Что такое восходящие потоки воздуха
Что такое восходящие потоки воздуха
4.10. Термический восходящий поток (ТВП)
Под действием Солнечного тепла поверхность Земли нагревается и нагревает находящийся над ней воздух. Нагревшийся воздух поднимается вверх, образуя термические потоки или термики. Наиболее мощные термические потоки наблюдаются во второй половине весны после полудня при хорошем прогреве земли. По мере удаления потока от земли он охлаждается. Поток прекращает свое существование, когда температура воздуха в нем сравнивается с температурой окружающей среды. Благодаря освоению ТВП для пилотов безмоторных СЛА (сверхлегких летательных аппаратов) стали возможны длительные маршрутные полеты протяженностью в сотни километров.
Рис. 136. Вращаясь словно в карусели, парапланы набирают высоту в термике.
Условием возникновения термических потоков является нестабильность нижних слоев атмосферы. Выясним, в каком случае атмосфера считается стабильной, а в каком нет.
Воздух является очень плохим проводником тепла. Поэтому достаточно большой объем воздуха, обладающий одной температурой и перемещающийся в атмосфере с другой температурой, практически не отдает тепло и не получает его от окружающей среды. Если частица воздуха поднимается, давление в ней уменьшается. Это приводит к уменьшению ее температуры. И наоборот, если частица воздуха опускается, давление и ее температура увеличиваются. В приземных слоях атмосферы поднятие частицы воздуха на 100 м приводит к уменьшению ее температуры примерно на 1° C.
Рис. 137. Изменение температуры воздуха с высотой.
Представим себе слой атмосферы, в котором вертикальное убывание температуры меньше, чем 1° C на 100 м. Пусть на высоте 100 м температура воздуха равна 15° C, а на высоте 300 м 14° C.
Если каким-либо образом «толкнуть» частицу воздуха с высоты 100 м, так, чтобы она поднялась до высоты 300 м, то ее температура уменьшится на 2° C и станет равна 13° C. Частица будет холоднее окружающей среды и, следовательно, более плотной. Поэтому она снова опустится на свой исходный уровень. Такой слой воздуха называется стабильным.
Рис. 138. Пример стабильного слоя атмосферы.
Очевидно, что если частица воздуха вдруг со своего уровня опустится вниз, то в результате роста давления ее температура повысится и окажется больше температуры соседних слоев воздуха. Это приведет к подъему частицы и ее возвращению на исходную высоту.
В нижних слоях атмосферы с увеличением высоты температура воздуха обычно уменьшается, но порой встречаются слои, в которых с высотой температура не изменяется или даже увеличивается. Такие слои называются изотермическими и инверсионными. Они исключительно стабильны. Механизм образования инверсий будет разобран позже.
Теперь разберем ситуацию, когда вертикальное убывание температуры происходит быстрее, чем 1° C на 100 м высоты. Пусть температура воздуха на высоте 100 м равна 15° C, а на высоте 200 м 13° C. Стартовавшая с высоты 100 м частица воздуха будет иметь температуру 14° C на высоте 200 м. Эта температура будет больше температуры окружающего стоя атмосферы. В результате частица воздуха продолжит движение вверх. Такой атмосферный слой называется нестабильным.
Рис. 139. Пример нестабильного слоя атмосферы.
В нестабильном слое случайно переместившиеся вверх частицы оказываются теплее окружающего воздуха, и их восходящее движение продолжается. Очевидно, что если частица воздуха вдруг со своего уровня опустится вниз, то ее температура хотя и увеличится, но все равно будет меньше температуры соседних слоев воздуха. Это приведет к продолжению ее нисходящего движения.
Атмосфера состоит из последовательности стабильных и нестабильных слоев. Термические потоки образуются в нестабильных слоях и блокируются стабильными (в частности инверсионными). На рисунке можно увидеть, как стабильный приземный инверсионный слой воздуха блокирует подъем дыма на высоту.
Рис. 140. Приземный инверсионный слой воздуха блокирует подъем дыма на высоту.
Вообще говоря, в чистом виде нестабильные слои в природе не встречаются. Если бы такой слой вдруг образовался, он бы очень быстро перемешался бы и растворился в окружающих его более стабильных слоях атмосферы. Убывание температуры обычно соответствует адиабатическому: около одного градуса на 100 м высоты. Однако если определить некоторую среднюю температуру для нулевой высоты (например, 20° C), то на отдельных участках местности, более благоприятных для прогрева, температура может оказаться выше средней (например, 22° C). Именно в таких местах и зарождаются термические потоки. Воздух, стартовавший от земли с температурой 22° C, будет подниматься, сохраняя разницу в 2° C с окружающими слоями, до тех пор, пока не встретит блокирующий стабильный слой. Стабильность и нестабильность атмосферы можно определить по ряду признаков.
Примечание: адиабатическими называют процессы, происходящие без теплообмена с окружающей средой.
Признаки стабильности атмосферы:
ровный ветер;
закрытое слоистыми облаками небо;
плохая видимость (дымка, туман);
стелющийся вдоль земли дым от костра.
Признаки нестабильности атмосферы:
порывистый ветер;
кучевые облака (чем они выше, тем потоки мощнее);
прозрачный воздух, хорошая видимость;
поднимающийся высоко над землей дым;
пылевые смерчи.
Рис. 141. Признаки стабильности и нестабильности атмосферы.
Термическая активность имеет ярко выраженный суточный цикл. Ночью не подогреваемая солнцем земля теряет тепло путем излучения. Охлаждение земли передается самым нижним слоям атмосферы, в то время как более высокие слои охлаждаются слабо. Максимальное охлаждение достигается к рассвету. В это время при удалении от земли на расстояние порядка нескольких сотен метров температура будет увеличиваться. Далее она начинает понижаться как обычно. Таким образом, за ночь у земли создается устойчивый инверсионный слой, в котором термические потоки невозможны.
Такая инверсия проявляется тем сильнее, чем более ясной была ночь. Это объясняется тем, что при наличии облаков потери тепла землей уменьшаются, так как часть излученного землей тепла, отражаясь от облаков, возвращается обратно.
После восхода солнце начинает подогревать землю. Происходит это очень неравномерно. Над наиболее нагретыми участками начинают формироваться термические потоки. Сначала эти потоки слишком слабы для их использования пилотами СЛА, но они постепенно разрушают образовавшуюся за ночь приземную инверсию.
После разрушения ночной инверсии термическая активность быстро нарастает. Максимум ее интенсивности достигается к середине второй половины дня (в летнее время около 14-15 часов).
Ближе к вечеру температура воздуха у земли начинает медленно уменьшаться. Потоки становятся более слабыми и широкими («мягкими»). Расстояния между ними увеличиваются. Постепенно, по мере приближения заката солнца, все потоки исчезают.
Говоря о сезонном изменении активности термиков, следует помнить, что термичность определяется не абсолютными температурами воздуха, а тепловыми контрастами изменениями температуры подстилающей поверхности в зависимости от особенностей рельефа и растительности.
Наибольшие контрасты в средней полосе России наблюдаются во второй половине весны (апрель, май) когда солнце уже высушило и подогрело поля, а в лесах и ложбинах еще лежат остатки зимнего снега. Воздух бурлит! Потоки самые мощные и жесткие в сезоне. Часто они сопровождаются микросмерчами. Высоту в весенних потоках можно набирать весьма быстро, но далеко не всякий пилот сможет справиться с сопутствующей им турбулентностью.
Летом прогрев менее контрастный, чем весной. Потоки становятся более спокойными и широкими. Осенью солнечный прогрев ослабевает, листья с деревьев опадают, поля и леса становятся одинаково серыми. Контрастность рельефа уменьшается. Соответственно ослабевает и термическая активность, порой вплоть до ее полного исчезновения.
Образование ТВП можно смоделировать в домашних условиях. Для этого следует взять емкость возможно больших размеров и заполнить ее водой. После того как вода успокоится, на дно емкости через тонкую трубку влейте немного воды, подкрашенной какой-либо краской, но так, чтобы она не перемешалась с основной массой. Затем начните ее снизу медленно подогревать. Нижний подкрашенный слой будет подниматься вверх, имитируя термики.
В центре термика находится восходящий поток. По периферии нисходящие. Если воздух достаточно влажный, вершину ТВП может венчать кучевое облако. Впрочем, ТВП не всегда завершается образованием облака. Тогда его следует искать по другим признакам. Способы обнаружения ТВП будут разобраны ниже.
Рис. 142. Структура ТВП.
1 облако на вершине ТВП. 2 область восходящих потоков.
3 область нисходящих потоков. 4 область формирования ТВП.
Поднимающийся в ТВП воздух сносится ветром. Поэтому в полете его нужно искать не над местом возможного образования, а несколько в стороне по ветру. Следует отметить, что мощные термики часто закручивают поднимающийся воздух как в циклоне. В северном полушарии воздух закручивается против часовой стрелки, в южном полушарии по часовой стрелке. Можно рассчитывать на лучший подъем аппарата, если он вращается против потока (в северном полушарии правая спираль). Это объясняется тем, что в таком случае аппарат движется относительно земли чуть медленнее и для его удержания в потоке нужен меньший угол крена.
Рис. 143. Закручивание воздуха в ТВП в северном полушарии
происходит в направлении «против часовой стрелки» (вид сверху).
В условиях реального полета не стоит рассчитывать на вход в термические потоки только против их вращения, так как заранее определять точные местоположения потоков обычно не представляется возможным. Но при обработке уже найденного потока полезно ставить аппарат в правую спираль (в северном полушарии) для некоторого увеличения скорости набора высоты.
В средних широтах на равнине ТВП дают восходящую скорость в среднем 1-3 м/с, но максимальные наблюдаемые значения могут составлять до 7-8 м/с.
Значительно чаще регулярных (непрерывных) термиков в природе встречаются тепловые пузыри (ТП). Они возникают при недостаточной «подпитке» ТВП нагревающимся у земли воздухом, или если ТВП разрывается меняющимся по высоте ветром. Пузыри больших размеров, можно использовать для набора высоты. Но они становятся бесполезны, если начинают дробиться и возникает беспорядочное кипение. В этом случае ТП могут начать представлять опасность как источники турбулентности.
Рис. 144. Образование тепловых пузырей.
Термические потоки следует искать над участками земной поверхности, подвергающимися наибольшему прогреву солнцем. Прежде всего, это каменистые россыпи, песок, обращенные к солнцу склоны холмов. При поиске потоков над склонами холмов полезно учесть, что вогнутые склоны нагревают воздух быстрее выпуклых.
Рис. 145. Области быстро нагреваемого воздуха над склонами холмов.
При условии неустойчивости приземного воздуха даже небольших размеров пригорки и лесозащитные полосы могут стать генераторами термиков. Гонимый ветром перегретый слой приземного воздуха наталкивается на бугор или стену деревьев и, обтекая их, начинает подниматься. Получив от наземного препятствия вертикальный импульс, воздух часто продолжает свой подъем, образуя ТВП.
Рис. 146. Формирование ТВП у пригорков.
Над возвышенностями термическая активность обычно несколько сильнее, чем в долине. Температура воздуха с высотой в общем случае уменьшается. Однако над возвышенностью воздух подогревается близким рельефом. Воздух над возвышенностью оказывается теплее воздуха, расположенного на той же высоте, но в стороне. Это увеличивает температурные контрасты и усиливает термики.
Отдельно отметим термичность над полями. Можно выделить три вида полей: «желтые», «черные» и «зеленые». Желтые поля всегда сухие и поэтому гарантированно теплые. Неоднозначна ситуация с черными полями. Черное поле темнее желтого. По идее оно должно лучше впитывать солнечное тепло и греть расположенный над ним воздух. Так оно и происходит, если поле сухое. Но если это свежевспаханное поле, ситуация меняется. Солнечные лучи будут не столько греть землю и воздух над ним, сколько испарять влагу из перевернутых плугом глубинных слоев земли. В этом случае восходящих потоков над полем не будет. Зеленые поля, покрытые живой, а значит «мокрой» растительностью, самые холодные. Над ними восходящих потоков, скорее всего, не будет.
Природа, как известно, не терпит пустоты. Если в одних местах воздух поднимается, то в других он будет опускаться. Нисходящие потоки формируются над холодными участками местности. Это, в первую очередь, низины, особенно если по их дну протекают ручьи. Холодными будут озера, реки, болота, зеленые (то есть влажные) поля, леса.
Рассмотрим в качестве примера вид с вершины горы Юца на запад в сторону города Ессентуки.
Рис. 147. Вид с вершины горы Юца на запад в сторону города Ессентуки.
В центре картинки поселок Юца (область 1). Поселок находится в ложбине, по дну которой течет ручей. Ручей холодный. Значит, ничего кроме нисходящих потоков мы над поселком не найдем. Интерес представляют два желтых поля левее поселка (область 2). Пшеница отлично впитывает солнечное тепло, греется сама и греет находящийся над ней воздух. Лесополоса, разделяющая поля, является триггером, или «генератором», термиков. Еще интереснее плато за поселком (область 3). Оно тоже сухое. Еще оно приподнято над окружающим рельефом, что усиливает его прогрев. Поверху плато проходит дорога. Движущиеся по этой дороге автомобили срывают перегретые слои приземного воздуха и тоже способствуют образованию термиков.
Тактика пилота, улетающего на маршрут с Юцы в этом направлении, следующая: выкрутить стартовый поток над горой и, избегая нисходящих потоков над поселком (область 1), лететь за следующим термиком на плато к объездной дороге (область 3). Если долететь до плато не получается, вернуться к горе и подождать более сильный стартовый термик. Если же довернувший ветер выносит пилота на желтые поля левее поселка (область 2), шансы зацепиться там за второй поток и продолжить маршрутный полет тоже вполне реальные, но, если набрать высоту не получится, возвращаться на старт будет сложнее по причине отсутствия местных подъездных дорог.
Мы определили условия и места образования термических потоков. Теперь рассмотрим признаки, по которым можно распознать активные термики. Первая рекомендация при поиске термиков не торопиться взлетать. Посидите 15-20 минут на старте и понаблюдайте за окружающей обстановкой: ветром, облаками, птицами, другими парапланами. Пока вы на земле, вам не нужно отвлекаться на пилотирование, и вы сможете увидеть много больше чем с воздуха, одновременно удерживая крыло в турбулентном потоке и уворачиваясь от летающих рядом с вами других аппаратов. Это общий совет. Теперь признаки потоков.
Если в штиль на горе на вас вдруг набегает слабый, но быстро крепчающий ветерок, или направление ветра начинает быстро меняться, то это значит, что где-то рядом начал формироваться термик, а место уходящего наверх нагретого воздуха занимает холодный. Если поток сходит непосредственно под склоном, то для того чтобы успеть его поймать, пилотам СЛА иногда приходится стартовать даже с попутным ветром.
Рис. 148. Сход термика со склона холма.
1 поднимающийся теплый воздух.
2 холодный воздух заполняет освобождающееся место.
Внимательно следите за деревьями и кустами на склоне. Их шевелящиеся ветки указывают на местные усиления ветра, которые являются основаниями поднимающихся термиков. А если под склоном имеется река, то движение ряби по воде и ее интенсивность вам расскажут не только о самом факте появления термического потока, но и о его силе, скорости и направлении движения.
Рис. 149. Основной склон у села Вяжи (Орловская обл).
Рябь на реке обозначила приближение термика.
Отличным указателем наличия ТВП являются высоко поднимающиеся дым или пыль. Часто, по окончании уборки урожая, крестьяне поджигают оставшуюся на поле солому. Горящая трава не только подогревает поле, но и своим дымом точно указывает на место схода потока. Однако при попытках ловить термики по дыму от горящей травы необходимо все время сохранять запас высоты для безопасного ухода с горящего поля на случай если термик найти не получится.
Рис. 150. Определение ТВП по поднимающемуся дыму.
В момент входа в ТВП пилот может ощутить теплое дуновение набегающего потока воздуха, а также физически почувствовать, как аппарат начинает подниматься вверх. Однако следует иметь в виду, что все эти ощущения будут возникать только в момент входа в достаточно сильный поток. При обработке слабых потоков и в полете на большой высоте пилоту целесообразнее рассчитывать не на свои чувства, а на показания приборов.
До начала 90-х гг ХХ века пилоты СЛА использовали авиационные барометрические приборы. Немного позже появилось множество более компактных, легких и чутких электронных приборов, созданных специально для полетов на дельтапланах и парапланах.
Рис. 151. Приборное оборудование парапланериста.
Слева авиационные барометрические вариометр и высотомер.
Справа комбинированный электронный прибор фирмы Flytec.
Тяжелые птицы-парители не любят зря махать крыльями, отлично «чувствуют» термики и активно используют их для набора высоты. Однако при определении термиков по птицам следует помнить, что скорость снижения птицы значительно меньше скорости снижения параплана. Поэтому птицы будут уверенно парить в потоках, которые не смогут удержать параплан. Для того чтобы не оказаться раньше времени на земле, прежде чем пристраиваться к какому-нибудь выпаривающему орлу оцените скорость его набора высоты.
Значительно надежнее птиц на термик может указать пролетающий неподалеку от вас дельтаплан или параплан, если он вдруг начинает набирать высоту. Поиск термиков по другим парапланам и дельтапланам используется многими пилотами. Если вы взлетаете не первым, то по летящим впереди вас аппаратам можно без труда определить распределение и интенсивность потоков на 3-5 км вперед по трассе маршрута.
Следует отметить, что летать маршруты группой проще и комфортнее чем в одиночку. При обработке термического потока группой нет необходимости центровать термик по прибору. Начинает работать коллективный разум. Парапланы встают в «карусельку» и каждому пилоту достаточно лишь держаться в общем круге понемногу смещая свою спираль в сторону других крыльев, если кто-то начинает набирать высоту быстрее него. Искать термики группой на переходах между потоками тоже легче. Парапланы летят фронтом и площадь проверяемой группой области в разы увеличивается, чем если бы каждый пилот летел по одиночке.
Если на горе собирается большая группа пилотов, начинающим маршрутникам рекомендуется не торопиться со взлетом и подождать старта более опытных товарищей, лучше знающих особенности полетов в местных условиях. Вспоминается добрая парапланерная байка: «пилоты делятся на три группы: на умных, хитрых и тех, у кого сильные ноги». «Умные» знают, когда взлетать. «Хитрые» смотрят на умных. Ну а те, у кого «сильные ноги» не столько летают, сколько бегают в горку.
Обратите внимание на этику поведения при полете в группе. «Правила воздушного движения» или «правила расхождения в воздухе» мы разберем позже, а пока отметим, что прежде всего необходимо держать безопасную дистанцию от летящего впереди вас пилота. Весьма некомфортно и небезопасно летать, когда кто-то плотно висит на хвосте существенно ограничивая возможности маневрирования и себе, и ведущему. И второе: не забывайте на переходах между потоками вставать фронтом. Удаление вбок на 50-70 м от ведущего не оторвет вас от него, а суммарная площадь проверяемой на термики области в разы увеличится.
Рис. 152. Этика при полетах в группе:
в термике держать дистанцию, на переходах идти фронтом.
Если вы на высоте нескольких сотен метров увидели пролетающие мимо вас мелкие сухие листья или пушинки одуванчика, значит вы уже в потоке. Сами по себе сухие листья летать не умеют. Это их термик с земли поднял.
Кучевые облака часто указывают на вершину ТВП. При поиске термического потока по кучевым облакам следует обратить внимание на их форму. На активный ТВП указывает облако с широким основанием и вытянутой вверх вершиной треугольник с вершиной, направленной вверх. Если подпитка облака термиком прекратилась, основание облака становится размытым, а основная его масса сосредоточивается в верхней части получается треугольник с вершиной, направленной вниз.
Рис. 153. Определение термиков по кучевым облакам.
Если высота вашего полета за 700-800 м и в воздухе есть достаточное количество кучевых облаков, на подстилающий рельеф можно почти не смотреть и идти по маршруту, ориентируясь только на растущие облака. Если высоты меньше 500 м, ищем потоки прежде всего по рельефу, но на облака, как индикаторы вершин термиков, продолжаем поглядывать. Место схода потока на земле не всегда очевидно, а белые облака на голубом небе видно хорошо и издалека.
Глава 8 Парящие условия. Восходящие потоки
В противовес силам гравитации большинство видов спортивной авиации используют восходящие воздушные потоки. Даже в моторизованных авиационных дисциплинах пилоты, которые знают секреты поднимающегося воздуха, могут расширить характеристики своего летательного аппарата и увеличить безопасность. Мы можем быть в воздухе как дома, в гармонии с небесными течениями. Чтобы добиться этого, мы должны понимать движение воздуха в вертикальном направлении так же хорошо, как и в горизонтальном.
В этой главе мы посмотрим на небо не с целью избегать или уклоняться от чего-нибудь, но с целью искать и найти. Что же мы собираемся искать? Поднимающийся воздух или восходящие потоки. Мы будем изучать причины и механизмы возникновения восходящих потоков. Поняв их, мы научимся летать высоко и далеко.
ПАРИТЬ
Слово soar (парить) произошло от латинского ex aura, что означает в воздухе, на воздухе. Чтобы пилот чувствовал себя в воздухе, как дома, необходимо понимать и использовать восходящие потоки для увеличения длительности и дальности полета. Парение — это полет с набором высоты при помощи управления, мастерства и знаний пилотом воздушной обстановки.
Условие для парения очевидно: мы должны найти воздух, поднимающийся вверх со скоростью равной или большей, чем минимальная скорость снижения нашего летательного аппарата. В природе существуют различные причины для того, чтобы воздух поднимался вверх. Это отклонение ветра, волны, конвергенция, фронтальное движение и термичность. Последнее так важно, что мы выделим эту тему отдельно в следующие две главы.
ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ У ГРЕБНЕЙ
Ветер, наталкиваясь на гору, гребень или холм, отклоняется так же, как и вода, обтекающая препятствие. Если в направлении, перпендикулярном ветру, на поверхности находится достаточно обширное препятствие, оно будет отклонять воздух, создавая восходящие потоки, как показано на рисунке 137. Мы называем их динамическими или орографическими потоками.
Рис. 137. Динамический восходящий поток
Различные формы препятствий по разному влияют на набегающий поток. В основном более крутые склоны дают большую вертикальную составляющую при одинаковой скорости ветра. Это показано на рисунке 138, где изображены линии тока при различной крутизне склона. На графике (рис. 139) представлена зависимость вертикальной составляющей потока от силы ветра и крутизны склона. Например, на склоне 40° при ветре 24 км/час максимальная составляющая будет
Рис. 138. Изменение динамического потока
Рис. 139. Максимальный восходящий поток в зависимости от угла склон и скорости ветра
Если есть гребень или гора с различными склонами, то мы надеемся найти лучшие восходящие потоки над более крутыми местами, где ветер дует перпендикулярно склону. Все безмоторные летательные аппараты (за исключением воздушных шаров), как птицы и бабочки, когда не машут крыльями, снижаются, а подниматься могут только, находясь в зоне восходящего потока над горой. Зона устойчивого парения имеет определенную форму и местоположение, как показано на рисунке 140, в зависимости от формы возвышенности, от силы ветра и состояния воздуха. Отметим, что более крутые склоны дают лучшие условия для па рения. Также линия максимальной подъемной силы (А-В) слегка наклонена вперед. В более стабильных условиях зона парения сдвигается вперед и становится ниже. С увеличением ветра назад и выше.
Рис. 140. Зоны парения в различных условиях
СКЛОН СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
В реальной жизни ветер не всегда идеально прямо дует на склон. Лучшей формой для создания хорошего динамического потока является чаша, как показано на рисунке 141. Здесь весь воздух, попадающий в нее поднимается вверх.
Рис. 141. Обтекание склонов различной формы
Противоположная по эффекту форма — выступ. Если ветер дует прямо на него, то поток разделяется и вертикальная составляющая его меньше.
Когда направление ветра не перпендикулярно склону, то динамический поток слабее, так как набегающий воздух делится на поднимающийся вверх и двигающийся в горизонте вдоль склона. Фактически, чем круче склон, тем сильнее отклонение. Динамический поток на вертикальных склонах сильнее зависит от направления ветра, чем на пологих. График на рисунке 142 показывает изменение максимума восходящего потока в зависимости от крутизны склона и угла натекания ветра. Например, отвесный склон (90°) создает половинный по силе восходящий поток при отклонении ветра от перпендикуляра только на 30°. В то же время склон 15° уменьшает вполовину динамик только при отклонении на 60°. Но даже вполовину ослабленный поток на отвесном склоне больше динамика при перпендикулярном ветре той же силы на склоне 15°.
Рис. 142. Изменение скорости восходящего потока от направления ветра и крутизны склона
Из всего выше сказанного следует, что надо держаться у склонов, которые расположены более круто к ветру. На рисунке 143 изображен приближающийся к реальному горный ландшафт и указаны зоны хороших динамических потоков, а также нисходящих и турбулентности. Этот рисунок приблизительно отражает место полетов в Mont Revard во французских Альпах.
Рис. 143. Локализация восходящего потока ветрам
КАНЬОНЫ И ПРОЛОМЫ
Ранее мы разобрались с моделью восходящих и нисходящих потоков, возникающих в каньонах (глава 6). Здесь мы просто отметим, что в них возникают хорошие динамические потоки у вершины, если ветер прямо внутрь и на наветренном склоне, если ветер пересекает каньон. Остерегайтесь подветренных склонов из-за турбулентности.
Отметим, что нисходящие массы воздуха могут поджидать вас высоко над подветренным склоном. В случае, когда горный хребет разрезан, то в проломе при прямом ветре создается ситуация, показанная на рисунке 144.
Рис. 144. Потоки вблизи ущелья
Здесь мы видим изменение потока возле пролома, сжатие его и ускорение. Турбулентность на подветренной стороне такая, как показано на рисунке 111. Полет возле пролома может быть небезопасен именно по причине ускорения потока. Не рискуйте летать в таких местах в сильный ветер. Проломы, которые не разрезают хребет насквозь и если они не очень глубокие, могут работать, как чаши с хорошими динамическими потоками. Более глубокие проломы создают восходящие потоки далеко позади и могут быть вне досягаемости легкими летательными аппаратами.
При обоих типах проломов следует избегать подветренной стороны и стремиться на наветренной стороне к наибольшей высоте, как показано на рисунке. Основное правило при пересечении проломов — это чем ниже, тем дальше впереди надо лететь, чтобы избежать затягивания потоком в пролом. Пересечение с небольшой попутной составляющей ветра облегчает, а с составляющей навстречу затрудняет задачу.
ПРОБЛЕМЫ ПАРЕНИЯ У ГРЕБНЯ
Одна из реальностей парения у гребня есть тот факт, что у поверхности присутствует турбулентность, вызванная трением потока о склон. Поэтому приходится выдерживать большую скорость (планеры, дельтапланы), что соответственно приводит к увеличению и вертикальной составляющей, а это затрудняет парение. Следует особо отметить различия в турбулизации потока над склонами, поросшими травой и деревьями. Турбулентность минимальна над ровным грунтовым склоном.
На рисунке 145 показан градиент скорости потока, движущегося вверх по склону. Это может привести к увеличению подъема на консоли, дальней от склона, к крену и развороту аппарата на склон. Вы должны противодействовать этой тенденции, а для этого тоже нужен некоторый запас скорости.
Рис. 145. Градиент ветра на наветренном склоне
Над вершиной хребта может быть зона, где скорость потока больше, чем ветер, ее называют зоной Вентури (Venturi). Процесс этот аналогичен тому, что происходит в карбюраторе вашего автомобиля: сжатие потока приводит к его ускорению (такое же явление наблюдается в сужающихся долинах, ущельях, проломах и т. д.). Как видно из рисунка 146, более скоростной поток ограничивается высотой меньшей, чем высота горы. Эту зону легко обойти, но многие, если не все пилоты, убедились в ее наличии на собственном опыте. Обычно для возникновения над гребнем зоны Вентури требуется ветер по меньшей мере 20 км/час, причем этот эффект не наблюдается на изолированных холмах или горах.
Рис. 146. Зона риска над гребнем
ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВОСХОДЯЩИХ ПОТОКОВ
Динамический поток на гребне существует так долго, пока дует ветер. В некоторые дни это
действительно так, но в другое время при определенных скоростях и направлениях ветра восходящие потоки слабы или отсутствуют совсем. Это состояние дел может быть очень огорчительным.
Решение этой загадки заключается в наличии других форм восходящих потоков, которые в комбинации с динамическим потоком создают общую модель движения воздуха. Термики имеют особенно сильное влияние на динамические потоки. Обычно они усиливают динамик (за исключением случаев, когда ветер очень силен и сдувает термик). Однако нисходящий поток между термиками может существенно уменьшить динамик. Подобную ситуацию автор много раз наблюдал, летая вдоль гребней на востоке США и обнаруживая большие провалы в динамике. Даже когда деревья показывали хороший ветер, динамик отсутствовал. Термики часто выстраиваются в линию (улицу) (глава 10). Между ними обязательно есть полосы нисходящих потоков. Когда улицы пересекают гребень, нисходящие потоки между ними способны заглушить динамический поток и усадить вас на землю. Даже в безоблачные дни улицы могут существовать со всеми вышеперечисленными последствиями. Лучший план полета вдоль гребня в подобных условиях это набирать высоту в термиках и пересекать побыстрее нисходящие потоки.
Конечно, улицы термиков есть не всегда и исключительно редко в позднее послеобеденное время и вечером. Такая модель воздушной обстановки встречается только на длинных хребтах, более изолированные холмы (горы) сами являются генераторами потоков. Вы должны знать, что термический поток меняет свою интенсивность от нулевой у подножья до максимальной у вершины. Необходимо быть наблюдательным, чтобы определить условия в день полетов. Ваша первая попытка полета вдоль хребта в данный день дает вам представление о восходящих потоках, местные они или продолжительные.
Как мы определились, бризы на склон дополняют динамический поток. Поэтому облака над долиной могут уменьшать динамик у хребта в этой местности, если не образуется бриз на склон. Вечером течение со склона может также иметь негативное влияние на динамик, но обычно оно начинается внизу склона и просто приводит к уменьшению силы ветра. Бризы на склон в основном ощущаются так же, как динамик у хребта, за исключением того, что они имеют меньшую горизонтальную составляющую. Также для возникновения чистого динамического потока, достаточного для парения, требуется ветер большей силы, чем для аналогичных процессов, связанных с прогревом. В любом случае, в солнечные дни с ветром мы не можем разграничить динамик и бриз потому, что они работают вместе.
ВОЛНОВЫЕ ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ
Воздух — это легкая жидкость, и как все жидкости, он может образовывать волны. Если вы хотите увидеть модель атмосферных волн, идите к вашему ближайшему любимому ручейку и посмотрите, Что происходит ниже по течению от затопленного камня. Вы увидите, что вода, обтекая предмет, поднимается вверх перед ним (динамический поток перед хребтом), в то время как за ним вы увидите рябь или серию волн. Эти волны могут быть достаточно большими в быстром глубоком ручье.
Подобным образом возникают и волны в атмосфере. Просто замените камень горой или хребтом и получите требуемую модель. Однако, только вполне определенные атмосферные условия на определенной местности приводят к образованию волн. На рисунке 147 мы можем видеть, что происходит при ветре, дующем на хребет в стабильных, нейтральных и нестабильных условиях. Отметим, что только в стабильных условиях возможно возникновение волн. Это потому, что поднимающийся стабильный воздух имеет тенденцию после прохода горы возвращаться на прежний уровень. Однако, двигаясь вниз, он проскакивает свою высоту и опять же по причине стабильности начинает двигаться вверх и так далее вверх-вниз, вверх-вниз, как на большой мягкой пружине, движущейся от горы. Значит, первое требование для волнового процесса — это наличие стабильного слоя воздуха.
Рис. 147. Поток над горой в различных условиях
Следующая вещь — нужен достаточный ветер. Для образования волн нужен ветер, скорость которого на вершине не менее 25 км/час. Кроме того, ветер должен быть перпендикулярен хребту, не менять направление с увеличением высоты и желательно усиление от поверхности к тропопаузе. Эти требования отражены на рисунке 148. Отметим, что градиент стабильного слоя воздуха должен быть над горой. Идеальные условия, когда под и над стабильным слоем находится нестабильный воздух.
Рис. 148. Образование волны
Форма горы, индуцирующей волны является фактором, определяющим параметры волн. Идеальный профиль горы показан на рисунке. Наветренный склон плавный, а подветренный крутой, а размер горы определяет размер первой волны. Длинный хребет лучше для образования волн. У изолированных гор и холмов воздух обтекает их с двух сторон и этим мешает волновому процессу. Длина гребня для оптимального формирования волн должна быть равна минимум длине волны. Волна может образоваться и на изолированном холме, как показано на рисунке 149, но она будет слабая и быстро за холмом пропадать.
Рис. 149. Волнообразование за холмом
Идеальный генератор волн может инициировать серию волн, которые распространяются на сотни километров за хребет.
Резкое снижение плато может индуцировать волну, этот процесс изображен на рисунке 150. Это явление наблюдается на востоке США. На волну влияет эффект охлаждения, ее длина становится меньше с увеличением плотности воздуха.
Рис. 150. Волна возле наветренного склона долины.
Волны могут возникать от любого объекта, находящегося на пути ветра. Авиамоделисты освоили парение моделей планеров в волнах, образуемых строениями, изгородями, дамбами. Процесс таких мелкомасштабных образований происходит в менее сильный ветер, по сравнению с необходимым для больших волн.
СВОЙСТВА ВОЛН
Два важных свойства волн: амплитуда и длина волн (см. рис. 148). Амплитуда обозначает насколько высоко или низко поднимается или опускается воздух, двигаясь в волне. Длина волны — амплитуда очень сильно зависит от температурного градиента воздуха по высоте и профиля ветра. Кроме того более влажный воздух способствует увеличению амплитуды.
Невысокие горы — наиболее часто встречающиеся рельефные образования. За низкими горами (до 300 м), покрытыми деревьями и кустарниками, реже можно встретить волны, чем за такими же возвышенностями, но гладкими (трава, снег…).
Длина волны зависит от температурного градиента и скорости ветра. Расстояние между гребнями может быть от 2 до 32 км. Наиболее часто встречаются волны с длиной 10 км. Как правило, длина волны примерно численно равна 1/8 скорости ветра (в км/час).
Длина волны — очень важная величина, особенно, когда горы или хребты расположены один за другим. Смысл этого отражен на рисунке 151. На верхнем рисунке за хребтом, вызвавшим волновой эффект, расположен следующий хребет, вершина которого по месту совпадает с гребнем одной из волн. Это называется конструктивная интерференция.
Рис. 151. Конструктивная и деструктивная волновая интерференция
На нижнем рисунке показана та же территория, но длина волны больше. В данном случае восходящий поток на наветренном склоне движется навстречу воздуху в волне, что гасит последнюю. Этот процесс называется деструктивной интерференцией. Если на некоторой территории большое количество хребтов один за одним, может присутствовать в разных местах и конструктивная, и деструктивная интерференции, возникает смешанная волновая модель.
Подведем итоги.
Необходимые причины возникновения волн:
Ветер — не менее 25 км/час, перпендикулярно гребню, не меняющийся с высотой по направлению и увеличивающийся по скорости.
Стабильность — градиент температуры показывает нестабильность под и над стабильным слоем. Более стабильный и узкий слой воздуха приводит к большей амплитуде волны.
Гора — форма поперечного сечения близка к форме волны. Высота 170 ми более для летательного аппарата, пилотируемого человеком. Другие хребты, расположенные за инициатором волнового движения, совпадают с фазой волны.
Рис. 152. Волна с присущими ей облаками
ВОЛНОВЫЕ ОБЛАКА
Волны могут быть при ясном небе, но часто в восходящей части волны образуются облака специфической формы. Волновые облака (lenticular) описаны в главе 3. На рисунке 152 показано сечение с облаками на вершинах волн. Они стационарны, потому что передняя кромка находится на восходящей стороне волны, а задняя на нисходящей. Ниже передней кромки еще нет условий для образования облаков, а ниже задней они начинают распадаться. В трех измерениях волновые облака смотрятся как удлиненные, плоские блюдца на узкой волне.
Волновые облака могут существовать на всех гребнях волн, если поток пересекает слой конденсации. Наличие или отсутствие облаков не влияет на волновой процесс, но следует отметить, что влажный воздух больше способствует образованию волн. В особенно влажных условиях облака могут быть в стабильном слое. Всякий волновой процесс можно увидеть по наличию щели в облаках. Просвет в облаках за горой называется феновой щелью. Если база облаков низко, то может быть сплошной слой облаков, и только феновая щель указывает на наличие волнового процесса (см. рис. 153).
Рис. 153. Феновая щель как показатель волнового процесса
Под вершиной волны может быть роторное (roll) облако, как показано на рисунке 152. Это облако бывает шероховатым, часто темным и цилиндрической формы. Оно формируется в восходящей части ротора, который часто размещается под вершиной волны. Но роторные облака не обязательно образуются даже при наличии ротора.
ОПАСНОСТИ ВОЛН
Из ранее прочитанного, мы поняли, как можно использовать волны, теперь хотелось бы определиться со степенью их опасности. Самой большой опасностью в волне является ротор и турбулентность, им производимая. Это часто не только очень сильные вихри, но могут накладываться срез и случайные порывы. Эффекты могут быть очень мощные.
Роторы могут испортить дело любому пилоту и не подозревающему о волновой перспективе.
Наблюдение — это основное средство избежать попадания в ротор. Когда есть роторы и волны, на поверхности чередуются места затишья, почти штиля и сильного ветра. Сверху будет видно, что ветер на поверхности неустойчивый и меняется в широких пределах.
Если вы летаете, а погодные условия таковы, что образовались волны, то, чтобы избежать ротора, старайтесь находиться перед возвышенностью, индуцирующей или усиливающей волну. Если вы далеко от этой горы и имеете достаточно высоты, летите как можно дальше по ветру, где и роторы и волны ослабевают. Если ни одна из этих стратегий невозможна, снижайтесь в восходящем потоке и двигайтесь вперед, чтобы избежать ротора у земли. Если вы не можете снизиться — а это очень даже возможно при хороших волнах, просто летите против или по ветру в соседнюю зону нисходящего потока и двигайтесь по ветру.
Следующая очень серьезная опасность полетов в волнах — это возможные супермощные восходящие потоки, уносящие вас на очень большие высоты к очень сильным ветрам. Если такое случится, а вы не оборудованы в соответствии с ситуацией, то вы испытаете и недостаток кислорода, и сильное переохлаждение.
Зафиксированы случаи, когда планеры в волнах набирали высоту более 15 км и подъем продолжался. Если ваш летательный аппарат недостаточно скоростной и не может пробиться против ветра, двигайтесь по ветру, возможно, тогда вам удастся благополучно приземлиться.
Еще одна проблема — это мощный и обширный нисходящий поток на подветренном склоне и внезапное затягивание неба облаками. Наблюдая за волновой облачностью, легко заметить, что облака иногда меняют форму при изменении состава движущихся воздушных масс.
Самые мощные волны наблюдаются в очень сильный ветер в высоких горах. Например, горы Сьерра Невада в Калифорнии индуцируют волновой процесс, отмеченный над долиной Owens. «Волна Сьерра» является рекордсменом по прерванным полетам и разбитым самолетам в роторах
ПОЛЕТ В ВОЛНАХ
Волны имеют тенденцию появляться обычно утром, поздно после обеда и вечером в конце хорошего дня (в смысле парения). Нижний нестабильный слой воздуха может создавать термические потоки целый день, и волны возникают после угасания термичности. Объяснением того, что волны не возникают днем, являются термические потоки, которые разрушают ламинарный слой, необходимый для волнообразования.
Когда высота термиков уменьшается, появляются условия для возникновения волн. Такая ситуация наблюдалась 31.08.91 г., когда проходили полеты вдоль горы Bald Eagle возле Lock Haven в Пенсильвании.
Пилоты набирали около 1000 м над горой в термических потоках до возникновения в районе 17–00 волны. Летая в полутора километрах перед горой, они набрали в волне более 2300 м и увидели внизу образование волновых облаков.
В другом случае автор этой книги и два других пилота участвовали в соревнованиях в долине Sequachie в Теннеси. Мы парили над гребнем и в 14–00 попытались набрать высоту, чтобы пересечь долину. В 1000 м над вершиной попали в волну, и набор высоты продолжали без вращения в спирали. Восходящий поток был ровный, фиксированный по месту и очень широкий. Набрав через некоторое время более 3000 м, ветер стал сильнее, сильно уменьшив нашу скорость. Воздух еще поднимался, когда мы бросились выходить из потока.
Надо извлечь два урока из приведенных выше случаев. Первое: мы должны знать, что волны могут возникнуть неожиданно. Важное условие — надо быть всегда готовым к ним и знать, что предпринять при их появлении. Второе: ясно, что волны могут возникнуть в любое время в течение дня и надо знать правила поведения волн, но помнить, что бывают исключения. Очень часто волны возникают ночью и зимой, когда летная активность ограничена. Один исследователь утверждает, что в горных районах волновая активность существует 2/3 времени.
30 км, но обычно они намного ниже.
Использовать восходящий поток в волне лучше всего, летая вдоль волны, учитывая, что они стационарны. На рисунке 154 показано сечение волнового движения воздуха и отмечены зоны восходящих и нисходящих потоков. Обратите внимание на различия в высоте восходящих потоков. Если вы будете парить возле вершины первой волны сразу за горой, то сможете набрать большую высоту.
Рис. 154. Зоны потоков при волновых процессах
Перелетая от одной волны к другой можно совершать дальние полеты, но летательные аппараты с малой скоростью будут терять высоту на тыльной стороне волн. Парение вдоль них обычно более эффективно.
Общие опасения (и даже страх) пилотов при полете в волне, это: «Не могу снизиться». Фактически снижение возможно, но требуется некоторое напряжение, если не экстремальное маневрирование. Волны часто возникают к вечеру и реально встает проблема посадки до темноты.
Основные правила для выхода из волны просты:
Уйти из восходящего потока, лететь против ветра или по ветру пока не достигнешь нисходящего потока.
Двигаться в нем поперек ветру.
Как только достигнете малых высот остерегайтесь ротора.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ВОЛН
Часто волны представляют себя сами широким восходящим потоком, и вы узнаете об этом, уже находясь в нем. Если вы набираете высоту больше и больше, а поток не ограничен в размерах и не изменяется подобно термику, то вы, скорее всего, уже в волне. В другом случае вы попадаете в ротор или турбулентность. Подозревая волновую активность, надо быть готовым к переменчивости ветра и турбулентности у поверхности за горой. В любом случае, для пилотов предпочтительнее еще до попадания в волну определить ее наличие.
Лучшим указателем этого являются волновые облака. Обширный слой облаков со щелью также является хорошей подсказкой. Кроме этих явных признаков, надо знать лучшее время и условия для возникновения волновых процессов.
Основные погодные условия, способствующие формированию волн, должны знать и понимать все парящие пилоты. Приближение теплого фронта часто приводит к образованию волн из теплого воздуха наверху, представляющего стабильный слой, над нормально нестабильными нижними воздушными массами.
Действительно, мы можем часто на высоте видеть плоские волновые облака во время приближения теплого фронта. Но эти волны, в основном, не для спортивных авиаторов. И только за 10–20 часов до прохождения фронта теплый слой значительно снижается и волны могут быть достигнуты. Во влажном, умеренном климате такие фронты обычно сопровождаются толстым слоем stratus облаков, которые маскируют наличие волн.
Парение у гребней и в термиках не очень хорошо в таких условиях, потому что пилоты, увлеченные выпариванием, могут пропустить изменение обстановки.
Очень хорошие условия для внезапного возникновения волн появляются при прохождении барической системы высокого давления. В этом случае идет небольшая подпитка воздуха, который создает температурную инверсию — идеальные условия для волнообразования. К сожалению, ветер у поверхности, в центре антициклона, очень слабый, и мы должны быть очень удачливыми, чтобы найти волны на периферии.
Предсказание волн возможно, если вы очень хорошо знаете причины их возникновения. Два вероятных периода времени для обнаружения волн: непосредственно перед приближением теплого фронта и сразу после прохождения холодного. Более сильные фронты более предрасположены к волнообразованию по причине более сильного ветра. Каждое место для полетов имеет свои господствующие ветры и известны направление и скорость ветра, при котором велика вероятность волнообразования. Эти знания — результат долгих наблюдений. В предсказании волновых процессов могут помочь сводки погоды на день.
ДРУГИЕ ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВОЛН
В главе 6 мы уже упоминали о волнах среза и облаках billow (вал). Здесь мы рассмотрим их подробнее.
Облака среза иногда бывают в зоне проходящих фронтов. Холодный фронт время от времени создает волны, которые пилоты используют. Морские бризы и ветры вниз по склону также производят такие волны, когда они подтекают под более теплый воздух, но эти валы обычно слишком малы для того, чтобы поддерживать парение.
Термические облака с их огромной массой могут создать конвективный барьер. Смысл этого в том, что термики поднимаются от земли с меньшей скоростью, чем быстрее движется воздух, в котором они поднимаются. Хотя мы думаем, что облака как легкие пушистые клубы, но воздух в них весит тонны, и их инерция препятствует их повороту вправо вместе с ветром при подъеме. Поэтому воздух движется вокруг и над ними. Линия таких облаков может создать барьер, который станет причиной волн так же, как гора или хребет.
Как показано на рисунке 155, линии кучевых облаков «улицы» могут создавать волны над своими вершинами, когда ветер поворачивает и пересекает их. Эти термические волны как они называются, могут быть достаточны для парения на наветренной стороне облачной гряды. В таких условиях облака часто создают гребень восходящего потока, как в горах в сильный ветер. Использование таких «гребней» или волновых восходящих потоков требует парения вдоль линии облаков.
Рис. 155. Термическое волнообразование
ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ КОНВЕРГЕНЦИИ
Как уже говорилось ранее, «конвергенция» — значит двигаться вместе. Когда воздушные потоки объединяются, если они не двигаются в сторону, то они двигаются вместе вверх. Это то, что нам надо.
Давайте разберем различные пути, которые приводят к восходящим потокам конвергенции.
Ранее мы рассматривали существование конвергенции в крупных барических системах низкого давления. Связанный с этим поднимающийся воздух может помогать термической деятельности, но сам по себе не достаточно силен, чтобы поддерживать парение. Мы также видели, что конвергенция имеет место, когда ветер дует в сужающуюся расщелину (рис. 112) или пролом (рис. 144). Эти формы восходящих потоков конвергенции используются, когда ветер не слишком силен, потому что при сильном ветре велика опасность турбулентности и увеличения скорости потока. Чаши, перекрытые длинные каньоны и долины не только дают характерный динамик у гребня, но также поток конвергенции, который часто расположен там же, но шире (рис. 156).
Рис. 156. Восходящий поток конвергенции
Если ветер внезапно меняет направление, могут возникать зоны конвергенции, особенно, если новый ветер сильнее. Подобная ситуация имела место весной 1991 г. на соревнованиях в Теннеси. В горах дул легкий юго-восточный ветер и пилоты парили низко в слабых термиках. Сплошная слоистая облачность, пришедшая с юга, принесла более сильный южный ветер. Изменение ветра прогрессировало вверх по долине к северу и сопровождалось зоной конвергенции, которая помогла набрать нескольким удачливым пилотам высоту 1600 м над горой и пролететь 40 км.
Заранее определить такую зону конвергенции можно по надвигающемуся слою облаков, но все равно возникает она внезапно. В любое время направление ветра может измениться, и тогда мы должны искать зону конвергенции.
Легкие кучевые облака отмечают конвергенцию. Но это только один из признаков, и восходящий поток в этом месте может оказаться иллюзией. В этой ситуации восходящий поток двигается по направлению нового ветра. На самом деле условия, описанные здесь, имеют все характеристики теплого фронта и, возможно, им будут являться. Метеослужба не сообщает о таких вещах, поэтому необходимо наблюдать за погодой для предсказания изменений ветра и облачных эффектов.
Другим местом, где присутствует изменение направления ветра с конвергенцией, является переход от воды к суше. Этот процесс не аналогичен морскому бризу. Как это происходит; показано на рисунке 157.
Рис. 157. Восходящий поток конвергенции возле воды.
Воздух пересекает сушу, затем большое озеро и снова выходит на сушу. В связи с большим трением над землей, ветер возле поверхности замедляется и пересекает изобары, как мы изучали в главе 4. Над водой трение меньше, скорость ветра выше и, следовательно, направление ближе к направлению изобар. В результате ветер делится или дивергирует на наветренной стороне озера и сходится вместе или конвергирует на подветренной.
Конвергенция усиливает поток и делает воздух более нестабильным. Изменение направления ветра на берегу 20–40 градусов против часовой стрелки на подветренной стороне (по часовой стрелке в южном полушарии).
Ранее мы видели, что волны могут образовываться за холмом. Даже когда нет условий для возникновения волн, наличие конвергенции может создать восходящий поток позади изолированного холма, как показано на рисунке 158.
Рис. 158. Восходящие и нисходящие потоки возле изолированного холма
Наиболее часто подобная ситуация встречается, когда морской бриз дует на сушу в горных районах. Если стабильный морской воздух встречает изолированный холм, он делится и обдувает холм по сторонам, после чего очень часто двигается вверх. Сложная горная система, как мы видим на рисунке 159, может создать многочисленные зоны конвергенции.
Рис. 159. Конвергенция в горах возле моря
Используя восходящие потоки конвергенции такого типа, очень важно помнить об опасностях роторов, нисходящих потоков и турбулентности на подветренных склонах возвышенностей (рис. 110).
Ранее мы изучали конвергенцию и местные циркуляции (глава 7), возникающие по причине неравномерного прогрева, такие как поле — лес, например (рис. 131). Также мы исследовали конвергенцию, возникающую в середине долины, когда с двух сторон в долину дуют ветры со склонов. Это изображено на рисунке 160 и на рисунке 136 (вечерние условия).
Рис. 160. Вечерняя конвергенция в долине
В данном случае восходящий поток обычно легкий и обширный, у которого есть свое имя: магический воздух. Особенная конвергенционная ситуация возникает, когда верховой ветер в долине встречается с низовым. Это может произойти, когда основной ветер, ориентированный вниз по долине, борется с противоположным по направлению, который возникает из-за различий прогрева. Ветер вверх по долине может дуть утром до перемешивания нижних слоев и усиления противоположного ветра. Другой путь возникновения ветра вниз по долине в течение дня — это существенное охлаждение в основании долины. Как пример можно привести долину Rhone в Швейцарии. Северо-восточный ветер вверх по долине встречает после обеда сильный снижающийся поток с холодных ледников и лесов, которые украшают вход в нее. Этот ветер вниз хорошо известен как «Grimsel snake». Его конвергенция может двигаться вверх и вниз по долине и изменять направление ветра у поверхности.
Возможно, самая используемая форма конвергенции — это когда два потока вверх по склону холма или горы с разных сторон встречаются на вершине (см. рис. 161). Поток на одной стороне может быть недостаточно сильным для полетов, но над холмом два потока создают очень хороший для парения столб восходящего воздуха. Если поток с одной стороны сильнее чем с другой (например; неравномерность освещения), то над горой возможно будет иметь место турбулентность среза. Если есть основной ветер, он с одной стороны создает динамический поток на наветренном склоне, а также отклоняет столб восходящего воздуха, как показано на рисунке. Усиление ветра изменит ситуацию: будет динамический поток на наветренной стороне и ротор на подветренной.
Рис. 161. Конвергенция над вершиной холма
ПОЛЕТЫ В УСЛОВИЯХ КОНВЕРГЕНЦИИ
Восходящие потоки в зонах конвергенции часто спокойные, ровные над обширной территорией. Это потому, что они в основном двигаются вертикально вверх и со скоростью менее 5 км/час. Для парения в них необходимы современные парапланы, дельтапланы или планеры. Это идеальные условия для радиоуправляемых моделей. В таких слабых потоках турбулентность стремится к нулю.
Также если на существование термических или динамических потоков накладываются ограничения по времени суток или месту, то восходящие потоки конвергенции более свободны.
Но такое спокойное положение существует не всегда. В природе чаще всего различные процессы встречаются совместно. Более сильные потоки (например; термики), двигаясь быстрее, создают вертикальную турбулентность среза. Но, кроме этого, такие потоки несут и приятные моменты, связанные с большими скоростями восходящих потоков.
Потоки конвергенции часто сопровождаются облаками. Это могут быть ряды толстых кучевых облаков над хребтами или шапки над изолированными горами. Если воздух сухой, над зоной конвергенции могут появиться только очень слабые космы. Бывает они ориентированы вертикально и располагаются узкой полосой в поднимающемся воздухе. А вообще над медленно поднимающимся воздухом возможны различные облака (рисунок 162).
Рис. 162. Облака, сопровождающие конвергенцию
Конечно, воздух не поднимается очень высоко, например, в центре долины вечером, облака не сформируются, так как воздух не достигает высоты конденсации, если, конечно, он не очень влажный.
Над горными пиками и грядами нередко наблюдаются облака с двумя различными базами. Это верный знак конвергенции над вершиной, а разный уровень облаков формируется в разных по влажности потоках воздуха, которые поднимаются с двух противоположных сторон горы, как показано на рисунке 163. Эта ситуация не редкость, если один из склонов горы смотрит на море или большое озеро.
Рис. 163. Облака с различной базой — указатели конвергенции
Полет в восходящих потоках конвергенции часто требует разведки и, возможно, сразу найти его не удастся. Термики могут быть обозначены облаками, или их можно спрогнозировать по характеру подстилающей поверхности и погодным условиям, они дрейфуют с основным ветром; динамики привязаны к возвышенностям, а конвергенция может быть короткоживущей и скрытой. Зона восходящего потока между двумя конвергирующими потоками может передвигаться, или вдруг исчезать и появляться позже в новом месте. Вы можете делать длинные перелеты, находясь в одной узкой зоне конвергенции, а можете кружиться на месте, если она маленькая.
Обычно восходящие потоки конвергенции слабы и требуют большого терпения для набора высоты. Но над пиками гор могут быть очень сильными. Очень важно понимать, что в полете можно встретить зоны конвергенции в любой момент — особенно ближе к вечеру над холмами и в изменяющихся погодных условиях, чем раньше вы их обнаружите, тем больший эффект получите.
ФРОНТАЛЬНЫЕ ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ
На самом деле восходящий поток в зоне фронта есть просто особая форма конвергенции, когда вместе движутся две воздушные массы и одна выталкивает вторую перед собой. Здесь мы специально выделим фронтальные потоки отдельно, из-за специфики их поведения и проблем, возникающих в них. Более интересны для нас холодные фронты, потому что теплые не обеспечивают сильные восходящие потоки.
Ранее мы в деталях обсудили использование фронтов морского бриза (глава 7). Этот тип холодного фронта, возможно, является самым используемым спортивными авиаторами. Другие тепловые фронты, о которых рассказано в той же главе, являются тоже очень полезными для любителей высоты, но их труднее определить.
Синоптические (крупномасштабные) холодные фронты часто создают пригодные для полетов восходящие потоки. Такой движущийся холодный фронт, образующий восходящий поток, заявляет об этом массивом растущих вверх облаков. Дополним: основная проблема использование этих потоков — возможность грозовых процессов (глава 11). Однако обилие сухих и мелких холодных фронтов создает восходящие потоки, обеспечивающие хорошее парение и среднее развитие облачности.
Техника использования фронтальных восходящих потоков заключается в том, чтобы находиться в секторе теплого воздуха у самой границы фронта, как на рисунке 164, то есть летать параллельно фронту. Таким образом, можно покрывать большие расстояния, но если фронт сухой, то бывает трудно определить его местоположение. Помните: фронт движется (если он не стационарный), вместе с ним смещаются и восходящие потоки. Слабые фронты часто двигаются со скоростью менее 24 км/час.
Рис. 164. Восходящий поток перед фронтом
Фронты с более влажным воздухом легче определять и использовать. В этом случае вы должны оставаться в районе передней кромки облаков, так как это чаще всего место лучших восходящих потоков, но нужно быть готовым к тому, что они могут быть слишком сильными или ситуация станет грозовой.
Остерегайтесь очень влажных фронтов. Когда начинает подниматься более влажный воздух, база облаков начинает быстро опускаться. Иногда перед фронтом движется полоса шквала с грозами. Такие мощные холодные фронты не место для полетов спортивной авиации.
УКАЗАТЕЛИ ВОСХОДЯЩИХ ПОТОКОВ
Использовать восходящие потоки мы можем, если знаем, где и когда они возникают. Мы можем определить их наличие по некоторым признакам, например, на рисунках в этой книге по стрелочкам, направленным вверх, в воздухе это немного сложнее. Облака — явный признак поднимающегося воздуха. Мы обсуждали различные их типы, сопровождающие разные формы восходящих потоков. Другие признаки — это изменение ветра у поверхности, что можно определить по движению деревьев и дыма, а также птицы.
Изменение ветра у поверхности сопровождает термическую деятельность, мы рассмотрим это в следующей главе, но ветер, дующий с разных направлений в одном месте хороший знак конвергенции. Вершина, заросшая деревьями, является хорошим индикатором парящего ветра. Деревья могут рассказать о скорости и направлении ветра. Дым — хороший указатель состояния воздуха: скорость, направление и турбулентность (рис. 104), стабильность и наличие восходящих потоков. Рисунок 165 показывает, как дым двигается почти параллельно земле по ветру до места, где есть восходящий поток. Дым клубами говорит о нестабильности воздуха. Обратим внимание, что дым от костра или у большой трубы является искусственным термиком, создающим определенное движение вверх. Зная, насколько он теплее окружающего воздуха, можно предположить скорость его вертикального движения. Фактически иногда это серьезная проблема, часто рядом с дымом присутствуют сильные вихри турбулентности из-за разности в скорости, например, при лесных пожарах. Горящие свалки или большие индустриальные трубы, как это не опасно, могут стать шансом для отчаявшихся и безрассудных пилотов.
Парящие птицы очень помогают в отыскании восходящих потоков. Ястребы, в основном, обозначают термики на малых высотах и очень полезны, потому что это основной эшелон полетов спортивной авиации. Черные грифы также идеально подходят для этих целей. Грифы не редко забираются и на большую высоту, совершая длинные перелеты в поисках пищи, в то время как ястребы привязаны к определенной территории. Проблема в том, что грифы могут парить в более узких и слабых потоках, чем нужны для спортивной авиации. Также они могут летать в очень сильный ветер с сильной турбулентностью и даже в роторах подветренных склонов. Однако, учитывая такие особенности, мы можем всегда воспользоваться подсказкой этих птиц. Еще очень хорошие помощники — это ласточки. Они не являются парителями, как хищные птицы, но часто устраивают себе пиршество, охотясь на насекомых, которых восходящим потоком уносит высоко вверх. Обычно, если ласточки стремглав носятся вверху над какой-то территорией, то это значит, что воздух поднимается со скоростью достаточной для парения.
ИТОГИ
Восходящие потоки постоянно изменяются, потому что атмосфера сама по себе очень динамична. Иногда мы можем определить поднимающийся воздух, опираясь на свои знания условий и опыт. В другой раз мы ошибаемся. Но в любом случае — это урок на следующие полеты.
В этой главе мы поговорили о многообразии форм восходящих потоков воздуха и выяснили, что они могут встречаться в любой комбинации. Когда мы дополним наши знания еще и термиками, то в нас еще больше укрепится мнение, что очень непростое это дело — парящие полеты, но заверяю вас, не безнадежное. Изучение теории, эксперименты в воздухе (в разумных пределах, конечно) и осмысление всего, что вы узнали и попробовали — ключ к пониманию и максимально выгодному использованию любых погодных условий. Ведь предпочтительнее и приятнее предсказать условия и лететь, если они подходящие, чем попробовать, а затем констатировать, причем, чаще свою ошибку.