высоты станций над ур. м. и расстояние их от Новороссийска приве­ дены в табл, 2. .

В табл. 3 приведено число разностей модулей скоростей ветра между различными пунктами и Новороссийском по высотам .

В табл. 4 представлены значения для различных пунктов шаро­ пилотных наблюдений но высотам .

Н а рис. 1 дана зависимость от расстояния между Новороссий­ ском и другими пунктами шаропилотных наблюдений .

Несмотря на небольшое количество точек; из рисунка видно, что до высоты 0,5 км над ур. м. (что составляет среднюю высоту хребта, от Новороссийска до Туапсе) изменчивость ветра так же не зависит от Таблица2 Высоты над ур. м. (м ) пунктов шаропилотных наблюдений и расстояние их (км) до Новороссийска

–  –  –

расстояния (кривая 1). На больших высотах 1,5—2 км (выше уровня хребта) эта зависимость довольно хорошо выражена (кривая 2). Это говорит о том, что ветровой режим станций, расположенных на берегу моря и защищенных северо-западной оконечностью-Кавказского хребта, в нижнем слое определяется в основном степенью развития местных вет­ ров, а не масштабом синоптических процессов .

Так, например, во время боры скорость ветра на высоте 0,2 км на станциях Туапсе и Лазаревское, расположенных на расстоянии около 30 км друг от друга, может отличаться на 10 м/сек. и более, в то время как в другом случае скорость ветра на всем побережье от Новороссий­ ска до Адлера может быть одинаковой вследствие развития бризовой циркуляции. сравнение модуля скорости ветра по данным синхронных шаропилот­ ных наблюдений, в Крыму также подтверждается этот вывод, В то время как на высоте 1,5 км над ур. м. интегральная повторяе­ мость Av в различных пунктах шаропилотных на1блюдепий (Симферо­ поль, Орлиное, Ялта), расположенных примерно на одинаковом расстоя­ нии друг от друга (около 60 км), в 70% случаев не превышает ± 2 м/сек., на уровне 0,5 км Av, равная ± 2 м/сек., составляет 5— 10% .

При расположении пунктов шаропилотных наблюдений следует учи­ тывать также динамическое влияние хребта как твердой стены на де­ формацию воздушного потока, которая особенно велика при больших скоростях ветра. Благодаря этому влиянию разности скоростей ветра между станциями, расположенными недалеко друг от друга, но в раз­ личных местах хребта, могут очень сильно различаться между собой .

Следовательно, для метеорологического обеспечения вертолетных трасс наиболее рационально размещать пункты шаропилотных наблю­ дений в тех точках хребта, которые наиболее полно отражают влияние хребта на изменение скорости и направления потока и дают правильное представление о распрёделении скорости и температуры над хребтом .

Рис: 1. График зависимости 0 д^,. ^на трассе Адлер—Новороссийск .

Такими точками в случае определенным образом ориентированного хребта являются в'первую очередь точки, расположенные на наветрен­ ном и подветренном склонах и над хребтом (в Крыму такими пунктами могут быть Симферополь, Ялта, Ай-Петри и Орлиное). - В случае системы хребтов, изрезанных долинами и ущельями, пункты шаропилотных наблюдений должны располагаться, в точках сходимости долины, где при слиянии стоковых ветров может возникать турбулент­ ность, и в точках резкого изменения щирины ущелья. .

Далее отметим некоторые особенности методики наблюдений в торах .

Обычно ветровой режим по трассе исследуется с помощью однопупктных шаропилотных наблюдений, в этом случае вертикальная скорость шара, вычисленная по таблице, считается постоянной. Но движение шара-пилота на станциях, располойенных на горных перевалах. При на­ правлениях ветра, перпендикулярных хребту, происходит часто со сни­ жением высоты, например на Ай-Петри при северо-западных ветрах пер­ вые 2—3 минуты шар опускается вместе с потоком воздуха вниз, и, есте­ ственно, данные о ветре получаются искаженными. Организация базис­ ных шаропилотных наблюдений обычно весьма трудоемка' и часто не всегда возможна. Как некоторый выход в этих условиях можно рекомен­ довать применение наблюдений за шаром с подвесной базы, но здесь также имеются свои трудности. НаИлучшим выходом была бы органи­ зация радиолокационных наблюдений за шаром-пилотом и, в частности, за уравновешенными шарами для регистрации подветренных волн .

Следует заметить, что в настоящее время нет оперативного метода, позволяющего определить наличие и условия развития воздушных волн большого периода или размеров типа роторных .

Далее приведем несколько примеров организации аэрометеорологической сети на вертолетных авиатрассах. На трассе Симферополь—Ялта длиной 105 км, проходящей через Бахчисарай и Форос, почти все метео­ рологические станции обеспечены хорошей связью и наземные данные дают достаточно полную характеристику погоды .

Значительно сложнее обстояло дело с получением информации о вет­ ровом режиме. Данные о распределении скорости и направлении ветра поступали только с аэропорта Симферополь, которые, конечно, не могли характеризовать ветрового режима по всей трассе. В последующем были организованы регулярные однопунктные шаропилотные наблюдения в аэропорту Ялта, на метеостанциях Ай-Петри и Орлиное .

Выпуски шаров проводились в период с 6 до 18 час. через.каждые 3—4 часа .

Синоптиками Симферополя было возбуждено ходатайство о пере­ носе шаропилотной ст. Перевальное, как лежащей в стороне от трассы, в пункт Голубинку, а также об организации температурного зондирова­ ния до высоты 3 км в пункте Ялта с помощью приземного радиозонда .

Хотя метеорологическая сеть в основном и обеспечивала наземными данными обслуживание трассы, но было высказано пожелание об орга­ низации на участке Форос—Ялта хотя бы одного пункта в Симферополе или Форосе для наблюдения з.а ветром и особыми метеорологическими явлениями и, в частности, за закрытием гор облаками .

На трассе Адлер—Геленджик протяженностью 215 км- проходящей вдоль Черноморского побережья, также имеется хорошая связь и отно­ сительно густая сеть метеорологических и шаропилотных станций. Для обслуживания трассы привлекались шаропилотные станции Адлер, Л а­ заревское, Туапсе, Джубга и Геленджик. Радиозондовые наблюдения проводились в Туапсе. На этой трассе желательно было бы организо­ вать шаропилотные наблюдения хотя бы в одной точке, расположенной на хребте (район Новороссийска) или в Другом пункте на хребте, па­ раллельном береговой линии .

На вертолетной трассе Кутаиси—Шови протяженностью 114 км ш а­ ропилотные наблюдения проводились только в аэропорту Кутаиси .

В период август—октябрь 1963 г. были организованы шаропилотные наблюдения в пунктах Амбролаури и Шови. Но наблюдения в Шови оказались нерепрезентативными для трассы и, Очевидно, в дальнейшем более рационально их проводить в Они .

В данной работе хотя и не дано научных основ организации сети шаропилотных станций, предназначенных для обслуживания полетов по авиатрассам в горах, но некоторые предложения по организации такой сети сделаны .

ЛИТЕРАТУРА

1. П е т р о с я н ц М. к. Изменчивость ветра над горными районами Средней Азии .

Труды САНИГМИ, вып. 15, 1963 .

9 труды ГГО, вып. 171 А. Ф. Д ЮБ ЮК, Т. Н. БИБИКОВА (МГУ)

УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОБЛАЧНОСТИ В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ ОРОГРАФИИ

Рассматривается вопрос об условиях образования кучевой облачности, а также облачности, наиболее опасной для полетов вертолетов и самолетов в районах горного и южного Крыма (высоко-кучевых чечёвицеобразных • облаков, вихревых облаков, облаков типа боры). Использованы данные, полученные во время экспедиций физического факультета МГУ (кафедры физики атмосферы) .

Одним ИЗ важнейших вопросов современной метеорологии является изучение возникновения и развития облаков и влияние неоднородностей земной поверхности на воздушные потоки. Эти два вопроса тесно свя­ заны между собой и должны решаться для каждой локальной области отдельно. Вместе с тем макрофизика облаков, связь облаков с воздуш­ ными течениями недостаточно изучены. Поэтому наряду с теоретиче­ скими разработками вопросов локальной метеорологии необходимы практические натурные наблюдения за развитием и расположением об­ лаков относительно местности для данной области .

С целью выяснения фактической картины, условий возникновения и развития облаков и их связи с воздушными потоками кафедрой фи­ зики атмосферы физического факультета МГУ под научным руковод­ ством профессора А. Ф. Дюбюка в 1957— 1962 гг. проводились экспеди­ ции. в горных и прибрежных районах Крыма.

Для этого применялись комплексные фотографические методы:

1. Съемка пленочными фотоаппаратами разных систем .

2. Панорамная съемка .

3. Съемка одновременно всего небесного свода на один кадр с помопдью сферического зеркала .

4. Для определения пространственных координат облака базисная фотограмметрическая съемка переоборудованными аэрофотоаппаратами .

5. Для выяснения более детального развития облака замедленная цейтраферная киносъемка .

Одновременно производились' шаропилотные и метеорологические наблюдения.. .

В результате был собран очень большой фактический материал .

В связи с развитием вертолетных трасс этот вопрос приобретает чисто практическое значение. Так как охватить весь материал в одной статье нет возможности, то остановимся на наиболее интересных облаках, представляющих большую опасность для полетов вертолетов и само­ летов .

Распределение и развитие кучевой облачности над горами в связи с распределением воздушных потоков В июле—августе в Крыму происходит интенсивная трансформация континентального морского полярного воздуха и морского тропического в локальный тропический воздух [1]. Существенными признаками нали­ чия локального тропического воздуха является отсутствие заметной горизонтальной адвекции [2]. Барические градиенты невелики, вследст­ вие чего преобладает спокойная обстановка, свойственная бризовой погоде на Черном море. Шаропилотные наблюдения указывают на не^ большие скорости и мало меняющиеся с высотой направления ветра в сво­ бодной атмосфере. Температура и абсолютная влажность обнаружи­ вают характерные бризовые изменения.

Температуры днем высоки:

(28—30°). Вертикальный температурный градиент у не превышает 0,57100 м. Преобладает ясная погода, часто бывают дни с полным от­ сутствием облачности. В период июль—август атмосфера особенно сильно высушивается и число безоблачных дней увеличивается. Так, за время экспедиции 1962 г. из 45 дней (июль—август) 8 дней были со­ вершенно безоблачные. Весной, как правило, безоблачных дней не бы­ вает и преобладает облачность верхних ярусов .

Все же довольно часто днем сильно перегретые участки крымских яйл возбуждают восходящие то.ки, в которых возникают над плоскими вершинами кучевые облака типа Си hum. По фотограмметрическим дан­ ным обычно нижнее основание таких облаков располагается на высотах 1800—2200 м, вершины их достигают высот 2600—3200 м. Облачность такого типа обычно появляется утром в 8—9 час. и исчезает во второй половине дня. Это особенно хорошо видно из табл. 1, в которой показан суточный ход кучевых облаков .

Таблица!

Частота появления кучевых облаков в течение дня

–  –  –

6 -8 11— 12 9 -1 0 13— 14,17— 18 15— 16 1 9 -2 0

–  –  –

Всего было рассмотрено 120 дней с Си в период 1959— 1962 гг .

(июль—август). Из табл. 1 видно, что наибольшая частота появления Си достигается между 13— 14 час. Своего максимального развития Си достигают в 14— 15 час. В начале периода трансформации, когда на вы­ сотах 2—4 км существует западный или северо-западный перенос, вы­ званный вторжением свежих воздушных масс, наблюдается завал вер­ шин в направлении потока. Сдувание облаков господствующим в на­ чальный период ветром на яйлах вызывает их разрушение у обрывов яйлы вследствие нисходящих движений. Поэтому кучевые облака в ос­ новном находятся над горами .

С развитием вертикального перемешивания, вызываемого нагретостью подстилающей поверхности, в атмосфере формируется турбу­ лентный пограничный слой. Существование пограничного слоя показы­ вает, что несмотря на значительную вертикальную разницу температур, воздух находится еще в равновесии, которое нарушается, если, кроме вертикального понижения температур, возникает еще горизонтальная разница температур. Первый импульс для возбуждения термически вос­ ходящего движения перегретые воздушные массы получают от неровнбстей поверхности земли. Этот процесс возбуждения происходит при слабых воздушных течениях, потому что пограничный слой переме­ щается у препятствий и вследствие наличия перетекающего воздушного Потока принуждается к подъему у препятствия. Этот вынужденный подъем возбуждает горизонтальную разницу температур, благодаря .

чему поднявшаяся частица воздуха имеет тенденцию к дальнейшему подъему и переходит в свободную атмосферу {3]. Если воздух обладает достаточной влажностью, то этот подъем приводит к возникновению и развитию кучевых облаков. Посредством такого механизма могут возникать кучевые облака и над севернрй, самой низкой цепью гор. Воз­ никшие облака получают дальнейшее развитие над последующими гор­ ными цепями, достигая наибольшего развития над южной, самой высо­ кой грядой Крымских гор. Таким образом, те кучевые облака, исчезно­ вение которы.х у обрывов яйл нередко можно наблюдать с Южного берега Крыма, не всегда возникали именно над яйламй .

. Сходное явление можно наблюдать и при южных, юго-востОчных и юго-западных.ветрах .

Этот тип погоды осуществляется при циклоне над Польшей — Днеп­ ром и.антициклоне на Нижней Волге — Урале, Кучевые облака возни­ кают при подъеме воздушных потоков в.районе наиболее крупных мас­ сивов Ялтинского хребта: Роман-Кош,. Чатыр-Даг, Демерджи и при перемещении к северу, в районы других хребтов получают свое развитие иногда в виде грандиозных, громоздящихся друг на друга башен .

Нередко кучевые облака достигают значительного вертикального развития. Так, 20 июля 1959 г., как показала фотограмметрическая об­ работка стереопар Си cong., возникшие в районе г. Войко они к 12 час .

15 мин. достигли высоты 5400 м .

Как показали вычисления, сделанные В. П. Самойловым, -26 июля 1961 г. в районе Ай-Петри возникло кучевое облако в 7 час. 14 мин. Стереофотограмметрическая обработка 38 стереопар, проделанная Самой­ ловым, дала возможность изучить подробно развитие Си в течение 1 часа 30 мин .

Высота облака к 7 час. 27 мин. достигла 2 км, т. е. за 13 мин. облако выросло на 450 м по вертикали. Скорость вертикального роста облака в начальный период была 0,68 м/сек. Одновременно облако увеличило горизонтальный размер с 750 до 1300 м, т. е. скорость горизонтального расширения была 1 м/сек. Таким образом, в начальный период облако в основном росло в ширину .

В следующий период с 7 час. 27 мин. до 7 час. 50 мин. характер ро­ ста облака изменился. Из общей массы облака стали выделяться от­ дельные выбросы. С момента роста вершинки в ней наблюдались восхо­ дящие токи. Вертикальные скорости роста достигли 3,4 м/сек. Макси­ мальная высота вершинок 2,5 км. Через некоторое время ве|этикальные скорости уменьшились и стали наблюдаться токи внутрь облака при­ близительно в средней части вершинки. Одновременно наблюдался з а ­ вал верхней части вершинки в северо-восточном направлении. Затем произошел отрыв верхней части вершинки.- Анализ траектории вершинок показывает, что движение оторвавшихся частей облака не полностью следует за потоком (за движением шар-пилота, выпущенного в 7 час .

с мыса Кикенеиз). До высоты 2,5 км траектория вершинки следует зя шар-пилотом. В слое от 2,5 км До 3 км вектор горизонтальной скорости вершинок противоположен вектору скорости шар-пилота. По всей вероят­ ности, эти петли имеют орографическое происхождение .

Скорости роста отдельных вершинок. отличны от скорости роста облака в целом, которая составляла 0,64 м/сек .

После 8 час. 10 мин. рост отдельных частей облака почти не наблю­ дался. Облако росло во всей своей массе со скоростью 0,8 м/сек. Следя за ростом облака, можно сказать, что его основной рост происходил с наветренной стороны. С 8 час. 5 мин. начался процесс сильного роста облака вверх. Вертикальная скорость достигла 1,2 м/сек. максимальная высота облака — 5,4 км в 8 час. 35 мин .

Эксплуатация вертолетов на крымских трассах, в частности, на трассе Симферополь—Ялта^ показала, что болтанка вертолетов в ка­ кой-то степени коррелирует с характером облачности .

По сообщениям летчиков, пилотировавших по указанной трассе вер­ толеты, Б. С. Чучкалов составил таблицу повторяемости болтанки вер­ толетов при различных формах облачности. Увеличение болтанки в дни с Си cong. по сравнению с днями с Си, СЬ объясняется, по-видимому, чрезвычайно сильной конвекцией в условиях сильного прогревания .

Облачность волновых движений воздуха Как показал анализ-ветра в районах Кацивели и Симферополя, до­ вольно часто в наветренной части гор наблюдается поток, слабо меня­ ющийся с высотой (по скорости и направлению). Этот поток нормален линии основного хребта .

В этот период с подветренной стороны гор существуют так называе­ мые подветренные волны, которые создают вертикальные токи и зоны с сильно развитой турбулентностью, что может представлять реальную опасность для полетов вертолетов и самолетов .

Если набегающий на орографическое препятствие поток достаточно влажен, то в образующихся подветренных волнах возникают облака характерной чечевицеобразной формы, которые называются чечевице­ образными (Ас lent.) .

Анализ экспедиционного материала, полученного за летний период 1957— 1962 гг. в районах южного и горного Крыма, показал, что облака типа Ас lent, довольно часто появляются в Крыму. А это значит, что не­ высокие Крымские горы оказывают довольно существенное влияние на распределение воздущного потока .

Чечевицеобразныеоблака Ас lent, чаще всего появляются утром и вечером [5]. Так, из 37 дней, когда существовали Ас lent., за период 1960— 1962 гг. (июль—август) в 22 случаях Ас lent, возникали утром, в 7 случаях — днем и в 12 случаях — вечером. Эти экспериментальные данные согласуются с теоретическими исследованиями [6] .

Анализ синоптической обстановки показал, что Ас lent, больщей частью наблюдаются в дни с синоптической ситуацией циклонического типа, подтип 1 в 19 случаях из 37, и антициклонического типа, подтип 1 в 9 случаях из 37 (по классификации А. А. Васильев.а, статья которого помещена в этом же сборнике). Эти типы (табл. 2) характеризуются ветрами северо-западного, юго-западного и восточного, направлений (юго-западный ветер в Крыму бывает редко) .

В Крыму довольно частыми являются северо-западные ветры. Эти ветры перпендикулярны основной линии хребта в районе Ялтинской и Никитской яйл. Как указывалось в [7], наиболее часто Ас lent, возникают как раз в этих районах .

Если воздушный поток имеет южное и юго-восточное направления, то чечевицеобразные облака возникают с северной стороны Крымских гор в районе Куйбышев—Бахчисарай. Это бывает очень редко (28 июня 1958 г., 13 мая 1962 г.) .

Если воздушный поток имеет северо-восточное направление, то Ас lent, возникают в районе Байдарских Ворот .

03 a со со О) со 2 2 s к VD c a Н

–  –  –

рости ветра на высоте 1500 м не менее 5—6 м/сек. При этом в дни с Ас lent, скорость ветра с высотой увеличивалась (увеличение скорости с высотой в большинстве случаев происходило линейно). При неустойт чивой стратификации Ас lent, наблюдаются при слабых ветрах 2—4 м/сек .

на высоте 1500 м. Как и в предыдущем случае, скорость ветра с высо­ той увеличивалась. Данные о связи Ас lent, с устойчивостью атмосферы и скоростью ветра приводятся в табл. 3. .

Преобладание Ас lent, при устойчивой стратификации указывает на то, что наиболее благоприятным для образования чечевицеобразных об­ лаков является устойчиво стратифицированный поток при средних и сильных скоростях ветра .

Изменение стратификации атмосферы часто приводит к исчезнове­ нию Ас lent., в то время как остальные параметры (направление, ско­ рость ветра, влажность) почти не изменяются .

135 .

в 9 случаях, а именно 1, 7, 8 июля 1960 г., 10, 12, 14, 17 мая 1962 г, .

2, 15 августа 1962 г^. смена устойчивой стратификации на неустойчивую привела к разрушению Ас lent .

В настоящее время теоретически и экспериментально установлено, что наличие в атмосфере слоев изотермии и инверсии для существова­ ния и образования Ас lent, не обязательно. Однако в 19 случаях из 37 за период июль—август I960— 1962 гг. в 5 случаях наблюдались слои инверсии, в 5 других случаях — слои изотермии и в 9 случаях — умень­ шенные градиенты у .

Рассмотрим несколько примеров. 22 июля 1961 г. в районе Ай-Петри существовало облако типа Ас lent, на высоте 3,5 км, по данным фото­ грамметрической обработки за 15 час. 24 мин. В, это время по данным радиозонда ст. Симферополь на высоте от. 3,5 до 4 км существовал слой изотермии, а выше располагался слой с уменьшенным градиентом. 21 ав­ густа 1962 г. нижнее основание Ас lent, было на высоте 3,8 км. По дан­ ным радиозонда в слое 4,00—4,60 км наблюдалось уменьшение гради­ ента до 0,1°/100 м .

Для всех дней с Ас lent. О. В. Павловой был просчитан параметр Скорера. Вычисления привели к следующему результату: во всех случаях, когда наблюдались Ас lent., параметр Скорера убывал с высо­ той. Однако выявить точно степень убывания не удалось в связи с тем, что для различных дней степень убывания была различной .

Как показала стереофотограмметрическая обработка базисных сним­ ков Ас lent., проделанная О. В. Павловой, нижнее основание чечевице­ образных облаков в Крыму находится на высоте 3,5—4,0 км, а верхнее основание достигает высоты 4,5—5,5 км над ур. м. Так, 22 июля 1961 г .

в районе Ай-Петринской яйлы с 17 час. 15 мин. до 18 час. 40 мин. существо&ало чечевицеобразное облако, нижнее основание которого находи­ лось на высоте 3,5 км, верхнее — на высоте 4,5 км, т. е. вертикальная мощность этого облака была 1 км. 29 июля 1961 г. в районе Ай-Петри наблюдалось Ас lent., верхнее основание которого было на высоте 4,0 км .

13 мая 1962 г. в районе Соколинское—Куйбышево с 12 час. 23 мин. до 14 час. 20 мин. существовала система волновых чечевицеобразных об­ лаков в виде четырех параллельных хребту полос. Высота нижнего основания была 3,6 км,, верхнего — 4,9 км, т. е. вертикальная мощность таких облаков была 1,3 км (рис. 1) .

2 августа 1962 г. в районе Никитской яйлы в 16 час. 40 мин. возникли одна за другой две полосы Ас lent., параллельных друг другу и хребту .

Полоса, более близкая к хребту, имела высоту нижнего основания 3,8 км, верхнего — 4,9 км, нижнее основание второй полосы находилось на вы­ соте 3,7 км, верхнее — на высоте 4,5 км .

Чечевицеобразные облака долгое время сохраняют почти неизмен­ ным свое положение относительно поверхности земли. Эта привязанность Ас lent, к местности хорошо видна при просмотре на экране кадров раз­ вития облака, снятых с помощью замедленной киносъемки. Были рас­ смотрены кинограммы Ас lent, за 31 июля 1958 г., 6 августа 1958 г., 9 июля 1959 г., 7 августа 1960 г. и 21 августа 1962 г .

Так, 7 августа 1960 г. Ас lent, возникли в районе Бабуган-яйлы (над наиболее высокими вершинами Крымских гор) в 8 час. 30 мин. и про­ существовали до И час. 15 мин. Хорошо заметно, как эти облака при­ вязаны к орографии, в то время как кучевые облака образуются у края Бабуган-яйлы, обращенного к морю и с большой скоростью проносятся мимо Ас lent .

Ветер дует через эти «застывшие» облака так, что они непрерывно образуются с наветренного края и исчезают с подветренной стороны .

136 .

фS и« ь л оЗ аР оS

–  –  –

ш§ “ S ^та §1 mCi 0с §2

0)Ю I1I3 r^ O V т s о gt и m я а Например, 2 июля 1958 г. в 17 час. 26 мин. Ас lent, возникло в районе г. Ай-Петри и имело плотную, довольно однородную структуру. Уже к 17 час. 29 мин. при неизменном положении основной массы облака края его казались несколько размытыми, само облако изогнулось. Из края его вытянулся ряд струй. В 17 час. 32 мин. это облако, сохраняя чечевицеобразную форму, разделилось на несколько струй .

В КрЫ;Му нередко можно наблюдать последовательность чечевицеоб­ разных облаков, параллельных, друг другу и горному хребту. Так было 19 июля 1957 г., 28 июня 1958 г., 11 июля 1959 г., 13 мая 1962 г. и 2 ав­ густа 1962,г. Такая система облаков наблюдается не только над горами, но и простирается далеко в море, если ветер имеет северо-западное на­ правление в районах Ай-Петринской и Ялтинской яйл. Если ж е ветер имеет юго-западное ИЛИ южное направление на высотах, где образуется Ас lent., то система чечевицеобразных'облаков образуется с северной стороны гор. П оданны м фотограмметрической обработки, обычно Ас lent, отстоят от хребта на 6—8. км. Как указывалось. в работе [8], 19 июля 1957 г. облако отстояло от хребта на расстоянии 7 км, 31 июля 1958 г. чечевицеобразное облако отстояло от хребта в сторону моря на расстоянии 8 км, 2 августа 1962 г.— на расстоянии 7 км. Иногда Ас lent, бывают удалены от хребта на более далекое расстояние. Так, 21 авгу­ ста 1962 г. облако было удалено от хребта на 14 км (рис. 2) .

Удалось получить длины волн между соседними параллельными по­ лосами. Так, длина волны 28 июня 1958, г. была 4200 м, 13 мая 1962 г. расстояние между облаками было 5500 м, 2 августа 1962 г .

длина волны была 6000 м, 21 августа— II О О м .

О Облака, возникающие при вихревых движениях воздуха При существовании подветренных волновых движений ниже уров­ ней волновых движений обычно развиваются вихревые движения воз­ духа, что связано с формированием горизонтальных градиентов давле­ ния, под стоячими подветренными волнами. Повышение давления в ' н а ­ ветренной части возвышенности способствует возникновению градиента давления в' направлении, противоположном потоку, так что обтекание гор может сопровождаться ветром в наветренной части почти противо­ положного направления, что наблюдалось в,Крыму. При сочетании двух потоков противоположных направлений может возникать вихрь с гори­ зонтальной осью, и в наветренной части, чему особенно благоприятст­ вуют крутые наветренные склоны .

Напротив, понижение давления в подветренной части снова вызывает градиент давления, противоположный основному течению. Это способ­ ствует возникновению в нижних слоях подветренной части течения, об­ ратного направлению натекающего потока, что вызывает в свою оче­ редь образование вихрей в подветренной части горного хребта .

В верхних, частях вихрей с 'горизонтальными осями, называемых роторами, могут при достаточной влажности возникать роторные об­ лака. На.Южном берегу Крыма эти облака имеют вид разорвано-кучевых, с небольшим вертикальным развитием и порванными.'подвижными краями, отдельные небольшие детали которых непрерывно исчезают и появляются вновь. Особенно наглядно видно движение роторного об­ лака с горизонтальной осью при просмотре замедленной киносъемки облаков 6 августа 1959 г. Ясно видно, что этот горизонтальный вихрь тесно связан с находящимся выше него вихрем на высоте около 2800 м (рис. 3) .

Как сами Ас lent., так и порождаемые ими роторные облака привя­ заны к местности. При просмотре кинофильма видно, как эти роторные C.J С О д S н• ч а 9 .

о S Э S X ёо а- ю .



Pages:   || 2 |
Похожие работы:

«ЧЕСТЕРФИЛД1 (1694-1773) Philip Dormer Stanhope, 4th Earl of Chesterfield ПИСЬМА К СЫНУ (1739-1768)2 Всякая похвала, если она не заслуженна, становится насмешкой. Поэтому, когда тебя начинают за что-то превозносить, подумай хорошенько и реши, заслужил ты эт...»

«Правила настольной игры "Сиди-Баба и сокровища разбойников" (Sidi Baba) Автор игры: Perepau Llistosella Для 3 7 игроков старше 14 лет на 30 45 минут КОМПОНЕНТЫ 1 ширма, за которой главарь воров скрывает лабиринт 1 коридор, позволяющий авантюристам определять порядок персонажей в л...»

«ГОСТ 13784-94 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ВО ЛО КН А И Н И Т И Т Е К С Т И Л Ь Н Ы Е Термины и определения И п ан н е официальное МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ. МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ М ниск проведение испытаний ГОСТ 13784-94 Предисловие 1 РАЗРАБОТ...»

«МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ ТОМ 87 НОМЕР 858 ИЮНЬ 2005 Г. Красного Креста Религия, насилие и "священные войны" Ганс Кюнг* Ганс Кюнг – почетный профессор Института экуменических иссле дований Тюбингенского университета. Во время II Ватиканского собора он выступал в...»

«1.1. Жертвы растительного происхождения В настоящей части работы исследуются жертвы растительного происхождения. В качестве главных были выделены следующие вопросы: определение объекта изучения; из какой муки готовится продукт; тип теста; способы, форма и размеры выпечки; жанровая принадлежность; слово в контексте ритуальных д...»

«ФГБОУ ВО "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" МЕТОД СОЗДАНИЯ ПАНОРАМНЫХ АЭРОФОТОСНИМКОВ НА ОСНОВЕ МНОГОПОЛОСНОГО СМЕШИВАНИЯ Профессор, д.т.н. Фаворская Маргарита Николаевна Доцент, к.т.н. Пахирка Андрей Иванович Доцент, к.т.н. Зотин Александр Геннадьевич Доцент, к.т.н. Бу...»

«Таксы на завершение вызова в сетях подвижной связи — подлежат ли они Политика и регулирование регулированию? AFP/PhotoAlto Таксы на завершение вызова в сетях подвижной связи — подлежат ли они регулированию? Обычно опер...»

«A/71/10 Организация Объединенных Наций Доклад Комиссии международного права Шестьдесят восьмая сессия (2 мая – 10 июня и 4 июля – 12 августа 2016 года) Генеральная Ассамблея Официальные отчеты Семьдесят первая сессия Дополнение № 10 (...»

«Екатерина Ткачева +7 903 232 85 25 kotka2004@mail.ru Маленькие сказки (утренники) В некотором царстве. ШЛЯПА. Заседание продолжается! Прошу всех сделать умные лица. Не расслабляйтесь. Он может появ...»

«Василий Ряховский Евпатий Коловрат http://militera.lib.ru/ "Евпатий Коловрат": ЗЛОДЕЯНИЕ В ИСАДАХ.резвецы и удальцы, узорочье воспитанное рязанское. Летопись На святой Руси быль и была, да быльем давно поросла. Л.Мей Половецкое торжище на Рясском поле весной 1217 года удалось на славу. На торжище прибыли кочевник...»

«ШЗШШЪ ИИЛ *ьзл№влм"ъьг1" илши1гм1.8ь зъаъшяФр ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК АРМЯНСКОЙ ССР ^шишгш1|ш1|шБ ^шиир^&Мг № 7, 1962 Общественные науки Саркисян Е. К . Пантюркистская и панисламистская агентура Османской империи в Закавказье накануне первой мировой войны Младотурецкая партия "Единение и про...»

«г. Москва, Ленинградский пр-кт, д. 37, корп. 9, оф. 609 Телефон: +7(495)926-7038 Факс: +7(495)989-2012 E-mail: mail@aopa.ru Содержание выпуска: 1. АОПА-Россия провела семинар по воздушному законодательству в Новгородской области.2. Открылось новое отделение АОПА-Россия в...»

«ЭДГАР ДЕГА Москва Оглавление Введение Начало творческого пути Молодые годы Дань академизму Композиционные эксперименты Знакомство с импрессионистами Зрелость: линия и цвет (1870–1880) Первая выставка импре...»

«ИНСТРУКЦИЯ по технологии ремонта мест повреждения заводского полиэтиленового покрытия труб в трассовых условиях с использованием ремонтных материалов производства ООО "Гефест-Ростов" ИН 1394-007-05336443-2009 1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1 Ремонту в трассовых условиях...»

«Заявление об "атаке" на третий сектор в России не вошло в коммюнике XI форума НКО стран Балтики На самом мероприятии участники форума просили внести в итоговый документ слова обеспокоенности "случаями давления и запугивания" НКО в России. Председатель международного...»

«Задания для зачета 1. Объясните значение понятия "социальные науки". Приведите примеры социальных наук. Назовите и охарактеризуйте объект их изучения.2. Раскройте содержание понятия "философия". Расскажите о философских представлениях об о...»

«HX-A1M-SQT0889_rus.book 1 Основная инструкция по эксплуатации Спортивная камера HX-A1M Номер модели Перед использованием этого изделия, пожалуйста, внимательно прочитайте данные инструкции и сохраните это руководство для дальнейшего...»

«Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 3. С. 113-123 Сравнение спутниковых и радиозондовых наблюдений тропосферной влажности А.В. Хохлова, А.О. Агуренко Всероссийский научно-исследоват...»

«Дэвид Айк Бесконечная любовь единственная истина, все остальное – иллюзия Физическая реальность это всего лишь иллюзия, существующая исключительно в наших мозгах. Фантастика в духе кинотрилогии Матрица? Нет, Дэвид Айк доказывает это абсолютно серьезно, понятно и убедительно. Мозг...»

«А.П. Солодов Электронный курс 3 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВОЗДУХА МЕТОДОМ НАГРЕТОЙ НИТИ Лабораторная работа • Изучение метода экспериментального определения коэффициента теплопроводности газов и жидкостей.• Освоение компьютерной обработки экспериментальных данных. Hot-wire technique_Data_processing.xmcdz Hot-wire technique_Data_processing&adj...»

«Священник Игорь Иванов "Бог – один, а религий – много." (философское осмысление) "Бог – один, а религий – Поэтому религий только две (согласно много.". Эта фраза звучит в сущности нашего вопроса): монотеустах людей по-разному: с недоизм и политеизм. А в последнем всегумением, с удивлением, с...»

«Предпродажный релиз для Российская Федерация (2018, Май 16) Автоматическая кофемашина • Приготовление 7 видов кофе • Встроен. кувшин д/молока, капучинатор • Белый • Регулируемая кофемолка, 15 степеней HD8859/01 Восхитительный к...»

«| FORD АКСЕССУАРЫ Аксессуары FORD S-MAX C 03/2010 www.accessories.ford.ru Go Further Аксессуары FORD S-MAX C 03/2010 ТРАНСПОРТИРОВКА 03 Транспортировка багажа на крыше Транспортировка багажа в задней части Буксировочные балки Транспортировк...»

«Matematick asopis Iosif Aleksandrovi Vilner Беcквадратурная нoмoгррафия. Алгебраичеcкая нoмoграфия и прoблема анамoрфoзы функций в двухмернoй плocкocти при n = 6 переменных. II. Matematick asopis, Vol. 17 (1967), No. 4, 266281 Per...»










 
2018 www.wiki.pdfm.ru - «Бесплатная электронная библиотека - собрание ресурсов»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.