Кучево-дождевые облака и авиация

Многочисленные аварии произошли в окрестностях гроз из-за плотности облаков. Часто говорят, что внутри кучево-дождевых облаков турбулентность может быть достаточно сильной, чтобы разорвать самолет на куски, и даже достаточно сильной, чтобы удержать парашютиста. Однако такого рода аварии сравнительно редки. Более того, турбулентность во время грозы может отсутствовать и обычно не превышает умеренной. Большинство аварий, связанных с грозой, происходит из-за сваливания самолета вблизи земли, когда пилот застает врасплох изменение ветра, вызванное грозой. Более того, повреждения воздушного судна, вызванные грозой, редко проявляются в форме разрушения конструкции из-за турбулентности, но обычно менее серьезны и являются следствием вторичных последствий грозы (например, вмятин от града или удаления краски при высокоскоростном полете под проливным дождем).

Известно, что кучево-дождевые облака чрезвычайно опасны для воздушного движения, и их рекомендуется избегать, насколько это возможно. Кучево-дождевые облака могут быть чрезвычайно коварными, и невнимательный пилот может оказаться в очень опасной ситуации во время полета в, казалось бы, очень спокойном воздухе.

Несмотря на то, что существует градация по силе грозы, количественная разница между значительным ливнем, вызванным скоплением кучевых облаков , и небольшой грозой с несколькими раскатами грома, связанной с небольшими кучево-дождевыми облаками, незначительна. По этой причине пилот планера мог использовать поднимающийся воздух во время грозы, не распознавая ситуацию, а вместо этого думая, что поднимающийся воздух вызван более мягкой разновидностью кучевых облаков. Однако прогнозирование силы грозы — неточная наука; во многих случаях пилоты попадали в ловушку, недооценив силу внезапно усилившейся грозы.

Общие опасности для самолетов

Даже большие авиалайнеры избегают пересекать путь кучево-дождевых облаков. Два опасных эффекта кучево-дождевых облаков были предложены для объяснения крушения рейса AF447 , который затонул в море 31 мая 2009 года примерно в 600 километрах (370 миль) к северо-востоку от Бразилии. Он столкнулся с мезомасштабной конвективной системой в зоне внутритропической конвергенции (известной морякам как « депрессия »), где кучево-дождевые облака поднимаются на высоту более 15 километров (49 000 футов). Однако самолет не развалился в полете. самолета Была выдвинута и позже подтверждена другая гипотеза: скопление льда на трубках Пито .

Согласно итоговому отчету, несоответствие между скоростями полета, измеренными разными датчиками, является одной из причин катастрофы.

США ФАУ рекомендует самолетам (включая планеры) оставаться на расстоянии не менее 20 морских миль от сильной грозы, в то время как у пилота планера может возникнуть соблазн использовать восходящие потоки воздуха ниже и внутри облака. Для этого типа самолетов существует два вида опасности. Один из них связан с эффектами сдвига между восходящими и нисходящими потоками внутри облака – эффектами, которые могут разбить планер. Этот сдвиг создает нестабильность Кельвина-Гельмгольца , которая может генерировать чрезвычайно сильные субвихри. Вторая опасность более коварна: сильные восходящие потоки под кучево-дождевыми суперъячейками могут охватывать большую территорию и практически не содержать турбулентности, как объясняется ниже. В этом случае планер может затянуться в облако, где пилот может быстро потерять визуальную связь с землей, в результате чего условия быстро станут приборными метеорологическими условиями (IMC), что означает, что пилоты вынуждены летать только по приборам, без визуального контроля. ссылка на землю или небо. В этих условиях самолет (если он не оборудован для полетов IMC и управляется пилотом, имеющим опыт полетов IMC), скорее всего, войдет в спираль захоронения и в конечном итоге сломается из-за превышения предельной нагрузки на крыло. В данной ситуации причиной разрушения самолета является не турбулентность атмосферы , а неспособность пилота управлять самолетом после потери визуальной ориентировки на землю. В случае полета по приборам кучево-дождевые облака могут застать пилота врасплох, если они встроены в более благоприятную облачную массу. Например, слоисто-дождевые облака могут возникать в результате распространения кучево-дождевых облаков ( nimbostratus cumulonimbogenitus ), что делает вероятным наличие активных конвективных ячеек. Небольшие частные самолеты обычно не оборудованы бортовыми метеорологическими радарами ; а при заходе на посадку по ППП они могут быть случайно отправлены авиадиспетчерской службой в неочевидные активные ячейки.

Характеристики восходящего потока

Рисунок 1: Передняя часть сильного кучево-дождевого облака, движущегося на запад. Эта территория свободна от осадков и является местом широко распространенных восходящих потоков.

под Восходящие потоки кучево-дождевыми облаками могут быть чрезвычайно ламинарными , обширными и однородными, это особенно актуально во время разгара грозы. Они могут длиться более часа и соответствуют устойчивому состоянию кучево-дождевых облаков.

Восходящий поток под облаком в основном обусловлен плавучестью , но существует также большая разница давлений между основанием и вершиной кучево-дождевых облаков (большая, чем можно было бы обнаружить в этом диапазоне высот за пределами облака) и местный механический подъем на низком уровне, такой как как подъем, вызванный нисходящим порывом . Два последних явления могут преодолеть стабильную воздушную зону вблизи поверхности, поднимая пакеты более холодного воздуха до уровня, на котором они в конечном итоге становятся теплее окружающего воздуха. Это может произойти, если эти механические явления поднимут посылку выше поднятого уровня конденсации (LCL), выше которой температура посылки T _p (z) меньше уменьшается с высотой (из-за выделения скрытого тепла и примерно на 6,5 К/км). чем температура окружающего воздуха T _s (z) уменьшается с высотой в случае условно неустойчивого градиента на высоте. Другими словами, посылку можно поднять на высоту, где $\left|{dT_{p}(z) \over dz}\right|<\left|{dT_{s}(z) \over dz}\right|$, где первое — это скорость охлаждения посылки, а второе — скорость охлаждения окружающей среды. В этих условиях поднимающийся пакет может со временем стать теплее окружающего воздуха; другими словами, может существовать уровень, выше которого $T_{p}(z)>T_{s}(z)$. Условно нестабильная скорость отклонения наверху в этом сценарии относительно распространена во время гроз. По сути, на малых высотах такие порции воздуха засасываются в облако, словно пылесосом . Летающие пилоты называют это засасывание у основания « засасыванием облаков » - явление, которое, как известно, обычно тем интенсивнее, чем выше кучевое облако, и, таким образом, имеет максимальную интенсивность в кучево-дождевых облаках. Поскольку динамический восходящий поток широкий, скорость восходящего потока мало меняется в поперечном направлении, и, таким образом, турбулентность сводится к минимуму. Итак, сказано:

Наблюдения, о которых сообщил Марвиц (1973), Грандия и Марвиц (1975), и Эллрод и Марвиц (1976) указывают на то, что восходящий поток воздуха, поступающий в основание кучево-дождевых облаков, является плавным и относительно свободным от турбулентности и остается таковым на значительной глубине WER .

Фактически, статья Эллрода и Марвица является более общим. Эти авторы утверждают, что в целом плавучесть под основанием кучево-дождевых облаков часто бывает отрицательной. Это объясняет, почему восходящие потоки под основанием кучево-дождевых облаков часто бывают ламинарными . Это явление хорошо известно пилотам-планеристам. (см. ниже). Явление усиливается в области слабого эха сверхячеистой грозы , которая чрезвычайно опасна . Примерно на высоте 4 километров (13 000 футов) эти плавные восходящие потоки внезапно становятся очень турбулентными.

Как правило, восходящие потоки достигают максимальной интенсивности на высоте 6 километров (20 000 футов) над землей. На этой высоте происходит фазовый переход, когда капли воды превращаются в кристаллы льда и, следовательно, выделяют энергию в виде скрытого тепла, и, таким образом, сила восходящего потока увеличивается. На этой высоте суперячеечные грозы или дерехо могут иметь гигантские восходящие потоки, скорости которых могут превышать 40 метров в секунду (78 узлов). Такая скорость восходящего потока соответствует скорости ветра небольшого урагана . Скорость может даже превышать 50 метров в секунду (97 узлов). Максимальное число по шкале Бофорта составляет 12 («ветер ураганной силы») и присваивается скорости ветра 64 узла и выше. Если бы шкалу Бофорта расширить, эти восходящие потоки имели бы число Бофорта 14 в вертикальном направлении . турбулентность становится чрезвычайно сильной . На этой высоте

Более того, диаметры столбов восходящего потока варьируются от 2 км (гроза воздушных масс) до 10 км (гроза суперячейки). Высота основания кучево-дождевых облаков чрезвычайно изменчива. Она варьируется от нескольких десятков метров над землей до 4000 м над землей. В последнем случае восходящие потоки могут возникать либо с земли (если воздух очень сухой, что характерно для пустынь), либо сверху (когда высококучевые кастелланы перерождаются в кучево-дождевые). Когда восходящий поток возникает сверху, это считается повышенной конвекцией .

Опасности, связанные с нисходящими порывами

Основная статья: Даунберст

Рисунок 2: Распространение нисходящего порыва близко к земле.

Нисходящие порывы опасны по многим причинам. Во-первых, нисходящие потоки под кучево-дождевыми облаками могут быть сильными и обширными. Планер, летящий со скоростью 50 узлов при нисходящей тяге 15 узлов, имеет приблизительное качество планирования, равное 3, что означает, что на каждый метр снижения он покрывает лишь около трех метров земли. Предполагая, что планер находится на высоте основания облаков 2000 метров (6600 футов), если он все время остается в нисходящем потоке, он сможет пролететь только 6 километров (3,7 мили), прежде чем будет вынужден приземлиться - вероятно, в сложных и сложных условиях. опасные условия. Даже если планер благополучно приземлится, позже он может быть разрушен порывом ветра. Поэтому, когда дождевая завеса показывает ливень, крайне важно не приземлиться в этой области.

Возможны нисходящие потоки до 50 узлов и порывы ветра до 60 узлов и более. Безопасная посадка легкого самолета в таких условиях может быть практически невозможной. Более того, вблизи земли пилот планера или самолета может быть застигнут врасплох внезапным изменением направления ветра и переходом от подветренной ситуации к подветренной. Если скорость полета станет слишком низкой, самолет заглохнет и может врезаться в землю из-за потери высоты при восстановлении после сваливания. В результате известных случаев катастроф такого рода в Соединенных Штатах сеть профилометров ветра и терминальных доплеровских метеорологических радаров вокруг аэропортов была создана для мониторинга такого сдвига ветра. Согласно правилам Федерального управления гражданской авиации, каждый пилот перед посадкой должен узнать о скорости и направлении ветра.

По сравнению с авиалайнерами планеры летают на низких скоростях. Обычная скорость захода на посадку планера составляет около 50 узлов, но давайте предположим, что пилот очень «осторожен» и выполняет заход на посадку со скоростью 65 узлов. Уильям Коттон утверждает, что сдвиг ветра может достигать 50 узлов. В таком случае, если направление сдвига таково, что воздушная скорость уменьшается на величину сдвига, скорость полета этого пилота упадет до 15 узлов, что значительно ниже скорости сваливания его планера (обычно 35–40 узлов). Если это падение воздушной скорости произойдет во время перехода от основного участка к конечному заходу на посадку , самолет может войти в штопор , из которого не хватит высоты для восстановления. Точная цитата следующая:

При возникновении нисходящего порыва с попутным ветром, скажем, в 50 уз, воздушная скорость может упасть, скажем, с 65 уз до примерно 15 уз. Если планер выполняет разворот от базовой ноги к конечной, пилот оказывается в одной из самых смертоносных ситуаций, с которыми может столкнуться пилот, - ситуации «сваливания-штопора» без возможности восстановления, поскольку самолет находится близко к земле. на конечном подходе.

Поэтому, когда пилот сталкивается с доброкачественными кучево-дождевыми облаками, возможно, лучшим выбором будет оставаться в воздухе и использовать восходящие потоки под кучевыми облаками перед грозой вдоль фланговой линии (или даже под самими кучево-дождевыми облаками в их ламинарной области) и ждать грозы. рассеяться вместо того, чтобы пытаться приземлиться при наличии возможных нисходящих порывов .

Полет внутри кучево-дождевых облаков

Парящий

В некоторых странах планерам разрешено летать внутри облаков. Например, во время чемпионата мира по парному спорту 1972 года в Вршаце , Югославия, Гельмут Райхманн попытался использовать сильные восходящие потоки воздуха, связанные с кучево-дождевыми облаками. Первоначально он обнаружил восходящий поток +8 м/с. После полукруга он оказался в нисходящем потоке -15 м/с. Вскоре после этого ему пришлось приземлиться. Гроза была в зрелой стадии. В другом примере Терри Делор попал в сильную грозу. Он вошел в, казалось бы, безобидные кучевые облака на высоте 2000 футов (610 м). Это кучевое облако превратилось в большое кучево-дождевое облако. Поначалу полет внутри облака был безтурбулентным. Затем его планер внезапно стал неуправляемым. Он был либо перевернут, либо пике, либо в канделе . Воздушные тормоза застряли в открытом положении из-за того, что градины заблокировали отверстия. Когда он приземлился, аэродром все еще был покрыт градом. Порывы ветра достигали 30-40 узлов. Все на земле опасались за жизнь пилота. В той же книге автор рассказывает, что итальянский инструктор в Риети заставлял своих учеников подниматься на 10 000 метров (33 000 футов) внутри кучево-дождевых облаков, чтобы они к ним привыкли.

Как упоминалось выше, подъем внутри кучево-дождевых облаков может сначала быть очень плавным (из-за отрицательной плавучести воздушного потока) и внезапно стать ужасно турбулентным. Например, пилот планера первоначально обнаружил очень ламинарные восходящие потоки и был затянут в облако, где он столкнулся с ускорением 18 g и потерял сознание .

Из-за фазового перехода капель воды (в лед) кучево-дождевые облака почти всегда турбулентны. Планер может покрыться льдом, а органы управления замерзнуть и остаться застрявшими. Таких аварий произошло много. Если пилот выпрыгнет и раскроет парашют, его может затянуть вверх (или, по крайней мере, удержать в воздухе), как это случилось с Уильямом Рэнкином после катапультирования из истребителя F-8 и падения в кучево-дождевые облака (в которых раскрылся его парашют).

Пилот парашютиста или парапланериста под кучево-дождевыми облаками подвергается потенциально смертельному риску быть быстро затянутым на вершину облака и задохнуться, поражен молнией или замерзнуть. Если они выживут, они могут получить необратимое повреждение головного мозга из-за недостатка кислорода или потребовать ампутации вследствие обморожения . Немецкий пилот-парапланерист Ева Вишнерска едва пережила подъем на высоту более 9000 метров (30 000 футов) внутри кучево-дождевых облаков.

Коммерческая авиация

Тяжелым транспортным самолетам иногда приходится пересекать линию грозы, связанную с холодным фронтом или шквалом . Они, возможно, не смогут пролететь над кучево-дождевыми облаками, потому что на высоте 36 000 футов самолет может находиться в так называемом углу гроба или рядом с ним (скорость сваливания близка к скорости звука), что делает подъем выше структурно опасным. Однако некоторые ячейки могут подниматься на высоту 70 000 футов. Другой вариант — перемещаться по ячейкам. Однако это настоятельно не рекомендуется, поскольку в отверстии новые клетки могут расти очень быстро и поглотить самолет. Всякий раз, когда самолет движется на запад и пересекает линию грозы, пилот сначала сталкивается с линией мощных ламинарных восходящих потоков (не тепловых, а динамических). Пилоту следует воздерживаться от нажатия на ручку управления, чтобы попытаться поддерживать постоянную высоту (аналогично горным волнам ), поскольку нажатие ручки может привести к увеличению скорости полета до точки попадания в желтую дугу (на индикаторе воздушной скорости). Такая высокая скорость полета недопустима в турбулентных условиях и может привести к разрушению самолета. Когда пилот выходит из зоны восходящего потока, он сталкивается с очень сильной турбулентностью из-за сдвига между поднимающимся и опускающимся воздухом. Если в этот момент скорость полета будет слишком высокой, самолет развалится. Крушение рейса AF 447 косвенно связано с этой ситуацией: пилот выбрал кратчайший путь при пересечении грозовой линии, связанной с Межтропической зоной конвергенции , и трубки Пито обледенели. Что последовало дальше, известно.

Бортовые радары могут обманывать. Градовые валы генерируют слабое радиолокационное эхо, что означает, что радар будет направлять туда пилота, но они значительно более опасны, чем ливни . Вблизи земли сильный дождь (или снег на высоте) имеет тенденцию ослаблять турбулентность (говорят, что когда идет дождь, большая часть опасности исчезает). Поэтому еще одна парадоксальная рекомендация — лететь в сторону зоны сильных осадков или в сторону самой темной области грозовой линии. Эта рекомендация противоречит обычному использованию бортовых радаров во избежание районов с сильными осадками, что обычно является лучшим способом действий. «Чудесного» решения не существует, и лучший вариант — избегать этих грозовых систем, имея на борту достаточно топлива, тем самым уменьшая искушение выбрать более опасный маршрут в интересах экономии топлива.

Также пожары «Святого Эльма» во время полета внутри кучево-дождевых облаков могут сжечь бортовое электронное оборудование и даже пробить крыло, расплавив металлическую обшивку.

Опасности, связанные с грозами суперячейки

Основная статья: Гроза Supercell

Рисунок 3: Изображение суперячейки с ее характеристиками.

Рис. 4. Изображение передней части суперячейки, которую можно использовать для планера. Он состоит из небольших кучево-дождевых облаков и дуги . Эта область опасна, поскольку восходящие потоки будут ламинарными.

Восходящие потоки внутри кучево-дождевых облаков, связанные с грозой суперячейки, могут достигать 45 метров в секунду (87 узлов). Это соответствует скорости ветра слабого урагана . Более того, турбулентность внутри облака может стать чрезвычайно сильной и привести к разрушению самолета. Таким образом, летать внутри такой системы крайне опасно.

На рисунке слева грозовую систему можно разделить на две зоны: зону без осадков, расположенную слева, где воздушная масса имеет широко распространенное восходящее движение, и зону осадков справа, где воздушная масса опускается. В месте пересечения двух зон находится облако-стена , которое может вызвать торнадо . Более того, даже скопления кучевых облаков, связанные с грозой суперячейки, могут быть очень опасными. Торнадо могут создаваться на расстоянии до 36 километров (22 миль) от основной ячейки.

В области восходящего потока воздух имеет отрицательную плавучесть и на высоте подсасывается зоной низкого давления. Турбулентность уничтожена. В частности, в передней части суперячейки можно найти фланговую линию, состоящую из густых кучевых облаков или небольших кучево-дождевых облаков . Основание облаков фланговой линии выше основания основных кучево-дождевых облаков.

Поскольку восходящий поток под этими облаками (на фланговой линии) в основном динамичен, воздушная масса гладкая, а нижняя граница облаков выше, у пилота планера может возникнуть соблазн полететь в этой зоне. Однако условия могут быстро стать опасными, поскольку облако на стене может создать торнадо , которое снесет в пыль любой самолет. Более того, поскольку восходящий поток воздуха широко распространен, пилот планера (особенно если он управляет низкоскоростным планером с низкими характеристиками, например парапланом) может оказаться не в состоянии спастись и может быть затянут в облако до его вершины. Таким образом, ФАУ рекомендует никогда не приближаться к месту сильной грозы ближе, чем на 20 миль.

Другие опасности, связанные с кучево-дождевыми облаками

Молния

Хотя это случается редко, в планер может ударить молния. Металлические планеры представляют собой клетки Фарадея и поэтому не должны разрушаться ударом молнии. Однако планеры из дерева или стекловолокна могут быть разрушены. Более того, современные планеры наполнены электронными устройствами, которые могут выйти из строя от удара молнии. Кроме того, не рекомендуется запускать лебедку, когда гроза находится на расстоянии менее 20 километров (12 миль), поскольку воздух наэлектризован, а кабель будет действовать как громоотвод .

Град

Град может разорвать фонарь планера и серьезно повредить крылья и фюзеляж. Град едва заметен и встречается в зоне восходящих потоков под облаком. 5 августа 1977 года пилот самолета в окрестностях Колорадо-Спрингс , был застигнут врасплох грозой суперячейки вызвавшей 20 торнадо. Пилот летел в устрашающе спокойном воздухе (зона восходящего потока может быть ламинарной), когда он увидел, как небо меняется от бледно-серого до чернильно-черного. Пилот услышал громкий звук, который повторялся все чаще и чаще. Затем градина пронзила лобовое стекло, в результате чего пилот потерял сознание. В конце концов пилот посадил свой разбитый самолет в поле.

Торнадо

Торнадо EF5 может создавать приземные ветры невероятной скорости; здравый смысл подсказывает, что самолет никогда не должен приближаться к такому метеорологическому явлению. Действительно, скорость ветра может достигать 130 метров в секунду (250 узлов), и нетрудно догадаться, что самолет в таких условиях может разорвать на куски. Однако транспортные самолеты авиакомпаний пролетали над торнадо. на высоту более 8000 футов (2400 м) без повреждений. Тот факт, что авиалайнер не разрушается, можно объяснить следующим образом: торнадо — это сильные явления только вблизи земли, а на высоте они становятся слабее. Планер осмелился пересечь слабый торнадо во время соревнований по полету в Техасе в 1967 году. Основание кучево-дождевых облаков находилось на высоте 12 000 футов (3700 м). Планер пересек чрезвычайно турбулентную зону и оказался в перевернутой безтурбулентной зоне. Органы управления не реагировали, и пилот подумывал покинуть самолет. Через некоторое время и сильного испуга органы управления снова начали реагировать, и пилот смог продолжить полет. Пилоты, находившиеся поблизости, ничего не заметили.

6 октября 1981 года самолет «Фоккер» столкнулся с торнадо, произошедшим в суперячейке недалеко от города Мурдейк в Нидерландах, все 17 пассажиров самолета погибли.

Эмпирический критерий формирования торнадо был разработан Дэном Сова из авиакомпании Northwest Orient Airlines следующим образом: вершина кучево-дождевых облаков должна войти в стратосферу как минимум на 10 000 футов. Однако этот критерий неверен, и торнадо Sonnac является противоположным примером. Он достиг уровня EF2, будучи вызван небольшим кучево-дождевым облаком, не достигшим высоты 9000 метров (30 000 футов).

Мифы и правда о кучево-дождевых облаках

Рисунок 5 : Фотография торнадо в Южном Оклахома-Сити, штат Оклахома, незадолго до того, как он вошел в Мур, снимок сделан из освещенной солнцем области, свободной от осадков. Рассеянный планерист, вероятно, нашел бы в этой освещенной солнцем зоне плавные и умеренные восходящие потоки воздуха.

Обычная мудрость

В результате ошибочного обобщения очень часто ошибочно говорят, что кучево-дождевые облака и восходящие потоки под ними всегда турбулентны. Это заблуждение возникает из-за того, что кучево-дождевые облака на самом деле чрезвычайно турбулентны на большой высоте, и поэтому можно ошибочно сделать вывод, что кучево-дождевые облака турбулентны на всех высотах. Надежные исследования и опыт пилотов-планеристов показали, что восходящие потоки в кучево-дождевых облаках в целом были плавными. Как видно выше, восходящие потоки под кучево-дождевыми облаками часто бывают динамичными и поэтому будут очень плавными. Явление усиливается в области слабого эха сверхячейковой грозы , которая чрезвычайно опасна . Однако это явление мало известно в авиационном мире. Таким образом, в авиационном сообществе широко распространено мнение, что кучево-дождевые облака всегда связаны с очень сильной турбулентностью (на всех высотах) и сильными грозами. Например, Гил Рой в книге, одобренной fr:Fédération française de vol à voile , утверждает, что:

Кучево-дождевые облака [так в оригинале] являются местом очень сильных штормов. Передняя часть, называемая «штормовым фронтом», представляет собой сцену очень сильной турбулентности, а также мощных восходящих потоков. ( Перевод : Кучево-дождевые облака [так в оригинале] всегда являются местом возникновения очень сильных гроз. Передняя часть, называемая грозовым фронтом, является местом очень сильной турбулентности, но также и мощных восходящих потоков.)

Также автор говорит о кучево-дождевых облаках [ sic ] гигантских размеров, которые могут достигать высоты в несколько тысяч метров . Хотя слово «несколько» не очень точное, толщина 8000 метров вполне типична для кучево-дождевых облаков , а некоторые достигают толщины 20000 метров и более. При этом большинство кучево-дождевых облаков связано со слабыми импульсными грозами или даже простыми ливнями без электрических явлений.

Ссылка на грозовой фронт соответствует границе оттока, связанной с нисходящими порывами , которые действительно очень опасны и являются местом возникновения вихрей, связанных с неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца на стыке восходящих и нисходящих потоков. Однако перед грозой восходящие потоки обычно ламинарные из-за отрицательной плавучести воздушных потоков (см. выше).

Также веб-сайт LUXORION говорится:

Кучево-дождевые облака всегда вызывают сильную турбулентность [...] Их можно встретить в нижних слоях и они предшествуют кучево-дождевым облакам на 10–25 км. ( Перевод : кучево-дождевые облака всегда создают сильную турбулентность [...]. Их можно встретить в нижних слоях и опережать кучево-дождевые облака на 10–25 км.)

Такое утверждение является слишком широким и снова противоречит тому факту, что восходящие потоки перед грозой часто бывают ламинарными. Однако верно то, что верхние слои почти всегда турбулентны. Однако в большинстве случаев указанная турбулентность не является экстремальной. В том же духе Дидье Морье. говорится:

Кучево-дождевые [...] облака также являются местом подъемов и спусков, скорость которых может достигать 15–20 м/с, вызывая значительную турбулентность, которая может поставить под угрозу конструкцию самого мощного самолета. ( Перевод : кучево-дождевые облака также являются местом возникновения восходящих и нисходящих потоков со скоростью от 15 до 20 м/с, создающих значительную турбулентность, которая может поставить под угрозу конструкцию большинства надежных самолетов.)

Деннис Пейген высказывается еще более откровенно. Он заявляет:

Все восходящие и нисходящие потоки во время грозы создают значительную турбулентность из-за сдвига. Все, что нам нужно сделать, это подумать о соответствующих скоростях, и вы сможете представить себе серьезность турбулентности. Грозовая турбулентность может (и разрушает) самолеты.

Международный атлас облаков смягчает эти утверждения: он просто утверждает, что « турбулентность часто бывает очень сильной » под облаком.

Серьезная опасность для пилотов планеров.

Пилот-планерист, убежденный, что кучево-дождевые облака всегда жестоки, рискует получить неприятный сюрприз. Если он пролетит под фланговой линией грозы суперячейки и обнаружит, что воздух очень ровный, а восходящие потоки умеренные, он может сделать ложный вывод, что он в безопасности и не находится под кучево-дождевыми облаками; поскольку он считает, что кучево-дождевые облака всегда неспокойны. Таким образом, он может не осознавать, что находится под вторичным кучево-дождевым облаком, которое может затянуть его внутрь облака, и он может столкнуться со стеной облака , которая может вызвать торнадо , которое может разрушить его хрупкий лодку, как показано на рисунке 5. Доминик Мусто предупреждает пилотов- парапланеристов ( в противном случае это могло бы быть поколеблено вышеупомянутым мифом) против ложного ощущения безопасности в области протяженных восходящих потоков, которые довольно слабы следующим образом:

Однако, несмотря на темное небо и отсутствие солнца, термики мягкие и распространены по всему сектору. Что-то не так! Если мы не среагируем очень быстро и не спустимся вниз, невидимая рука рискует схватить нас и бросить в ад! ( Перевод: Однако, несмотря на темное небо и недостаток солнечного света, восходящие потоки плавные и протяженные по всей площади. Что-то не так. Если мы не среагируем быстро и не спустимся, невидимая рука, скорее всего, схватит нас и швырнет в ад!)

Эта цитата суммирует в трех предложениях часто коварные опасности, связанные с кучево-дождевыми облаками, опасности, которые усугубляются для пилотов-парапланеристов, как это испытала немецкая пилот-парапланеристка Эва Вишнерска . Она выжила, поднявшись на высоту более 9000 метров (30 000 футов) внутри кучево-дождевых облаков. Находившемуся неподалеку коллеге-пилоту, попавшему в такое же погодное явление, повезло меньше.

Кроме того, в 2014 году 66-летний генерал Паоло Антониацци погиб после того, как его параплан попал в кучево-дождевые облака на высоту 9300 метров (30 500 футов).

Предвестники грозы

Приведенная выше цитата неформально обозначает предвестники грозы. Таким образом, кучево-дождевые облака действуют как огромная тепловая машина, которая всасывает воздух спереди (левая часть рисунка 3) и яростно выбрасывает его сзади посредством нисходящих порывов (правая часть рисунка 3). Следовательно, перед грозой будет расположена широкая область восходящих потоков. Обычно во влажной воздушной массе восходящие потоки составляют порядка 1 м/с; а в сухой воздушной массе они будут порядка 2–3 м/с. Следовательно, когда пилот планера находится в районе, где «восходящие потоки воздуха повсюду», и он находится рядом с большими облаками (которые могут быть скоплением кучевых облаков ), он, скорее всего, находится в непосредственной близости от надвигающейся грозы.

Связанные гравитационные волны

связанные Нисходящие порывы, с кучево-дождевыми облаками, могут генерировать гравитационные волны, далекие от гроз . Эти гравитационные волны можно ощутить на расстоянии до 50 километров (31 мили), а в некоторых условиях - на расстоянии нескольких сотен километров. Сильная гроза, порождающая эти гравитационные волны, расположенная на расстоянии более 40 километров (25 миль) (согласно рекомендациям Федерального управления гражданской авиации ), не должна влиять на безопасность самолетов так далеко от грозы. Эти гравитационные волны можно моделировать так же, как горные волны , и ими может пользоваться пилот планера .

Использование кучево-дождевых облаков в полете по пересеченной местности или в других целях.

Эксплуатация «малых» кучево-дождевых облаков

Небольшие кучево-дождевые облака могут относительно безопасно эксплуатироваться опытными планеристами. Они создают умеренные восходящие потоки, обычно ламинарные. Таким образом, импульсные летние грозы можно использовать при перелетах по пересеченной местности, так как планер отойдет от кучево-дождевых облаков после того, как (теоретически) поднимется на 500 футов ниже нижней границы облака (максимально допустимая высота в США) и пролет планера в непосредственной близости от грозы будет непродолжительным. Например, во время официального конкурса Парящего общества Америки пилоты открыто играли с кучево-дождевыми облаками (и даже с восходящими потоками, прилегающими к нисходящим порывам ) и хвастались этим. Однако эмпирическое правило гласит, что расстояние между двумя термическими потоками равно трехкратной высоте облака. Следовательно, кучево-дождевые облака толщиной 13 км устранят любую конвективную активность в радиусе примерно 40 км. Большинство планеров не могут совершать столь длительные полеты, и поэтому встреча с пульсирующей грозой в планере часто будет сопровождаться вскоре окончанием полета.

Эксплуатация сдвига вблизи нисходящего порыва

Рисунок 3.22 из этой ссылки показывает наличие ротора вне нисходящего порыва . Более чем безрассудный пилот мог бы легко обнаружить этот восходящий поток и использовать его. Однако эта фотография отговорит любого здравомыслящего пилота от использования подобных чудовищ. Нисходящие порывы являются наиболее серьезной опасностью, связанной с грозами. Более того, если по какой-либо причине пилоту придется приземлиться (град или другая), ему придется пересечь нисходящий порыв непосредственно над ним, и вероятность крушения значительно увеличится – из-за непредсказуемого снижения скорости полета. Более того, если планер переходит от восходящего потока к нисходящему, возникнет сильная турбулентность из-за неустойчивости Кельвина-Гельмгольца в области сдвига. Однако пилоты, тем не менее, использовали такие восходящие потоки воздуха.

Использование фланговых линий

Безрассудные пилоты использовали шквалы , летая перед грозовыми системами, как если бы они летели вдоль хребта . Пилот действительно должен приземлиться в аэропорту и поставить планер в ангар; линия шквала скоро снова настигнет его и подвергнет опасности планер, если он не будет защищен. Деннис Пейген выполнил аналогичный полет перед кучево-дождевыми суперячейками во время предварительных соревнований чемпионата мира по дельтаплану 1990 года в Бразилии. где он смог пролететь 35 км на большой скорости без разворота. Пейген признает, что его достижение было очень рискованным, поскольку дельтапланы (и тем более парапланы ) значительно медленнее планеров и их гораздо легче засосать внутрь облака .

Заключение

Единственными кучево-дождевыми облаками, которые мог бы использовать планерист, с учетом всех необходимых оговорок, могли бы быть отдельные небольшие кучево-дождевые облака или, в крайнем случае, фланговые линии, связанные с сильными грозами. Однако приведенные выше примеры показывают, что, казалось бы, безобидное облако может быстро стать очень опасным. Шквалы и суперячейковые грозы определенно представляют смертельную опасность для неосведомленных пилотов. Согласно правилам визуальных полетов , полеты в предштормовых районах должны быть визуальными; пилоты должны иметь возможность наблюдать за развитием грозовой тучи и предпринимать необходимые действия по ее предотвращению или, при необходимости, быстро приземлиться.

Приведенные выше примеры демонстрируют, что различные явления, связанные с кучево-дождевыми облаками, могут поставить под угрозу любой тип воздушного судна и его пассажиров, когда пилот летит вблизи грозовой тучи и особенно внутри нее. Пилот самолета никогда не должен приближаться к кучево-дождевым облакам.

См. также

• Облако отстой

Библиография

• Уильям Коттон; Ричард Антес (1989). Динамика штормов и облаков . Международная серия по геофизике. Том. 44. Академическая пресса . ISBN  978-0-12-192530-7 .
• Уильям Р. Коттон; Джордж Х. Брайан; Сьюзан С. Ван ден Хивер (2011). Динамика штормов и облаков . Международная серия по геофизике. Том. 99 (Второе изд.). Академическая пресса. ISBN  978-0-12-088542-8 .
• Гельмут Райхманн (1975). Парение по пересеченной местности: Справочник по взлетам и соревнованиям (7-е изд.). Парящее общество Америки. ISBN  978-1-883813-01-7 .
• Терри Делор (2005). Мастер волны . Кэкстон Пресс. ISBN  978-0-473-10744-4 .
• Том Брэдбери (1996). Метеорология и полет (второе изд.). A&C Black (Publishers) Ltd. ISBN  978-0-7136-4446-3 .
• Деннис Пейген (1992). Понимание неба . Деннис Пейген Публикации спортивной авиации. ISBN  978-0-936310-10-7 .
• Деннис Пейген (1993). Представление о полете . Деннис Пейген Публикации спортивной авиации. ISBN  978-0-936310-11-4 .
• Доминик Мусто (2014). Дальность полета на параплане (на французском языке). Éditions du Chemin des Crêtes. ISBN  978-2-9539191-4-1 .
• Роберт Н. Бак; Роберт О. Бак (2013). Погодные полеты, пятое издание . Образование МакГроу Хилл. ISBN  978-0-07-179972-0 .
• Говард Б. Блюстейн (2013). Наблюдения и динамика сильных конвективных гроз и торнадо . Спрингер-Верлаг . дои : 10.1007/978-3-642-05381-8 . ISBN  978-3-642-05380-1 . S2CID   127130083 .