Файл: Воронцов, П. А. Современные методы аэрологических исследований пограничного слоя атмосферы обзор.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.11.2024

Просмотров: 17

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

тую конструкцию с диаметром 2,4 м. Она оборудована большим

ком­

плексом измерительной аппаратуры

на 15-ти уровнях.

 

 

В настоящее время у нас в Союзе уже

организована

небольшая

сеть наблюдений на телевизионных

мачтах,

в первую очередь

сюда

нужно отнести Останкинскую телемачту в г.Москве, на базе которой организована Высотная метеорологическая обсерватория ГУ1МС.

Обычно все мачты имеют довольно массивную конструкцию,вслед­ ствие чего они оказывают неблагоприятное влияние на точность из­

мерения метеорологических элементов. Для уменьшения

влияния

конструкции башен метеорологические датчики устанавливаются

на

длинных стрелах, на возможно большем удалении от массы башни,

но

обычно не более 3-5 м.

 

 

Все градиентные наблюдения на мачтах можно разделить на два

вида:

а) сетевые наблюдения, проводимые регулярно по единой мето­

дике. В настоящее время у нас в СССР на телевизионных

мачтах

проводятся синхронные измерения на пяти-шести уровнях,

начиная

от земной поверхности, за температурой и влажностью

воздуха,

скоростью, направлением и структурой ветра, интенсивностью голо- ледно-изморозевых отложений и высотой нижней облачности. Располо­ жение приборов на одной из таких мачт дано на рис.1;

д _ jnecma устанойки tfi2 (самописец (етпра) ,

О - м е с та ycmattoSku

М -Z 5 (анемометр контакт^

П - м е с та устано&ки

т е р л о м о т р о ё сопро­

 

тивления ).

Схемя размещения приборов на телевизионной мачте

б) специальные, эпизодические исследования по индивидуаль­ ной программе.

9

Недостатком метода является относительно малая высота измере­

 

ний. Большинство мачт, используемых для метеорологических

наб­

 

людений, имеют высоту 200-300 м, и только на нескольких

 

башнях

 

верхний уровень установки приборов достигает 450-500 м.

 

Высота

 

башен в дальнейшем могут несколько увеличиваться, но мало вероят­

 

но, чтобы они были выше 900 м. Поэтому даже самые высокие сооруже­

 

ния смогут охватить только менее половины интересующего«нас-

слоя

 

В 3 км»

 

 

 

 

 

 

2,

Свободные шары-зошш. Резиновые шары или оболочки

из

синтетических материалов, наполненные водородом или гелием, пред­

 

ставляет недорогую систему, способную поднять почти любой прибор.

 

Для исследования нижнего 1,5-кы слоя можно рекомендовать мед­

 

ленные подъемы шара и с помощью несколько модернизированных радио-

 

зондовнх датчиков получить относительно детальные профили темпера­

 

туры и влажности воздуха. Если

вертикальная скорость

 

обычного

 

радиозонда составляет 300-350 м/мин, то шары с замедленным подъе­

 

мом имеют вертикальную скорость 100-120 м/мия. При медленных подъе­

 

мах возникает два источника ошибок в зондировании;поскольку

зон­

 

дирование не является строго вертикальным, то полученные

данные

 

могут относиться к горизонтальным разностям до 10 км в зависимости

 

от скорости ветра. Эти разности могут быть большими в

определен­

 

ных условиях

(город, сельская местность, при бризе "море-суша").

 

Второй источник ошибок - наличие мощных вертикальных

движений,

 

наблюдаемых в районах с интенсивной конвекцией или в неоднородной

 

местности. Однако эти осложнения встречаются не очень часто,и по­

 

этому шаря с медленным подъемом являются наиболее доступным

и

 

дешевым методом зондирования.

 

 

 

 

 

Применение радиолокаторов дЛй наблюдений, за радиозондом

по­

 

зволяет подучать информацию о распределении на разных

 

уровнях

 

скорости и направления ветра.

 

 

 

 

 

Если в первые периода развития температурно-ветрового радио­

 

зондирования измерения угловых координат радиолокаторами

 

были

 

грубыми, то в последних моделях радиолокаторов точности этих

из­

 

мерений уже приближаются к точности оптических теодолитов,и измере­

 

ния ветра становятся близкими к данным базисных шаро-пилотных наб­

 

людений.

 

 

 

 

 

 

В настоящее время шары-зонда используются для подъема актино­

 

метрических датчиков, озоно-зондов, зондов,регистрирующих элемен­

 

ты атмосферного электричества,

и других метеоэлементов.

Шар-зонд

 

может сам являться датчиком, когда регистрируется реакция подни­ мающего шара с помощью перегрузочных приборов на атмосферные поры­ вы, но в большинстве случаев этот метод является только средством подъема того или другого прибора.

10

3.Привязные аэростаты и шары» Привязные аэростаты и привяз

ные баллоны разной кубатуры как средство подъема аэрологических

приборов начали применяться сравнительно давно.

 

Исходя из некоторых специфических особенностей этого

вида

зондирования, его можно разделить на две группы:

 

а) зондирование на привязных аэростатах и шарах большой куба­

туры (объемом от 60 м3 и больше);

 

б) зондирование на привязных аэростатах и шарах малой

куба­

туры.

 

При подъемах аэростатов большой кубатуры требуется специаль­ но оборудованная стационарная площадка, автолебедка, относительно большое количество обслуживающего персонала (не менее 5-6 чел.), водородохранилшце и пр. Зондирование на малообъемных аэростатах отличается большей простотой и может быть выполнено в полевых ус­

ловиях; но оболочки таких аэростатов менее устойчивы в воздухе

и

при скоростях ветра больше 10-12 м/сек их трудно поднимать, в

то

время как устойчивость аэростатов большего объеш* возрастает

с

ростом скорости ветра. Подвязные шары хотя и просты в эксплуата­

ции, их можно использовать

только при скоростях ветра

не

более

2-3 ы/сек в исследуемом слое.

 

 

За последние годы все

большее распространение

приобретают

малообъемные привязные аэростаты. Изготовление этих оболочек ста­ до возможным с появлением достаточно легких и прочных синтетиче­ ских материалов с малой газопроницаемостью (типа полиэтилена или лавсана) и весом около 30 г/* . Следует отметить, что оболочки большого объема ранее изготовлялись из прорезиненного перкаля,вес которого составляет 180-220 г/м2 .

Уменьшение подъемной силы ыалообъемяых аэростатов вызвало не­ обходимость разработки специальных облегченных метеорографов, как с механической регистрацией, так и электрометеорографов с пере­ дачей показаний его датчиков по радио или по специальному кабелю, который одновременно является и тросом (проволочный зонд). Напри­

мер, в США используются подъемы проволочных зондов, показания кото­ рых передаются по проводам на землю. Подъем производится на двух оболочках, сделанных из синтетических пленок, объемом по 3 м3 каж­ дая. Легкий трос служит одновременно и кабелем, по которому пере­ даются показания датчиков на землю.

У нас в СССР хорошо зарекомендовали себя привязные аэростаты типа МАЗ-I объёмом 120 м2оо стабилизаторами в виде отсеков,напол­

ненных воздушным потоком. Аэростаты

с жесткими стабилизаторами

менее устойчивы в воздухе,

особенно

при

ветрах более 10 м/сек.

К недостаткам метода нужно отнести

большую зависимость от

условий погода, ограничение

районов, где разрешается производ­

II

ство подъемов, относительная дороговизна подъемов.

 

4,

Самолетные методы.Самолет можно использовать как своег

рода поднимающуюся платформу для размещения измерительных прибо­

ров, и с другой стороны, самолет в полете увлекается

воздушным

потоком и при

этом является измерительным прибором.

Поскольку

стоимость эксплуатации самолета весьма высока, то обычно его при исследовании атмосферы используют и как поднимающуюся платформу,

и как датчик.

 

Для изучения пограничного слоя обычно применяются

двух-

четырехместные легкомоторные самолеты со скоростями

100-

200 км/час [1,2,31. Этот вид авиации является хорошим датчиком

при исследованиях атмосферной турбулентности.

 

Метод использования реакции самолета на атмосферные

порывы (регистрация перегрузок самолета)

 

Самолет, попадая в зону развитой турбулентности,

начинает

испытывать изменение перегрузки (болтанку). Величина перегрузок

самолета измеряется специальными приборами - акселелографамь -

механическими или более чувствительными-пьезоэлектрическими. Перегрузки, испытываемые самолетом в полете, будут зависеть

от типа самолета и режима полета. Для того, чтобы судить по пере­

грузкам самолета об

истинных величинах скорости

турбулентных

порывов,

находят зависимости, связывающие эти две

величины

в

виде так

называемых

передаточных функций. Следует

заметить,

что

система

"самолет-акселерометр" будет

реагировать заметной пере­

грузкой

лишь на порывы определенного

диапазона частот.

 

Допплеровский метод

 

 

Используется для измерения абсолютной и относительной

ско­

рости

самолета. Самолетные допплеровские станции излучают

коле­

бания

узким направленным лучом в сторону земли и по

изменению

частоты отраженного сигналя определяют скорость перемещения само­ лета относительно земли. В настоящее время применяются много­ канальные допплеровские измерители скорости и сноса, где автома­

тически вычисляется скорость самолета и угол сноса. Их

описание

и устройство приведены в работе [4]. К сожалению,

большой вес и

значительные габариты аппаратуры не дают возможности ее

исполь­

зования в легкомоторной авиации.

 

 

Далее приведем основные методы исследования

пограничного

слоя с помощью самолета, используемого как платформа для

подъе­

ма метеорологической аппаратуры.

 

 

12

Смотрите также файлы