Текст книги "Вопросы о погоде"
Автор книги: Павел Астапенко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 19 (всего у книги 32 страниц)
12.12. Существуют ли воздушные ямы?
В воздухе никаких участков пространства с вакуумом, или воздушных ям, существовать не может. Но вертикальные порывы в неспокойном, турбулентно возмущенном потоке вызывают броски самолета, создающие впечатление его проваливания в пустоты. Они-то и породили этот термин, в наши дни уже выходящий из употребления. Болтанка самолета, связанная с турбулентностью воздуха, вызывает неприятные ощущения у пассажиров и экипажа самолета, затрудняет полет, а при чрезмерной интенсивности может представлять и опасность для полета.
12.13. Что такое потолок самолета?
Это наибольшая высота, на которую может подняться самолет при определенном режиме полета. Потолок самолета зависит от его конструкции, рассчитанной на стандартные условия состояния атмосферы.
При горизонтальном полете двигатели самолета имеют некоторый запас мощности – избыток тяги, используя который можно набирать высоту, то есть иметь в полете некоторую вертикальную скорость. Высота, на которой у самолета иссякает избыток тяги и вертикальная скорость становится равной нулю, и есть теоретический потолок самолета. Однако на такой высоте устойчивость и управляемость самолета становятся недостаточными, и в интересах обеспечения безопасности полетов пользуются практическим потолком, или так называемой предельно допустимой высотой полета, на которой максимальная вертикальная скорость равна для реактивных самолетов 5 м/с, а для поршневых 0,5 м/с.
В реальной обстановке конкретного полета практический потолок может несколько изменяться в зависимости от фактически наблюдающихся атмосферных условий, отличных от расчетных значений стандартной атмосферы.
12.14. Как зависит от метеорологических условий предельно допустимая высота полета?
Для современных самолетов, летающих с дозвуковой скоростью, предельно допустимая высота полета возрастает на 50 м на каждый градус отрицательного отклонения температуры на этой высоте от значений ее в СА и, наоборот, она понижается на 50 м на каждый градус положительного отклонения температуры воздуха от СА. Таким образом, чем ниже температура воздуха на высотах, тем выше практический потолок, или предельно допустимая высота полета самолета. Для сверхзвуковых самолетов отклонение температуры воздуха от СА дает приблизительно в два раза больший эффект – каждому градусу отклонения температуры соответствует 100 м изменения высоты.
12.15. Что такое «число М»?
Это характеристика сжимаемости воздушного потока. Число М отражает отношение воздушной скорости к скорости звука. Скорость звука в атмосфере, как известно, возрастает с ростом температуры воздуха. Число М, следовательно, зависит не только от скорости перемещения самолета в воздухе, но и от температуры воздуха. При равенстве значений воздушной скорости и скорости звука число М = 1. Поэтому при М < 1 режим полета самолета считается дозвуковым, а при M>1 – сверхзвуковым. Так как характер обтекания самолета воздушным потоком зависит от степени сжимаемости последнего, то число М является еще и характеристикой воздушного потока: при М < 0,5 поток – несжимаемый дозвуковой, при 0,5 ≤ ≤ M < 0,8 – сжимаемый дозвуковой, при 0,8 ≤ М < < 1,2 – околозвуковой, при 1,2 ≤ М < 5 – сверхзвуковой, а при М > 5 – гиперзвуковой.
От значений числа М зависят такие важнейшие характеристики самолета, как подъемная сила, лобовое сопротивление, предельно допустимая скорость полета. У сверхзвуковых самолетов, кроме того, число М определяет угол, под которым распространяется за самолетом ударная (звуковая) волна. Синус угла между направлением полета сверхзвуковых самолетов и фронтом ударной волны – величина обратно пропорциональная числу М.
12.16. Что представляет собой звуковой удар, возникающий за сверхзвуковым самолетом?
Сверхзвуковой самолет, как и всякое твердое тело, движущееся со скоростью, превышающей скорость звука, сталкиваясь с частицами воздуха, порождает ударные волны. За самолетом возникает так называемый конус возмущений, представляющий собой фронт ударной волны – границу между возмущенным и невозмущенным пространством, где наблюдается скачок уплотнений, то есть резкое изменение давления, плотности и температуры воздуха. При достижении земной поверхности фронт ударной (звуковой) волны вызывает мгновенное колебание давления – звуковой удар, напоминающий звук орудийного выстрела (рис. 59). Интенсивность звукового удара зависит от многих факторов, в том числе от высоты, режима и скорости полета, определяемых конструкцией, массой самолета и состоянием атмосферы (распределением с высотой температуры, влажности воздуха и скорости ветра). Максимальной силы звуковой удар достигает при переходе от дозвукового режима полета к сверхзвуковому и наоборот, то есть при резких изменениях скорости полета, когда самолет преодолевает звуковой барьер. В некоторых случаях сила звукового удара за сверхзвуковым самолетом может быть столь значительной, что способна вызывать сильные болезненные ощущения у людей и животных, разрушать легкие непрочные строения, разбивать стекла в домах и т. п. Во избежание этого сверхзвуковые самолеты должны производить переход от дозвукового режима полета к сверхзвуковому и наоборот или над безлюдной местностью (например, над поверхностью океана), или на безопасной высоте, точно рассчитываемой для каждого конкретного случая.
12.17. Чем занимается авиационная климатология?
Это прикладная наука, изучающая влияние климатических факторов на авиационную технику и деятельность авиации. Практически в авиационной климатологии последних лет определились два основных направления:
1) разработка методов расчета авиационно-климатических показателей, характеризующих условия полетов и учитываемых при проектировании и эксплуатации аэродромов;
2) изучение и описание климата различных районов земного шара применительно к интересам метеорологического обеспечения авиации.
Учет особенностей климата стал необходимым не только при строительстве аэродромов, прокладке воздушных трасс и разработке новой авиационной техники и аэродромного оборудования, но и при составлении расписания движения самолетов. Составление авиационно-климатических атласов, справочников и описаний аэродромов, аэродромных узлов и авиационных трасс производится в соответствии с методами и требованиями авиационной климатологии. Последние лежат в основе всех программ машинной обработки климатических материалов по данным метеорологических наблюдений на аэродромах.
12.18. Как влияет погода на мореплавание?
Мореплавание с древнейших времен тесно связано с погодой. Важнейшими метеорологическими величинами, определяющими условия плавания морских судов, всегда были ветер и обусловленное им состояние морской поверхности – волнение, горизонтальная дальность видимости и явления, ее ухудшающие (туман, осадки), состояние неба – облачность, солнечное сияние, видимость звезд, солнца, луны. Кроме того, моряков интересует температура воздуха и воды, а также наличие морских льдов в высоких широтах, айсбергов, проникающих в акватории умеренных широт. Не последнюю роль для оценки условий плавания играют сведения о таких явлениях, как грозы и кучево-дождевые облака, чреватые опасными для морских судов водяными смерчами и сильными шквалами. В низких широтах мореплавание связано еще и с опасностью, которую несут с собой тропические циклоны – тайфуны, ураганы и т. п.
Погода для моряков – прежде всего фактор, определяющий безопасность плавания, затем – фактор экономический, и, наконец, как и для всех людей, – фактор комфорта, самочувствия и здоровья.
12.19. Как практически используется информация о погоде в мореплавании?
Решающее значение информация о погоде – прогнозы погоды, включающие расчетные данные о ветре, волнении и положении циклонических вихрей, как низкоширотных, так и внетропических, – имеет для морской навигации, то есть для прокладки маршрутов, обеспечивающих наиболее быстрое, экономически эффективное плавание с минимальным риском для судов и грузов и с максимальной безопасностью для пассажиров и экипажей.
Климатические данные, то есть сведения о погоде, накопленные за многие предшествующие годы, служат основой для прокладки морских торговых путей, связывающих между собой континенты. Они также используются при составлении расписания движения пассажирских судов и для планирования морских перевозок. Условия погоды необходимо учитывать и при организации погрузо-разгрузочных работ (когда дело касается грузов, подверженных влиянию атмосферных условий, например чая, леса, фруктов и т. п.), рыбного промысла, туристско-экскурсионного дела, спортивного мореплавания.
12.20. В чем опасность обледенения для морских судов?
Обледенение морских судов – бич мореплавания в высоких широтах, однако при температурах воздуха ниже нуля оно может иметь место и в средних широтах, особенно при сильном ветре и волнении, когда в воздухе много брызг. Главная опасность обледенения заключается в повышении центра тяжести судна из-за нарастания льда на его надводной части. Интенсивное обледенение делает судно неустойчивым и создает реальную угрозу опрокидывания.
Скорость отложения льда при замерзании брызг переохлажденной воды на рыболовных траулерах в Северной Атлантике может достигать 0,54 т/ч, а это значит, что через 8-10 ч плавания в условиях интенсивного обледенения траулер опрокинется. Несколько меньшая скорость отложения льда в снегопадах и переохлажденном тумане: для траулера она соответственно равна 0,19 и 0,22 т/ч.
Наибольшей интенсивности обледенение достигает в тех случаях, когда ранее судно находилось в районе с температурой воздуха значительно ниже 0°C. Примером опасных условий обледенения в умеренных широтах может служить Цемесская бухта на Черном море, где во время сильных северо-восточных ветров, при так называемой новороссийской боре, зимой замерзание водяной пыли и брызг морской воды на корпусах и палубных надстройках судов происходит столь интенсивно, что единственное эффективное средство сберечь судно – уйти в открытое море, за пределы воздействия боры.
12.21. Как воздействует на движение судна ветер?
По данным специальных исследований, проведенных в 50 и 60-е годы, попутный ветер увеличивает скорость судна примерно на 1%, тогда как встречный ветер способен уменьшить ее в зависимости от размеров судна и его загрузки на 3-13%. Еще более значительно воздействие на судно морских волн, вызываемых ветром: скорость судна является эллиптической функцией высоты и направления волн. На рис. 60 показана эта зависимость. При высоте волны более 4 м морские суда вынуждены замедлять ход или менять курс. В условиях высокого волнения продолжительность плавания, расход топлива и опасность повреждения груза резко увеличиваются, поэтому на основе метеорологической информации маршрут прокладывается в обход таких районов.
12.22. Как влияет погода на работу речного транспорта?
Плохая видимость, колебания уровня воды в реках и озерах, замерзание водоемов – все это сказывается как на безопасности, так и на регулярности плавания судов, а также на экономических показателях их эксплуатации. Ранние ледоставы на реках, как и позднее вскрытие рек ото льда, сокращает период навигации. Применение ледокольных средств удлиняет сроки навигации, но удорожает стоимость перевозок.
12.23. Насколько велика зависимость наземного транспорта от метеорологических условий?
Ухудшение видимости из-за туманов и осадков, снежные заносы, гололедные явления, ливни, наводнения и сильные ветры затрудняют работу автомобильного и железнодорожного транспорта, не говоря уже о мотоциклах и велосипедах. Открытые виды транспорта более чем в два раза чувствительнее к неблагоприятной погоде, чем закрытые. В дни с туманом и обложными осадками поток автомобилей на дорогах сокращается на 25-50% по сравнению с потоком в ясные дни. Наиболее резко на дорогах в ненастные дни уменьшается количество личных автомобилей. По этой причине трудно установить точную количественную связь между метеорологическими условиями и дорожными происшествиями, хотя такая связь несомненно существует. Несмотря на уменьшение потока автомашин в плохую погоду, число аварий при гололеде возрастает на 25% по сравнению с сухой погодой; особенно часты аварии при гололеде на поворотах дороги с плотным движением.
В зимние месяцы в умеренных широтах основные затруднения наземного транспорта связаны со снегом и льдом. Снежные заносы требуют расчистки дорог, осложняющей движение, и установки заградительных щитов на участках дорог, не имеющих снегозащищенных насаждений.
12.24. Каков механизм снегозащиты с помощью щитов?
Щит, поставленный вертикально и ориентированный перпендикулярно к потоку воздуха, с которым переносится снег, создает за собой зону турбулентности, то есть неупорядоченного вихревого движения воздуха (рис. 61). В пределах турбулентной зоны вместо переноса снега идет процесс его отложения – растет сугроб, высота которого в пределе совпадает с толщиной зоны турбулентности, а длина – с протяженностью этой зоны, которая, как установлено опытным путем, примерно равна пятнадцатикратной высоте щита. Сугроб, создающийся за щитом, напоминает по форме рыбу.
12.25. Можно ли по температуре воздуха предвидеть обледенение дорожного покрытия?
Образование на дорогах ледяной корки обусловливается не только режимом температуры, но и влажностью, наличием осадков (в виде переохлажденного дождя или мороси, падающей на ранее сильно выхоложенное покрытие). Поэтому по одной температуре воздуха делать вывод о гололедице на дорогах рискованно, однако температурный режим остается наиболее важным показателем опасности обледенения дорог: минимальная температура поверхности дороги может быть на 3°C ниже минимальной температуры воздуха.
12.26. Насколько эффективно использование соли для растапливания снега на дорогах?
Соль, которую разбрасывают на дорогах и на тротуарах, действительно предотвращает образование ледяной корки, растапливая снег. Смесь снега с солью остается
жидкой не смерзающейся массой при температуре до – 8°C, расплавление льда солью может быть достигнуто даже при температуре -20°C, хотя процесс таяния будет значительно менее эффективным, чем при температуре, близкой к 0°C. Практически освобождение дорог от снега с помощью соли эффективно при толщине снежного покрова до 5 см.
Однако использование соли для очистки дорог от снега имеет негативную сторону: соль вызывает коррозию автомобилей и загрязняет водоемы хлоридами, а почву вблизи дорог – натрием в избыточной концентрации (см. также 13.10). Поэтому в ряде городов этот способ борьбы с обледенением дорог запрещен.
12.27. В чем специфика влияния погоды на работу железнодорожного транспорта?
Колебания температуры воздуха в зимнее время могут вызвать обледенение рельсов и линий связи, а также подвижного состава, когда он стоит на запасных путях; бывают, хотя и сравнительно редко, и случаи обледенения пантографов на электропоездах. Все эти особенности влияния метеорологических условий на работу железнодорожного транспорта требуют использования специальной техники и связаны с дополнительными затратами труда и денежных средств в объеме 1-2% стоимости оперативных эксплуатационных расходов. В целом же железнодорожный транспорт менее других видов транспорта зависит от условий погоды, недаром рекламные проспекты железных дорог часто утверждают, что «железная дорога работает и тогда, когда все другие виды транспорта бездействуют». Хотя это и преувеличение, но оно не слишком далеко от истины. Впрочем, от стихийных бедствий, вызванных аномалиями погоды, железные дороги не застрахованы точно так же, как и другие отрасли народного хозяйства: сильные бури, наводнения, оползни, селевые потоки, снежные обвалы разрушают железнодорожные пути, как и автомобильные дороги; гололед, интенсивно отлагаясь на контактных проводах электрических железных дорог, обрывает их так же, как и провода ЛЭП или обычных линий связи. Следует добавить, что увеличение скорости движения поездов до 200-240 км/ч породило угрозу переворачивания поезда под действием ветра.
12.28. Как предотвращают отложение снега у железнодорожных путей, проложенных на насыпях или в выемках грунта?
В холмистой местности для уменьшения снежных заносов устанавливают заградительные щиты, изменяют наклон полотна, что способствует ослаблению приземного вихря (рис. 62 а), или же сооружают невысокие насыпи (рис. 62 б, в). Насыпь не должна быть слишком крутой, иначе создается заметный подветренный вихрь, а это приводит к накоплению снега на подветренной стороне насыпи.
ПОГОДА И СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
Едва ли существует другая отрасль человеческой деятельности, в такой мере связанная с метеорологическими условиями, как сельское хозяйство. При этом если распространение сельскохозяйственных культур на земном шаре и видов сельскохозяйственной продукции в значительной степени определяется климатом, то урожайность культур и продуктивность сельскохозяйственного производства в огромной степени зависят от сложившихся в данный год условий погоды.
Зависимость сельскохозяйственного производства от условий погоды довольно сложная – не существует абсолютно оптимальных условий, одинаково благоприятных для всех отраслей сельского хозяйства и даже для всех выращиваемых в данной местности культур. В ряде случаев условия, благоприятные для одной отрасли или для одной сельскохозяйственной культуры, оказываются неблагоприятными для другой отрасли или культуры. С этой точки зрения приобретает важное значение правильная ориентировка сельскохозяйственного производства на развитие таких отраслей хозяйства и выращивание таких культур, которые дополняли бы друг друга и в неблагоприятные для одной из них годы были способны компенсировать потери. В этом отношении ориентацию сельского хозяйства отдельных районов на монокультуру специалисты считают нерациональной. Однако следует считаться и с другими аспектами экономики сельскохозяйственного производства, и прежде всего с социальными, с интересами страны в целом, а не только данного района. Но, как бы то ни было, не принимать во внимание особенности климата каждого района и колебания в условиях погоды, непосредственно сказывающиеся на продуктивности сельскохозяйственного производства, – нельзя.
13.1. От каких метеорологических величин в первую очередь зависит урожайность сельскохозяйственных культур?
Хотя урожай определяется погодой в целом, то есть всем комплексом метеорологических величин и явлений, влияющих на развитие и созревание растений, решающими можно считать три величины: температуру воздуха, атмосферные осадки и солнечную радиацию. Во многих районах умеренных и особенно низких широт самый важный для урожайности сельскохозяйственных культур метеорологический фактор – осадки в период развития растений, например в фазе развития зерна.
13.2. Как влияют осадки на урожайность сельскохозяйственных культур?
Зависимость урожайности большинства культур от количества и сроков выпадения осадков наиболее заметна в районах недостаточного увлажнения, особенно сильно она проявляется у засухонеустойчивых сортов. Для злаков решающее значение имеет накопление влаги в почве за счет осадков, выпадающих в период, предшествующий севу, а также в первой половине лета, когда наблюдается наиболее интенсивный рост растений. В средней полосе Европейской части СССР вклад осадков в урожайность зерновых культур возрастает с северо-запада на юго-восток. Прибавка урожая кукурузы за счет благоприятного распределения осадков в вегетационный период составляет, в зависимости от характера почвы, удобрений и сорта семян, от 2 до 9 ц/га.
На Украине, в Сумской области, в годы с хорошим увлажнением в вегетационный период (435 мм осадков) урожай свеклы на 220 ц/га превышает урожай ее в годы с недостаточным увлажнением (200 мм осадков за тот же период).
На полупустынных равнинах США урожайность пшеницы на 36-80% зависит от осадков, на равнинах Техаса – на 55-66%, в прериях Саскачевана (Канада) – на 36 – 62%. В Индии и Израиле осадки определяют примерно 75% изменчивости урожайности пшеницы.
При оценке влияния осадков на урожаи следует учитывать также и режим температуры, испарения выпавшей влаги и усвоения ее растениями.
13.3. В чем опасность засух для земледелия?
Засухи – явление, эпизодически повторяющееся в районах недостаточного увлажнения. Это результат длительного недостатка осадков, обычно сопровождающегося пониженной влажностью и повышенной температурой воздуха. Засухи вызывают снижение запасов влаги в почве, следствием чего бывает замедленный рост или даже гибель растений.
Возникновение засух связано с такими аномалиями атмосферной циркуляции, при которых преобладающим становится поступление масс сухого континентального воздуха и формирование антициклонов, препятствующих передвижению атмосферных фронтов и связанных с ними масс влажного морского воздуха. Этот процесс не всегда удается своевременно распознать и принять необходимые меры для предотвращения или уменьшения потерь урожая, что еще больше усугубляет опасность засух. В Австралии, например, засуха, как правило, успевает охватить примерно 10% территории, прежде чем она оказывается зарегистрированной. Потери от засух в этой стране превышают потери от других стихийных бедствий, таких, как наводнения, ураганы и пр.
В некоторых земледельческих районах мира засушливые годы почти столь же часты, как и годы с нормальными условиями. Например, на Великих равнинах в США в шести округах за последние 100 лет отмечено от 42 до 49 засух, в том числе очень сильных – от 11 до 18.
В ряде районов нашей страны, например в Заволжье, на юго-востоке Европейской части, засухи также случаются довольно часто, и без искусственного орошения полей там невозможно гарантировать устойчивые ежегодные урожаи.
