Анализ погоды

Эссе «Анализ погоды»

Гроза

Согласно отчетам и статистике FAA, более 65% задержек в NAS (Национальной системе воздушного пространства) вызваны погодными и связанными с ними факторами. Кроме того, погода по-прежнему играет значительную роль в ряде инцидентов и аварий, зарегистрированных в авиационной промышленности. Несмотря на то, что отчеты NTSB (National Transport and Safety Board) регулярно указывают на человеческие ошибки в качестве непосредственной причины аварий, погода является единственным фактором, способствующим более чем 23% всех авиационных случаев. Общее финансовое воздействие погоды на национальном уровне оценивается в три миллиарда долларов США ежегодно, включая травмы и ущерб, задержки и незапланированные затраты на эксплуатацию. Различные аспекты погоды вносят независимый вклад в то, чтобы сделать погоду опасной для авиационной промышленности. Среди нескольких аспектов погоды гроза является наиболее распространенной и сильной из-за своей интенсивности (Henry, 1930). В данной статье ставится задача проанализировать грозу как наиболее серьезную погодную опасность для авиационной промышленности.

Определения и формирование

Гроза-это небольшая, сильная погодная система, которая формирует мощные ветры, значительные дожди, сопровождающиеся молниями и громом. Департамент погоды определяет грозу как любую грозу с молнией и громом, образованную кучево-дождевым облаком, обычно сопровождающимся сильным дождем и ветром. Иногда гроза сопровождается градом камней и снегом. Грозы, сопровождаемые градом камней, идентифицируются как градовые бури. Грозу иногда называют электрическим штормом или грозовым ливнем. Он может присутствовать в любом месте при двух обстоятельствах: атмосфера должна быть нестабильной, Нижний воздух вблизи поверхности земли должен быть умеренно горячим и влажным. По статистике, более ста молний поражают землю и две тысячи гроз происходят по всему земному шару каждую секунду. Грозы случаются в результате быстрого движения вверх теплого, влажного воздуха. Затем воздух остынет и сгустится, образуя кучево-дождевые облака (CBs), которые могут достигать высоты в километры.

Терминология

Конвективный прогноз - это определенный прогноз погоды, представленный в графической форме и анализируемый NWS-SPC, который дает конкретную информацию о шторме, описывая незначительные, умеренные и высокие риски.

Нисходящий поток - это столб воздуха, который движется к поверхности Земли с высокой скоростью, сопровождаемой осадками, которые выпадают в виде капель или грозы. Сильный нисходящий поток может образовать микроразрыв.

Восходящий поток - это небольшой поток воздуха, который движется вверх. Если воздух имеет достаточный уровень влажности, влага конденсируется, образуя кучевые облака или кучево-дождевые облака.

Турндер-шторм-одно из самых красивых явлений атмосферы, но для пилотов это один из их ночных кошмаров и очень опасное состояние, когда они сталкиваются во время полета. Образование гроз происходит через процесс, известный как конвекция, которая представляет собой движение энергии в форме нагрева. Нагревание атмосферы происходит неравномерно, вызывая дисбаланс в атмосфере, который грозы пытаются исправить. Для формирования грозы необходимы три существенных аспекта. К ним относятся влажность, восходящее движение и нестабильность атмосферы.

Для образования облаков необходимо достаточное количество влаги. Конвекция обычно происходит без присутствия видимых облаков, влага является причиной видимого облака,которое также подталкивает конвекцию к продолжению. По мере того как теплый воздух движется вверх, температура падает, и влага в воздухе конденсируется, образуя облачные капли. В процессе конденсации выделяется много тепла, которое, в свою очередь, заставляет движущийся воздух оставаться на плаву и продолжать подниматься вверх. Подъем воздуха в атмосфере происходит несколькими способами, помимо конвекции. Другие способы включают системы низкого давления, механический подъем, контакты между грозами, поверхностные погодные системы и струйный поток. Каким бы образом ни поднимался воздух, пока он делает соседнюю среду теплее, конвекция будет продолжаться. Скорость, с которой воздух охлаждается, известна как скорость затухания и является степенью атмосферной стабильности. За пределами верхних слоев атмосферы воздух обычно охлаждается со скоростью 2,8 - 5,5 ° с на сотню футов. В случае, когда поднимающийся воздух охлаждается медленнее, чем падающий, он остается сравнительно теплее, чем окружающий воздух, следовательно, он будет продолжать подниматься.

Когда восходящий воздух достигает высшей точки атмосферы или точки росы, он образует воду в виде капель и льда. Поскольку лед и вода плотнее воздуха, они начинают падать на Землю через облака, сливаясь с другими каплями по пути и увеличивая их размер. Движение капель к Земле происходит с большой скоростью, следовательно, вызовет нисходящий поток холодной влаги и воздуха, распространяющийся по поверхности Земли. Это приведет к образованию сильных ветров, которые обычно называют грозами. Как правило, грозы могут происходить в любом географическом месте, но чаще всего они происходят в среднеширотных районах из-за столкновений умеренно горячего и холодного воздуха (Хардинг, 2011).

Формирование грозы происходит в три этапа, которые являются:

Стадия возвышения кучевых облаков: это стадия После того, как убеждение пнуло и можно увидеть образование облака. Эти образовавшиеся облака состоят из жидкой воды. На этом этапе наблюдается вертикальное движение внутри облака, и опасности, связанные с авиацией, включают обледенение и турбулентность.

Зрелая стадия: На этой стадии преобладают как нисходящие, так и восходящие потоки, и происходит образование осадков. Гроза на этой стадии состоит из воды, сильно охлажденной воды и льда. На этом этапе также производится освещение.

Стадия рассеивания: это последняя стадия формирования грозы. Восходящие потоки уменьшились или прекратились, и шторм в основном покрыт нисходящими потоками. Возможно незначительное образование осадков, что в конечном итоге приведет к снижению влажности. Гроза на этой стадии в основном состоит из льда.

Степень или интенсивность грозы определяется составом зрелой стадии. Первая стадия формирования-это кучевые облака, но большинство кучевых облаков не заканчиваются штормами, если только в присутствии доминирующего восходящего потока. Гроза кучевого типа может длиться до полутора часов, в то время как рассеивающийся тип может длиться до одного дня и перемещаться на тысячу миль. Известно, что пилоты летали через кучевые бури практически без происшествий, но должны считать это своей удачей, поскольку все штормы непредсказуемы и могут привести к летальным исходам (“что вызывает комковатые доли облаков? (Local) (спросите погодников) (колонка)”, 2009).

Типы гроз

Пилоты могут столкнуться с грозами разного типа и интенсивности. К типам гроз относятся одноклеточные грозы. Одиночная гроза или обычная гроза-это тот тип гроз, который обычно возникает в теплых и влажных летних условиях. Шторм может быть сильным, сопровождаться градом камней и порывистым ветром.

Многоячеечное или грозовое скопление. Это гроза, которая образуется в кластерах и имеет несколько ячеек. Эти бури могут распространяться на большие территории. Иногда отдельные клетки внутри группы могут двигаться в другом направлении, чем вся система.

Линия Шквала. Линия шквала - это сжатая группа активных штормов, которые часто формируются во время или перед холодным сезоном во влажном, нестабильном воздухе. Он также может образовываться в неустойчивом воздухе на любом фронте. Линия может быть длинной, широкой или жесткой.

Суперячейка. Это буря, которая длится долго и, как известно, вызывает примерно все соответствующие торнадо, и большинство градин больше, чем размер среднего манго в Америке.

Опасность грозы и как она влияет на авиацию

Все грозы имеют опасные для авиации элементы и происходят в многочисленных сочетаниях. Несмотря на то, что не все грозы представляют опасность, очень трудно решить, какой тип опасности представляет гроза. Последствия грозы в авиации зависят от опасностей, которые она содержит. Ниже приведены основные опасности для авиации и их последствия.

Торнадо

Самые сильные грозы втягивают воздух с большей силой в основание облака. Воздух, поступающий внутрь, может иметь вращательное движение, таким образом образуя сильное вращательное движение от основания и прямо в облако. Скорость движения может превысить двести узлов и образовать внутри облака комнату очень низкого давления, в которой будут собираться обломки, пыль и любые твердые предметы. Помещения низкого давления образуют коническое облако, которое простирается вниз от основания кучево-дождевого облака. Если самолет попадает в торнадо, это 100%, что он потеряет чувство контроля, и структурный корпус может быть разорван на куски. Облака, связанные с интенсивными грозами, могут иметь скрытый торнадо.

Турбулентность

Грозы могут вызвать опасную турбулентность, а сильная может разрушить самолет. Самая сильная турбулентность внутри облака происходит между нисходящими и восходящими потоками. Пилоты могут столкнуться с умеренной турбулентностью на краю облака на много километров выше облака. Его также можно увидеть примерно в двадцати милях от края облака наковальни. Пилотам трудно поддерживать постоянную высоту в случае турбулентности, и, управляя рулем, это усиливает нагрузку на самолет. Напряжение сводится к минимуму, когда самолет поддерживается на постоянной высоте. Последствия турбулентности варьируются от толчков и раскачивания самолета, которые очень неудобны для пассажиров, до резких ускорений, которые могут привести к травмам и потере управления. Турбулентность не только опасна, но и оказывает серьезное влияние на авиационную промышленность из-за эксплуатационных расходов, связанных с задержками и переориентацией самолетов. В самом последнем случае пассажир на борту американского самолета, летевшего в Японию, умер от последствий турбулентности (Galea et al., 2006).

Молния

Все грозы сопровождаются молниями. Отчеты NWS описывают молнию как опасность, но в реальном смысле это не критерий, используемый для оценки тяжести грозы, потому что он вводит в заблуждение в том смысле, что молния может ударить более чем в десяти милях от грозы. Молния может разрядиться в космос, ударить в землю или в другое облако. Молния может также ударить в самолет, оторвав или проколов каркас, и может разрушить электронное оборудование для связи и навигации. Исследования также показали, что искры молнии могут воспламенять пары топлива, вызывая взрыв самолета, хотя и очень редко. Удары молнии, происходящие поблизости, могут ослепить пилота, лишив его возможности правильно управлять самолетом. Это также может привести к необратимым ошибкам на магнитном компасе. Грозовые разряды создают волны, которые мешают радиосвязи на обеих частотах. Несмотря на то, что интенсивность молний не имеет прямого отношения к другим явлениям грозы, сильные грозы, тем не менее, имеют высокую скорость молнии.

Обледенение

В грозу восходящие потоки несут много воды в жидком виде и крупные капли. При перемещении выше точек льда вода сильно охлаждается. Когда движущийся вверх воздух продолжает охлаждаться до минус пятнадцати градусов, оставшийся водяной пар кристаллизуется и образует лед. Сильно охлажденная вода замерзает на корпусе самолета со значительными последствиями. Обледенение может происходить на любой высоте над точкой замерзания, но в основном на более высоких уровнях пилоты могут столкнуться со льдом в группе ячеек. Образование льда во время грозы может быть очень опасным для авиации.

Неподвижные летательные аппараты на Земле во время штормового и морозного сезонов сталкиваются с проблемой накопления льда на поверхностях корпуса, таких как органы управления, пространства между приборами, двигателями и винтами. Эти самолеты будут требовать много технического обслуживания через регулярные промежутки времени. Наличие льда на поверхности самолета, например крыла, повышает лобовое сопротивление и может уменьшить подъемную силу самолета примерно на тридцать процентов. Это обледенение на поверхности самолета было определено в качестве основной причины авиационных происшествий в аэропорту во время взлета. Скопление льда на пультах управления может затемнить скорость, высоту и другие параметры измерительных приборов, что может привести к потере управления или навигационным ошибкам, что в дальнейшем может привести к катастрофам или возникновению дополнительных расходов. Лед также мешает работе аэропортов, что снижает их возможности.

Образование льда в механических частях самолета, например в карбюраторах, топливных элементах и воздухозаборнике двигателя ухудшает работу двигателя, приводя к снижению мощности двигателя. Отложение льда на конструкции самолета, например на крыльях, увеличивает вес самолета, создает ложные показания на оборудовании для сбора данных и препятствует управлению самолетом.

Град

Град наряду с турбулентностью является самой большой опасностью, связанной с грозой для самолетов. Сильно охлажденные капли воды, перемещенные за пределы ледяных точек, начинают замерзать. Первая капля замерзает, а другие капли прикрепляются и замерзают на ней. По мере того как это продолжается, град увеличивается в размерах и образует очень большие ледяные шары. Огромный град бывает во время грозы с восходящими потоками, которые строятся очень высоко в атмосфере. Наконец, градины начинают падать с большой скоростью. Пилоты могут столкнуться с градом в чистом воздухе за много километров от грозы. Когда градины падают, они тают и могут достичь поверхности в виде камней, дождя или того и другого. Крупные градины, более двух дюймов в диаметре, могут уничтожить самолет за короткий промежуток времени. Пилоты должны быть готовы к возможности града в случае любого шторма (Wilson & Turner, 1982).

Низкий потолок и видимость

Строго говоря, видимость почти нулевая в грозовом облаке. Низкий потолок между основанием облака и землей и снижение видимости являются проблемой безопасности для всех типов авиации. Исследование, содержащее статистические отчеты NTSB, показывает, что низкий потолок и видимость были определены в качестве причинного фактора для 25% всех аварий в авиационной промышленности. Опасность усиливается, когда она связана с другими опасностями, затрудняющими работу точных летательных аппаратов.

Влияние на высотомеры

Атмосферное давление обычно резко падает с приближением шторма. Затем она резко поднимается с приходом нисходящего потока и интенсивных осадков. После этого он приходит в норму, когда буря проходит. Эта последовательность регулировки давления может происходить в течение пятнадцати минут. Если пилот не обеспечен исправленной установкой высотомера, то высотомер может находиться в отклонении до ста футов, и это может быть катастрофическим.

Попадание Воды В Двигатель

Различные авиационные двигатели выпускаются с различными ограничениями забора воды. Когда скорость восходящих потоков больше, чем скорость падающих осадков во время грозы, может произойти высокая концентрация воды. Эти воды могут быть за пределами того предела, на который рассчитан авиационный двигатель. Серьезные грозы имеют участки с высокой концентрацией воды, что может привести к выходу из строя одного или обоих двигателей. В настоящее время не существует известного средства, которое могло бы предотвратить повреждение двигателя во время приема высокой воды. Избежать серьезных штормов-это единственный эффективный способ предотвращения риска многократного отказа двигателя. В случае такого воздействия пилоты должны следовать процедурам, предусмотренным в утвержденном АСМ (руководстве по борьбе с самолетами).

В период с 2000 года по настоящее время в Индии произошли две крупные авиационные аварии наряду с другими небольшими авариями, которые не указаны. В июле 2000 года самолет авиакомпании "Альянс Эйр" потерпел крушение при взлете из аэропорта Патны, в результате чего погибли шестьдесят пассажиров. Следствие установило, что причиной аварии стал множественный отказ двигателя из-за попадания в него льда. Самая последняя авария произошла в Нью-Дхели, когда пилот потерял видимость во время шторма, и самолет разбился.

Рекомендация

Пилоты должны избегать всех типов гроз любой ценой, даже типа Колумба, который выглядит безвредным, потому что все штормы потенциально очень опасны. Реальная опасность грозы хуже, чем ее внешний вид. Они не должны недооценивать силу шторма и пролетать сквозь него, даже когда наблюдение с радара показывает, что он ясен. Пилоты, которые пролетели через грозу без каких-либо происшествий, должны считать себя счастливчиками. Наилучшая политика обеспечения безопасности полетов заключается в том, чтобы избегать шторма (Wiggins, 2007).
Рекомендуется, чтобы пилоты не взлетали и не садились при наличии шторма, так как сильный ветер может привести к потере управления. Пилоты не должны летать в шторм, так как там может быть присутствие невидимой турбулентности. Они также должны проверить радар на предмет ориентиров для навигации вокруг шторма или для отвлечения внимания. После диверсии пилоты должны убедиться, что маршрут полета ясен, прежде чем двигаться вперед по первоначальному маршруту.

Вывод

Погода является одной из самых больших опасностей для авиационной промышленности, и гроза вносит большой вклад в это. NTSB определило грозу как фактор, способствующий возникновению до 20% всех авиационных происшествий и инцидентов. Гроза часто сопровождается сильным ветром, ливнем и молнией. Последствия грозы для авиации варьируются от фактического ущерба и травм до высоких эксплуатационных расходов, которые являются результатом задержек и отвлечения рейсов. Наконец, пилоты должны включить свет в кабине на максимальную мощность, чтобы избежать временной слепоты, вызванной яркостью молнии.

Образование грозы происходит в три этапа через процесс, называемый конвекцией, и в условиях умеренно горячего, влажного воздуха, атмосферной нестабильности и восходящего подъема. К опасным явлениям грозы можно отнести турбулентность, обледенение, невидимость, град, попадание воды и молнии. Гроза может быть чрезвычайно опасна для самолета, поэтому пилоты должны стараться избегать ее как можно больше.