Banner



Журнал Авиация и Спорт

 

 

08 Jul. 2016

Кажется, дождь собирается. На что обратить внимание, отправляясь в полет на самолете в жаркий день

Это, наверное, самая чистая детская мечта – полетать на самолете «по дороге с облаками», нырнуть в мягкую перину кучевых «барашков»… Но любой пилот самолета знает, что на самом деле облака, тем более кучевые, отнюдь не так безобидны, как кажется с земли. Особенно летом, когда плотная кучевка может предвещать все, что угодно, вплоть до грозы.

полет на самолете, cessna 172, обучение пилотированию

Попадание в грозу – одно из самых опасных явлений для самолета. Даже пилоты «больших» Боингов с Эйрбасами – и те стараются без острой нужды близко к грозовым облакам не подходить. Что уж говорить про маленьких вроде Cessna 172. Ирония в том, что именно в «хорошую» с земной точки зрения – жаркую и летнюю – погоду грозовая облачность может формироваться стремительно. «Как гром среди ясного неба» в прямом смысле этого слова.

Впрочем, существует ряд признаков, по которым можно с большой долей вероятности предсказать скорое развитие кучевой облачности в грозу.

Неважно, на каком чем вы отправились в полет на самолете – на той самой Cessna 172 или Боинг-777. В обоих случаях гроза способна быстро вернуть вас с небес на землю или отбросить на сотни километров от запланированного маршрута.

Проходя обучение пилотированию самолета вы, безусловно, изучали авиационную метеорологию и, разумеется, знаете, что  для формирования грозы необходимы три фактора: влажность, конвекция и неустойчивость (нестабильность) воздушных масс. И если с первыми двумя все понятно – теплый и насыщенный влагой воздух в силу элементарных законов физики поднимается наверх – то понятие «неустойчивость воздушных масс» звучит несколько расплывчато. Тем не менее, именно оно является ключевым. Потому что просто теплый и влажный воздух, собираясь в облака, совершенно необязательно становится грозой. Для этого ему обязательно нужно третье условие – он должен быть нестабильным.

Вот как это происходит
Прилегающий к земной поверхности воздух прогревается неравномерно. Подробнее почитать об этом можно здесь .

Если вкратце, то воздушная масса над черной пашней, городом, каким-нибудь крупным заводом будет нагреваться быстрее, чем соседние с ней. Когда разница температур между ними станет значительной, холодные соседи начнут вытеснять теплую наверх. Все потому, что холодный воздух более плотный, чем теплый. Если включить фантазию, можно представить себе большой воздушный шар, наполненный теплым воздухом, который летит наверх в окружении холодного.

Постоянно соприкасаясь с холодным воздухом, наш шар по мере своего полета вверх постепенно остывает. В идеальной атмосфере этот процесс был бы постоянным, потому что принято считать, что температура воздуха падает в среднем на 3 оС на каждые 1000 футов (приблизительно 300 м). Обучение пилотированию самолета подразумевает оперирование специальными терминами, поэтому правильное будет называть этот перепад температуры стандартный вертикальный градиент.

Но в том-то и дело, что наша атмосфера не идеальна, а любые средние значения так же далеки от реальной жизни, как средняя температура по больнице. В реальной жизни температура может падать быстрее или медленнее, на разных высотах может дуть ветер и меняться давление, а иногда вообще наблюдается такое явление как инверсия – когда воздух на высоте теплее, чем у земли. И все эти факторы будут влиять на скорость подъема нашего условного шара.

Термин «неустойчивость воздушной массы» как раз описывает все происходящее с ним. Если воздушная масса устойчива, шар рано или поздно охладиться до температуры окружающего воздуха и, наконец, зависнет на одной высоте, постепенно смешавшись с окружающим воздухом. Либо содержащаяся в нем влага конденсируется в микроскопические капельки воды, превратится в облако и впоследствии прольется на землю дождем – точь-в-точь, как в детских книжках про круговорот воды в природе.

Но если по каким-то причинам шар продолжает свой подъем наверх, можно говорить, что воздушная масса нестабильна.

Как определить, что атмосфера «нестабильна»

Чем жарче у земли – тем чаще наблюдаются отклонения от среднего значения минус 3 оС на 1000 футов. Это легко объяснимо – чем выше температура воздушной массы, тем больше времени ей нужно, чтобы охладиться. При этом чем выше температура воздушной массы, тем ниже ее плотность, соответственно тем быстрее она поднимается. Проще говоря, в жаркий день мы имеем массу очень теплого воздуха, который поднимается наверх очень быстро – он элементарно не успевает охлаждаться в рамках тех самых средних значений.

А теперь добавим сюда еще и отклонение от среднего значения не в минус, а в плюс. То есть предположим, что конкретно сегодня температура воздуха падает быстрее стандартного вертикального градиента – не на 3, а на 4 оС на 1000 футов. А температура у земли, допустим, равна 31 градусу.

полет на самолете, cessna 172, обучение пилотированию
 
Теперь представим, что в таких условиях наш воздушный шар улетел на 1000 футов. Предположим, что воздух в нем еще не достиг точки насыщения. Это значит, что относительная влажность воздуха все еще ниже 100% (влажность добавим позже), так что он пока не превращается в облако.

Но на высоте 1000 футов воздух в шаре все еще сильно теплее окружающего воздуха. Что произойдет? Правильный ответ: он продолжит подниматься наверх, пока его температура не сравняется с температурой окружающих масс. Когда это произойдет? Правильный ответ: очень нескоро, а может и никогда. Нередко облака вертикального развития пробивают всю толщу тропосферы, могут достигать тропопаузы и даже стратосферы.  

Все потому, что когда вертикальный градиент температуры превышает 3 оС на 1000 футов – то есть воздух по мере набора высоты охлаждается быстрее этого значения – считается, что атмосфера абсолютно нестабильна. В таких условиях поднимающаяся от земли масса теплого воздуха будет всегда оставаться окружающего воздуха и продолжит подниматься наверх.

Характерный пример теплой, быстро поднимающейся воздушной массы в летнее время – так называемые термики, о которых мы уже рассказывали в упомянутой выше статье про полеты на самолете в теплое время года.

Добавим воды
Для формирования грозы в предыдущем примере не хватает всего одного ингредиента – влажности. Допустим, что запущенный нами с поверхности земли шар теплого воздуха сформировался над пашней, большим водоемом, трубой какой-нибудь ТЭЦ, поэтому достаточно насыщен влагой.

Итак, по мере подъема наверх воздух охлаждается. Его температура падает, приближаясь к точке росы. По мере ее достижения, влага начнет конденсироваться. Именно в этот момент невидимый до этого «шар» превратится в хорошо видимое с земли облако.

полет на самолете, cessna 172, обучение пилотированию
 
Высота, на которой этой произойдет, называется уровень конвективной конденсации – это наименьшая высота, на которой происходит образование облаков из-за нагревания земли. И это именно та высота, на которой висят столь любимые детьми и романтиками всех возрастов «барашки» кучевой облачности.

Планируя полет на самолете, важно обращать внимание на нижнюю границу этой облачности. А если быть точнее – на так называемые основания облаков. Если провести по ним условную черту, это и будет уровень конвективной конденсации.
 
полет на самолете, cessna 172, обучение пилотированию

Что происходит внутри облака

В процессе конденсации водяного пара высвобождается тепловая энергия. Благодаря этому облако теперь охлаждается гораздо медленнее, чем 3 оС на 1000 футов.

Скорость охлаждения зависит от окружающей температуры в целом. Теплый воздух способен удерживать больше влаги, чем холодный. Поэтому летом в особо жаркую погоду кучевое облако способно концентрировать в себе огромную массу воды, затем проливаясь на землю мощным ливнем.

полет на самолете, cessna 172, обучение пилотированию
 
Суть графика: чем выше температура, тем больше влаги удерживают облака


В свою очередь воздух, освободившийся от лишней влаги (которая превратилась в воду), да еще дополнительно подогретый высвободившейся энергией, продолжает с огромной скоростью подниматься наверх. Внутри кучевого облака в этот момент возникают мощнейшие восходящие потоки. В отдельных случаях их скорость может достигать 80-90 км/ч. Согласитесь, не самое приятное, с чем можно столкнуться, отправившись в полет на самолете вроде маленькой Cessna 172.

Само облако, распираемое изнутри восходящими потоками, в этот момент стремительно растет вверх. Весьма характерная форма, почти наверняка позволяющая отличить грозовое облако от «просто кучевого» - так называемая наковальня.

полет на самолете, cessna 172, обучение пилотированию

Внутри грозового облака образуется мощная турбулентность, под воздействием которой микроскопические капельки влаги собираются в крупные капли. Они оседают в нижней части облака, приобретая положительный заряд.

Верхняя, почти свободная от влаги часть облака в это время накапливает заряд отрицательный. Эта разница рано или поздно приводит к электрическим разрядам, которые мы и называем грозой. Примечательно, что с земли такое облако может по-прежнему выглядеть безобидным «барашком», не предвещая ничего плохого.

Крайне сложно поверить, что внутри этого симпатичного клубка «сахарной ваты» сейчас бушует невообразимая стихия и трещат электрические разряды. Вот почему российские авиационные правила запрещают полеты на самолете (любом!)  сквозь кучево-дождевую облачность.

Кроме того, рядом с восходящими потоками почти наверняка обязательно есть нисходящие. В случае с грозой они часто приводят к сильному сдвигу ветра. Это обязательно нужно иметь в виду, пытаясь обойти грозовое облако снизу. 2 июля 1994 года сдвиг ветра, вызванный грозой, привел к авиакатастрофе McDonnell Douglas DC-9-31 компании USAir. Пилоты потеряли управление при попытке уйти на второй круг, погибли 37 из находившихся на борту 57 человек.

Полет на самолете в грозу. Вид из кабины экипажа:


Повторение пройденного:
Косвенные признаки, по которым можно предположить скорую грозу:
- очень жаркий день
- рядом с местом полетов есть источники, активно испаряющие в воздух влагу (сельскохозяйственные земли, заводские трубы, водоем и т.д.)
- впрочем, если день ветреный, источники повышенной влажности могут быть и не рядом
- вертикальный градиент падения температуры превышает 3 оС на 1000 футов
- быстрое (в прямом смысле слова, на глазах) формирование кучевых облаков и их стремительный рост по вертикали

Кстати
Грозовое облако в среднем имеет диаметр 20 км, а продолжительность его жизни составляет примерно 30 минут. В любой момент времени на планете Земля насчитывается от 1800 до 2000 грозовых облаков, что в год дает примерно 100 тыс. гроз во всем мире. При этом далеко не каждая из них сопровождается ливнем. Молния может бить на расстоянии до 10 км от самого дождя. Примерно каждая десятая гроза попадает в категорию «крайне опасных».