Способ определения зон вероятного обледенения в конвективных облаках Российский патент 2022 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к области авиационной метеорологии, а точнее к способам определения зон с обледенением в облаках, образующихся в результате конвективных движений в атмосфере, и может быть использовано для оценки наличия в облачности зон с обледенением в целях обеспечения безопасности полетов.

Обледенение представляет собой процесс отложения льда на обтекаемых частях поверхности воздушного судна при полете в переохлажденных облаках, тумане или осадках. Наиболее вероятно обледенение при температурах от 0°С до -20°С (Руководство по практическим работам метеорологических подразделений авиации Вооруженных Сил. М.: Воениздат, 1992. С. 296).

В определенных случаях обледенение представляет опасность для авиации (Наставление по метеорологической службе авиации Вооруженных Сил Российской Федерации. Москва, 2014. Ст. 97). Воздушные суда гражданской авиации сталкиваются с данным явлением в подавляющем большинстве случаев на этапах взлета и посадки. Основное время полета проходит по маршруту на больших высотах в зоне очень низких температур, где обледенение маловероятно. Воздушные суда государственной авиации выполняют другие задачи, подразумевающие переменный профиль полета, то есть частое изменение высоты и, соответственно, периодическое нахождение в зоне температур, благоприятных для образования обледенения. Наиболее опасное и сильное обледенение наблюдается в кучево-дождевых облаках (Иоффе М.М., Приходько М.Г. Справочник авиационного метеоролога. Под ред. А.В. Костюченко. М.: Воениздат, 1977. С. 183.). Существует объективная необходимость с целью обеспечения безопасности полетов государственной авиации определять зоны с обледенением в конвективных облаках.

Существует способ определения возможных зон с обледенением, основанный на информации о температуре и температуре точки росы на высотах, полученных посредством радиозондирования атмосферы (Руководство по практическим работам метеорологических подразделений авиации Вооруженных Сил. М.: Воениздат, 1992. С. 297).

Недостатком данного способа является тот факт, что для его реализации требуются данные радиозондирования атмосферы. Пространственно-временное разрешение такой информации ограничено ввиду разреженности сети радиозондировочных пунктов и дискретности по времени циклов радиозондирования.

Известен способ определения пространственных зон вероятного обледенения воздушных судов в режиме реального времени (Патент на изобретение RU 2580375 С1), основанный на определении приземных значений относительной влажности, температуры точки росы и высоты нижней границы облачности, регистрации вертикальных профилей температуры и последующем применении формулы Годске или математической модели, разработанной в NCEP. Регистрация вертикального профиля температуры осуществляется при помощи наземного температурного профилемера, установленного в заданном районе.

Недостатком данного способа является необходимость применения наземного температурного профилемера, оценивающего температуру по высотам в приземном слое тропосферы. Какой-либо существенной сети указанных профилемеров нет, а указанный в патенте на изобретение профилемер восстанавливает вертикальный профиль температуры до высоты 1000 метров. В то время как воздушные суда государственной авиации выполняют полеты вне территориальной привязки к местам размещения профилемеров, а высоты развития кучево-дождевых облаков достигают значений более 10000 метров.

Техническим результатом изобретения является получение возможности определения зон вероятного обледенения воздушных судов в конвективных облаках не только в приземном слое, но и на протяжении всего слоя облачности по вертикали, а также расширение пространственных границ применимости способа вследствие устранения необходимости размещения в районе полетов (выполнения задач) наземного температурного профилемера.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения пространственных зон вероятного обледенения воздушных судов, заключающемся в проведении приземных наблюдений, а именно измерении высоты нижней границы облачности, дополнительно измеряют температуру воздуха и атмосферное давление, а вертикальный профиль температуры воздуха до высоты расположения изотермы -20°С в конвективной облачности восстанавливают при помощи адиабатической модели его развития, в рамках которой облачный воздух поднимается с заданным шагом по шкале давления, и на каждом шаге подъема рассчитывают его температуру и высоту, а наличие зон вероятного обледенения в облачности определяется в слое от высоты расположения изотермы 0°С до высоты расположения изотермы -20°С.

Сущность изобретения заключается в том, что по измерению у земли температуры воздуха, атмосферного давления и высоты нижней границы облаков реализуется адиабатическая модель развития конвективного облака (Патент на изобретение RU 2482521 С2, патент на изобретение RU 2491582 С2, патент на изобретение RU 2549535 С2, патент на изобретение RU 2566378 С2). Результатом реализации указанной модели является восстановление вертикального профиля температуры по высотам в конвективном облаке. Расположение в облаке зоны с температурами от 0°С до -20°С позволяет диагностировать ее как зону возможного обледенения воздушного судна.

Способ реализуется следующим образом. В рамках функционирования регулярной сети гидрометеорологических наблюдений или посредством организации временных пунктов измерения метеорологических параметров производится регистрация температуры воздуха у земли, атмосферного давления и высоты расположения нижней границы облачности. Применение полученных данных позволяет без применения инструментальной регистрации восстановить вертикальный профиль температуры воздуха в облачности конвективного развития при помощи использования адиабатической модели ее развития. Согласно данной модели температура воздуха от земной поверхности до нижней границы облачности изменяется по линейному закону, что позволяет определить температуру воздуха и атмосферное давление на уровне конденсации, то есть высоты нижней границы облачности. Выше уровня конденсации, то есть непосредственно в облаке температура воздуха изменяется с высотой согласно нелинейному влажноадиабатическому закону. Упростить изменение температуры воздуха до линейного можно только на небольших участках по высоте. Моделирование дискретного подъема облачного воздуха с маленьким шагом по высоте (например, 10 гПа по шкале атмосферного давления) позволяет рассчитать на каждом шаге подъема температуру воздуха и высоту его нахождения в облаке. Вычисления продолжаются до достижения температуры внутри облака -20°С. Дальнейшие вычисления нецелесообразны ввиду снижения вероятности возникновения обледенения при более низких температурах.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет получать качественно новый результат, а именно заключение о возможном обледенении воздушных судов в определенных слоях всей толщи конвективной облачности, без использования технологий инструментальной регистрации вертикального распределения температуры воздуха с высотой в слое облаков.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения зон вероятного обледенения в конвективных облаках в целях обеспечения авиационной безопасности. Сущность: при проведении приземных наблюдений измеряют высоту нижней границы облачности, температуру воздуха и атмосферное давление. Восстанавливают вертикальный профиль температуры воздуха до высоты расположения изотермы -20°С в конвективной облачности при помощи адиабатической модели, в рамках которой облачный воздух поднимается с заданным шагом по шкале давления. При этом на каждом шаге подъема рассчитывают температуру и высоту облачного воздуха. Наличие зон вероятного обледенения в облачности определяют в слое от высоты расположения изотермы 0°С до высоты расположения изотермы -20°С. Технический результат: расширение возможностей использования.

Способ определения зон вероятного обледенения в конвективных облаках, заключающийся в проведении приземных наблюдений, а именно измерений высоты нижней границы облачности, отличающийся тем, что дополнительно измеряют температуру воздуха и атмосферное давление, а вертикальный профиль температуры воздуха до высоты расположения изотермы -20°С в конвективной облачности восстанавливают при помощи адиабатической модели его развития, в рамках которой облачный воздух поднимается с заданным шагом по шкале давления, и на каждом шаге подъема рассчитывают его температуру и высоту, а наличие зон вероятного обледенения в облачности определяется в слое от высоты расположения изотермы 0°С до высоты расположения изотермы -20°С.