WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

ВОРОНЕЖСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ АВИАЦИОННОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ (ВОЕННЫЙ ИНСТИТУТ)

На правах рукописи

УДК 551.507.362

Дорофеев

Виктор Васильевич

НАКЛОННАЯ ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОСТИ В СЛОЖНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность: 25.00.30 – Метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора

географических наук

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.

В месте 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 г.г.), 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 безопастности 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.


Обзор исследований наклонной дальности видимости в сложных метеорологических условиях и постановка проблемы

Выявление факторов влияющих на наклонную дальность видимости

Исследование пространственно временных характеристик в сложных метеорологических условиях

Исследование пространственно временных характеристик изменчивости высоты нижней границы облаков (вертикальной видимости) и горизонтальной дальности видимости в явлениях погоды обуславливающих минимумы

Исследование типов вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой в сложных метеорологических условиях

Разработка методики расчета и сверх краткосрочного прогноза наклонной дальности видимости при полётах под низкими облаками

Разработка методики расчета и сверх краткосрочного прогноза посадочных характеристик видимости при минимумах

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:

  1. 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;
  2. высота обнаружения взлетно-посадочной полосы (ВО ВПП) — высота, с которой пилот ВС увидит входные огни зоны приземления (при угле визирования, равном углу наклона глиссады);
  3. посадочная видимость — наклонная дальность видимости с ВО ВПП под углом наклона глиссады;
  4. 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

<30400

3040 -60800

60800-1001000

1001000-200200

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.

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

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

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

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.

  1. 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

1 , 2 , 3  -углы визирования с глиссады снижения огня №1.

а) – при понижении прозрачности атмосферы с высотой (Р1);

б) – в однородной атмосфере (Р2);

в) – при увеличении прозрачности атмосферы с высотой (Р3).

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 α (от 200 км. до 2000 км.);

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

- лето и осень – мезомасштаб γ (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, С; Td – точка росы, С; 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; – средняя квадратическая ошибка расчета, м; – 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, , ) 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

, м

, 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, , ) 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

, м

, 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:

H = ± c h,  (3)

S0 = ± d h,  (4)

где: h – относительное превышение (понижение) рельефа местности, м; H– изменение (уменьшение или увеличение) ВНГО, м; S0– 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 ВНГО и МДВ, 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).

1 – тыл циклона; 2 – передняя часть циклона;

3 – теплый сектор циклона; 4 – центр циклона

Рисунок 5 - Зависимость изменения (уменьшения) высоты нижней границы облаков (ВНГО) от относительного превышения рельефа местности (H) 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 (МДВ) от относительного превышения рельефа местности (H) в различных типовых синоптических ситуациях циклона для зимнего периода при наличии леса и водных объектов

Таблица 8 - Критерии успешности (R, , ) 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

, м

, м

R

, м

, м

R

, м

, 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, , ) 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

, м

, м

R

, м

, м

R

, м

, 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, - среднеквадратическое отклонение , сv- -коэффициент вариации) и МДВ (,- среднее значение МДВ, - среднеквадратическое отклонение , сv- -коэффициент вариации) в снеге представлены в таблицах 10 и 11.

Таблица 10 - Значение характеристик временной изменчивости (, , 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

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

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

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

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 (, , 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

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

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

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

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

1

2

3

4

5

6

7

I

туман

8,6

13,2

17,6

14,0

104

низкая

облачность

17,1

7,6

7,9

10,6

79

морось с

туманом

4,5

5,6

1,6

3,2

24

снег

13,5

4,9

1,1

5,5

41

II

туман

29,7

54,1

59,7

49,9

369

низкая

облачность

-

-

-

-

-

морось с

туманом

1,4

-

-

0,4

3

снег

3,6

0,7

0,3

1,3

10

III

туман

19,8

12,5

11,2

14,0

104

низкая

облачность

-

-

-

-

-

морось с

туманом

0,9

-

0,3

0,4

3

снег

0,9

1,4

0,3

0,7

5

Количество случаев

222

144

376

742

Днем минимум I категории обусловлен, в основном, низкой облачностью и снегом. Минимумы II и III категорий, в основном, обусловлены туманом. Ночью и в сумерках минимумы всех категорий чаще всего определялись туманом.

Характеристики временной изменчивости МОДВ и ВВ исследованы по данным 1, 3, и 15-минутным инструментальным измерениям в радиационном, адвективном тумане и снегопаде.

Так анализ характеристик изменчивости горизонтальной дальности видимости в радиационном, адвективном тумане и снегопаде за минутные интервалы времени показывают, что изменчивость горизонтальной дальности видимости в адвективном тумане в 2-3 раза превышает изменчивость видимости в радиационном тумане.

Временная изменчивость горизонтальной дальности видимости в снегопаде не зависит от времени суток и значительно превышает изменчивость горизонтальной дальности видимости в туманах;

Непрерывная продолжительность видимости в туманах и снегопаде в зависимости от сезона года и времени суток показывает:

-измеренные значения метеорологической оптической дальности видимости (МОДВ) можно считать репрезентативными в адвективном и радиационном тумане в течение 2-3 минут, и в течение 1,5 минут – в снегопаде;

-измеренные значения вертикальной видимости (ВВ) можно считать репрезентативными в адвективном и радиационном тумане в течение 15 минут и в течение 1 минуты в снегопаде.

Автокорреляционные функции (структура и динамика развития процесса во времени) в туманах различной длительности в зависимости от времени суток позволили выявить закономерности временного хода изменчивости видимости, которые можно использовать для уточнения прогноза продолжительности тумана и видимости в нем.

Исследования временных характеристик (непрерывной продолжительности) изменчивости вертикальной видимости показывают:

- в течение минуты ВВ днем в адвективном и радиационном тумане с повторяемостью более 98% остается без изменения, в сумерках в адвективном тумане с повторяемостью более 96%, в радиационном – 98% и ночью – более 99% для обоих видов туманов. Повторяемость изменчивости ВВ более 10 метров незначительна (0,1-0,7%);

- за трехминутный интервал времени днем в адвективном тумане она остается без изменения более, чем в 96% случаев, в радиационном – более 91%, в сумерках в радиационном и адвективном туманах более, чем в 96%, ночью – более 97%;

- за пятнадцатиминутный интервал времени в адвективном тумане не изменяется более, чем в 85% случаев, в радиационном – более, чем в 87%, в сумерках в адвективном тумане – 95%, в радиационном – более, чем в 83% случаев, причём ночью ВВ остается без изменения более, чем в 96% случаев в адвективном и радиационном тумане;

- в снегопаде показывает, что вертикальная видимость остается без изменения в течении 1 минуты в 95% случаев, в течении 3 минут – в 80% случаев, в течении 15 минут – в 19% случаев;

- изменчивость вертикальной видимости в снегопаде значительна и превышает изменчивость ВВ в адвективном и радиационном тумане.

Измеренные значения ВВ можно считать репрезентативными на 15 минут, а в снегопаде данные измерений вертикальной видимости репрезентативны на 1-1,5 мин.

Впервые исследована изменчивость видимости в туманах горной местности и установлены типовые синоптические ситуации по барическому рельефу благоприятные для образования туманов:

- на уровне 500 гПа наиболее благоприятные условия для образования адвективных туманов складываются при циклонической циркуляции- 78,5%, причем максимум приходится на ложбину- 58,8% и циклон- 13,5%. Более половины радиационных (60,4%) и адвективно-радиационных (53,1%) туманов образовались при антициклонической циркуляции. Фронтальные туманы в 37,8% случаях образуются при наличии высотной фронтальной зоны (ВФЗ), в 21,6%- гребня и 29,7% ложбины;

- на уровне 850 гПа наиболее благоприятные условия для образования внутримассовых туманов складываются на фоне гребня- 38,9% (адвективные), 27,3% (адветивно-радиационные), 42,2% (радиационные) и в малоградиентном поле – 22,2%(адвективные), 63,6%(адветивно-радиационные), 26,7% (радиационные), фронтальные туманы образуются на фоне циклонической циркуляции 51,6%;

- по полю температуры на уровне 850 гПа можно отметить, наибольшую повторяемость имеют туманы при наличии гребня тепла.

Выявлены особенности изменчивости горизонтальной и вертикальной видимости в туманах горной местности, которые зависят от формы рельефа превышения над уровнем моря, характера подстилающей поверхности и местной циркуляции. Временная изменчивость МОДВ в туманах показывает, что с обеспеченностью 90% видимость не изменится во всех типов в течение 2-3 минут. 50% квантиль проходит через отметку 12 мин. во фронтальном, 15 мин.- в радиационном, 19 и 20 мин. в адвективном и адвективно-радиационном.

Временная изменчивость ВВ показывает, что в радиационном и фронтальном туманах с обеспеченностью 90% ВВ останется неизменной в течении 2-3 мин., в адвективно-радиационном 10 мин. и в адвективном порядка 20 мин.

Автокорреляционные функции в туманах горной местности различной длительности в зависимости от времени суток также можно использовать для уточнения прогноза продолжительности тумана и видимости в нем.

Временные характеристики изменчивости ВНГО (ВВ) в явлениях погоды обуславливающие минимумы позволяют решить проблему прогноза и предупреждения об ухудшении условий видимости с глиссады снижения ниже установленных минимумов.

Пятая глава «Оптические модели видимости в сложных метеорологических условиях». В качестве оптических моделей в СМУ рассматривались типы вертикального распределения горизонтальной видимости под облаками и в туманах. Исследована повторяемость типов (оптические модели) вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой в типовых синоптических ситуаций, пространственное распределение в масштабе Московского аэроузла, временная изменчивость вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой в типовых синоптических ситуаций. Установлены характерные типы вертикального распределения горизонтальной видимости в туманах.

Исследовано пять основных наиболее часто встречающихся типов (моделей) вертикального распределения горизонтальной МДВ под слоисто-дождевыми и слоисто-кучевыми облаками.

Типы вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой под низкими облаками показаны на рисунке 7.

  S0

Рисунок 7 - Типы вертикального распределения горизонтальной МДВ под слоистыми (I, II) и слоисто-кучевыми (III, IV, V) облаками ( Нук – уровень конденсации в III типе)

Повторяемость типов вертикального распределения МДВ под облаками на аэродромах в масштабе Московского аэроузла в течение года показала, что в основном СМУ обуславливаются III типом.

В весенне-летний период на аэродромах Домодедово и Внуково СМУ с наибольшей повторяемостью, обуславливаются III и I типом: Домодедово – 41% и 40% соответственно; Внуково – 52% и 30%.

В осенне-зимний период на аэродроме Внуково с наибольшей повторяемостью СМУ обуславливаются I типом– 30%.

Пространственное изменчивость типов распределения горизонтальной видимости с высотой в мезомасштабе Московского аэроузла показывает, что:

- наибольшая повторяемость одновременного закрытия аэропортов соответствует распределению горизонтальной видимости, описываемому III типом в осенне-зимний период от 26 до 41 %, а в весенне-летний период – 41-70 %,

- одновременное закрытие всех аэропортов по типам распределения горизонтальной видимости соответствует I, II, IV типам и не превышает -5% в осенне-зимний и - 3% в весенне-летний период

Временная изменчивость вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой исследована по данным инструментальных измерений ВНГО и МОДВ аэропорта 1 категории Воронеж. В качестве примера рассмотрим временную изменчивость в тёплом секторе циклона при мороси таблица 13.

Таблица 13 - Характеристики временной изменчивости (,,) вертикального распределения горизонтальной видимости в теплом секторе циклона при мороси

Характеристики изменчивости

Длительность явления (в часах)

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0-60 , м

267

290

304

313

320

325

329

332

335

337

60-120, м

1067

1160

1216

1253

1280

1300

1316

1328

1338

1347

120-з, м

1333

1450

1520

1567

1600

1625

1644

1660

1673

1683

0-60, м

47

57

59

57

56

54

52

50

48

47

60-120, м

189

230

234

229

222

214

207

200

193

187

120-з, м

236

287

293

287

278

268

259

250

242

234

0,18

0,2

0,19

0,18

0,18

0,17

0,16

0,15

0,14

0,14

Где: 0-60  - среднее значение горизонтальной видимости в слое 0 - 60 м. от основания облаков; 60-120 - среднее значение горизонтальной видимости в слое 60 м. - 120 м. от основания облаков; 120-з  среднее значение горизонтальной видимости в слое 120 м. – до земли от основания облаков; 0-60 60-120 120-з соответствующие среднеквадратические отклонения по слоям; коэффициент вариации.

Изменчивость распределения горизонтальной видимости с высотой в СМУ обусловленных моросью является средней, причем наибольшая изменчивость наблюдается при 4 часовой длительности явления, затем изменчивость постепенно уменьшается и достигает наименьших значений при длительности явления 11 - 12 часов.

Основными типами туманов над равниной и холмистой местностью являются адвективные, радиационные и фронтальные, которым соответствуют четыре типа вертикального распределения МДВ с высотой рисунок 9.

В адвективных туманах наблюдается быстрое, непрерывное уменьшение горизонтальной видимости от поверхности земли до измеренных значений ВВ или плотной части тумана, что соответствует I типу рисунок 9.

В радиационном тумане наблюдается 4 типа распределения горизонтальной видимости с высотой, которые определяются стадией развития тумана:

       - радиационный туман 1 стадии развития (приземный туман) соответствует увеличение горизонтальной видимости с высотой (III тип);

       - радиационный туман 2 стадии развития через 2 -3 часа после его образования, когда верхняя граница достигает 20-30 м. МДВ с высотой уменьшается до середины слоя а затем увеличивается (IV тип);

       - радиационный туман 3 стадии развития минимальна МДВ с высотой уменьшается, как и в адвективном тумане (I тип);

       в радиационных туманах c верхней границей 100-300 м. при мороси и редком снеге наблюдается примерно одинаковая видимость от земли до верхней границы тумана (II тип).

Во фронтальных туманах наблюдается быстрое непрерывное уменьшение горизонтальной видимости с высотой, что соответствует I типу распределения.

В адвективных и фронтальных туманах с глиссады снижения наблюдается положительная динамика видимости, под которой понимается: постоянное увеличение видимости наземных ориентиров (огней светосигнальной системы) с глиссады снижения до приземления. В момент приземления видимость соответствует видимости на ВПП. Она наблюдается в I и II типе.

В радиационном тумане 1 стадии развития наблюдается отрицательная, под которой  понимается: постоянное уменьшение видимости наземных ориентиров (огней светосигнальной системы) с глиссады снижения до приземления. В момент приземления видимость соответствует видимости на ВПП. Она наблюдается в III типе вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой.

В радиационном тумане 2 стадии развития наблюдается скачкообразная под которой понимается: уменьшение видимости наземных ориентиров (огней светосигнальной системы) с глиссады снижения до середины слоя тумана, а затем увеличение до приземления. В момент приземления видимость соответствует видимости на ВПП. Она наблюдается в IV типе.

В радиационном тумане 3 стадии развития наблюдается положительная динамика видимости.

Для туманов горной местности основными типами распределения горизонтальной видимости с высотой является I, II, III.

Рисунок 8 - Типы вертикального распределение горизонтальной МОДВ в туманах

Типы вертикального распределения МДВ и их временные характеристики изменчивости позволяют решить проблему оценки условий видимости в наклоном направлениях при различных явлениях погоды.

Шестая глава «Расчет и сверхкраткосрочный прогноз наклонной дальности видимости не самосветящихся объектов». Предложена методика расчёта и сверхкраткосрочного прогноза наклонной дальности видимости при полётах под низкими облаками днём для различных типов распределения горизонтальной видимости с высотой. Проведены анализ наклонной дальности видимости для различных типов распределения горизонтальной видимости с высотой и оценка успешности предложенных методик.

Методика расчета наклонной полетной дальности видимости с высоты полета реализована путем комплексного использования основных положений теории негоризонтальной видимости и опыта воздушной навигации визуальных полетов для пяти основных типов распределения горизонтальной видимости с высотой в различных явлениях погоды.

Наклонная полетная дальность видимость для заданной высоты полета рассчитывается в соответствии со следующей формулой:

, (5)

где: HПОЛ – высота полета ВС, м; K0 – первоначальный, не искаженный дымкой контраст между объектом и фоном (); BФ – истинная яркость фона, т. е. яркость, не искаженная атмосферной дымкой; Б – коэффициент, характеризующий состояние яркостного «насыщения» слоя помутнения; ε - порог контрастной чувствительности глаза; – угол визирования, °; dh – слои, характеризующие распределение горизонтальной видимости с высотой, м; Smh – горизонтальная видимость на высоте HПОЛ, м  и зависит от ВНГО и МДВ; LЯВЛ –коэффициенты (L дымка=1, L дождь=0,91, L снег = 0,84, L морось=0,8).

При расчете по формуле 5 интегрирование для I и II оптических моделей производится от поверхности земли до HПОЛ, в III оптической модели – от поверхности земли до уровня конденсации (HУК) и от уровня конденсации до HПОЛ. (если HПОЛ меньше HУК – от поверхности земли до HПОЛ.). В IV оптической модели видимость одинакова на всех высотах и равна горизонтальной видимости у земли. В V оптической модели интегрирование производится от поверхности земли до верхней границы тумана или дымки. Над верхней границей – значительное, часто скачкообразное увеличение горизонтальной видимости до 10 км.

Определение оптических моделей производится по характеру физического процесса, происходящего в атмосфере, типа синоптической ситуации, данных вертикального зондирования атмосферы и измеренных метеовеличин.

Влияние путевой скорости (скорости ВС, направления, скорости ветра и угла сноса - ) и высоты полета ВС на наклонную полетную дальность видимости в формуле 5 учитывается углом визирования, который определяется по формуле:

,  (6)

где: t – среднее время аккомодации (в среднем 2,5 с), затрачиваемое на обнаружение большинства объектов (ориентиров); W – путевая скорость полета ВС, м/с; H пол – высота полета ВС, м; - минимальный угол визирования зависящий от типа вертикального распределения МДВ и скорости полёта ВС, 0; - угол сноса, 0.

Расчётные значения НПДВ во всех 5 типах меньше МДВ.

В качестве примера представлены результаты расчета наклонной полетной дальностью видимости в I и II типе на рисунках 9, 10.

Рисунок 9 - Зависимость наклонной полетной дальности видимости от МДВ в I типе (ВНГО = 100 м, K = 0,6, =1,5, H пол = 50 м, =0) для различных явлений погоды при путевой скорости 300 км/ч.

Рисунок 10 - Зависимость наклонной полетной дальности видимости от МДВ во II типе (ВНГО = 200 м,  K = 0,6, =1,5, H пол = 150 м, =0) для различных явлений погоды при путевой скорости 300 км/ч

Наклонная полетная дальность видимость (рисунок 9, 10) меньше МДВ, при этом наименьшее ее значение наблюдается в мороси при I типе распределения МДВ с высотой, а наибольшее – в дымке при II типе. С увеличением скорости полета наклонная полетная видимость уменьшается.

Предложенная методика позволяет рассчитывать и посадочную видимость, как частный случай наклонной полетной дальности видимости несамосветящихся объектов. Для этого в формуле 5 необходимо H ПОЛ заменить высотой визуального обнаружения ВПП (H ВВО), которая рассчитывается по полуэмпирической формуле:

,  (8)

где: - угол наклона глиссады снижения (2°45’).

Расчет посадочной видимости представлен в качестве примера на рисунке 11, 12.

Рисунок 11 - Зависимость посадочной видимости от МДВ в I типе (ВНГО = 100 м, K = 0,6, =1,5) для различных явлений погоды при скорости захода на посадку 300 км/ч

Рисунок 12 - Зависимость посадочной видимости от МДВ во II типе (ВНГО = 200 м, K = 0,6, =1,5) для различных явлений погоды при скорости захода на посадку 300 км/ч

Влияние основных факторов на посадочную видимость аналогичен их влиянию на наклонную полетную видимость.

Достоверность методики расчета наклонной полетной дальности видимости с высоты полета проведена по критериям успешности. Расчетные значения сравнивались с данными, полученными от экипажей ВС таблица 14.

Таблица 14 - Критерии успешности (R, , ) расчета наклонной полетной дальности видимости

Методика расчета наклонной полетной видимости

Критерии успешности

I оптическая модель

II оптическая модель

III оптическая модель

IV оптическая модель

V оптическая модель

R

R

R

R

R

0,79

182,4

145,7

0,77

191,1

152,6

0,71

372,3

298,5

0,61

736,4

590,3

0,60

798,4

638,1

Значения критериев успешности показывают возможность использования методики для расчета наклонной полетной видимости не самосветящихся объектов.

В таблице 15 приведены критерии успешности методики расчета для частного случая наклонной полетной видимости – посадочной видимости.

Методика позволяет рассчитать наклонную полетную дальность видимости с высоты полета в зависимости от ВНГО, МДВ, распределения горизонтальной видимости с высотой, углов визирования, контраста объекта (ориентира) и фона, освещенности, состояния зрения наблюдателя, скорости и высоты полета ВС, скорости ветра на высоте полета, характера подстилающей поверхности.

Таблица 15 - Критерии успешности (R, , ) расчета посадочной видимости

Методика расчета наклонной полетной видимости

Критерии успешности

I оптическая модель

II оптическая модель

III оптическая модель

IV оптическая модель

V оптическая модель

R

, м

, м

R

, м

, м

R

, м

, м

R

, м

, м

R

, м

, м

По предложенной методике

0,78

178,6

143,1

0,75

185,3

147,8

0,69

324,7

260,7

0,59

653,2

522,4

0,58

787,1

628,9

по методике Гоголевой

0,74

193,6

153,7

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

По номограммам (Рук. по практ. работам)

0,76

190,3

152,4

0,73

203,2

163,3

0,69

397,3

320,2

0,56

1436,4

1061,1

-

-

-

Сверхкраткосрочный прогноз наклонной полетной дальности видимости, в соответствии с требованиями стандартов Международной организации гражданской авиации (ИКАО), разрабатывается с заблаговременностью до 3 ч.

Для учета возможных внезапных ухудшений наклонной полетной видимости используются статистические характеристики временной изменчивости ВНГО и МДВ в типовых синоптических ситуациях (таблицы 16, 17).

Таблица 16 - Значение характеристик временной изменчивости высоты нижней границы облаков (, , сv) в типовых синоптических ситуациях циклона для светлого времени суток (зимний период, снег)

Тип син.  ситуации

Характеристики изменчивости

0

30

60

90

120

150

180

Тыл Zn

ВНГО

, м

341

345

348

344

342

345

347

, 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

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

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

86

97

122

105

96

85

75

cv

0,35

0,37

0,41

0,37

0,35

0,34

0,32

Таблица 17 - Значение характеристик временной изменчивости метеорологической дальности видимости (, , сv) в типовых синоптических ситуациях циклона для светлого времени суток (зимний период, снег)

Тип син.  ситуации

Характеристики изменчивости

0

30

60

90

120

150

180

Тыл Zn

МДВ

3531

3624

3825

3731

3621

3537

3632

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

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

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

755

873

1125

1039

913

774

616

cv

0,31

0,33

0,36

0,35

0,33

0,31

0,29

Сверхкраткосрочный прогноз наклонной полетной видимости является прогнозом II рода и производится по алгоритму представленному на рисунке 13.

Рисунок 13 - Блок – схема алгоритма сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости

Оценка достоверности алгоритма сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости проведена по критериям успешности (таблица 18)

Таблица 18 - Критерии успешности (R, , ) алгоритма сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости

Алгоритм сверхкратко-срочного прогноза

Время

прогноза, ч

Критерии успешности

I оптическая модель

II оптическая модель

III оптическая модель

IV оптическая модель

V оптическая модель

R

, м

, м

R

, м

, м

R

, м

, м

R

, м

, м

R

, м

, м

1

0,78

183,4

149,2

0,75

196,5

156,8

0,69

375,1

300,1

0,59

742,4

594,3

0,58

811,7

649,5

2

0,74

186,4

148,7

0,72

210,3

168,2

0,65

410,3

328,1

0,56

815,2

651,8

0,54

853,4

682,6

3

0,70

189,3

150,2

0,68

216,2

172,8

0,61

436,5

350,2

0,54

911,3

728,4

0,50

986,1

788,9

Критериев успешности позволяют использовать алгоритма для прогноза наклонной полетной видимости для обеспечения визуальных полётов под низкими облаками.

Разработанная методика впервые решает проблему определения и сверх краткосрочного прогноза НПДВ для оценки соответствия погодных условий эксплуатационным минимумам при визуальных полётах под низкими облаками с учётом всех влияющих факторов.

Седьмая глава «Расчет и сверхкраткосрочный прогноз наклонной дальности видимости самосветящихся объектов с глиссады снижения». Предложена методика расчёта и сверхкраткосрочного прогноза наклонной дальности видимости самосветящихся объектов как посадочных характеристик видимости с глиссады снижения огней светотехнических систем в туманах и при низких облаках. Проведены анализ факторов влияющих на посадочные характеристики видимости, оценка успешности методики расчета и сверх краткосрочного прогноза.

Методика расчета и сверхкраткосрочного прогноза посадочных характеристик видимости реализована на расчётах диаграммам видимости огней не направленного действия светотехнических систем (ОВИ, ОСИ, ОМИ) для четырёх типов распределения видимости с высотой по данным инструментальных измерений МОДВ и ВВ.

ПХВ (ВВК ВО ВПП) имеют сложную многофакторную зависимость, которую можно представить в виде 3.

  ПХВ  = f (ТОМ, S0, BB, I0, E0, , V, U, dd), (3)

где: ТОМ- тип распределения МОДВ с высотой, S0 - МОДВ , BB – вертикальная видимость (по прибору), I0 -интенсивность огней светотехнической системы, E0 -пороговая освещенность, - угол визирования наиболее удаленного огня, V – воздушная скорость ВС, U–скорость ветра, dd- направление ветра.

В результате проведенного исследования было рассчитаны диаграммы видимости огней ненаправленного действия для четырех основных типов распределения горизонтальной видимости с высотой (рисунок 14).

Рисунок 14 - Диаграммы видимости огня ненаправленного действия при различных типах распределении прозрачности с высотой

I, II, III, IV- ТОМ, В1, В2, В3- высота визуального контакта, В4 - высота обнаружения ВПП и высота визуального контакта, ВВ- вертикальная видимость (по прибору), 1, 2, 3, 4 - углы визирования наиболее удаленного огня.

Рисунок 15 - Зависимость ВВК(м) с огнями  Рисунок 16 - Зависимость ВВК(м) с огнями

приближения от видимости ОВИ для  раз- приближения от видимости ОВИ в различное

личных значений силы света (ВВ=100м, ночь, время суток (ВВ=100 м, I ТОМ, I=20000кд)

I ТОМ, 6-I=20000кд, 5-I=6000кд, 4-I=2000кд) 

 

Рисунок 17 - Зависимость ВО ВПП(м) от Рисунок 18 - Зависимость ВО ВПП(м) от

видимости ОВИ для различной силы света видимости ОВИ для различной силы света

  (ВВ=100м, ночь, I ТОМ, 6-I=20000кд, (ВВ=100м, ночь, III ТОМ, 6-I=10000кд, 

5-I=6000кд,4-I=2000кд)  5-I=3000кд, 4-I=1000кд)

   

  Рисунок 19 - Зависимость ВО ВПП(м) от Рисунок 20 - Зависимость ВВК от скоро-

видимости ОВИ в зависимости от типа вер-  сти и направления ветра(), относи-

тикального распределения МДВ тельно ВПП (I ТОМ, ВВ= 80м, ночь,

  (ВВ=60м, ночь, I=20000кд) видимость ОВИ=800м, Vпос=100км/ч)

Диаграмма видимости огней ненаправленного действия (ОВИ, ОСИ, ОМИ) рассчитанные по данным инструментальных измерений ВНГО (ВВ) и МОДВ штатными техническими средствами метеослужбы впервые позволяют получить количественную оценку распределения горизонтальной видимости с высотой и решить проблему определения и сверх краткосрочного прогноза ПХВ.

Влияние основных факторов на ПХВ (ВВК, ВО ВПП) рисунок 17-22 показывает:

-использование различной силы света огней светотехнической системы позволяет увеличить ПХВ (ВВК и ВО ВПП) до 30%;

-при одних и тех же значениях видимости ОВИ днем ПХВ будут больше, это связано с тем, что сами метеорологические условия (МОДВ) в дневное время будут значительно лучше;

-влияние силы света  огней светотехнической системы на ПХВ сильнее проявляется в III типе распределения горизонтальной видимости с высотой;

-наименьшие значения ПХВ наблюдаются в I типе, наибольшие в III;

-увеличение путевой скорости приводит к уменьшению ПХВ;

-увеличение встречной составляющей ветра приводит к увеличению ПХВ.

Наиболее опасным типом распределения видимости с высотой при посадке является IV, так как ему характерно скачкообразная динамика видимости и визуальные иллюзии. Данный тип наблюдается при радиационных туманах 2-го рода, тонкой просвечивающейся облачности приподнятого тумана и дымов различного происхождения через которые просматривается земля.

Диаграмма видимости огней ненаправленного действия при IV типе вертикального распределения видимости представлена на рисунке 21.

Рисунок 21 - Диаграммы видимости огней (Р) ненаправленного действия при IV типе распределения горизонтальной видимости с высотой.

где: Р1-Р3 – диаграммы видимости огней с номером 1…3,; 1,2 - угол визирования наиболее удаленного от пилота огня в 150 м цепочке; кр - предельный угол визирования; lвиз - длина визируемой цепочки огней, ограниченной кр и ,; ВОО- высота обнаружения огня; ВВК1- высота визуального контакта; ВПВК- высота потери визуального контакта; ВВК2- высота установления повторного визуального контакта; ВВ- вертикальная видимость (по прибору);ВГТ- верхняя граница тумана.

Методика впервые позволяет рассчитать в IV типе высоту визуального контакта ВВК1, высоту потери визуального контакта ВПВК, высоту установления повторного визуального контакта ВВК2 рисунок 22 а также высоту обнаружения ВПП (ВО ВПП1), высоту потери ВО ВПП (ВП ВО ВПП), повторную высоту обнаружения ВПП (ВО ВПП2) рисунок 23.

Динамика видимости скачкообразная, от ВВК1 до ВПВК и от ВО ВПП1 до ВП ВО ВПП - отрицательная, далее положительная. Такая динамика обуславливает визуальные иллюзии на глиссаде снижения.

Рисунок 22 - Зависимость высоты визуального контакта (м) от дальности видимости ОВИ(м) (IV тип, ВВ=100 м, I=2000кд, ночь)

Рисунок 23 - Зависимость высоты обнаружения ВПП (м) от дальности видимости ОВИ(м) (IV тип, ВВ=200 М, I=20000кд, день)

Рабочие графики для расчета ПХВ учитывающие все влияющие факторы (в качестве примера для I типа) представленные на рисунках 24 и 25.

   

Рисунок 24 - График для определения ВВК по  Рисунок 25 - График для определения ВВК

видимости ОВИ и измеренному значению  по видимости ОВИ и измеренному

ВВ (1 тип, ночь, I=6000кд, Vпос=250км/ч,  значению ВВ (1 тип, день, I=20000кд,

  U=3 м/с,=60°)  Vпос=250км/ч, U=3 м/с, =60°)

Оценка достоверности методики расчета ПХВ с глиссады снижения была проведена по критериям успешности представленным в таблице 19, 20. Расчетные значения сравнивались с данными, полученными от экипажей ВС выполнявшим посадку в туманах. Для сравнения в таблице 19 приведены критерии успешности расчета ВВК по методике ГМЦ.

Таблица 19 - Значения критериев успешности расчета ВВК и ВО ВПП

I тип

II тип

III тип

Расчет ВВК

Расчет ВО ВПП

Расчет ВВК

Расчет ВО ВПП

Расчет ВО ВПП

Критерии успешности

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

По предложенной методике

0,96

3,9

3,2

0,97

3,2

2,6

0,95

5,7

4,8

0,96

4,4

3,3

0,95

10,4

8,6

По методике ГМЦ

0,90

4,9

4,2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Критерии успешности подтверждают достоверность методики расчёта ПХВ.

Алгоритм сверхкраткосрочного прогноза ПХВ с глиссады снижения представлен в виде блок-схемы на рисунке 26.

Таблица 20 - Значения критериев успешности расчета ВВК и ВО ВПП в IV типе распределения горизонтальной видимости с высотой

ВВК 1

ВПК

ВВК 2

ВО ВПП 1

ВП ВО ВПП

ВО ВПП 2

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

0,96

3,9

3,2

0,93

5,3

4,2

0,9

6,5

5,1

0,97

3,2

2,6

0,94

3,5

2,9

0,92

5,3

4,2

Рисунок 26 - Блок-схема наукастинга ПХВ  с глиссады снижения

Прогноз ПХВ выполняется в режиме текущего прогнозирования.

Характеристики изменчивости позволяют прогнозировать предельные минимальные значения ПХВ.

Значения критериев успешности сверхкраткосрочного прогноза ВВК и ВО ВПП представлены в таблице 21.


Таблица 21 - Значения критериев успешности сверхкраткосрочного прогноза ВВК и ВО ВПП

ПХВ

Заблаговременность прогноза, мин.

3

6

9

12

Критерии успешности

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

ВВК

0,93

3,9

3,0

0,93

4,1

3,3

0,92

4,4

3,5

0,92

4,7

3,8

ВО ВПП

0,94

3,2

2,6

0,93

4,1

3,2

0,93

4,2

3,3

0,92

4,7

3,6

ПХВ

Заблаговременность прогноза, мин.

15

30

45

60

Критерии успешности

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

R

σ, м

, м

ВВК

0,91

5,3

4,2

0,79

5,7

4,5

0,77

6,9

5,7

0,72

9,3

7,5

ВО ВПП

0,92

5,1

4,1

0,8

5,4

4,4

0,78

6,6

5,3

0,73

9,0

7,2

Предложенная методика позволяет впервые решить проблему определения и сверхкраткосрочного прогноза ПХВ самосветящихся ориентиров с глиссады снижения для оценки метеорологических условий минимуму по ВПР (МВС) и предупредить экипаж ВС о визуальных иллюзиях на глиссаде снижения.

Заключение. Сформулированы основные выводы по работе.

На основание проведённых исследований решена научная проблема определения и прогноза наклонной дальности видимости в сложных метеорологических условиях как оперативных параметров видимости не самосветящихся объектов и самосветящихся ориентиров (огней светотехнических систем малой, средней и высокой интенсивности), в интересах обеспечению безопасности, регулярности и эффективности полётов авиации.

Основные результаты исследования, полученные в работе, сводятся к следующему:

1.        Определена необходимая совокупность оперативных параметров наклонной дальности видимости для обеспечения полётов в сложных метеорологических условиях:

- наклонная полётная дальность видимости (НПДВ)

- посадочная видимость,

- высота визуального контакта (ВВК),

- высота обнаружения ВПП (ВО ВПП),

- динамика видимости

2.        Установлено что:

- пространственно-временные характеристики зон сложных метеорологических условий (СМУ) соответствуют масштабам мезомасштабных атмосферных процессов (α, β, γ);

- изменчивость ВНГО и МДВ (основных характеристик СМУ) зависят от типа синоптической ситуации, характера подстилающей поверхности, времени года и суток;

-количественные связи между относительным превышением рельефа местности и ВНГО, МДВ, как основных факторов определяющих НДВ, зависят от синоптической ситуации сезона и характера подстилающей поверхности.

3.        Определено, что в явлениях погоды, при МДВ менее 1000 м (туман 82%, низкая облачность 10%, снегопад 8%) над равнинной и холмистой местностью:

- измеренные значения МОДВ репрезентативны в течение 2-3 минут, в адвективном и радиационном тумане и в течение 1,5 минут – в снегопаде;

- измеренные значения  ВНГО (ВВ) репрезентативны в течение 15 минут в адвективном и радиационном тумане и в течение 1 минуты в снегопаде.

4.        Выявлены:

-типовые синоптические ситуации по барическому рельефу (на уровне 500 гПа, 850 гПа), благоприятные для образования адвективных и внутримассовых туманов в горной местности;

- волнообразный характер временных распределений средней минимальной горизонтальной видимости в горных туманах различной интенсивности;

-наибольшая изменчивость МОДВ в туманах сильной интенсивности;

-наибольшая изменчивость вертикальной видимости в радиационном и фронтальном туманах.

5.        Показана целесообразность использования автокорреляционных функций для уточнения прогноза длительности туманов после его образования и видимости в них.

6.        Установлено, что в СМУ:

- существенное различие условий видимости с глиссады снижения и при визуальных полётах под низкими облаками при равных значениях МДВ обусловлено типами (оптическими моделями) вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой под слоистой и слоисто-кучевой облачностью и в туманах.

-типы (оптические модели) вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой обладают большой пространственной и временной изменчивостью, зависящей от синоптической ситуации, характера подстилающей поверхности, времени года и суток.

7.        Впервые предложена формула для расчёта наклонной полётной дальности видимости не самосветящихся объектов при различных типах вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой, под слоистыми и слоисто дождевыми облаками и в туманах слабой интенсивности.

8.        Результаты оценки достоверности определения наклонной полетной дальности видимости (по данным экипажей ВС) показывают:

- не допустимо отожествления наклонной полетной дальности видимости под низкими облаками (ВНГО менее 600 м) с горизонтальной;

- возможность использования методики определения и сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости под низкими облаками для оценки соответствия метеорологических условий выполнению визуальных полетов над неосвещенной территорией.

-оправдываемость сверхкраткосрочного прогноза НПДВ для визуальных полётов под низкими облаками с заблаговременностью 1 час 68-78%, 2 часа 64-74% и 3 часа 60-70%.

9.        Впервые предложена методика определения и сверхкраткосрочного прогноза оперативных параметров наклонной дальности видимости с глиссады снижения над равниной, холмистой и горной местностью, позволяющая оценивать соответствие метеорологических условий эксплуатационному минимуму по ВПР (МВС) и посадочной видимости:

-днём для не самосветящихся объектов - ориентиров и самосветящихся при МДВ менее 2000 м.,

-ночью для самосветящихся объектов ориентиров.

10.        Разработана методика определения оперативных параметров наклонной дальности видимости с глиссады снижения при минимумах самосветящихся ориентиров, реализованная для четырех типов вертикального распределения горизонтальной видимости с высотой на диаграммах видимости огней приближения светотехнического оборудования малой, средней и высокой интенсивности, с учётом влияющих факторов по данным инструментальных измерений МОДВ и ВВ штатными техническими средствами метеослужбы. Впервые предложенная методика позволяет определять и прогнозировать высоты на которых наблюдается визуальные иллюзии

11.        Результаты исследований оценки достоверности оперативных параметров НДВ с глиссады снижения (ВВК и ВО ВПП) по данным экипажей ВС показывают:

-на недопустимость отожествления ВНГО (ВВ) с ВПР, и видимости на ВПП с посадочной видимостью;

-оправдываемость сверхкраткосрочного прогноза ВВК и ВО ВПП для обеспечения посадки более 90% с заблаговременностью 3, 6, 9, 12, 15 минут, и более 70% - 60 минут.

12.        Методика диагноза и сверхкраткосрочного прогноза оперативных параметров наклонной дальности видимости в сложных метеорологических условиях использует количественные данные об изменчивости ВНГО (ВВ), МДВ в типовых синоптических ситуациях за короткие интервалы времени (1, 3, 15, 30 минут), требующиеся для обеспечения полётов, и позволяет определять и прогнозировать их возможные предельные минимальные значения. Для прогноза и предупреждения о возможных резких изменениях оперативных параметров наклонной дальности видимости.

Внедрение результатов работы в оперативную практику военных, гражданских авиационных метеорологических станций позволит повысить качество метеорологического обеспечения, и следовательно эффективность и безопасность полётов в СМУ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

  1. Дорофеев В.В. Организация и методика проведения воздушной разведки погоды и полетов при метеоминимуме I категории./ В.В.Дорофеев., Маляр А.М. – Учебное пособие. Воронежское ВВАИУ,1990. –С. 146.
  2. Дорофеев В.В. Принципы метеорологического обеспечения авиации при минимумах I, II, III категории./ В.В.Дорофеев, А.М. Маляр. –  Воздушный транспорт. Реферативный журнал, серия 9.- Москва ВИНИТИ-1990. - 18 с..
  3. Дорофеев В.В. Воздушная разведка погоды при минимуме I категории./ В.В.Дорофеев, О.В. Петухов –  Сборник статей вып. 13. Воронежское ВВАИУ,1990. –С. 36-39.
  4. Дорофеев В.В. Определение высоты визуального контакта при минимумах I, II категории./ В.В.Дорофеев, Маляр А.М. – Учебное пособие. Воронежское ВВАИУ,1991. –51 с.
  5. Дорофеев В.В. Высота визуального контакта аналог посадочной видимости./ В.В.Дорофеев, А.А.Маляр. – Сборник статей ВВВАИУ 1991, вып.14.- С. 36-39.
  6. Дорофеев В.В. Сверхкраткосрочный прогноз высоты визуального контакта при минимумах I, II категории ИКАО./ В.В.Дорофеев, А.М. Маляр. –  Учебное пособие. Воронежское ВВАИУ,1992. –19 с.
  7. Дорофеев В.В. Анализ условий погоды при минимумах ИКАО./ Н.Н.Гусева, В.В.Дорофеев, А.М.Маляр. - Сборник научных статей Воронежского ВВАИУ, 1993, вып. № 15.- С. 65-69.
  8. Дорофеев В.В. Анализ условий погоды при минимумах ИКАО в аэропорту Домодедово./ В.В.Дорофеев, А.А.Маляр. - Сборник статей Воронежского ВВАИУ 1993, вып.15.- С. 65-69.
  9. Дорофеев В.В. Изменчивость горизонтальной дальности видимости в снегопадах./ В.В.Дорофеев, А.М.Маляр. – Воронежское ВВАИУ, 1994  Вып.15.- С. 14-19.
  10. Дорофеев В.В. Изменчивость метеорологической дальности видимости в адвективном тумане./ В.В.Дорофеев, О.И. Турищев. – Сборник статей ВВВАИУ №19 часть1 1996.- С. 43-49.
  11. Дорофеев В.В. Экспертная оценка условий посадки при минимумах I, II, III категории ИКАО./ В.В. Дорофеев - Всероссийская научная конференция по современным методам подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации, сборник статей.- Воронеж. 1998.- С. 69-75.
  12. Дорофеев В.В. Диагноз наклонной видимости в сложных метеоусловиях./ В.В.Дорофеев, А.А.Маляр. – Сборник статей военно-научного общества Воронежского ВАИИ N 21 1998.- С. 24-30.
  13. Дорофеев В.В. Анализ оптических моделей в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев, А.А.Маляр. - Сборник научных статей Воронежского ВАИИ, 1998, № 21.- С. 31-34.
  14. Дорофеев В.В. Исследование временной изменчивости распределения горизонтальной видимости с высотой в зоне теплого фронта./ Р.В.Авдеев, В.В.Дорофеев, А.А.Маляр - Сборник научных статей Воронежского ВАИИ, 1998, № 22.- С. 37-40.
  15. Дорофеев В.В. Исследование изменчивости градаций горизонтальной видимости в адвективном тумане./ В.В.Дорофеев, А. А. Маляр, А.В.Степанов. – Сборник научных статей Воронежского ВАИИ, 1999, № 22. - С. 22-25.
  16. Дорофеев В.В. Исследование временной изменчивости распределения горизонтальной видимости с высотой в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев, А.А.Маляр. – Сборник научных статей Воронежского ВАИИ, 1999 Вып. 22. - С. 37-40.
  17. Дорофеев В.В. Основные направления метеорологического обеспечения авиации ВС./ В.В.Дорофеев, А.А.Маляр. – XXIII научно-техническая конференция молодых научных сотрудников «Поддержание боевой готовности вооружения и боевой техники в условиях реформирования ВС РФ». – М.: 1999. –С. 50-55.
  18. Дорофеев В.В. Пространственно временные характеристики сложных метеорологических условий./ В.В.Дорофеев, А.А.Маляр.– Сборник научных статей Воронежского ВАИИ,1999 Вып. 22.- С. 46-49.
  19. Дорофеев В.В. Сверхкраткосрочный прогноз горизонтальной и вертикальной видимости в радиационном тумане./ В.В.Дорофеев, А. А. Маляр, А.В. Степанов. – Сборник научных статей Воронежского ВАИИ, 2000, № 23.- С. 40-42.
  20. Дорофеев В.В. Методика расчета посадочных характеристик видимости в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев, Н.А.Козин, И.А.Жильчук. - Межвузовский сборник научно-методических материалов ВВАИИ, 2000, №22. - С. 42-44.
  21. Дорофеев В.В. Диагноз временной изменчивости горизонтальной и вертикальной дальности видимости в радиационном тумане./ В.В.Дорофеев, Н.А.Козин, А.А.Маляр. – Сборник научных статей Воронежского ВАИИ, 2000, № 23. - С.63-66.
  22. Дорофеев В.В. Диагноз характеристик видимости с глиссады снижения в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев,  А.А.Маляр. – Межвузовский сборник научно-методических трудов ВВАИИ, 2000 часть 1. - С. 98-102.
  23. Дорофеев В.В. Экспериментальная оценка посадочных характеристик видимости в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев, Н.А.Козин, И.А.Жильчук. - Межвузовский сборник научно-методических материалов ВВАИИ, 2000, №22.- С. 39-41.
  24. Дорофеев В.В. Исследование изменчивости градаций горизонтальной видимости в адвективном Дорофеев В.В.  тумане./ В.В.Дорофеев, А.А. Маляр, А.В. Степанов, П.Н. Шульгин. –  Сборник научных статей  ВВАИИ 2000.- С. 22-25.
  25. Дорофеев В.В. Прогноз посадочных характеристик видимости в радиационном тумане./ В.В.Дорофеев, С.П. Бочкин, А.В. Степанов. – Межвузовский сборник научно методических материалов ВВАИИ 2000.- С. 63-66.
  26. Дорофеев В.В. Анализ суточного хода типовых оптических моделей видимости./ В.В. Дорофеев, И.В. Андреев– Межвузовский сборник научно- методических материалов ВВАИИ 2000. –С. 30-35.
  27. Дорофеев В.В. Сверхкраткосрочный прогноз продолжительности радиационного тумана и видимости в нем./ В.В.Дорофеев, И. А.Жильчук, А.В.Степанов. Межвузовский сборник научно-методических материалов ВВАИИ, 2001, №24. - С. 36-39.
  28. Дорофеев В.В. Прогноз горизонтальной видимости в районе аэродрома./ В.В.Дорофеев, И.А.Жильчук, А.В.Степанов. Межвузовский сборник научно-методических материалов ВВАИИ, 2002, №25. - С. 57-62.
  29. Дорофеев В.В. Учет изменчивости видимости в туманах при разработке авиационных прогнозов./ В.В.Дорофеев, И.А.Жильчук Международный сборник научных трудов «Человек и общество: на рубеже тысячелетий». Вып. № 12. – Воронеж, 2002.- С. 65-69.
  30. Дорофеев В.В. Динамика изменчивости видимости в туманах различной продолжительности./ В.В.Дорофеев, А. А. Маляр А.В.Степанов. – Международный сборник научных трудов «Человек и общество: на рубеже тысячелетий». Вып. № 12. – Воронеж, 2002.- С. 53-55.
  31. Дорофеев В.В. Динамика изменчивости видимости в туманах различной продолжительности./ В.В.Дорофеев, А.А. Маляр, А.В.Степанов. – Международный сборник научных трудов "Человек и общество :на рубеже тысячелетий" Вып. 12 Воронеж 2002.- С. 53-55.
  32. Дорофеев В.В. Расчет высоты визуального контакта и высоты обнаружения взлетно – посадочной полосы в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев, И. А.Жильчук, А.В Степанов. – Сборник материалов XIII Всероссийской научно – технической конференции. – Иркутск 2003- С. 53-55.
  33. Дорофеев В.В. Посадочные характеристики видимости в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев, И. А.Жильчук, А.В.Степанов. – Сборник материалов XIII Всероссийской научно – технической конференции. – Иркутск 2003.- С. 54-56.
  34. Дорофеев В.В. Требования, предъявляемые к метеоинформации при минимумах I, II категории ИКАО./ В.В.Дорофеев, А. А.Маляр, А.В.Степанов. – Сборник материалов XIII Всероссийской научно – технической конференции. – Иркутск 2003. - С. 87-90.
  35. Дорофеев В.В. Оценка полетной видимости при выполнении полетов на предельно малых высотах./ В.В.Дорофеев, А. А.Маляр, А.В.Степанов. – Сборник материалов XIII Всероссийской научно – технической конференции. – Иркутск 2003. - С. 62-64.
  36. Дорофеев В.В. К вопросу оценки соответствия метеоусловий минимумам ИКАО./ В.В. Дорофеев, А. А.Маляр, А.В.Степанов. – Сборник материалов XIII Всероссийской научно – технической конференции. – Иркутск 2003.- С. 65-67.
  37. Дорофеев В.В. Концепция метеорологического обеспечения полетов в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев. – Сборник материалов XIII Всероссийская научно – техническая конференция г. Иркутск 2003. – С. 80-85.
  38. Дорофеев В.В. Методика расчета полетной видимости./ В.В.Дорофеев, А.В.Степанов. – Международный сборник научно-методических трудов, ч. I «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации». – Воронеж, 2003.- С. 57-59.
  39. Дорофеев В.В. К вопросу обеспечения летного состава объективной информацией об условиях видимости с глиссады снижения./ В.В.Дорофеев, А. А.Маляр, И.А.Жильчук. – Международный сборник научно-методических трудов, ч. I «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации». – Воронеж, 2003.- С. 75-76.
  40. Дорофеев В.В. Требования, предъявляемые к метеоинформации при минимумах I, II категории ИКАО./ В.В.Дорофеев, А. А.Маляр, И.А.Жильчук. – Международный сборник научно-методических трудов, ч. I «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации». – Воронеж, 2003.- С. 87-90.
  41. Дорофеев В. В. Оценка эксплуатационных минимумов при неточном заходе на посадку./ В.В.Дорофеев. – Сборник материалов Всероссийской научно – практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» г. Воронеж, 2003.- С.20-23.
  42. Дорофеев В.В. Особенности воздушной навигации при посадке в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев. – Сборник материалов Всероссийской научно – практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» г. Воронеж, 2003.- С. 40-43.
  43. Дорофеев В.В. Автоматизация захода на посадку и фактор безопасности при выполнении посадок./ В.В.Дорофеев, А. А.Маляр, А.В.Степанов. – Сборник научных статей Воронежского ВАИИ, 2003, № 25. -С. 12-14.
  44. Дорофеев В.В. Анализ вертикальной видимости в туманах горного климата./ В.В.Дорофеев, И.А.Жильчук. Международный сборник научно-методических трудов, ч. I «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации». – Воронеж, 2003. -С. 7-10.
  45. Дорофеев В.В. Оперативные параметры наклонной видимости в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев. –  Научно – технический журнал «Метеорология и гидрология» г. Москва, 2004. - С. 75-82.
  46. Дорофеев В.В. Особенности воздушной навигации при полетах на малых и предельно малых высотах в однородной атмосфере./ В.В.Дорофеев. – Материалы XI Международной научно-технической конференции «Радиолокация навигация связь» г. Воронеж, 2005. - С. 2053-2060.
  47. Дорофеев В.В. Особенности воздушной навигации при полетах под низкими облаками./ В.В.Дорофеев. – Материалы XI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» г. Воронеж, 2005. - С. 2061-2068.
  48. Дорофеев В.В. Особенности воздушной навигации при посадке в сложных метеорологических условиях./ В.В.Дорофеев. – Материалы VI Международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технология XXI века» г. Воронеж, 2005. - С. 688-694.
  49. Дорофеев В.В. Расчет наклонной и полётной видимости для аэровизуальной оценки геоэкологической обстановки при чрезвычайных ситуациях вызванных наводнениями./ В.В.Дорофеев. – «Вестник ВГУ» серия география геоэкология № 2/2005. – С. 121-125.
  50. Дорофеев В.В. Прогноз катострофических ситуаций и расчет наклоной и полётной видимости для выполнения поисково-спасательных работ при наводнениях./ В.В.Дорофеев. – «Вестник ВГТУ» Том 1, № 7 г. Воронеж, 2005. - С.45-48.
  51. Дорофеев В.В. Диагноз наклонной дальности видимости при визуальных полётах под низкими облаками./ В.В.Дорофеев. Г.С. Нахмансон– Материалы VI1 Международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века» Том 1 г. Воронеж, 2006. - С. 438-446.
  52. Дорофеев В.В. Расчет наклонной и полётной видимости для аэровизуальной оценки геоэкологической обстановки при чрезвычайных ситуациях вызванных пожарами./ В.В.Дорофеев. – «Вестник ВГУ» серия география геоэкология № 1/2006. –с. 121-125.
  53. Дорофеев В.В. Расчет посадочных характеристик видимости в радиационных туманах./ В.В. Дорофеев, И.А. Жильчук, В.И. Ковалев. - Сборник материалов Всероссийской научно – практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации и современные аспекты РЭБ в тренажерах и тренажерных системах» г. Воронеж, 2006. - С.49-51.
  54. Дорофеев В.В. Влияние путевой скорости на наклонную полетную видимость при полетах под низкими облаками./ В.В. Дорофеев, А.В. Степанов, В.И. Ковалев. - Сборник материалов Всероссийской научно – практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации и современные аспекты РЭБ в тренажерах и тренажерных системах» г. Воронеж, 2006 - С.90-92.
  55. Дорофеев В.В. Наклонная дальность видимости./ В.В.Дорофеев, Г.С. Нахмансон– Монография. Воронеж, 2007. - 209 с..

- перечень рецензируемых научных журналов рекомендуемых ВАК РФ в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание учёной степени доктора наук.

       - перечень рецензируемых научных изданий, выпускаемых РФ в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание учёной степени доктора наук.

                                                                                                       

Подписано к печати 24.04.2006 г. Заказ № 277

Тираж 100 экз.

                                                                                                       

Издательство Воронежского ВВАИУ

394064, г. Воронеж, ул. Ст. Большевиков, 54 «а»

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.