Содержание к диссертации
Введение
1. Факторы, влияющие на наклонную полетную дальность видимости несамосветящихся и самосветящихся ориентиров в темное время суток 14
1.1. Характеристики видимости для обеспечения полетов авиации 14
1.2. Обзор исследований наклонной полетной дальности видимости в темное время суток 18
1.3. Факторы, влияющие на наклонную полетную дальность видимости в атмосфере в темное время суток 21
1.3.1. Естественная освещенность 22
1.3.2. Прозрачность атмосферы. Распределение горизонтальной дальности видимости с высотой. Явления погоды 24
1.3.3. Оптико-физические характеристики, контраст, свойства объекта (ориентира) и ландшафт местности 26
1.3.4. Скорость и высота полета воздушного судна Направление и скорость ветра 28
1.3.5. Психофизиологические факторы 32
1.4. Требования к информации о наклонной полетной дальности видимости при визуальных полетах в темное время суток 34
Выводы 36
2. Анализ и сверхкраткосрочный прогноз естественной Освещенности в типовых синоптических ситуациях 38
2.1. Повторяемость непрерывной продолжительности различного состояния неба в типовых синоптических ситуациях 39
2.2. Повторяемость количества баллов облачности в типовых синоптических ситуациях в различные периоды года 44
2.3. Анализ естественной освещенности в типовых синоптических ситуациях 46
2.4. Сверхкраткосрочный прогноз естественной освещенности 49
2.4.1. Метод сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности в темное время суток 49 2.4.2. Оценка достоверности методики сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности в темное время суток 54
Выводы 56
3. Метод расчета реальной горизонтальной дальности видимости несамосветящихся и самосветящихся ориентиров в темное время суток 57
3.1. Метод расчета реальной горизонтальной дальности видимости несамосветящихся ориентиров в темное время суток 57
3.2. Диагноз реальной горизонтальной дальности видимости несамосветящихся ориентиров в темное время суток 60
3.2.1. Матовые поверхности 60
3.2.2. Глянцевые поверхности 63
3.2.3. Диагноз влияния ландшафта местности на реальную горизонтальную дальность видимости несамосветящихся ориентиров 66
3.3. Метод расчета реальной горизонтальной дальности видимости самосветящихся ориентиров в темное время суток 67
3.4. Диагноз реальной горизонтальной дальности видимости самосветящихся ориентиров в темное время суток 70
3.5. Оценка достоверности метода расчета реальной горизонтальной дальности видимости в темное время суток 72
Выводы 74
4. Метод расчета наклонной полетной дальности видимости несамосветящихся и самосветящихся ориентиров в темное время суток 76
4.1. Метод расчета наклонной полетной дальности видимости несамосветящихся ориентиров в темное время суток 76
4.2. Диагноз результата расчета наклонной полетной дальности видимости в различных типах распределения горизонтальной дальности видимости с высотой 82
4.3. Метод расчета наклонной полетной дальности видимости самосветящихся ориентиров в темное время суток 83
4.4. Диагноз расчета наклонной полетной дальности видимости самосветящихся ориентиров в темное время суток 87
4.5. Оценка достоверности метода расчета наклонной полетной дальности видимости самосветящихся и несамосветящихся ориентиров в темное время суток 89
Выводы 91
5. Методика сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости несамосветящихся и самосветящихся ориентиров в темное время суток 92
5.1. Методика сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости ориентиров в темное время суток 92
5.2. Оценка достоверности методики сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости ориентиров в темное время суток95
5.3. Рекомендации метеоспециалистам по оценке видимости в темное время суток 96
5.4. Рекомендации по метеорологическому обеспечению для руководящего и летного состава при выполнении полетов по правилам визуальных полетов в темное время суток 99
Выводы 101
Заключение 102
Список использованных источников
- Факторы, влияющие на наклонную полетную дальность видимости в атмосфере в темное время суток
- Повторяемость количества баллов облачности в типовых синоптических ситуациях в различные периоды года
- Диагноз реальной горизонтальной дальности видимости несамосветящихся ориентиров в темное время суток
- Диагноз расчета наклонной полетной дальности видимости самосветящихся ориентиров в темное время суток
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Безопасность и эффективность полетов авиации, когда пространственное положение и местонахождение воздушного судна определяется визуально по наземным ориентирам, а также относительно других материальных объектов и сооружений, зависит от многих факторов, обусловленных внешней средой, среди которых значительную роль играет видимость.
Дня выполнения полетов по правилам визуальных полетов (ПВП) в темное время суток необходима прогностическая информация не только о высоте нижней границы облаков (ВНГО) и метеорологической дальности видимости (МДВ), но прежде всего, о наклонной полетной дальности видимости (НПДВ) самосветящихся и несамосветящихся ориентиров (объектов). Эта объясняется тем, что согласно требований руководящих документов возможность выполнения полетов определяется ВНГО и (или) НПДВ.
В настоящее время отсутствуют надежные методики прогноза НПДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров (объектов) в темное время суток по данным наземных наблюдений.
Следовательно, научная задача работы заключается в разработке методики сверхкраткосрочного прогноза НПДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров для обеспечения полетов по ПВП в темное время суток.
Данная задача особенно актуальна для военной авиации, выполняющей полеты ночью в условиях светомаскировки, радиоэлектронного противодействия и радиомолчания, когда обнаружение и опознавание объекта (цели) возможно только визуально.
Целью работы является разработка методики сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости несамосветящихся и самосветящихся объектов в темное время суток.
Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:
1. Исследование изменчивости естественной освещеннрсти и разработка метода ее сверхкраткосрочного прогноза в типовых синоптических ситуациях в темное время суток.
. 2. Разработка метода расчета реальной горизонтальной дальности видимости (РГДВ) самосветящихся и несамосветящихся объектов (ориентиров).
Разработка метода расчета наклонной полетной дальности видимости в темное время суток.
Разработка методики сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости в темное время суток.
Объектом исследования является видимость в пограничном слое атмосферы для решения задач метеорологического обеспечения авиации в темное время суток.
Предмет исследования - естественная освещенность, реальная горизонтальная дальность видимость и наклонная полетная дальность видимость самосветящихся и несамосветящихся объектов в темное время суток.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Закономерности временной изменчивости и метод сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности в типовых синоптических ситуациях циклона и антициклона в темное время суток.
Метод расчета реальной горизонтальной дальности видимости самосветящихся и несамосветящихся объектов (ориентиров).
Метод расчета наклонной полетной дальности видимости в темное время суток.
Методика сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости в темное время суток.
Научная новизна заключается в следующем:
Выявлены закономерности временной изменчивости естественной освещенности, обусловленные изменением количества баллов облачности, ее оптической плотностью и фазой Луны. Разработан метод сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности в темное время суток. Отличительной особенностью метода является использование в качестве исходных данных количества баллов облачности различной оптической плотности для типовых синоптических ситуаций.
Разработан метод расчета реальной горизонтальной дальности видимости самосветящихся и несамосветящихся объектов с учётом естественной освещенности. Отличительной особенностью метода является: для самосветящихся объектов -расчет дальности их обнаружения и распознавания; для несамосветящихся объектов - расчет дальности видимости объектов с матовыми и глянцевыми поверхностями
.-.. при различных типах ландшафта местности (в отличие от методов расчета, метеоро-
Ч логической оптической\цальности видимости (МОДВ) и определения МДВ).\\
' 3. Разработан метод расчета наклонной полетной дальности видимости самосве-
тящихся и несамосветящихся объектов в темное время суток по данным естественной освещенности, прозрачности атмосферы (МОДВ) и ВНГО. Отличительной особенностью метода является: для несамосветящихся объектов - возможность расчета углов визирования по РГДВ для различных условий воздушной навигации; для самосветящихся объектов - возможность расчета углов визирования по диаграммам видимости обнаружения и распознавания при различных типах распределения горизонтальной дальности видимости с высотой (в отличие от методов расчета посадочной дальности видимости).
4. Разработана методика сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости самосветящихся и несамосветя'щихся объектов (ориентиров) в темное время суток по данным наземных наблюдений за ВНГО и МОДВ (МДВ). Отличительной особенностью методики является комплексный учет основных факторов: естественной освещенности, типа ландшафта местности, распределения горизонтальной дальности видимости с высотой и условия воздушной навигации, а также использование методов сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности, расчета реальной горизонтальной дальности видимости и наклонной полетной дальности видимости (в отличие от сверхкраткосрочного прогноза посадочной дальности видимости).
Методы исследования. При исследовании использовались методы математической статистики, численного моделирования, экспертного опроса и элементы теории вероятностей.
Исходные данные: астрономические ежегодники; аэросиноптический материал; визуальные наблюдения за реальной горизонтальной дальностью видимости, метеорологической дальностью видимости, количеством и формой облаков; инструментальные измерения за высотой нижней границы облаков, метеорологической оптической дальностью видимости, естественной освещенностью; доклады экипажей воздушных разведчиков погоды о значениях наклонной полетной дальности видимости в темное время суток за 2006-2009 годы.
Достоверность результатов достигается корректной постановкой решаемых задач метеорологического обеспечения безопасности полетов в темное время суток; использованием апробированного математического аппарата; согласованием полученных результатов с экспериментальными и ранее проведенными исследованиями.
Практическая значимость. Разработанная методика сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости самосветящихся и несамосветящихся объектов в темное время суток позволяет эффективно оценивать соответствие метеорологических условий выполнению полетов по правилам визуальных или приборных полетов по данным наземных метеорологических наблюдений.
Теоретическая значимость. Разработанная методика сверхкраткосрочного прогноза наклонной полетной дальности видимости самосветящихся и несамосветящихся объектов является основой для решения задач метеорологического обеспечения авиации в темное время суток.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и
обсуждались на научно-технических конференциях ВАИУ (г. Воронеж) в период
с 2006 г по 2009 г, на II и III Международных научных конференциях «Совре
менные проблемы прикладной математики и математического моделирования» в
ВГТА (г. Воронеж, 2006 и 2009 гг.), на III и IV Международных научно-
практических конференциях «Системы жизнеобеспечения и управления в чрез
вычайных ситуациях» в ВГТУ (г. Воронеж, 2007 и 2008 гг.), на XV Всероссий
ской конференции «Актуальные проблемы высшего военного образования» ЕВ-
ВАИУ (г. Ейск, 2007 г.), на IX и X международных конференциях «Кибернетика
и высокие технологии в XXI веке» (г. Воронеж, 2008 и 2009 гг.), в XXVIII Рос
сийской школе «Наука и технология» (г. Екатеринбург, 2008 г.), на межвузов
ской конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации и РЭБ»
(г. Воронеж, 2008 с), на Международной конференции по авиационной и спут
никовой метеорологии памяти профессора СВ. Солонина в РГГМУ (г. Санкт-
Петербург, 2008 г.). ' '
Реализация результатов исследования. Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, используются:
в учебном процессе на гидрометеорологическом факультете ВАИУ (г. Воронеж);
при выполнении научно-исследовательских работ (шифр «Полет-4», шифр «Полет-5»).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Объем диссертации составляет 119 страниц, включая 214 рисунков, 25 таблиц и приложения (81 страница). Список литературных источников включает 140 наименований, в том числе 9 иностранных источников.
Факторы, влияющие на наклонную полетную дальность видимости в атмосфере в темное время суток
Видимость в атмосфере — это возможность визуально различать удаленные объекты ландшафта, отделенные от наблюдателя слоем воздуха той или иной мутности [2-6, 30, 76]. Видимость в атмосфере определяют следующие фак-торы[25, 35, 45, 70, 82, 128]: свойства наблюдаемых объектов (размер, форма, цвет); яркость фона, на котором наблюдается объект; направление наблюдения объекта относительно солнца; психофизиологические свойства зрения и т. д.
Понятие «видимость» широко применяется в метеорологии в двух определенных значениях. Во-первых, это одна из метеовеличин, характеризующая воздушные массы (арктическую, полярную, тропическую), которая используется в синоптической метеорологии и климатологии. В этом случае видимость является показателем оптического состояния атмосферы. Во-вторых, это оперативный параметр, соответствующий определенным критериям или специальным применениям. В этом случае видимость выражается в виде расстояния, на котором видны конкретные маркеры или огни. Мерой видимости, как физической величины, является дальность видимости.
Определение (оценка) дальности видимости в атмосфере является сложной задачей, поскольку зависит от многих факторов, основными из которых являются [12,16, 25-30, 76, 77, 108,128]: - психофизиологические особенности зрения; - геометрические и фотометрические характеристики наблюдаемого объекта и условия его освещенности или светимости; - оптические свойства слоя воздуха, расположенного между наблюдателем и объектом; - цель определения (оценки) дальности видимости [8,18,30,45,111,127]. В зависимости от целей применения, определяемых (оцениваемых) или инструментально измеряемых, значений дальности видимости в метеорологии и метеорологическом обеспечении авиации применяются следующие концепции (характеристики) дальности видимости [25-28, 29,30, 76, 77, ПО]: - метеорологическая дальность видимости (МДВ); - метеорологическая оптическая дальность (meteorological optical range, MOR); - дальность видимости на ВПП (runway visual range, RVR); - видимость для авиационных целей (видимость); - преобладающая видимость.
Термин «видимость» - видимость для авиационных целей. Введен ИКАО решением совещания Европейской группы аэронавигационного планирования (2001 г) и опубликован в поправке № 72 к Приложению 3 к Конвенции о международной гражданской авиации. Термин и его определение включены в публикацию «Международные стандарты и рекомендуемая практика» (изд. 14-е, июль 2001 г; изд. 15-е, июль 2004 г [30, 76, 112-117]), где определение видимости дано в следующем виде.
Видимость для авиационных целей представляет собой наибольшую из следующих величин: а) наибольшее расстояние, на котором можно различить и распо знать черный объект приемлемых размеров, расположенный вблизи Земли, при его наблюдении на светлом фоне; б) наибольшее расстояние, на котором можно различить и распо знать огни силой света около 1000 Кд на неосвещенном фоне.
Эти два расстояния имеют различные значения в воздухе с заданным коэффициентом поглощения, причем последняя (б) зависит от естественной освещенности фона, а первая (а) характеризуется МОДВ.
Несмотря на то, что мерой видимости в атмосфере является дальность видимости, а видимость является лишь возможностью зрительного восприятия окружающего мира, в авиации термин «видимость» используется в качест 16 ве меры видимости. Термины «метеорологическая дальность видимости», «метеорологическая оптическая дальность» так и не получили применения при передаче сообщений о дальности видимости потребителям. Только концепция дальности видимости на ВГТП, введенная в авиации менее 20 лет тому назад, получила широкое применение в авиации в качестве характеристики условий посадки и взлета ВС. Видимость для авиационных целей, обозначенная термином «видимость», должна войти в практику метеорологического обеспечения авиации наряду с термином «дальность видимости на ВПП».
Однако, при использовании термина «видимость для авиационных целей» следует учитывать положения, вытекающие из его определения. В случаях его использования по пункту а) определение видимости для авиационных целей должно определяться по МОДВ. В случае использования его по пункту б) — по вычисленной дальности видимости огня силой света 1000 Кд.
Известно, что дальность видимости огня (1000 Кд) вычисляется по измеренной МОДВ, с учетом визуального порога освещенности (Ер) или яркости фона. Следовательно, видимость (видимость для авиационных целей) может определяться (оцениваться) только на аэродромах (для ВПП), оборудованных инструментальными средствами измерения дальности видимости (MOR), т.е. на аэродромах, где у ВПП установлены трансмиссометры или приборы прямого рассеяния. При отсутствии средств измерения MOR визуально наблюдаемые значения МДВ должны приводиться к значениям MOR с учетом завышения результатов визуальных наблюдений в среднем на 14 % днем и 30 % ночью [3, 5, 9, 18, 30, 46, 76, 111, 126].
При рассмотрении дальности видимости в темное время суток следует различать два вида задач: 1) определение дальности видимости несамосветящихся объектов, которые светятся отраженным светом; 2) определение дальности видимости самосветящихся объектов, т.е. огней [10,15,17,20,21,30,127]. К несамосветящимся объектам относятся все естественные объекты и искусственные сооружения на местности. Для них дальность видимости в сумерки и в темное время суток, так же как и в светлое время суток, определяется их контрастом на фоне местности. Объект перестает быть видимым, когда его контраст с фоном достигает порога контрастной чувствительности глаза. Однако, если для дневных условий можно было указать значение порога контрастной чувствительности глаза (є), в зависимости от поставленной задачи, то для ночных условий этого сделать нельзя, так как при уменьшении освещенности порог контрастной чувствительности глаза быстро увеличивается, а острота зрения снижается. В лунную ночь є увеличивается до 0,20 — 0,50 в зависимости от фазы Луны. В темное время суток без Луны є может достигать значений более 0,60 [15,126-128].
Дальность видимости несамосветящихся объектов в темное время суток в основном зависит от их освещенности, а также от освещенности ландшафта. Прозрачность же атмосферы (выраженная, например, через МОДВ) в темное время суток играет второстепенную роль. Темные объекты на местности, выбранные в качестве ориентиров видимости для определения МДВ в светлое время суток, нельзя использовать для определения дальности видимости в сумерки и в темное время суток, поскольку отсутствует однозначная связь их дальности видимости с прозрачностью атмосферы, поэтому для определения МДВ в темное время суток используются огни.
В качестве самосветящихся источников света принимают точечные источники света, создаваемые лампами мощностью 60 Вт. Они создают силу света равную 1000 Кд. В темное время основным фактором, влияющим на дальность обнаружения самосветящегося объекта, является порог световой чувствительности глаза (или порог обнаружения огня) к точечному источнику света Есв (порог обнаружения белого огня).
Повторяемость количества баллов облачности в типовых синоптических ситуациях в различные периоды года
Результаты расчетов РГДВ ориентиров представлены на рисунках В.1-В.36 приложения В. Расчеты производились для ориентиров, находящихся на I типе ландшафта местности. Облачность малой оптической плотности
На рисунках В.1 - В. 12 приложения В даны зависимости РГДВ несамосветящихся ориентиров в темное время суток на I типе ландшафта местности от МОДВ при различных количествах баллов облачного покрова малой оптической плотности в новолуние для матовых поверхностей. Из рисунков видно, что РГДВ в темное время суток значительно зависит от количества баллов облачного покрова. Ориентиры, обладающие контрастностью на фоне местности меньше, чем контрастная чувствительность глаза при данной естественной освещенности, на практике не видны, поэтому РГДВ их не определялась. РГДВ матовых ориентиров в темное время суток гораздо меньше, чем МОДВ. Основным фактором, влияющим на РГДВ в темное время суток, являются количество и форма (оптическая плотность) облаков. На рисунке В. 10 приложения В даны зависимости РГДВ несамосветящихся ориентиров в темное время суток от МОДВ при различных количествах баллов облачного покрова в полнолуние для матовых поверхностей. Из рисунка видно, что РГДВ в темное время суток значительно зависит от количества облачного покрова, причем при облачности 9-Ю баллов и МОДВ соответствующей 5000 м РГДВ - 1000 м, а при - 0-2 и 3-5 баллов-2000 м.
Следовательно РГДВ ухудшается при увеличении количества баллов облачности примерно в 2 раза. Облачность средней оптической плотности
На рисунках В. 13 - В.24 приложения В даны зависимости РГДВ несамосветящихся ориентиров в темное время суток от МОДВ при различных количествах баллов облачного покрова средней оптической плотности для матовых поверхностей. РГДВ в темное время суток сильно зависит от естественной освещенности, которая складывается из освещенности, создаваемой Луной, и ослабления, создаваемым облачным покровом.
РГДВ матовых ориентиров в темное время суток существенно меньше, чем МОДВ. При одних и тех же условиях, ориентиры, обладающие наибольшим контрастом, видны дальше. Например, в новолуние при прозрачности атмосферы, соответствующей МОДВ 5 км и облачности 0-2 и 3-5 баллов, РГДВ ориентиры с контрастностью 0,8 (рисунок В. 14) составляет 400 м, при 1,0 - 800 м, то есть увеличивается примерно в два раза. При второй фазе Луны и предыдущих условиях для ориентиры с контрастом 0,8 (рисунок В. 16) видимость будет соответствовать 1200 м, то есть улучшится на 30%. При третьей фазе Луны РГДВ (рисунок В. 19) - 1600 мив полнолуние (рисунок В.22) - 2100 м, таким образом РГДВ при переходе от первой к четвертой фазе Луны и одинаковой прозрачности атмосферы изменяется примерно в 2,5 раза. В качестве примера, на рисунке В. 17 в приложении В даны зависимости РГДВ несамосветящихся ориентиров, контраст которых - 0,6 в темное время суток от МОДВ при различных количествах баллов облачного покрова во второй фазе Луны для матовых поверхностей. Из рисунка видно, что РГДВ в темное время суток сильно зависит от количества баллов облачного покрова, причем при облачности 9-Ю баллов и МОДВ, соответствующей 5000 м РГДВ - 350 м, а при облачности 0-2 и 3-5 баллов РГДВ - 700 м. РГДВ уменьшается при увеличении количества баллов в 2 раза.
Облачность большой оптической плотности На рисунках В.25 - В.36 приложения В даны зависимости РГДВ несамосветящихся ориентиров в темное время суток от МОДВ при различных количествах баллов облачного покрова большой оптической плотности для матовых поверхностей. РГДВ в темное время суток сильно зависит от естественной освещенности, которая складывается из естественной освещенности, создаваемой Луной, и ослабления, создаваемого количеством баллов и формой облаков.
РГДВ матовых ориентиров в темное время суток гораздо меньше, чем МОДВ. При одних и тех же условиях ориентиры, обладающие наибольшим контрастом, видны дальше. Например, в новолуние при прозрачности атмосферы, соответствующей МОДВ 5 км и облачности 0-2 и 3-5 баллов, РГДВ ориентира, с контрастностью 0,8 (рисунок В.25, В.26), будет 350 м, а при 1 - 500 м. Это показывает, что РГДВ, в зависимости от контраста ориентира, меняется практически 2,5 раза. При второй фазе Луны и тех же условиях для ориентира с контрастом 1 (рисунок В.27, В.28) видимость будет соответствовать 700 м, то есть РГДВ улучшится примерно на 30%. При третьей фазе Луны (рисунок В.ЗО, В.31) РГДВ - 900 мив полнолуние 1000 м, таким образом РГДВ, при переходе от первой к четвертой фазе Луны и одинаковой прозрачности атмосферы, изменяется примерно в 2,0 раза. В качестве примера, на рисунке В.29 приложения В, даны зависимости РГДВ несамосветящихся ориентиров в темное время суток от МОДВ при различных количествах баллов облачного покрова во второй фазе Луны для матовых поверхностей. На рисунке видно, что РГДВ в темное время суток сильно зависит от количества баллов облачного покрова, причем, при облачности 6 - 8 и 9 - 10 баллов и МОДВ соответствующей 5000 м РГДВ равно 300 м, а при 0-2 и 3-5 баллов - 700 м. Отсюда видно, что РГДВ уменьшается при увеличении количества баллов в 2 раза. Следовательно, РГДВ зависит от естественной освещенности и контраста ориентира на фоне местности.
Диагноз реальной горизонтальной дальности видимости несамосветящихся ориентиров в темное время суток
Данные о фактических и прогностических значениях РГДВ и НПДВ несамосветящихся и самосветящихся ориентиров в темное время суток необходимы для повышения уровня безопасности, регулярности и эффективности полетов. Диагноз и прогноз РГДВ и НПДВ ориентиров в темное время суток является комплексной задачей и требует от метеоспециалистов глубоких знаний правил воздушной навигации визуальных полетов, физико-географических и авиационно-климатических характеристик района полетов и эксплуатационных характеристик ВС.
Рекомендации метеоспециалистам по оценке видимости в темное время суток.
По топографическим картам крупного масштаба производится анализ ориентиров на местности, их контраст и характеристики фона относительно типа ландшафта местности. Выделяются участки местности с однородным растительным покровом, наличием или отсутствием водных ориентиров, и определяются значения превышения рельефа местности над уровнем моря. Определяется расположение городов, железнодорожных станций и других ориентиров, способных служить самосветящимися ориентирами.
Осуществляется прогноз синоптического положения. Определяются типовые синоптические ситуации по району и маршрутам полетов. 4. Спрогнозировать скорость и направление ветра на высоте полетов ВС по району и по маршрутам, используя методику, в которой учитываются местные климатические особенности.
В типовой синоптической ситуации рассчитываются прогностические значения ВНГО, количество и оптическая плотность облачности. Производится сверхкраткосрочный прогноз естественной освещенности по данным о фазе Луны и прогностическим значениям о количестве и форме облачности (параграф 2.4.1). Производится прогноз МОДВ по району и маршруту полета.
По значениям естественной освещенности, МОДВ, типу ландшафта местности рассчитывается РГДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров в темное время суток (параграф 3.1 и 3.3).
Производится выбор распределения горизонтальной дальности видимости с высотой в типовых синоптических ситуациях с учетом ВНГО и МОДВ (параграф 1.3.2).
По прогностическим значениям ВНГО и минимальным условиям на полеты рассчитывается истинная высота полета над рельефом местности и наивысшей точкой препятствия.
По скорости и направлению ветра на высоте полета, скорости ВС рассчитывается путевая скорость полетов ВС (параграф 1.3.4).
По прогностическим значениям естественной освещенности и РГДВ, распределения горизонтальной дальности видимости с высотой, путевой скорости и высоты полета ВС рассчитываются прогностические значения НПДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров по району и маршруту полета (параграф 4.1, 4.3 и 5.1) .
Оцениваются возможные ухудшения значений НПДВ ориентиров, и оценивается соответствие метеоусловий предельным минимальным значениям НПДВ технологии визуального самолетовождения по ПВП в темное время суток. 14. Разрабатываются рекомендации по обеспечению безопасности выполнения визуальных полетов в темное время суток.
Производится доклад руководящему и летному составу фактических и прогностических значения НПДВ (несамосветящихся или самосветящихся) ориентиров в темное время суток на период полетов и рекомендации по обеспечению безопасности. II. В период предполетной подготовки 1. Производится сверхкраткосрочный прогноз естественной освещенности (параграф 2.4.1). 2. Производится прогноз МОДВ по району и маршруту полета. 3. Рассчитываются прогностические значения РГДВ (самосветящихся или несамосветящихся) ориентиров в темное время суток по району и маршруту полета (параграф 3.1 и 3.3). 4. Производится выбор распределения горизонтальной дальности видимости с высотой в типовых синоптических ситуациях с учетом ВНГО, МОДВ (параграф 1.3.2). 5. Рассчитывается путевая скорость ВС (параграф 1.3.4). 6. Производится сверхкраткосрочный прогноз НПДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров в темное время суток (параграф 4.1, 4.3 и 5.1). 7. Разрабатываются рекомендации по обеспечению безопасности выполнения визуальных полетов в темное время суток. 8. Докладываются руководящему и летному составу фактические и прогностические значения РГДВ и НПДВ ориентиров в темное время суток на период полетов и рекомендации по обеспечению безопасности полетов.
В период полетов 1. Осуществляется непрерывный анализ и оценку естественной освещенности, РГДВ и НПДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров в темное время суток; 2.Докладываются ежечасно, а при необходимости - через 30 минут, уточнения расчетов сверхкраткосрочного прогноза НПДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров в темное время суток.
Таким образом, внедрение предложенных рекомендаций для метеоспе-циолистов в оперативную практику авиационных метеорологических подразделений позволит существенно повысить эффективность, безопасность и регулярность полетов авиации в темное время суток.
Рекомендации по метеорологическому обеспечению для руководящего и летного состава при выполнении полетов по правилам визуальных полетов в темное время суток
В целях повышения эффективности взаимодействия между экипажем и органами управления воздушным движением для адекватной оценки ими пространственного положения ВС и режимов пилотирования необходимо одинаковое восприятие ситуации при движении ВС в темное время суток. Для этого, руководящему и летному составу кроме положений предусмотренных [122, 123], рекомендуется:
Руководящему составу
1. Определять минимальные значения НПДВ несамосветящихся и самосветящихся ориентиров в темное время суток по району и маршруту полетов.
2. Оценивать соответствия метеоусловий по НПДВ и ВНГО для выполнения визуальных полетов по ПВП в темное время суток. Условия для выполнения визуальных полетов в темное время суток считать возможными в тех случаях, когда НПДВ (несамосветящихся или самосветящихся) ориентиров в темное время суток соответствует уровню подготовки летного состава и требованиям руководящих документов для данного типа ВС.
Диагноз расчета наклонной полетной дальности видимости самосветящихся ориентиров в темное время суток
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
Предложенный метод позволяет прогнозировать НПДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров в темное время суток в зависимости от естественной освещенности и условий воздушной навигации.
Критерии успешности сверхкраткосрочного прогноза НПДВ самосветящихся и несамосветящихся ориентиров показывают на возможность применения данной методики при производстве полетов в темное время суток по правилам визуальных полетов.
Приведены рекомендации для руководящего, летного состава и специалистов метеослужбы по определению НПДВ ориентиров в темное время суток при обеспечении полетов по ПВП. Они позволяют оценивать соответствие метеоусловий уровню подготовки пилотов ВС и определять условия воздушной навигации для обнаружения и распознавания самосветящихся ориентиров по данным наземных наблюдений за МОДВ и ВНГО.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
Анализ временной изменчивости естественной освещенности в рассмотренных типовых синоптических ситуациях циклона и антициклона показывает, что: — наибольшая изменчивость естественной освещенности, в зависимости от оптической плотности облаков, наблюдается в полнолуние, а наименьшая - в новолуние; — естественная освещенность в типовых синоптических ситуациях, не связанных с фронтальными разделами, для данной оптической плотности облаков остается без изменений в течение 1-2 часов после наступления темного времени суток и достигает максимального значения через 5-6 часов; — наименьшая естественная освещенность наблюдается в переходные периоды года в типовых синоптических ситуациях циклона, а наибольшая - в летний период в типовых синоптических ситуациях антициклона.
Разработан метод сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности для рассмотренных типов синоптических ситуаций, основанный на прогнозе количества баллов облачности различной оптической плотности и учитывающий фазу Луны. Прогноз разрабатывается на 1 и 2 часа - методом физической экстраполяции, а на 3 - 6 часов методом скользящего среднего. Оправды-ваемость метода сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности на один час - 95-98%, на два часа - 91-95%, на три часа - 85-90%), на четыре часа - 80-85%), на пять часов - 75- 80%, на шесть часов - 70-78%), а в теплом секторе циклона и в восточной периферии антициклона от 82%о, на 1 час, до 57%) на 6 часов.
Разработан усовершенствованный метод расчета РГДВ самосветящихся и несамосветящихся объектов, основанный на ее зависимости от про 103 зрачности атмосферы и естественной освещенности. Анализ расчета РГДВ по предложенному методу показывает: - РГДВ несамосветящихся объектов всегда меньше МОДВ и МДВ, причем при максимальной естественной освещенности она в 2 — 3 раза боль ше, чем при минимальной естественной освещенности; - РГДВ несамосветящихся объектов зависит от типа ландшафта местности, который в свою очередь зависит от географической зоны, времени года и типа поверхности объекта. При равных условиях естественной освещенности, МОДВ и типа ландшафта местности РГДВ глянцевых поверхностей больше матовых поверхностей в 1,5-2,0 раза; - РГДВ самосветящихся объектов всегда больше МОДВ, причем наибольшая видимость огней наблюдается при минимальной естественной освещенности, и она в 3 - 4 раза больше, чем при максимальной естественной освещенности; - РГДВ распознавания одиночных огней больше, чем групповых огней в 1,2 -2,0 раза, а дальность обнаружения групповых огней больше, чем опознавание одиночного огня в 2,0 - 3,0 раза. 3. Разработан усовершенствованный метод расчета НПДВ самосветящихся и несамосветящихся объектов, основанный на комплексном учете всех факторов, влияющих на видимость ориентиров на земной поверхности в темное время суток с борта ВС. Анализ расчета НПДВ по предложенному методу показывает: - расчетные значения НПДВ несамосветящихся объектов всегда меньше МОДВ и МДВ при всех типах распределения реальной горизонтальной видимости с высотой и не превышают 2000 м; - расчетные значения НПДВ самосветящихся объектов в I, II и III типах распределения реальной горизонтальной дальности видимости с высотой меньше, а в IV типе - больше или равны МОДВ; 104 - расчетные значения НПДВ обнаружения групповых огней больше НПДВ распознавания. Расчетные значения НПДВ позволяют сделать вывод о невозможности выполнения визуальных полетов по ПВП над равнинной местностью для несамосветящихся объектов в I - III, а для самосветящихся - в I и II типах распределения горизонтальной дальности видимости с высотой (подтверждается рекомендациями Международной организации гражданской авиации за 2008 год № 19 от 26 июня 2008 г). 4. Предложена методика сверхкраткосрочного прогноза НПДВ самосветящихся и несамосветящихся объектов (ориентиров), основанная на методах сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности, расчетов РГДВ, НПДВ и условий воздушной навигации. Она позволяет эффективно оценивать соответствие метеорологических условий выполнению визуальных полетов по ПВП в темное время суток над равнинной местностью по данным метеорологических наблюдений без проведения воздушной разведки погоды. Оценка успешности методики, проведенная по критериям успешности, указывает на целесообразность ее использования в оперативной работе метеоподразделений. Таким образом, внедрение результатов работы в оперативную практику авиационных метеорологических подразделений позволит существенно повысить эффективность, безопасность и регулярность полетов авиации в темное время суток.
