Burkhard Martens Thermikbuch
Градієнт температури показує, як змінюється висотою тепература. Чим швидше зменшується температура із зростанням висоти, тим паче нестабільне повітря. Нестабільність повітря дуже важлива для формування термічних потоків і впливає на їхню швидкопідйомність і висоту. Тому важливо знати, як виглядатиме графік температури чи емаграма цього дня. Якщо зі зростанням висоти температура знижується повільно або навіть трохи підвищується, то це говорить про стабільність атмосфери, і утворення потоків тим менш імовірно, що стабільнішим буде повітря. За графіком градієнта температури пілот може отримати багато інформації про погоду та можливість утворення терміків. Якщо він знатиме, як знижується температура із зростанням висоти, то він зможе визначити відносну вологість біля землі, точку роси та максимальну температуру протягом дня. Таким чином він зможе передбачити такі дані про погоду: висота бази хмар, температура сходу потоку, температура, яка має бути на землі, щоб потоки змогли формувати купові хмари, ймовірність грози або очікуваний розвиток хмар та очікувану якість потоків. Все це виглядає досить складно. Але за допомогою наочних прикладів вам стане зрозуміло. Дані про погоду виходять за допомогою радіозонду.
Радіозонд
Рис.9.1Радіозонд, знайдений в Ізартапі (Isartal). Чутливі датчики внизу передають по радіозв'язку отримані дані.
За допомогою радіозонда у метеорології вимірюються параметри атмосфери на високих висотах. Радіозонд вимірює температуру, тиск і вологість повітря, поки куля піднімає зонд вгору. Отримані дані періодично передаються по радіо на станцію землі. За допомогою спрямованого радіозв'язку можна визначити місцезнаходження радіозонда і таким чиномчином, визначити напрямок вітру.
У сучасних радіозондах для цього використовується GPS датчик. Кожен може переглянути діаграму радіозонда в Інтернеті. Оригінальний градієнт температури побудований на рис. 9.18. Усереднені дані переносяться на міліметровий папір. Це показано схематично на рис. 9.2. Старт зонда здійснюється у середині ночі. Для того, щоб передбачити погоду, необхідно переглянути дані, отримані за допомогою зонда, запущеного якомога ближче до потрібного льотного місця. Для Баварських Альп можна переглянути дані з Інсбрука, Штутгарту чи Мюнхена. При південному вітрі найкраще підійдуть дані з Інсбрука, оскільки повітря з Інсбрука переміщається у бік передгір'я Альп. При північному напрямі швидше за все підійдуть дані з Мюнхена.
Рис.9.2За температурним градієнтом (червона крива) і кривою точки роси (зелена крива) можна отримати багато інформації про погоду. Якщо лінії розташовані на значній відстані одна від одної, то повітря дуже сухе. Якщо лінії стикаються, то відносна вологість повітря дорівнює 100%, тобто. радіозонд піднімався крізь хмари. Чим сильніше нахиляється температурна крива вліво, тим нестабільніше повітря. Якщо крива нахиляється вправо, то температура підвищується, і в цьому місці знаходиться інверсійний шар.
Сухе адіабатичне зниження температури повітря, що піднімається, становить приблизно 1.0°С/100метрів. У хмарі відбувається вологе адіабатичне охолодження повітря приблизно на 0,6°С/100метрів.
Вологе охолодження висхідного повітря менше, оскільки під час конденсації при утворенні хмари вивільняється енергія. Вологий адіабатичний спад, крім того, варіюється і може збільшуватись при зменшенні температури. Це відбуваєтьсятому, що холодне повітря вбирає менше вологи, тому вплив енергії, що виділяється при конденсації, буде незначним. У дуже холодному повітрі вологі адіабатичні параметри близькі до сухоадіабатичних.
Щоб передбачити, якими будуть потоки, слід використовувати такі орієнтовні значення. Цю інформацію можна, наприклад, отримати із прогнозу погоди для планерів.
Сила долинного вітру:
Зміна температури між 1000 та 2000 метрів тепер обчислити дуже просто. На перепаді 1000 метрів різниця температури становить 7°С (різниця температури між 25° і 18°), тобто. температурний градієнт становитиме -0,7 (мінус, оскільки температура знижується). З таблиці ми отримуємо такі дані:
Таблиця 9.3Неймовірно гарний день: знизу нестабільне повітря, зверху інверсія. Подальші роз'яснення у наступному абзаці.
Даних таблиці 9.3 достатньо для того, щоб скласти уявлення про потоки протягом дня. Цей приклад ілюструє вищезгаданий хороший маршрутний політ. На малих висотах, до 3000 метрів, у атмосфері має місце сильне зниження температури зі зміною висоти. Зі збільшенням висоти температура дуже швидко знижується, отже термальний потік має значну різницю з температурою навколишнього повітря і поступово збільшує скоропідйомність все більше і більше. Але, що ще важливіше, так це малий градієнт температури між 3000 та 5000 метрів. Це говорить про наявність сильної інверсії на висоті, яка обмежує подальший розвиток купових хмар. Імовірність утворення грози – дуже низька! Якщо температура на 5000 метрах буде не плюс 2 ° С, а наприклад мінус 8 ° С, то температурний градієнт дорівнюватиме -0,9. З цього можна зробити висновок, що на ційвисоті немає інверсійного шару і після полудня з великою ймовірністю утворюється гроза.
За цими нормативними показниками пілот може зробити такі висновки:
- Зростання температури з висотою буває за наявності інверсії, у разі потоки не утворюються.
- Градієнт температури від 0 (Ізотермія) до -0,2 град./100м дуже поганий для маршрутних польотів.
- Градієнт температури від -0,2 до -0,4град./100м дозволяє зробити висновок про наявність дуже слабких потоків та інверсії. На висоті така різниця бажана, але біля землі вона створює погані умови для утворення потоків.
- Градієнт температури між -0,4 та -0,5 град./100м говорить про слабкі потоки. Це хороша погода для навчання польотів у потоках, турбулентність у повітрі несильна. Умови дуже слабкі для великих маршрутів. При такому градієнті потрібно багато часу, перш ніж нагріта бульбашка повітря відірветься від землі. Як тільки потік сходить, він піднімається повільно і підсмоктує багато теплого повітря із навколишньої атмосфери. Ці потоки дуже легко центрувати, вони спокійні, проте вони утворюються через значні проміжки часу.
Було б добре, якби у землі температурний градієнт був від -0,6, тоді потоки утворювалися досить часто і були б досить сильними. Якщо температурний градієнт зростає до -0,8 до -0,9 - це також дуже добре. У цьому випадку потоки плавно піднімаються далі нагору. Тепер градієнт повинен біля бази хмар повільно знижуватися приблизно до - 0,4, щоб поступово зупинити підйом потоку і зменшити турбулентність на краю потоку. Інверсія, що лежить нагорі, перешкоджає утворенню грози, а сухе повітря на цій висоті не дає хмарам рости в ширину.
Рис.9.5Широкі потоки піднімаються нагору. Однак зростання хмар зверху обмежене. Температурний градієнт показує, що на висоті 2000 та 3000 метрів є інверсія. Зміна температури становить там -0,3 ° С на 100 метрів висоти.
Рис.9.6Потік для пілотів-початківців. Широкий, не дуже сильний і піднімається не надто високо. Температурний градієнт на малих висотах становить -0,55, але в висоті 3000 метрів лежить інверсія.
Приклад 1:Santis (2500 м)температура 12°С Jungfraujoch (3573 м) температура 4°С Отже, градієнт температури становить -0,75
Планеристи за своїм досвідом можуть сказати, що хороші умови для маршрутних польотів утворюються тоді, коли різниця температур між Santis і Jungfraujoch становить від 6 ° до 9 ° С. У цьому випадку температурний градієнт дорівнюватиме від -0,58 до -0,84.
Приклад 2:Hohenpeissenberg (977 м) температура 16°С Zugspitze (2960 м)Температура 2°С Температурний градієнт становить -0,71
За досвідом планеристів можна сказати, що хороші умови для маршрутних польотів утворюються, якщо різниця температур між Hohenpeissenberg і Zugspitze становить від 12 ° до 15 ° С. У цьому випадку градієнт становитиме від -0,61 до -0,75.
Якщо різниця температур менша, ніж у наведених даних, потоки будуть слабкими. Якщо різниця температур більша, то повітря буде занадто нестабільним, і через перерозвиток або надто широкі хмари термічна активність дуже швидко закінчиться.
По діаграмі радіозонда пілот може визначити не тільки якість потоків, але ще дані про висоту бази хмар і висоту самих хмар.
Рис.9.7На денному графіку температурного градієнта пілоту показано очікувану температуру. При (сухо-адіабатичному) зниженні температури до -1°С лінія (блакитна) зміщується до температурного градієнта. На тій висоті, де ці лінії перетинаються, потоки припиняються. Тепер постає питання: Чи є хмари? На цьому прикладі їх поки що немає. У цьому можна переконатися, побачивши, що лінія точки роси біля землі піднімається вгору (зелений пунктир - це волога, яка піднімається разом з потоком. Якщо блакитна лінія перетинається з лінією температури навколишнього повітря (червона) нижче, ніж зелений пунктир перетинає лінію температури навколишнього) повітря, хмар не буде (день блакитних терміків).
Рис.9.9(такий самий приклад, як у малюнку 9.7.) Піднімаються потоки піднімають вологе повітря із землі. Перед тим, як синя лінія (температура в потоці) досягне кривої температурного градієнта (червона лінія), вона досягає зеленої вертикальної пунктирної лінії (абсолютна вологість біля поверхні землі), в цій точці відносна вологість в потоцідосягне 100%, і почнуть утворюватися хмари. Тепер температура в потоці починає падати з висотою не так швидко, як раніше. Хмари ростуть до тих пір, поки волого-адіабатичне зниження температури не досягне лінії температурного градієнта. Це і буде верхньою межею хмари.
Рис.9.10(порівняйте з рис. 9.9) Відбувається таке: крива температурного градієнта говорить про відсутність інверсії, а крива точки роси проходить поруч із червоною лінією, отже, загалом повітря вологе. Висока температура і вологість протягом дня і відсутність інверсії є умовами для утворення літньої грози. Графік температури в потоках, що піднімаються, знаходиться поблизу кривої температурного градієнта. Як тільки він досягає пунктирним чином можна визначити висоту бази хмар. Але при подальшому волого-адіабатичному градієнті температура в потоках падає менше, ніж температура навколишнього середовища. Хмари не припиняють зростання і формується гроза.
Рис.9.11На малюнку зображена стікаюча інверсія, див. 3.53 стор. 88. Вона є причиною гарного або поганого термічного дня. Якщо вона на досить великій висоті, потоки можуть піднімати високо, і вона стримує розвиток літньої грози. В області стікаючої інверсії (температура піднімається) відстань між зеленою лінією точки роси та температурною кривою сильно збільшиться. Чим більша відстань, тим суші на цій висоті повітря. Значить якщо повітря тепліше і одночасно суші, то це і є інверсія, що стікає.
База хмар протягом дня піднімається нагору. Якщо база опуститься, почне стікати вологе повітря і хороша погода не затримається. Потім, звісно, піде дощ. Чим вище база хмар, тим легше пілоту шукати потоки і летіти помаршруту. Висоту бази хмар можна прорахувати за спрощеною формулою Хеннігша.
H обл = 125 х (t вз - t тр)
де: Нобл – висота бази хмар; tвз - температура повітря біля землі; tтр – температура точки роси.
Температуру повітря біля землі дуже просто виміряти за допомогою термометра, температуру конденсації дуже просто дізнатися, наприклад, прогнозу погоди для планерів.
Ще один спосіб визначити висоту бази хмар - це отримати дані про вологість повітря біля землі, тобто про ту вологість повітря, яка підніматиметься разом із потоком і утворюватиме хмари. Очевидно, що чим сухіше повітря, тим вища база хмар. У наступній таблиці наведено орієнтовні значення. Вологість можна виміряти за допомогою стандартного гігрометра.