Животворев А.С., Драбо А.И., Пигарев А.Е.
ОЦЕНКА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ В ПОДОБЛАЧНОМ СЛОЕ *
Аннотация:
в работе приведена оценка горизонтальной дальности видимости в подоблачном слое ат-мосферы на основе различных типов оптических моделей атмосферы. Приведен расчет го-ризонтальной дальности видимости на модельных примерах и оценка полученных резуль-татов
Ключевые слова:
авиационно-технические системы горизонтальная дальность видимости, типы оптических моделей, поверхность земли
УДК 551.5
Животворев А.С.
начальник смены – инженер метеогруппы
Вооружённые силы Российской Федерации
(г. Сызрань, Россия)
Драбо А.И.
канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической гидрометеорологии
Вооружённые силы Российской Федерации
(г. Воронеж, Россия)
Пигарев А.Е.
канд. геогр. наук, доцент кафедры теоретической гидрометеорологии
Вооружённые силы Российской Федерации
(г. Воронеж, Россия)
ОЦЕНКА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ДАЛЬНОСТИ
ВИДИМОСТИ В ПОДОБЛАЧНОМ СЛОЕ
Аннотация: в работе приведена оценка горизонтальной дальности видимости в подоблачном слое атмосферы на основе различных типов оптических моделей атмосферы. Приведен расчет горизонтальной дальности видимости на модельных примерах и оценка полученных результатов.
Ключевые слова: авиационно-технические системы горизонтальная дальность видимости, типы оптических моделей, поверхность земли.
Диагностическая и прогностическая информация о видимости в атмосфере имеет большое значение как в вопросах авиационной безопасности, так и в вопросах управления метеозависимыми авиационно-техническими системами (АТС), представляющими собой сложные комплексы вида «человек – техника – природная среда». В АТС природа рассматривается в качестве противника, оказывающего бессознательное сопротивление выполнению поставленных задач. Сложность управления АТС обусловлена стохастичностью влияния на них погодных условий, часто ухудшающих дальность видимости. Существуют несколько видов видимости в атмосфере. Так, посадочная видимость входит в понятие минимума погоды командира экипажа, который определяет способность летчика совершить посадку на данном аэродроме [3]. На основе предельных значений горизонтальной (метеорологической оптической) дальности видимости выписываются штормовые предупреждения. Дальность видимости на взлетно-посадочной полосе и высота принятия решения необходима при выполнении полетов в условиях категорированных минимумов и.т.д.
Существующие способы диагноза и прогноза видимости во многом основаны на использовании метеорологических выборок, то есть используют статистические связи между случайными величинами, когда одному значению вектора предикторов соответствует целое распределение предиктанта. Особенность использования архивных метеорологических данных сопряжена с необходимостью выполнения требования репрезентативности. Только при выполнении этого условия разработанный способ прогноза предположительно даст адекватные результаты при его практическом использовании. Кроме того, необходим учет местных физико-географических особенностей района базирования и горизонт прогноза.
В качестве альтернативы методам математической статистики в работе предлагается использование метода математического моделирования для изучения распределения видимости по высоте. Выводы, полученные на его основе, позволят обобщить информацию о видимости на конкретные метеорологические условия в пункте базирования с целью их учета в процессе управления метеозависимыми АТС.
Как показано в [1], распределение горизонтальной видимости по высоте можно описать полиномом второй степени вида:
где – метеорологическая оптическая дальность видимости (МОДВ) на высоте – коэффициенты полинома.
Если , то – МОДВ (горизонтальная видимость) у поверхности земли в метрах, определяемая на метеостанции.
На основе исследований [1, 2] установлены несколько ТОМ вертикального распределения горизонтальной метеорологической оптической дальности видимости в подоблачных слоях и в адвективном тумане (рис. 1).
1 – под слоистыми облаками высотой 150 м и менее; 2 – то же выше 150 м;
3 – под слоисто-кучевыми облаками высотой 200-400 м; 4 - то же выше 400 м
Рис. 1. Кривые распределения горизонтальной МОДВ
под слоистыми и слоисто-кучевыми облаками
I ТОМ характеризуется наиболее быстрым ухудшением МОДВ (кривая 1 на рис. 1) при высоте слоистых облаков 150 м и менее, подоблачная дымка почти во всех случаях достигает поверхности земли. Этот тип распределения видимости аппроксимирован выражением [1]
II ТОМ при высоте слоистых облаков более 150 м (кривая 2 на рис. 1) характеризуется относительно медленным уменьшением видимости при увеличении высоты в приземном слое атмосферы. Этот тип распределения видимости аппроксимирован выражением
В выражениях (2) и (3) – МОДВ на нижней границе облаков Н. В работе [1] показано, что = 80 м.
Существуют и другие ТОМ, но наиболее подробно изучены I и II ТОМ. Их характеристики представлены таблице 1 [1].
Таблица 1. Характеристика I и II ТОМ
|
Тип ОМ |
Характеристика изменения горизонтальной МОДВ в зависимости от высоты |
Облака, туман, видимость |
Сопровождающие явления погоды и параметры атмосферы |
|
I |
Быстрое и непрерывное уменьшение горизонтальной МОДВ от поверхности земли до НГО или до плотной части тумана |
Слоистые облака H ≤ 150 м, S0 ≤ 3км
|
Дымка, морось, мелкий снег, снежные зерна. Относительная влажность у поверхности земли f ≥ 95 %, скорость ветра не более 6 м/с |
|
Адвективный туман; частично фронтальный туман |
Морось, мелкий снег, относительная влажность близка или равна 100 %. Скорость ветра не более 9 м/с |
||
|
II |
Медленное уменьшение горизонтальной МОДВ вблизи поверхности земли, затем быстрое – при приближении к НГО |
Слоистые (слоисто-кучевые) облака 150 < H ≤ 200 м, 1 ≤ S0 ≤ 4 км
|
Дымка, морось, мелкий снег, снежные зерна. Преобладающие значения относительной влажности 91 < f ≤ 96 %. Скорость ветра не более 8 м/с |
Из этой таблицы видно, что с этими моделями связаны наиболее сложные летно-метеорологические условия, учет которых особенно важен на всех этапах выполнения полетов. В данной работе моделирование дальности видимости проведено для I ТОМ.
Для численного моделирования горизонтальной дальности видимости на высоте полета h для I ТОМ воспользуемся выражением (2), у которого коэффициенты А, В и С соответственно равны.
Рассмотрены три случая.
1) У земли наблюдаются следующие условия: высота нижней границы облачности (ВНГО) H= HНГО = 120 м, дальность видимости SМ0 = 2000 м (120×2000). Тогда значения коэффициентов
С учетом этого модель (1) для условий погоды у поверхности земли
120×2000 можно переписать в следующем виде
От поверхности земли до ВНГО через каждые 10 метров рассчитаны значения SМh по формуле (4) и построен соответствующий график (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость дальности видимости от высоты
в подоблачном слое при адвективном процессе (120×2000)
Для оценки динамики изменения видимости рассчитан градиент видимости на каждые 10 метров высоты и построен график (рис. 3).
Рис. 3 – Зависимость градиента дальности видимости от высоты
в подоблачном слое при адвективном процессе (120×2000)
2) У земли наблюдаются следующие условия: высота нижней границы облачности Н = ННГО = 100 м, дальность видимости SМ0 = 1000 м. Тогда значения коэффициентов
С учетом этого модель (1) для условий погоды у поверхности земли 100×1000 можно переписать в следующем виде:
От поверхности земли до ВНГО через каждые 10 метров рассчитаны значения SМh по формуле (5) и построен соответствующий график (рис. 4).
Рис. 4. Зависимость дальности видимости от высоты
в подоблачном слое при адвективном процессе (100×1000)
Для оценки динамики изменения видимости рассчитаем градиент видимости на каждые 10 метров высоты (рисунок 5).
Рис. 5. Зависимость градиента дальности видимости от высоты
в подоблачном слое при адвективном процессе (100×1000)
3) У земли наблюдаются следующие условия: высота нижней границы облачности Н = ННГО = 80 м, дальность видимости SМ0 = 800 м. Тогда значения коэффициентов
С учетом этого модель (1) для условий погоды у поверхности земли 100×1000 можно переписать в следующем виде:
От поверхности земли до ВНГО через каждые 10 метров рассчитаны значения SМh по формуле (6) и построен соответствующий график (рисунок 6).
Рис. 6. Зависимость дальности видимости от высоты
в подоблачном слое при адвективном процессе (80×800)
Для оценки динамики изменения видимости рассчитан градиент видимости на каждые 10 метров высоты (рис. 7).
Рис. 7. Зависимость градиента дальности видимости от высоты
в подоблачном слое при адвективном процессе (80×800)
Таким образом, в результате численного моделирования дальности видимости на высоте h для I ТОМ можно отметить следующее.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №9 (66) том 4
Ссылка для цитирования:
Животворев А.С., Драбо А.И., Пигарев А.Е. ОЦЕНКА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ДАЛЬНОСТИ ВИДИМОСТИ В ПОДОБЛАЧНОМ СЛОЕ // Вестник науки №9 (66) том 4. С. 354 - 364. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/10080 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+