У природы нет плохой погоды

Учет метеорологических условий

В одной из статей корпоративного журнала «Норильский Никель», посвященной аэропорту Норильск, говорилось о том, что большинство рейсов были отложены из-за метеорологических условий ( бокового ветра) и о необходимости изменения направления взлетно-посадочной полосы (ВПП). Меня заинтересовала эта ситуация и решила проанализировать преобладающее направление ветра в районе аэропорта Норильск, изучить и обработать информацию о факторах, влияющих на направление взлетно-посадочной полосы.

Работа посвящена изучению понятия розы ветров, а также исследованию ее влияния на функционирование аэропорта Норильск. Использованные в работе методы являются элементарными и при знакомстве с основными понятиями доступны для понимания учащихся старших классов. Хотя изучаемый материал выходит за рамки школьного курса.

УЧЕТ МЕТОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ИЗЫСКАНИИ, СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОСТОЯННЫХ АЭРОПОРТОВ

Аэродром представляет собой сложную систему, и его эксплуатация должна решаться на эргономической основе, рассматривающей систему человек - воздушное судно — аэродром — окружающая среда. Окружающая среда — составная часть комплекса факторов, которые должны учитываться. Поэтому при изыскании, проектировании, строительстве и эксплуатации аэродромов наряду с другими факторами учитываются и метеорологические условия. Во внимание принимаются результаты многолетних наблюдений за всеми наиболее важными метеорологическими величинами и атмосферными явлениями — температурой воздуха, атмосферным давлением, ветром, облачностью, видимостью, осадками, гололедом.

Необходимость учета метеорологических условий вызвана тем, что периодические и непериодические их изменения приводят к изменениям состояния летного поля, подъездных путей к аэродрому, сказываются на условиях его эксплуатации. Особенно существенно зависят от состояния погоды полевые аэродромы, в том числе снежные, ледовые и гидроаэродромы. Метеорологические условия — решающий фактор, определяющий продолжительность их эксплуатационных периодов.

Генеральный план аэродрома обычно проектируют исходя из наиболее неблагоприятных метеорологических условий взлета и посадки самолетов, максимально возможной повторяемости метеорологических условий, осложняющих работу авиации, в месте расположения аэродрома.

При изыскании, проектировании, строительстве, оборудовании аэродромов и оценке условий их эксплуатации в первую очередь учитываются сезонные климатические характеристики. Однако подобные данные являются лишь фоновыми. Они дают возможность составить представление об основных, наиболее существенных закономерностях изменения метеорологического режима. Повседневный учет влияния текущих изменений погоды на эксплуатацию аэродромов основывается на информации о фактических значениях метеорологических величин, атмосферных явлениях и ожидаемых их изменениях. Выбор места для аэродрома, расчет количества, длины, взаимного расположения взлетно-посадочных полос на нем осуществляются с учетом режимных характеристик ветра. Место под аэродром выбирается также с учетом локальных особенностей характера вертикальных движений воздуха, обусловленных своеобразием орографии. Поэтому аэродромы по возможности строят в районах, где влияние орографии на режим ветра является минимальным или практически отсутствует.

Форма летного поля определяется количеством и взаиморасположением взлетно-посадочных полос. Главная взлетно-посадочная полоса ориентируется по господствующему направлению ветра, поскольку взлет и посадка производятся против ветра. С учетом характера воздушных потоков определяется размер взлетно-посадочной полосы и ближние подходы. Режим ветра предварительно изучается по многолетним климатическим данным. Для года, сезонов и характерных месяцев строятся векторные диаграммы — розы ветров. Строят также совмещенные, разностные и развернутые розы ветров. Розы ветров за зимний сезон используются не только для выбора направления взлетно-посадочных полос, но и для оценки зимнего содержания аэродрома, например для расположения, на прилегающих к нему полях средств снегозащиты, в частности снегосборных древесных и кустарниковых насаждений. При построении средних годовых роз ветров учитывается также допускаемый при взлете боковой ветер. Розы ветров для зимы строят со скорости примерно 2 м/с, начиная с которой происходит перенос снега и образование снежных отложений.

Важной характеристикой, позволяющей судить об условиях эксплуатации взлетно-посадочной полосы, является коэффициент ветровой загрузки взлетно-посадочной полосы, выраженный в процентах.

Коэффициент ветровой загрузки ВПП — это вероятность таких ветров, при которых взлет и посадка самолетов на данную полосу выполняются при допустимых для соответствующего типа самолетов пределах боковой составляющей скорости ветра.

Следующей характеристикой для оценки условий эксплуатации аэродрома является угол скоса. Углом скоса называется угол между направлением ветра и направлением ВПП. Чем больше боковая составляющая скорости ветра, при которой разрешается взлет и посадка самолета, тем при прочих равных условиях больше угол скоса.

Методы расчета коэффициента ветровой загрузки ВПП, угла скоса, а также методы построения различных роз ветров рассматриваются в авиационной метеорология. (

АВИАЦИОННАЯ МЕТЕОРОЛОГИЯ((.

Авиационная метеорология — прикладная отрасль метеорологии, изучающая влияние метеорологических величин и атмосферных явлений на авиационную технику и деятельность авиации и разрабатывающая теоретические основы метеорологического обеспечения полетов. Главной задачей авиационной метеорологии является разработка вопросов обеспечения безопасности полетов, регулярности движения воздушных судов и эффективного применения авиационной техники в различных условиях погоды.

ОПАСНЫЕ ДЛЯ АВИАЦИИ ЯВЛЕНИЕ ПОГОДЫ(((.

К опасным для авиации явлениям погоды относятся: явления ухудшающие видимость ниже установленного предельного значения ( туман, дымка, мгла. Песчаная или пыльная буря, дождь, морось, снег, метель); ветер со скоростью 15 м/с и более; гроза; град; ледяной дождь; гололед; облачность, высота которой ниже установленного минимума; закрытие облаками вершин гор, болтанка – по данным экипажей воздушных судов.

Из выше перечисленных явлений, остановимся на рассмотрении ветра.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА

Ветром называется горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Он характеризуется направлением и скоростью. За направление ветра в метеорологии принимается та часть горизонта, откуда перемещается воздух. Направление ветра определяется углом между географическим меридианом и направлением на точку горизонта, откуда перемещается воздух, измеряется в градусах (от 0 до 360°), отсчет которых ведется от плоскости меридиана по ходу часовой стрелки, или в румбах. Ветер, направление которого определяется с учетом магнитного склонения, называется магнитным. Скоростью ветра называется расстояние, на которое перемещаются частицы воздуха за единицу времени. Скорость ветра у земли измеряется в метрах в секунду. Вследствие турбулентного состояния атмосферы скорость и направление ветра в каждый момент времени колеблются около среднего значения. Поэтому для достаточно полной характеристики ветра наряду со средними значениями направления и скорости определяют еще и величины максимальных значений скорости с осреднением их за 2 мин. В наблюдения за ветром на аэродромах и посадочных площадках входит:

измерение средней скорости ветра за 2 мин или за 10 мин (в зависимости от технических возможностей прибора, который используется для измерений);

определение максимального значения мгновенной скорости ветра (скорость ветра при порывах) за тот же промежуток времени;

определение среднего направления ветра за 2 мин.

Датчики приборов ветра должны устанавливаться на метеорологической площадке, на высоте 10м — 12м над поверхностью земли. В случае если характер ветрового потока на этой высоте искажается за счет воздействия высоких препятствий, приборы необходимо установить на высоте 16м — 20м. Датчики приборов ветра рекомендуется устанавливать так, чтобы расстояние от них до предметов не менее чем в 10 раз превышало высоту этих предметов, а между приборами и препятствиями большой протяженности (леса, высокие постройки, сплошная линия домов и т. п. ) — на расстоянии, не меньшем 20-кратной высоты этих препятствий. Ветер оказывает большое влияние на взлет и посадку воздушных судов, поэтому необходимо точно определять его параметры. Для определения направления и скорости ветра могут применяться ветровой конус и приборы: флюгер Вильда, ручной анемометр Фусса, анеморумбометры М-47, М-63М-1, ДМС-49, ручной анемометр АРИ-49. Ветер представляет опасность для полетов, если его скорость превышает предельную допустимую боковую составляющую для взлета и посадки воздушного судна определенного типа, а также если его скорость составляет 15 м/с и более (даже при отдельных порывах). Особенно опасны шквалы, скорость ветра при которых нередко превышает 20 м/с - 30 м/с. Из всего комплекса метеорологических факторов, влияющих на воздушное судно, ветер является одним из наиболее важных, поскольку ветер дополнительно перемешает воздушное судно относительно Земли. Аэродинамические силы, определяющие движение самолёта, зависят от воздушной скорости, а так же её ориентации относительно оси самолёта. Взлёт и посадку самолётов лучше выполнять против ветра, поскольку встречный ветер дополнительно увеличивает подъёмную силу и воздушную скорость, что уменьшает длину разбега самолёта по взлетно-посадочной полосе при взлёте и длину пробега во время посадки. В практике приходится часто выполнять взлёт и посадку самолётов при боковом ветре по отношению к взлетно-посадочной полосе. Под воздействием бокового ветра при взлёте возникают кренящий и разворачивающий моменты, которые стараются наклонить самолёт и развернуть его против ветра, а при посадке возникает снос и разворот самолёта с осевой линии взлетно-посадочной полосы. Поэтому для каждого типа воздушного судна установлена предельно допустимая скорость бокового ветра, при которой возможны взлёт и посадка (с учётом состояния взлетно-посадочной полосы). Неблагоприятным для взлёта и посадки воздушных судов является так же штиль у поверхности Земли или на небольших высотах. При штиле уменьшается грузоподъёмность, увеличивается длина пробега и нарушается устойчивость воздушного судна.

Рассмотрим этот вопрос, более подробно, для аэропорта Норильск.

АЭРОПОРТ НОРИЛЬСК ( «Алыкель»). (

Сочетание скоростей и направлений ветра по отношению к взлетно-посадочной полосе (при коэффициенте сцепления 0,6) ограничивающих взлёт и посадку воздушных судов в а/п Норильск.

Направление град. Типы ВС

АН - 2 АН - 26 ИЛ - 76 ИЛ - 18 АН - 12 ТУ – 154

Скорость ветра более (м/сек)

360 180 11 22 22 25 27 30

010 190 15 25 31 25 30 30

020 200 18 25 53 25 30 30

030 210 18 25 б/о 25 30 30

040 220 18 25 б/о 25 30 30

050 230 18 25 41 25 30 30

060 240 13 25 26 25 30 30

070 250 10 20 20 25 25 28

080 260 8 16 16 20 20 23

090 270 7 14 14 18 18 20

100 280 6 13 13 16 16 18

110 290 6 12 12 15 15 17

120 300 6 12 12 15 15 17

130 310 6 12 12 15 15 17

140 320 6 12 12 15 15 18

150 330 6 14 14 16 16 19

160 340 7 15 15 18 18 21

170 350 8 17 17 22 22 25

ПОВТОРЯЕМОСТЬ ВЕТРА ПО НАПРАВЛЕНИЯМ И ПО ГРАДАЦИЯМ СКОРОСТИ. СРЕДНЯЯ СКОРОСТЬ ВЕТРА ПО НАПРАВЛЕНИЯМ

Проведя сбор метеорологических данных за год ( направление и сила ветра в районе аэропорта Норильск) и построив розы ветров проанализируем полученные результаты.

Наиболее часто повторяющееся в а/п Норильск южное направление ветра в основном связано с циклонической деятельностью. Южный ветер наблюдается в а/п Норильск в южной периферии циклонов, в тёплом секторе, после прохождения теплого фронта а при, так называемых, прямолинейных изобарах, когда циклон проходит центральной частью севернее Норильска, а южнее Норильска устанавливается "Сибирский максимум". Такая обстановка может удерживаться несколько дней, поэтому и повторяемость южного направления ветра так велика в течение всего года. И все же наибольшая повторяемость южного ветра приходится на период ноябрь – февраль. Наименьшую повторяемость в течение года имеют западные, северо-западные и восточные направления ветра. Ветры с такими направлениями имеют небольшую непрерывную продолжительность в районе а/п Норильск, этим и объясняется их малая повторяемость. Западные и северо-западные ветры большей частью соответствуют тыловой части циклонов, а восточные - передней части циклонов. Так как для взлёта и посадки в а/п Норильск наиболее неблагоприятными являются ЮВ и СЗ ветры скоростью более 6, 12, 15м/сек и т. д. то рассмотрим повторяемости ветров этих направлении и градаций скорости 6-7,12-15, 1б-20 м/сек за год. При ЮВ направлении ветра они соответствуют (2,3, 2. 8, 0. 9), а при СЗ (1. 2, 0. 1 и 0. 1), что в сумме составляет (6. 3) от всех скоростей и направлений ветра за год.

Средняя скорость ветра составила - 6,6м/сек. Наибольшая средняя скорость при ЮВ направлении ветра - 3,6м/сек, наименьшая при СЗ - 4,4 м/сек. По месяцам наибольшая средняя скорость 7,6 м/сек, приходится на май, а наименьшая 5,8м /сек на август и сентябрь.

ГОДОВОЙ ХОД ПОВТОРЯЕМОСТИ РАЗЛИЧНЫХ СКОРОСТЕЙ ВЕТРА ПО НАПРАВЛЕНИЯМ

На рисунках представлены розы ветров для каждого месяца и годовой ход повторяемости ветра различных направлений. При построении годовой розы ветров была произведена разноска штилей по направлениям.

Максимальная повторяемость штилей приходится на январь (7,6%), в феврале и марте повторяемости штилей соответственно (6 и 7%), в остальные месяцы года повторяемость штилей (2 - 4%), минимальна она в июне (1,4). В период с ноября по февраль наибольшую повторяемость имеют ветры - ЮВ всех градаций скорости. С марта по июнь возрастает повторяемость СВ ветров всех скоростей и убывает повторяемость ЮВ ветров, с июля по октябрь опять убывает повторяемость СВ ветрев и возрастает повторяемость ЮВ ветров. Рассмотрим повторяемость В, ЮВ, 3, СЗ ветров со скоростью более 7 и 12м/сек отдельно для каждого месяца. В январе для скорости более 7м/с она в сумме составила (3,7%), для скорости более 12 м/с (6,5 %), в феврале (3,2 и 5,6%), в марте (4,5 и 4,5%), в апреле (5,9 и 4,2%), в мае (4,7 и 1,5%), в июне (4,8 и 3,1% ), в июле (2,4 и 0,7%), в августе (3,0 и 1,4%), в сентябре (4,2 и 4,4 %), в октябре (4,2 и 4,3%), в ноябре (3,8 и 6,0%) и в декабре (6,0 и 8,6%). Сравнивая данные значения повторяемостей можно сделать вывод, что наиболее благоприятные условия для работы АН-2, АН-26 и ИЛ-76 в а/п Норильск в июле и августе месяцах, а в декабре наибольшие значения повторяемостей предельных значений ветра для этих типов ВС.

Повторяемость в % ветра различных скоростей по направлениям а/п Норильска

ОСОБЕННОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СИЛЬНОГО ВЕТРА В РАЙОНЕ АЭРОДРОМА

За рассмотренный период в а/п Норильск наиболее сильные и продолжительные ветры приходились на период с сентября по май. Ветер С направления усиливается до 12 и более м/сек, когда на район Норильска оказывают влияние тыловая часть и северная периферия циклонов, восточная и южная периферии антициклонов и при прохождении холодных фронтов. В январе С ветер с такой скоростью не наблюдался, невелика его повторяемость в период с декабря по март. Наибольшая повторяемость в мае (29%). СВ ветер усиливается, когда на район оказывают влияние тыл циклона, восточная, северная и южная периферии антициклонов, передняя часть гребней и тыловая часть ложбин, при прохождении холодных фронтов, очень мала повторяемость СВ сильных ветров в сентябре, ноябре, январе, в октябре СВ сильные ветры не отмечаются совсем. Наибольшая повторяемость в июле (17 %). Повторяемость восточных ветров мала в течение года, максимум повторяемости в октябре (7%). Очень мала его повторяемость в июле, а наибольшая в ноябре (25%) и декабре (20%). Ю ветер скоростью

12 м/с и более отмечается во все месяцы года, преобладая над другими направлениями сильного ветра. Наибольшая его повторяемость в январе (75%), а наименьшая в августе (40%). Наибольшая повторяемость сильных ЮЗ ветров в июне (19%), наименьшая в августе. В течение года повторяемость западных ветров мала, максимум повторяемость приходится на сентябрь и составляет всего (4%). СЗ сильные ветры также имеют малую повторяемость. Наибольшая повторяемость в октябре (6%), в ноябре и декабре сильный СЗ ветер не отмечался за рассматриваемый период ни разу. (

В процессе работы было замечено множество интереснейших фактов, связанных с изучением «розы ветров». Изучение данной темы, на первый взгляд, простой вопрос, но направление ветра имеет глобальное значение в жизни, а именно как в хозяйственной деятельности человека, так и в сфере его обитания.

Полученные результаты имеют практическое значение, как для учителей-предметников ( с этой целью создана презентация « Роза ветров» и файл «Погода в доме» ), так и для профессионалов в области строительства и эксплуатации аэродромов.