Наклонная дальность видимости в сложных метеорологических условиях

Разработка и обоснование новых подходов определения и прогнозирования наклонной дальности видимости, основанных на статистических зависимостях между ее оперативными параметрами для различных этапов выполнения полета в различных метеорологических условиях.

Рубрика Транспорт
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 27.12.2017
Размер файла 1,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВОРОНЕЖСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ АВИАЦИОННОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ (ВОЕННЫЙ ИНСТИТУТ)

На правах рукописи

УДК 551.507.362

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора

географических наук

НАКЛОННАЯ ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОСТИ В СЛОЖНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность: 25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология

ДОРОФЕЕВ ВИКТОР ВАСИЛЬЕВИЧ

Воронеж - 2007

Работа выполнена в Воронежском высшем военном авиационном инженерном училище (военном институте).

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Геннадий Симонович Нахмансон.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Геннадий Иванович Мазуров,

доктор географических наук, профессор Юрий Петрович Переведенцев,

доктор физико-математических наук, профессор Наталья Павловна Шакина.

Ведущая организация: Главный гидрометеорологический центр Министерства обороны Российской Федерации.

Защита состоится "31" октября 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 327.003.01 по присуждению ученой степени доктора наук при ГУ "Гидрометеорологический научно-исследовательский центре Российской Федерации", 123242, Москва, Б. Предтеченский пер., 9-13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ "Гидрометцентр России".

Отзывы и замечания, заверенные печатью, направлять по указанному адресу в двух экземплярах.

Автореферат разослан "___" июля 2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор географических наук Нестеров Е.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность: Обеспечение безопасности, регулярности и эффективности полетов авиации зависит от многих факторов, обусловленных внешней средой, среди которых значительную роль играет прозрачность атмосферы, характеризуемая как видимость.

Вопросам видимости в атмосфере применительно к задачам авиации посвящены работы С.Л. Белогородского, П.Д. Астапенко, А.А. Васильева, В.А. Гаврилова, С.А. Богаткина, И.В. Кошеленко, М.Я. Рацимора, Е.И. Гоголевой, Г.И. Мазурова, Л.Т. Матвеева, В.А. Ковалева, а также зарубежных ученых: Дж. Джонсона, А.В. Паффета, Дж. Ходкинса, О. Фреминга и другие.

При метеорологическом обеспечении авиации в настоящее время используются три характеристики видимости: метеорологическая дальность видимости (МДВ), метеорологическая оптическая дальность видимости (МОДВ) и дальность видимости на взлетно-посадочной полосе (видимость на ВПП, RVR). При чем все они определяются у поверхности земли.

Вместе с тем лётный и диспетчерский состав должны представлять условия видимости наземных объектов с высоты полёта, определяемые наклонной дальностью видимости (НДВ).

В сложных метеорологических условиях (СМУ) НДВ должна обеспечивать экипажи воздушного судна (ВС) и руководство полётами информацией о высоте, на которой следует ожидать установление визуального контакта на глиссаде снижения с ориентирами на земной поверхности (ВПП). При визуальных полетах под низкими облаками - оценивать возможность опознавания наземных объектов, ориентиров для определения пространственного положения ВС.

Несмотря на усилия по разработке средств измерения НДВ у нас в стране и зарубежном, до настоящего времени отсутствует аппаратура, позволяющая проводить оперативные измерения НДВ.

Проводимые ранее исследования позволили разработать методические, теоретические и практические подходы в определение посадочной видимости (частный случай НДВ) и возможной высоты визуального контакта (ВВК) в адвективном тумане и при низкой облачности. Они определяются по данным инструментальных измерений МДВ, ВНГО (ВВ) - как консультативные параметры о состояние условий видимости наземных ориентиров на этапе снижения ВС.

Однако до настоящего времени практически отсутствуют методики оценки соответствия метеорологических условий эксплуатационным минимумам на посадку и визуальных полётов под низкими облаками. На глиссаде снижения эти минимумы определяются не значениями ВНГО и МДВ, а посадочной видимостью, высотой принятия решения (ВПР) или минимальной высотой снижения (МВС), при визуальных полётах под низкими облаками наклонной полётной дальностью видимости.

В соответствии с рекомендациями Международной организации гражданской авиации (ИКАО) при посадке в сложных метеорологических условиях (СМУ) визуальная оценка пространственного положения ВС на глиссаде снижения должна производиться по наклонной дальности видимости (НДВ) для определенных ("фиксированных") высот-конкретной высоты принятия решения (ВПР) или минимальной высоте снижения (МВС), а при полетах по правилам визуальных полетов (ПВП) и особым правилам визуальных полетов (ОПВП) - для конкретной высоты полета.

Таким образом, возникает проблема определения и прогноза НДВ удовлетворяющая летный и диспетчерский состав в интересах обеспечения безопасности, регулярности и эффективности полётов.

Решение проблемы требует разработки и обоснования новых подходов, основанных на статистических зависимостях между НДВ, МДВ, ВНГО (ВВ) и другими метеорологическими параметрами с учетом условий воздушной навигации.

Одним из основных направлений решения проблемы определения видимости в негоризонтальном направлении является установление совокупности оперативных параметров НДВ для различных этапов выполнения полета:

- наклонной полетной дальности видимости (НПДВ) - при полетах по ПВП и ОПВП;

- посадочной видимости, высоты визуального контакта (ВВК), высоты обнаружения ВПП (ВО ВПП) и динамики видимости - при заходе на посадку.

Оперативные параметры НДВ соответствуют рекомендациям ИКАО и позволяют учитывать метеорологические, физико-географические, светотехнические, навигационные, психофизические факторы и летно-технические данные ВС.

Цель работы: разработка теоретических и методологических основ синоптико-статистических методов диагноза и прогноза оперативных параметров НДВ в пограничном слое атмосферы по данным инструментальных измерений метеорологических величин с учетом их пространственно-временной изменчивости при типовых синоптических ситуациях, рельефа местности, характера подстилающей поверхности.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Обобщение современного состояния учения о видимости в атмосфере применительно к обеспечению авиации.

2. Исследование особенностей воздушной навигации и визуальной ориентировки при заходе на посадку и полетах по ПВП и ОПВП в СМУ.

3. Определение и обоснование оперативных параметров НДВ на различных этапах полёта ВС в СМУ необходимых для лётного и диспетчерского состава.

4. Исследование влияния на НДВ рельефа местности, характера подстилающей поверхности, метеорологических величин, условий навигации, летно-технических данных ВС, характеристик светотехнических систем и психофизических факторов.

5. Исследование пространственно-временных характеристик изменчивости метеорологических величин и распределения горизонтальной видимости с высотой в типовых синоптических ситуациях.

6. Разработка методики определения диаграмм видимости огней светотехнических систем при различных типах распределения горизонтальной видимости с высотой и оценка ее достоверности.

7. Разработка методики определения и сверхкраткосрочного прогноза оперативных параметров НДВ при минимумах и в визуальных метеорологических условиях.

Объектом исследования является НДВ в пограничном слое атмосферы применительно к задачам метеорологического обеспечения авиации в СМУ.

Предмет исследования - оперативные параметры НДВ в СМУ в различные сезоны года и время суток.

Методы исследования. При проведении исследования использовались методы математической статистики, теории вероятностей, численного моделирования, летный эксперимент на аэродромах ВВС и ГА.

Научная новизна заключается в разработанном новом научном подходе к определению НДВ на различных этапах полета, совершенствованию теоретических, методологических положений по определению и прогнозу НДВ для обеспечения безопасности и эффективности полетов авиации в сложных метеорологических условиях, включающем:

1. Анализ пространственно-временных характеристик сложных метеорологических условий и явлений погоды в типовых синоптических ситуациях в зависимости от сезона года и времени суток.

2. Обоснование оперативных параметров НДВ, обеспечивающих технологию самолетовождения при минимумах и в визуальных метеорологических условиях.

3. Особенности вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой, пространственно-временной изменчивости распределения МДВ и ВНГО (ВВ) за короткие промежутки времени по данным инструментальных измерений в типовых синоптических ситуациях.

4. Исследования влияния характера рельефа местности подстилающей поверхности, в типовых синоптических ситуациях на пространственно-временную изменчивость МДВ и ВНГО (ВВ).

5. Исследования влияния навигационной обстановки на оперативные параметры НДВ.

6. Разработанную методику определения сверхкраткосрочного прогноза оперативных параметров НДВ самосветящихся ориентиров при минимумах по диаграммам видимости огней светотехнических систем.

7. Предложенную физико-статистическую модель определения и сверхкраткосрочного прогноза НДВ не самосветящихся объектов, ориентиров при визуальных полетах под низкими облаками.

Достоверность результатов достигается корректной постановкой решаемых задач метеорологического обеспечения безопасности полетов в СМУ, использованием апробированного математического аппарата, применяемого для решения аналогичных задач, согласованием результатов расчетов с результатами летных и натурных экспериментов, выполненных на аэродромах ГА и ВВС в различных физико-географических условиях, сезонах года, времени суток.

Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в разработке физико-статистической модели диагноза и прогноза оперативных параметров НДВ, организации летного эксперимента по сбору исходных данных, апробации результатов исследований и экспертного опроса летного состава на аэродромах ГА, ВВС и ПВО.

Работа является обобщением и дальнейшим развитием исследований, выполненных автором на протяжении 20 лет.

Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты работы докладывались и обсуждались на всесоюзных и республиканских конференциях, семинарах, в том числе: III Всесоюзной конференции по авиационной метеорологии (Суздаль, 1990 г.), II и III Научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности метеорологического, аэродромно-технического и инженерно-аэродромного обеспечения авиации Вооруженных Сил" (Воронеж, 1989, 1992 г.), Всероссийской научной конференции "Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации" (Воронеж, 1997 г.), научно-практических семинарах, Научно-экспериментального центра автоматизации управления воздушным движением научного совета по проблемам управления движения и навигации АН СССР (Москва, 1991, 1992, 1993 г.), совещаниях-семинарах по безопасности полетов в Центре боевой подготовки фронтовой авиации (Липецк, 1985, 1986, 1987, 1988, 1989, 1990 г.), в Центральной инспекции безопасности полетов авиации Вооруженных сил СССР (Москва, 1990 г.), в 7 Главном авиационном метеорологическом центре Министерства Обороны СССР (Москва, 1992, 1993 г.), в метеослужбе ВВС Ленинградского Военного округа (Ленинград, 1991 г.), в метеослужбе Белорусского Военного округа (Минск, 1990 г.), на Военной кафедре ЛГМИ (Ленинград, 1990 г.), в отделе авиационной метеорологии Гидрометцентра СССР (Москва, 1990, 1991, 1992, 1993 г.), Всероссийской научной конференции "Климат, мониторинг окружающей среды, гидрометеорологическое прогнозирование и обслуживание" (Казань, 2000 г.), Всероссийской научной конференции "Совершенствование наземного обеспечения авиации" (Воронеж, 1999-2006 г.г.), 23 Научной технической конференции молодых научных сотрудников "Поддержание боевой готовности вооружений и военной техники в условиях реформирования Вооруженных Сил Российской Федерации", Научно-технической конференции "Проблемы и перспективы гидрометеорологических прогнозов" (Москва, 2000 г.)(XIII Всероссийская научно-техническая конференция "Иркутск 2003"), Международной научно-технической конференции "Кибернетика и технологии XXI века" (Воронеж, 2005, 2006 гг.), Международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация, связь" (Воронеж, 2005г.).

Результаты исследования опубликованы в 51 статье (из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК). 1 монографии (издание, рекомендованное ВАК), 3 учебных пособиях, 12 научных отчетах по НИР, утвержденных ГК ВВС, в которых автор был научным руководителем и ответственным исполнителем. Под научным руководством автора по теме исследования выполнено и защищено 3 кандидатские диссертации.

Предметом защиты является разработка нового научного подхода к определению оперативных параметров НДВ и их сверхкраткосрочного прогноза в пограничном слое атмосферы в СМУ.

На защиту выносятся:

1. Научный подход по развитию и совершенствованию теоретических и методологических положений изучения НДВ в сложных метеорологических условиях.

2. Обоснование оперативных параметров НДВ при минимумах и полетах в визуальных метеорологических условиях.

3. Результаты исследования пространственно- временных характеристик сложных метеорологических условий.

4. Выявленные закономерности пространственно-временной изменчивости горизонтальной дальности видимости и высоты нижней границы облаков (вертикальной видимости) в явлениях погоды и распределения горизонтальной видимости с высотой в типовых синоптических ситуациях.

5. Установленные закономерности влияния рельефа местности и характера подстилающей поверхности на ВНГО (ВВ), МДВ и условий воздушной навигации НДВ.

6. Методика расчета оперативных параметров НДВ самосветящихся объектов по диаграммам видимости огней ненаправленного действия при минимумах.

7. Физико-статистическая модель определения и прогноза оперативных параметров НДВ.

Научная и практическая значимость заключается в разработке новых теоретических и методологических основ определения и прогноза оперативных параметров НДВ в пограничном слое атмосферы в сложных метеорологических условиях.

Разработанная физико-статистическая модель позволяет проводить количественную оценку и осуществлять прогноз оперативных параметров НДВ с учетом влияющих факторов.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты исследования позволяют оценивать соответствие метеорологических условий эксплуатационным минимумам при принятии решения летным и диспетчерским составом на посадку в СМУ и выполнения визуальных полётов под низкой облачностью. Прогностические значения оперативных параметров НДВ (ВВК, ВО ВПП, посадочная видимость) при категорированных минимумах для сверхкраткосрочного прогноза на 3, 6, 9, 12, 15, мин., и минимумах (100? ВНГО (ВВ) ? 200м. и(или) 1000? МДВ ?2000м.) на 15 и 30 мин. удовлетворяют требованиям ИКАО к желательной точности прогнозов на посадку (90 %). Впервые полученные прогностические значения НПДВ под низкими слоистыми облаками с ВНГО менее 200м, на 60 минут 75 %, на 120 минут 72 %, 180 минут 68 %; под слоисто-кучевыми с ВНГО от 200 до 400 м. 69, 65 и 61 % соответственно.

Предлагаемая методика позволяет разрабатывать руководящие документы, направленные на совершенствование организации метеорологического обеспечения и безопасности полетов Государственной авиации в СМУ.

Структура диссертации. Содержание диссертации изложено в двух томах. Первый том объемом 306 с. введение, 7 глав (в том числе 43 рис., 98 табл.), заключение, литературу (230 наименований), а второй том -12 приложений объемом 192 с. (150 рис., 70 табл.).

Исследования проводились в соответствии со структурной схемой, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема диссертации

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение. Сформулирована проблема определения наклонной дальности видимости и обоснована её актуальность. Определены цель и содержание поставленных задач, положения, выносимые на защиту и методы исследования.

Первая глава "Видимость в сложных метеорологических условиях". Представлен критический анализ авиационных происшествий и инцидентов. Показано, что ограниченная видимость является основной их причиной.

Возможность выполнения полетов в СМУ определяется минимумами - предельными условиями, при которых разрешается выполнять полеты, эксплуатировать воздушное судно и использовать аэродром для взлета и посадки воздушных судов. При метеорологических условиях, близких к минимумам, ограниченная видимость отмечается примерно в десять раз чаще, чем низкая облачность.

Обзор исследований показал, что в СМУ ограниченная видимость является основным фактором (70 %) авиационных инцидентов и происшествий. Показано, что в условиях ограниченной видимости лётному и диспетчерскому составу для оценки соответствия метеоусловий минимуму необходима информация не только о горизонтальной видимости, но прежде всего о наклонной дальности видимости (НДВ).

Метеорологическую дальность видимости (МДВ) нельзя отождествлять с наклонной дальностью видимостью, так как НДВ при низкой облачности в различных явлениях погоды составляет 25-45 % от МДВ;

НДВ в настоящее время рассматривается, как посадочная видимость, а при МДВ менее 1000 м., как высота визуального контакта (ВВК) без комплексного учёта всех факторов, влияющих на нее.

Установлено отсутствие в настоящее время средств измерения, общепризнанных методик и способов определения наклонной дальности видимости.

Показана возможность решения проблемы определения НДВ в СМУ в соответствии с рекомендациями международной организация гражданской авиации (ИКАО), на различных этапах полёта с помощью самосветящихся и несамосветящихся объектов.

При заходе на посадку (самом сложном этапе полёта) наклонная дальность видимости из кабины ВС должна обеспечивать визуальную оценку пространственного положения ВС на глиссаде снижения для определённых ("фиксированных") высот, в качестве которых в соответствии с требуемыми условиями посадки можно выбирать высоту принятия решения (ВПР) или минимальную высоту снижения (МВС).

При визуальных полетах под низкими облаками НДВ должна обеспечивать - визуальную оценку пространственного положения по естественному горизонту и ориентирам с безопасной высоты полёта, а также обеспечить возможность посадки ВС на временные аэродромы и посадочные площадки.

С учётом рекомендаций ИКАО были определены и обоснованы оперативные параметры НДВ, обеспечивающие технологию самолётовождения на глиссаде снижения и при визуальных полётах под низкими облаками.

На глиссаде снижения:

- высота визуального контакта (ВВК) - высота, с которой на поверхности земли видны ориентиры некоторой протяженности (участок огней светотехнической системы), достаточные для оценки командиром ВС положения самолета относительно заданной глиссады снижения и ВПП;

- высота обнаружения взлетно-посадочной полосы (ВО ВПП) - высота, с которой пилот ВС увидит входные огни зоны приземления (при угле визирования, равном углу наклона глиссады);

- посадочная видимость - наклонная дальность видимости с ВО ВПП под углом наклона глиссады;

- динамика видимости - изменение видимости наземных ориентиров (длины участка или цепочки огней на поверхности земли) с глиссады снижения после установления визуального контакта.

Предлагаемую совокупность оперативных параметров видимости с глиссады снижения целесообразно именовать посадочными характеристиками видимости (ПХВ).

В таблице 1 приведены данные экспертного опроса 1825 командиров ВС с разным уровнем подготовки о необходимости и целесообразности информации об условиях видимости на глиссаде снижения в предлагаемом виде.

При визуальных полётах под низкими облаками:

- наклонная полётная дальность видимости (НПДВ) - наклонная дальность видимости объектов (ориентиров) на земной поверхности из кабины ВС.

За необходимость и целесообразность информации о НПДВ высказалось 100 % лётного состава не зависимо от уровня их подготовки.

Результаты экспертного опроса летного состава согласуются с рекомендациями ИКАО и подтверждают возможность решения проблемы определения НДВ в виде совокупности оперативных параметров НДВ.

В практике метеорологического обеспечения авиации используются три характеристики горизонтальной видимости у поверхности Земли:

- метеорологическая дальность видимости (МДВ);

- метеорологическая оптическая дальность видимости (МОДВ);

- видимость на взлётно-посадочной полосе (ВПП).

Поскольку МОДВ не связана с визуальными наблюдениями каких-либо объектов, а зависит только от прозрачности атмосферы (показателя ослабления), то она применима в любое время суток, и её можно использовать для оценки прозрачности атмосферы и расчетов наклонной дальности видимости самосветящихся и не самосветящихся объектов в любое время суток.

Таблица 1 - Экспертная оценка (%) командирами воздушных судов посадочных характеристик видимости в сложных метеорологических условиях

Посадочная характеристика видимости

Оценка

Минимум лётного состава

Среднее

<30Ч400

30Ч40-60Ч800

60Ч800-100Ч1000

100Ч1000-200Ч200

ВВК

За

100

100

95

85

95

Против

-

-

5

15

5

ВО ВПП

За

100

100

98

90

97

Против

-

-

2

10

3

Посадочная видимость

За

100

100

100

100

100

Против

-

-

-

-

-

Динамика видимости

За

100

100

100

90

97.5

Против

-

-

-

10

2.5

Решение проблемы НДВ будет полным, если оно дополнится сверхкраткосрочным прогнозом с учётом временной изменчивости ВНГО (ВВ) и МДВ. Рекомендации со стороны лётного и диспетчерского состава к решению проблемы прогноза НДВ позволяет сформулировать требования к прогностической информации:

- сверхкраткосрочный прогноз оперативных параметров НДВ на 30 и 60 мин для принятия решения ухода на запасной аэродром;

- сверхкраткосрочный прогноз НДВ до 2 и 15 мин. для принятия решения на посадку, и адекватной оценки условий видимости с глиссады снижения летным и диспетчерским составом;

- сверхкраткосрочный прогноз НПДВ на 1, 2, 3часа.

Вторая глава. "Факторы, влияющие на наклонную дальность видимости в сложных метеорологических условиях". Рассмотрены факторы, влияющие на наклонную дальность видимости самосветящихся объектов с глиссады снижения и не самосветящихся при визуальных полётах под низкими облаками. Дан анализ оценки условий видимости с глиссады снижения командирами воздушных судов при явлениях погоды обуславливающих категорированные минимумы с учётом времени суток.

Установлено, что на условия визуальной ориентировки в СМУ - НДВ влияют следующие факторы:

1. ВНГО (ВВ), МДВ (МОДВ), их пространственно-временная изменчивость.

2. Явления погоды.

3. Стратификация температуры в подоблачном слое атмосферы, температурный режим земной поверхности.

4. Форма облаков и характер их нижней границы.

5. Тип распределения горизонтальной видимости в подоблачном слое и в туманах.

6. Геометрические характеристики, контраст объекта (ориентира) и фона, освещенность, время года, состояние зрения наблюдателя.

7. Скорость и высота полета ВС.

8. Рельеф местности и характер подстилающей поверхности.

9. Направление и скорость ветра на высоте полета.

10. Сила света светотехнического оборудования аэродрома (при взлете и посадке).

11. Конструктивные особенности кабины ВС, уровень подготовки лётчика и его снаряжение.

От формы облаков зависит характер подоблачной дымки, наиболее сложные условия визуальных полётов наблюдаются при слоистообразных и волнистообразных типах облачности.

Рисунок 2 - Горизонтальная и наклонная видимости в подоблачном слое (при подоблачной дымке) для различных высот полета

Рисунок 3 - Горизонтальная и наклонная видимости в подоблачном слое (при приземной дымке) для различных высот полета

Низкая облачность, видимость и ее распределение от земли до ВНГО и высота полета оказывают существенное влияние на НПДВ рисунках 2, 3.

По экспериментальным данным с неподвижного аэростата (в 60-х годах), установлено соотношение горизонтальной видимости у земли и наклонной видимости при низкой облачности, характеризующееся следующими типичными случаями:

1. Высота нижней границы облаков не более 100 м.

Дальность наклонной видимости в этом случае составляет 25-45 % дальности горизонтальной видимости у земли.

2. Высота нижней границы облаков 100-200 м.

Дальность наклонной видимости при выходе из облаков составляет 40-70 % горизонтальной видимости у земли.

3. Высота нижней границы облаков более 200 м.

В этом случае наклонная видимость в подоблачном слое близка к горизонтальной видимости у земли.

Распределение горизонтальной видимости с высотой зависит от высоты, формы и структуры нижней поверхности облаков, наличия и характера атмосферного помутнения в подоблачном слое, явлений погоды и видимости в них.

Средняя толщина слоев с ухудшенной видимостью, в каждом конкретном случае и распределение горизонтальной видимости с высотой в подоблачных слоях (рисунки 2, 3), зависят от величины относительной влажности в подоблачном слое и вертикального градиента температуры.

Высота установления визуального контакта с самосветящимися ориентирами существенно зависит от изменения прозрачности атмосферы с высотой.

Влияния прозрачности атмосферы (распределения горизонтальной видимости с высотой) на примере высоты установления визуального контакта с огнями приближения на глиссаде снижения показано на рисунке 4.

Рисунок 4 - Диаграммы видимости (Р) огней ненаправленного действия на глиссаде снижения: 1, 2, 3 …. 10 - номера огней приближения светотехнической системы ВВК - высота установления визуального контакта с огнём №1 ц1, ц2, ц3 -углы визирования с глиссады снижения огня №1, а) - при понижении прозрачности атмосферы с высотой (Р 1); б) - в однородной атмосфере (Р 2); в) - при увеличении прозрачности атмосферы с высотой (Р 3)

Связь путевой скорости, определяемой скоростью ВС, направлением и скоростью ветра на высоте полета, с НДВ выражается через угол визирования объектов на земной поверхности. Чем больше путевая скорость, тем больше угол визирования на земной поверхности и меньше наклонная полетная видимость, и наоборот.

Рельеф местности и характер подстилающей поверхности оказывают существенное влияние на НДВ через ВНГО и МДВ как основных факторов, ухудшающих условия видимости.

ВНГО и МДВ в значительной мере зависят от физико-географических особенностей местности. При перемещении облачности над пересеченной местностью высота ее нижней границы значительно понижается над возвышенными участками. При этом обычно наблюдается ухудшение МДВ. Над лесными и водными массивами, а также над заболоченными участками относительная влажность воздуха увеличивается, что приводит к понижению облачности и к ухудшению видимости.

Уровень подготовки летного состава определяется предельными значениями НПДВ, необходимыми для выполнения визуальных полетов под облаками.

Опыт полетов показывает, что время, затрачиваемое на опознавание большинства объектов на земной поверхности находящихся в единственном числе, для нетренированного летчика составляет около 3,5 с. при опознавании по отличительным признакам и 9,4 с. привлечением признака взаимоположения. У тренированного летчика это время сокращается на 1-2 с. Кроме того, летчик затрачивает определенное время на обдумывание и запоминание полученной информации. Установлено, что при малом числе объектов в поле зрения наблюдателя (3-6) время, потребное для ассоциации обнаруженного объекта у нетренированного летчика, составляет 1,5-2,9 с., а для тренированного наблюдателя это время сокращается до 1,1-1,7 с. Наиболее вероятное время на опознавание объектов на земной поверхности составляет 2,5 с.

На наклонную полетную видимость оказывают существенное влияние геометрические характеристики объекта, контраст объекта (ориентира) и фона, освещенность, время года, состояние зрения наблюдателя. Геометрические характеристики, а именно угловой размер объекта (ориентира) должны быть больше остроты зрения наблюдателя. Нормальная острота зрения человека - 1 угловая минута, т.е. если размер объекта меньше 1/150 расстояния до него, то человеческий глаз не способен его воспринимать.

Для видимости объекта необходимо, чтобы освещенность его и фона была не меньше определенной величины и, чтобы между фоном и объектом был яркостной контраст.

Для пилота, хорошо знающего район полетов, характер наблюдения сводится к поиску, в хорошо известном направлении объекта (ориентира), находящегося на крайнем пределе восприятия. Этому случаю соответствует порог контрастной чувствительности , равный 3 %. Однако нужно учесть, что летчик наблюдает за объектами (ориентирами) через смотровое стекло, которое вносит искажение в восприятие наблюдаемой картины. Из-за искажающего влияния смотрового стекла есть полное основание поднять значение с 3 до 4 %. При этом следует заметить, что искажающее влияние смотрового стекла при дожде и снегопаде еще более сильно (=7 %).

На НДВ при посадке в СМУ большое влияние оказывает сила света огней светосигнального оборудования, зависящая от времени суток и явлений погоды. Светотехническое оборудование с различным расположением огней позволяют производить посадку при любых значениях МОДВ на категорированных аэродромах. Особенностью посадок в этих условиях является необходимость учёта силы света и ослепляющего действия огней светотехнического оборудования таблица 2.

Таблица 2 - Ослепляющее действие ОВИ в различных явлениях погоды при минимумах I, II, III категории ИКАО

Явления погоды

Минимум I категории ИКАО

Минимум II, III категории ИКАО

Туман адвективный

После установления визуального контакта с высоты 60-30 м

На высоте 3-4 м

Туман радиационный

С высоты 20 м и до приземления

При полете торца ВПП над световым ковром

Туман приземный

От начала выравнивания до приземления

От начала выравнивания до приземления

Низкие облака

При выходе из облаков на высоте 50-40 м

Дождь

На выравнивании

На высоте начала выравнивания, особенно на ВПП с темным асфальтовым покрытием

Снег

На высоте 40-30 м

Морось

На выравнивании

Оценка сложности посадки (по данным экипажей ВС) за счёт визуальных иллюзий, в различных явлениях погоды показывает. Выполнить посадку сложнее всего в осадках 87 % (46 % - в дожде, 20 % - в снеге, 13 % - в ливневом дожде, 4 % - при метели, 3 % - в ливневом снеге, 1 % - в мороси); 11 % - в тумане и 2 % - при низких облаках.

По времени суток оценка следующая:

днем - 46 % летчиков считают выполнение посадки сложнее всего в осадках, 45 % - в тумане и 9 % при низких облаках;

в сумерках: 87 % - в осадках, 11 % - в тумане и 2 % - при низких облаках;

ночью: 98 % - в осадках (60 % - в дожде, 19 % - в ливневом дожде, 12 % - в снеге, 5 % - в мороси) и 2 % - в тумане.

Экспериментальными исследованиями установлено, что относительно дымки морось ухудшает НПДВ на 20 % снег на 16 % дождь на 9 %.

Все рассмотренные факторы, влияющие на НДВ взаимосвязаны. Решение проблемы определения НПДВ под низкими облаками и оперативных параметров НДВ (ВВК, ВО ВПП, посадочная видимость) с глиссады снижения должно основываться на комплексном учёте и установление связей между всеми факторами и оперативными параметрами НДВ.

В третьей главе "Пространственно-временные характеристики сложных метеорологических условий" Исследованы масштабы сложных метеорологических условий и пространственно временные характеристики высоты нижней границы облаков и горизонтальной дальности видимости в них с учетом влияния рельефа местности и характера подстилающей поверхности. Разработаны расчётные уравнения ВНГО и МДВ с учётом превышения рельефа местности и характера подстилающей поверхности по данным метеорологических наблюдений и при их отсутствии в типовых синоптических ситуациях.

Характеристики пространственных и временных масштабов сложных метеорологических условия представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 - Средние, максимальные и минимальные значения (км) характерных пространственных размеров зон сложных метеорологических условий

Сезон

Средние значения

Максимальные значения

Минимальные значения

По направлению смещения

По фронту

По направлению смещения

По фронту

По направлению смещения

по фронту

Осень

День

210

390

550

1000

100

100

Ночь

310

380

1000

900

20

20

Зима

День

620

810

1300

2000

200

100

Ночь

520

1050

1000

1850

250

400

Весна

День

390

580

1100

1500

100

250

Ночь

480

520

1100

1450

100

150

Лето

День

150

240

250

400

100

150

Ночь

160

180

400

600

20

20

Таблица 4 - Повторяемость (%) периодов различной непрерывной продолжительности сложных метеорологических условий

Продолжительность

зима

весна

лето

осень

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

3 ч.

54

64

68

56

49

67

73

68

63

59

60

53

12 ч.

86

92

92

90

86

93

99

97

96

90

89

82

Исследования позволили провести классификацию масштабов сложных метеорологических условий.

Пространственно-временные характеристики зон со сложными метеорологическими условиями (СМУ) соответствуют масштабам мезомасштабных атмосферных процессов и зависят от синоптической ситуации, времени года и суток:

- весна, осень, зима - мезомасштаб (от 200 км. до 2000 км.);

- лето - мезомасштаб (от 20 км. до 200 км.);

- лето и осень - мезомасштаб (от 2,0 км. до 20 км.).

На пространственную изменчивость ВНГО и МДВ оказывают влияние рельеф местности, характер подстилающей поверхности. Существующие способы расчета и прогноза ВНГО и МДВ не учитывают этого влияния.

Для определения влияния рельефа местности, характера подстилающей поверхности на ВНГО и МДВ были получены уравнения регрессии:

H =a0+a1 h ум +a2 T + a3 Td + a4 ff (1)

S0 =b0+b1 h ум +b2 H + b3 T + b4 Td + b5 ff (2)

где: H - ВНГО, м; S0 - МДВ, м; h ум - значение превышения местности над уровнем моря, м; T - температура воздуха, єС; Td - точка росы, єС; ff - скорость ветра, м/с.

Перечень предикторов сформирован на основе физических процессов, влияющих на ВНГО и МДВ.

Уравнения регрессии (1), (2) позволяют рассчитывать значения ВНГО и МДВ в зависимости от высоты рельефа местности над уровнем моря.

Достоверность полученных уравнений расчета ВНГО и МДВ проведена по критериям успешности (R - коэффициент корреляции между рассчитанными и фактическими значениями; у - средняя квадратическая ошибка расчета, м; з - средняя абсолютная ошибка расчета, м) и в сравнении с другими уже существующими методиками (таблицы 5, 6). Позволяет сделать вывод о возможности использования полученных регрессионных уравнений для расчета ВНГО и МДВ.

Таблица 5 - Критерии успешности (R, у, з) расчета ВНГО с учетом высоты рельефа местности над уровнем моря в типовых синоптических ситуациях циклона при наличии леса и водных объектов (зимний период)

Син ситуация

По разработанной методике

Число случаев в выборке

R

у, м

з, м

Обучающая

Контрольная

Тыл Zn

0,85

59,6

47,1

224

112

Перед. часть Zn

0,75

86,2

77,3

262

131

Теплый сектор Zn

0,81

64,3

52,5

278

139

Центр Zn

0,82

64,8

52,9

282

141

Таблица 6 - Критерии успешности (R, у, з) расчета МДВ с учетом высоты рельефа местности над уровнем моря в типовых синоптических ситуациях циклона при наличии леса и водных объектов (зимний период)

Син ситуация

По разработанной методике

Число случаев в выборке

R

у, м

з, м

Обучающая

Контрольная

Тыл Zn

0,89

351,3

279,1

224

112

Перед. часть Zn

0,73

1105,4

880,3

262

131

Теплый сектор Zn

0,85

471,4

391,5

278

139

Центр Zn

0,86

391,4

312,1

282

141

В случае отсутствия данных наземных наблюдений расчет изменений (уменьшения или увеличения) ВНГО и МДВ производится в зависимости от относительного превышения (понижения) рельефа местности в различных типовых синоптических ситуациях циклона по данным аэродрома (пункта) вылета:

ДH = ± c ?h, (3)

ДS0 = ± d ?h, (4)

где: ?h - относительное превышение (понижение) рельефа местности, м; ДH-изменение (уменьшение или увеличение) ВНГО, м; ДS0-изменение (уменьшение или увеличение) МДВ, м; c, d - коэффициенты (знак "- " - относительное превышение, "+" - относительное понижение рельефа местности).

Результаты расчетов по формулам (3), (4) в качестве примера представлены на рисунках 5, 6.

Максимальные изменения ВНГО и МДВ наблюдаются в передней части циклона, что объясняется влиянием теплого фронта и сходимостью потоков перед линией теплого фронта. Наименьшая изменчивость наблюдается в тыловой части, что объясняется затоком холодного воздуха с запада и с северо-запада.

Достоверность полученных уравнений расчета ДВНГО и ДМДВ, проведенная по критериям успешности (таблицы 8, 9), позволяет сделать вывод о возможности использования полученных регрессионных уравнений для расчета изменения ВНГО и МДВ в зависимости от относительного превышения рельефа местности в радиусе до 150 км от исходной станции (пункта вылета).

наклонная дальность видимость метеорологическое

Рисунок 5 - Зависимость изменения (уменьшения) высоты нижней границы облаков (ДВНГО) от относительного превышения рельефа местности (ДH) в типовых синоптических ситуациях циклона для зимнего периода при наличии леса и водных объектов: 1 - тыл циклона; 2 - передняя часть циклона; 3 - теплый сектор циклона; 4 - центр циклона

Рисунок 6 - Зависимость изменения (уменьшения) метеорологической дальности видимости (ДМДВ) от относительного превышения рельефа местности (ДH) в различных типовых синоптических ситуациях циклона для зимнего периода при наличии леса и водных объектов: 1 - тыл циклона; 2 - передняя часть циклона; 3 - теплый сектор циклона; 4 - центр циклона

Таблица 8 - Критерии успешности (R, у, з) расчета изменения ВНГО с учетом относительного превышения рельефа местности в типовых синоптических ситуациях циклона при наличии леса и водных объектов (зимний период)

Син. ситуация

В радиусе =50 км

В радиусе =100 км

В радиусе =150 км

R

у, м

з, м

R

у, м

з, м

R

у, м

з, м

Тыл Zn

0,83

10,6

8,4

0,74

15,8

12,1

0,68

21,5

17,4

Перед. часть Zn

0,79

15,4

12,5

0,66

25,1

19,6

0,62

32,4

26,3

Тепл. сектор Zn

0,85

8,2

6,2

0,77

12,2

9,8

0,64

15,6

12,6

Центр Zn

0,85

8,3

6,3

0,77

12,1

9,7

0,63

15,2

12,4

Таблица 9 - Критерии успешности (R, у, з) расчета изменения МДВ с учетом относительного превышения рельефа местности в типовых синоптических ситуациях циклона при наличии леса и водных объектов (зимний период)

Син. ситуация

В радиусе =50 км

В радиусе =100 км

В радиусе =150 км

R

у, м

з, м

R

у, м

з, м

R

у, м

з, м

Тыл Zn

0,84

102,4

82,3

0,73

172,1

138,3

0,65

230,4

184,6

Перед. часть Zn

0,77

160,6

129,1

0,63

300,8

241,2

0,59

330,4

264,3

Тепл. сектор Zn

0,88

95,3

76,6

0,75

131,4

105,8

0,61

180,3

144,3

Центр Zn

0,88

95,1

76,2

0,75

131,1

105,2

0,60

180,3

144,3

Временная изменчивость ВНГО (ВВ) и МДВ исследована в типовых синоптических ситуациях и различных явлениях погоды по данным 30 мин. инструментальных измерений. В качестве примера характеристики временной изменчивости ВНГО (- среднее значение ВНГО, у- среднеквадратическое отклонение, сv- -коэффициент вариации) и МДВ (,- среднее значение МДВ, у- среднеквадратическое отклонение, сv- -коэффициент вариации) в снеге представлены в таблицах 10 и 11.

Таблица 10 - Значение характеристик временной изменчивости (, у, сv) высоты нижней границы облаков в типовых синоптических ситуациях для светлого времени суток (снег)

Тип син. ситуации

Характеристики изменчивости

Время, мин

0

30

60

90

120

150

180

Тыл Zn

ВНГО

341

345

348

344

342

345

347

у,м

75

83

87

79

72

69

62

сv

0,22

0,24

0,25

0,23

0,21

0,20

0,18

Передняя

часть Zn

ВНГО

410

395

381

372

360

354

346

у,м

160

209

229

219

208

181

149

сv

0,39

0,53

0,60

0,59

0,58

0,51

0,43

Теплый сектор Zn

ВНГО

253

278

311

292

283

256

240

у,м

83

97

115

105

104

82

74

сv

0,33

0,35

0,37

0,36

0,34

0,32

0,31

Центр Zn

ВНГО

247

263

298

283

274

251

235

у,м

86

97

122

105

96

85

75

cv

0,35

0,37

0,41

0,37

0,35

0,34

0,32

Таблица 11 - Значение характеристик временной изменчивости (, у, сv) метеорологической дальности видимости в типовых синоптических ситуациях для светлого времени суток (снег)

Тип син. ситуации

Характеристики изменчивости

Время, мин

0

30

60

90

120

150

180

Тыл Zn

МДВ

3531

3624

3825

3731

3621

3537

3632

у,м

918

1087

1224

1082

978

884

835

сv

0,26

0,30

0,32

0,29

0,27

0,25

0,23

Передняя

часть Zn

МДВ

5104

4687

4214

3956

3785

3512

3210

у,м

2144

2015

1896

1622

1363

1264

1124

сv

0,42

0,43

0,45

0,41

0,36

0,36

0,35

Теплый сектор Zn

МДВ

2563

2838

3257

3078

2894

2685

2356

у,м

846

993

1205

1108

1013

886

754

сv

0,33

0,35

0,37

0,36

0,35

0,33

0,32

Центр Zn

МДВ

2435

2645

3126

2969

2768

2496

2123

у,м

755

873

1125

1039

913

774

616

cv

0,31

0,33

0,36

0,35

0,33

0,31

0,29

Средняя и большая изменчивость ВНГО (ВВ) и МДВ во времени наблюдаемая в СМУ, зависит от явлений погоды и типовой синоптической ситуации. Исследования пространственно-временной изменчивости ВНГО (ВВ) и МДВ в различных типовых синоптических ситуациях и явлениях погоды за короткие промежутки времени позволяют решить проблему прогноза и предупреждения о возможных ухудшениях НПДВ.

Четвертая глава "Временные характеристики изменчивости вертикальной и горизонтальной дальности видимости в явлениях погоды обуславливающих минимумы". Исследованы временные характеристики изменчивости горизонтальной и вертикальной дальности видимости, в явлениях погоды, определяющие категорированные минимумы (определяемые значениями ВПР и видимостью на ВПП) и минимумы (определяемые значениями МВС и видимостью на ВПП) над равниной, холмистой и горной местностью.

В 50 % случаев в СМУ экипажи попадают в зоны с условиями погоды ниже установленного минимума тогда, когда эти условия не предусматривались прогнозами погоды и штормовыми предупреждениями. Это обусловлено тем, что при прогнозе не учитываются временные характеристики изменчивости МДВ и ВНГО (ВВ) за короткие промежутки времени. Явления погоды, обуславливающие категорированные минимумы представлены в таблице 12.

Таблица 12 - Повторяемость (%) явлений погоды при минимумах I, II, III категории ИКАО в аэропорту Домодедово в различное время суток за 1980-1996 гг.

Категорированные минимумы

Явления

Время суток

Сутки

Кол-во случаев

день

сумерки

ночь

I

туман

8,6

13,2

17,6

14,0

104

низкая облачность

...

Подобные документы

  • Неблагоприятная погода и автомобильное движение. Движение при ограниченной видимости - когда невозможно различить дорогу, другие транспортные средства, пешеходов, дорожные знаки и объекты: туман, дождь. Влияние обстановки на дороге на частоту аварий.

    реферат [21,7 K], добавлен 06.02.2008

  • Расчет летных характеристик самолета и его скороподъемности. Определение взлетных и посадочных параметров, вычисление дальности и продолжительности полета на заданной скорости. Расчет затрат топлива и дальности полета на участках набора высоты и снижения.

    курсовая работа [924,1 K], добавлен 19.12.2012

  • Физико-географические особенности аэродрома вылета, назначения и запасного. Анализ метеорологической обстановки по приземной карте и абсолютной барической топографии. Влияние метеорологических факторов на полет. Синоптическая обстановка по маршруту.

    курсовая работа [92,8 K], добавлен 28.07.2014

  • Геометрические и аэродинамические характеристики самолета. Летные характеристики самолета на различных этапах полета. Особенности устойчивости и управляемости самолета. Прочность самолета. Особенности полета в неспокойном воздухе и в условиях обледенения.

    книга [262,3 K], добавлен 25.02.2010

  • Распространенные случаи наезда автомобиля на пешехода при неограниченной видимости и обзорности. Отсутствие убедительных причин, препятствующих водителю своевременно принять необходимые меры безопасности. Порядок проведения экспертного исследования.

    контрольная работа [187,9 K], добавлен 22.12.2010

  • Приведение магнитного склонения судна к году плавания на карте. Нанесение графических элементов: траверсных дистанций, линии пеленгов и предостерегаемых изобат. Расчёт оптической дальности видимости огней. Процедура составления штурманской справки.

    контрольная работа [21,0 K], добавлен 07.12.2012

  • Описание географических, метеорологических особенностей и аэронавигационной обстановки по воздушной трассе. Изучение расположения основного и запасного аэродромов. Схемы руления, взлета, выхода из района аэродрома. Расчет максимальной взлетной массы.

    курсовая работа [300,0 K], добавлен 22.01.2015

  • Изучение района плавания судов и его навигационно-географический очерк. Предварительная прокладка и планирование перехода, планирование обсервации и поднятие карт. Расчёт дальности видимости маяков. Проработка перехода и составление штурманской справки.

    курсовая работа [42,2 K], добавлен 10.01.2012

  • Выполнение полета в зоне грозовой деятельности. Пожар на воздушном судне. Полеты в условиях сильной болтанки. Действия экипажа при обнаружении проблем с герметизацией. Регистрация в бортовом журнале всякого изменения высоты и направления полета.

    презентация [765,7 K], добавлен 19.04.2017

  • Условия включения внешних световых приборов в тёмное время суток и в условиях недостаточной видимости. Включение дальнего света фар. Ослепление водителя. Габаритные, стояночные фонари и противотуманные фары. Сигналы торможения. Знак автопоезда.

    реферат [16,3 K], добавлен 06.02.2008

  • Расчет объемных и качественных показателей перевозок грузов и использования подвижного состава, их графическое представление. Расчет средней дальности перевозок пассажиров, оценка влияния дальности и структуры перевозок по видам сообщений на ее величину.

    курсовая работа [238,3 K], добавлен 03.06.2010

  • Вычисление дальности видимости горизонта по заданным значениям высоты маяка и глаза наблюдателя. По заданным значениям магнитного курса, магнитного склонения, девиации магнитного компаса и курсового угла определяем ориентир по формулам и графически.

    контрольная работа [3,8 M], добавлен 14.07.2008

  • Общая характеристика и технические свойства исследуемого автомобиля, его устройство, основные узлы. Расчет тягового усилия и определение динамического фактора. Методика вычисления и анализ максимальной скорости автомобиля при различных дорожных условиях.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 14.12.2014

  • Предварительная прокладка маршрута. Расчет безопасных высот, топлива и взлетной массы, навигационных элементов на участках маршрута. Порядок и принципы выполнения полета, предъявляемые к нему требования и процедуры. Особые случаи при совершении полета.

    курсовая работа [3,2 M], добавлен 26.10.2014

  • Линии пути, используемые в навигации. Системы отсчета высоты полета, учет ошибок барометрического высотомера, расчет высоты полета. Способы измерения высоты полета. Способы измерения курса. Зависимость между курсами. Навигационный треугольник скоростей.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 13.02.2014

  • Общие правила и порядок выполнения маршрутного полета. Порядок выполнения подготовки к полету по маршруту. Определение безопасных высот (эшелонов) полета. Подготовка данных для зональной навигации. Порядок ведения радиосвязи в воздушном пространстве РФ.

    дипломная работа [4,5 M], добавлен 04.02.2016

  • Определение инерционных характеристик судна. Выбор его курса, скорости хода в штормовых условиях. Расчет ледопроходимости корабля при движении в ледовом канале. Построение диаграмм статической и динамической остойчивости. Определение веса палубного груза.

    курсовая работа [503,9 K], добавлен 05.01.2015

  • Анализ комплекса лесохозяйственных работ и машин, применяемых для этого. Обоснование необходимости создания колесного трактора. Определение потребной мощности двигателя в различных условиях движения. Расчет тяговой характеристики и устойчивости.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 14.02.2011

  • Краткое описание объекта. Обследование условий движения. Треугольник боковой видимости конфликтной точки. Характеристики транспортных и пешеходных потоков. Графики расстояний и пассажирообмена. Схема маневрирований, анализ конфликтных ситуаций на участке.

    курсовая работа [498,9 K], добавлен 24.12.2012

  • Управление современным АТП в условиях рыночной экономики. Разработка программы, производящей расчет производительности подвижного состава и себестоимости перевозок для различных транспортных систем. Описание технологического обеспечения АСУ в АТП.

    контрольная работа [45,7 K], добавлен 14.12.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.