Авіаційна метеорологія

Вступ в метеорологію

Авіаційна метеорологія відіграє ключову роль у забезпеченні безпеки та ефективності польотів. Розуміння погодних умов і їх впливу на авіацію допомагає пілотам та авіадиспетчерам приймати правильні рішення. У цьому матеріалі ми розглянемо основні метеорологічні фактори, що впливають на авіацію.

Основні визначення:

Метеорологія — наука про земну атмосферу, яка вивчає її фізичні явища та процеси.

Авіаційна метеорологія — вивчає вплив метеорологічних умов і атмосферних явищ на авіаційну техніку та польоти.

Погода — стан атмосфери, що спостерігається у конкретний момент часу над конкретним місцем.

Прогноз погоди — складання науково обґрунтованих передбачень про майбутнє стану погоди.

Характеристики погоди та їх вплив на авіацію

Атмосферний тиск: Це сила, з якою атмосфера тисне на земну поверхню та об’єкти на ній. Падіння тиску зазвичай свідчить про погіршення погоди, що може вплинути на планування польотів.
Зниження атмосферного тиску зменшує щільність повітря, що впливає на льотні характеристики параплана. Менша щільність знижує підйомну силу, тому пілоту потрібно летіти швидше для підтримання польоту, що ускладнює зліт і керованість. На великих висотах, особливо в горах, це призводить до необхідності розвивати більшу швидкість (отже потрібна також більша швидкість вітру)  для зльоту та ускладнює контроль над парапланом.
Для вимірювання тиску використовуються барометри. 

Температура повітря: Хоча безпосередньо не впливає на безпеку польотів, низька температура, особливо взимку (нижче -20°C), може обмежити польоти на параплані. Також вона впливає на розвиток термічних потоків, які можуть бути корисними або небезпечними для управління. Парапланеристи використовують термічні потоки для набору висоти без потреби у моторній тязі, дозволяючи довші та більш контрольовані польоти. Ці висхідні потоки теплого повітря дають змогу залишатися в повітрі тривалий час і долати великі відстані.
Температуру вимірюють термометрами.

Вологість повітря: Це кількість водяної пари в повітрі. Висока вологість (особливо близько 100%) може призводити до конденсації вологи на крилі параплана, що погіршує його льотні характеристики. Вологість вимірюється за допомогою гігрометрів. Бажано уникати польотів при високій вологості, щоб уникнути намокання крила.
Точка роси — це температура, при якій водяна пара в повітрі починає конденсуватися. Якщо температура повітря близька до точки роси, під час польоту крило може намокнути, що впливає на його форму та аеродинаміку, значно знижуючи безпеку польоту.

Хмарність: Хмари складаються з безлічі мікроскопічних крапель води, що утворюються при конденсації розчиненої в повітрі водяної пари. Коли тепле та вологе приземне повітря піднімається вгору, воно охолоджується. Хмарність визначається кількістю хмар, що покривають небесне склепіння. Вона оцінюється на око за 10-ти бальною шкалою: 0 балів – небо без хмар, 10 балів – небо повністю закрите хмарами.

Перисті хмари переважно свідчать про хорошу погоду. Купчасті хмари можуть бути індикатором термічних потоків, але також можуть спричиняти втрату видимості та просторової орієнтації пілота. 

Хмари становлять серйозну небезпеку для пілотів через обмежену видимість, що може призвести до зіткнень, а також через ризик намокання та зледеніння крила, що погіршує керованість парапланом. Всередині грозових хмар є сильні висхідні та низхідні потоки, які можуть призвести до втрати контролю над апаратом і навіть його руйнування. На великих висотах пілоту загрожує нестача кисню, що може призвести до втрати свідомості або апатії.

Опади: Дощ або сніг можуть сильно вплинути на безпеку польотів, оскільки мокре крило втрачає свою форму, що негативно впливає на безпеку польоту. При дощі або сильному снігопаді польоти краще відкласти.

Напрямок та швидкість вітру: Вітер є одним із найважливіших факторів, що впливають на польоти парапланів. Напрямок вітру визначає, з якого боку повітряний потік рухається відносно пілота. Ідеальний вітер для парапланеризму — це рівний зустрічний вітер, який дме прямо на параплан, оскільки він допомагає створити підйомну силу та полегшує зліт і контроль. Найкращі умови для навчальних польотів — швидкість вітру від 2 до 4 м/с, пориви до 7 м/c.

Швидкість вітру безпосередньо впливає на стабільність польоту. Якщо вітер занадто сильний (понад 6 м/с), параплан стає важко контролювати, особливо для новачків, і виникає ризик, що пілота може “знести”. У таких умовах пілот повинен бути досвідченим, щоб правильно керувати парапланом і уникати аварійних ситуацій. Занадто слабкий вітер також створює труднощі, оскільки пілот повинен бігти значно швидше для зльоту, що ускладнює підйом купола та контроль його розкриття, а також на утворення підйомної сили під час польоту.

Для вимірювання швидкості та напрямку вітру використовуються різні прилади. Лише для напрямку можна використати звичайний флюгер. Швидкість вимірюється за допомогою анемометра. На аеродромах часто використовують чаклунчик (windsock). За його допомогою можна визначити напрямок і швидкість вітру

Видимість — це ключовий фактор для безпеки польотів, оскільки вона визначає, наскільки чітко пілот може бачити навколишні об’єкти та планувати маршрут. Погана видимість виникає через туман, опади (дощ, сніг), серпанок, хмари або пилові бурі, що суттєво обмежують здатність орієнтуватися в просторі. Особливо небезпечні польоти в хмарах, де видимість може знизитися до кількох десятків метрів, що ускладнює контроль над парапланом і підвищує ризик зіткнень. Видимість оцінюється за кількома параметрами: горизонтальною, вертикальною та похилою, що допомагає пілотам правильно оцінити відстані до перешкод або посадкового майданчика.

Небезпечні для авіації явища погоди

Турбулентність

Існують два основні типи потоків: ламінарний і турбулентний. Ламінарний потік характеризується гладкими, впорядкованими лініями течії, де кожен шар рухається паралельно іншим. На противагу цьому, турбулентний потік є хаотичним, зі змінними швидкістю та напрямком руху частинок у рідині чи газі.

Утворення турбулентності: Турбулентність виникає через нестабільність потоку, коли швидкість повітря або його температура змінюються різко. Це може статися через нерівності поверхні (гори, дерева), грозові хмари, швидкі зміни висоти або температури повітря (так звана термічна турбулентність). Турбулентність також виникає при взаємодії з фронтами атмосферних мас, особливо на великих висотах.

Літаки зазвичай стикаються з турбулентністю на великих висотах, зокрема через струменеві течії та атмосферні фронти. Це може викликати різкі коливання, які можуть бути небезпечними, особливо при зльоті та посадці. Однак сучасні літаки зазвичай мають досить стабільні системи управління для безпечного проходження таких зон.

Шквал

Це короткочасний, але потужний порив вітру, який виникає через різкі перепади температур та вологість у теплій повітряній масі. Шквали найчастіше трапляються на висотах 2-3 км і є небезпечними для літальних апаратів на малих висотах, оскільки можуть спричинити раптову втрату керованості та приземлення​.

Смерч

Смерчі виникають у нижній частині грозових хмар на висоті 500-600 м, коли теплі висхідні потоки зустрічаються з холодними низхідними потоками. Смерчі мають велику руйнівну силу, а їх проходження пов’язано з катастрофічними руйнуваннями. Довжина шляху смерчу звичайно становить 15-30 км, ширина смуги руйнування – кількасот метрів, час існування – від декількох хвилин до пів години, швидкість переміщення 40-60 км/год. Рух повітря в смерчі направлено по спіралі вгору і досягає швидкості 100 км/год і більше. 

Гроза

Грози виникають, коли тепле вологе повітря піднімається, утворюючи конвективні грозові хмари, часто на фронтах холодного повітря​.
Грози супроводжуються небезпечними для польотів явищами, як-от сильна турбулентність, потужні вертикальні потоки повітря, інтенсивне зледеніння та електричні розряди. Град і шквалисті вітри можуть досягати ураганної сили, а блискавка створює загрозу для авіації. Одним із небезпечних явищ є електризація повітря, яка виникає через накопичення електричних зарядів у грозових хмарах. Ці заряди можуть призвести до ураження блискавкою літаків, що летять поблизу або всередині таких хмар. Чим більший літак і чим вища його швидкість, тим вищий ризик ураження блискавкою. Електричні розряди також викликають радіоперешкоди, що ускладнює зв’язок і орієнтацію під час польоту. 

Ґрад

Це опади у вигляді льодяних ядер, які випадають під час сильних гроз, зазвичай при температурі більше 20°C. Град може завдати значної шкоди літакам, пробиваючи обшивку, пошкоджуючи скло кабіни та антенні обтічники. У польоті великі градини становлять серйозну загрозу через їхній ударний ефект, особливо для літаків на високих швидкостях​

Ожеледиця

Ожеледиця утворюється при температурі від 0°C до -10°C, за високої вологості і слабкого вітру. Ожеледиця небезпечна для авіації, оскільки ускладнює рулювання, зліт та посадку, особливо для літальних апаратів з великими злітно-посадковими швидкостями. Лід, що утворюється на аеродромах і поверхнях літаків, значно збільшує ризик аварій​

Зледеніння

Це відкладення льоду на поверхнях літальних апаратів під час польоту, яке найчастіше виникає у хмарах на висоті 2-3 км або при зустрічі з переохолодженими опадами (дощ чи мряка). Обледеніння збільшує вагу літака, зменшує ефективність роботи двигунів, спотворює роботу приладів і може порушити радіозв’язок. 

Літаки уникають зледеніння за допомогою антильодних систем, які підігрівають ключові поверхні (крила, хвостові частини, двигуни), застосування антильодних рідин перед зльотом, а також пневматичних систем для здування льоду з крил під час польоту. Пілоти намагаються уникати зон з високою ймовірністю обледеніння за допомогою метеорадарів, а при необхідності змінюють висоту польоту, щоб вийти із небезпечної зони.

Метеорологічні умови для польотів

Для забезпечення безпеки польотів у різних погодних умовах використовуються певні метеорологічні стандарти. Ці умови впливають на те, чи може пілот керувати літаком візуально або за допомогою приладів. В авіації розрізняють два основних типи метеорологічних умов: візуальні метеорологічні умови (VMC) та приладові метеорологічні умови (IMC), які визначають спосіб навігації і керування літаком.

Візуальні метеорологічні умови (VMC) виражаються через три ключові показники: видимість, горизонтальна відстань від хмар і вертикальна відстань від хмар (висота або ceiling). Для польотів за правилами візуального польоту (VFR) пілот повинен перебувати в VMC. Мінімальні вимоги для VMC залежать від класу повітряного простору, висоти та швидкості польоту. В авіації горизонтальні виміри зазвичай виражаються в метрах, кілометрах або морських милях, тоді як вертикальні вимірюються у футах. У разі радіозв’язкової несправності під час VFR польоту пілот повинен продовжувати летіти в VMC, приземлитися на найближчому підходящому аеродромі та повідомити про прибуття на кінцеве летовище.

Основні методи прогнозування погоди

Прогнозування погоди — це процес, що використовує наукові методи та технології для передбачення атмосферних умов. Воно включає короткострокові (1-2 дні), середньострокові (3-14 днів) та довгострокові (понад місяць) прогнози.

Основні методи: синоптичний, статистичний та числовий (на основі математичних моделей). Точність прогнозів залежить від кількості зібраних даних, які надходять з метеостанцій та супутників.

1. Синоптичний метод: Базується на аналізі недавніх погодних умов з великої території. Порівнюються поточні погодні ситуації з аналогічними в минулому, а прогнози робляться на основі того, що сучасні умови поводитимуться подібно до історичних.
2. Статистичний метод: Включає використання регресійних рівнянь для встановлення зв’язків між різними погодними елементами та майбутнім кліматом.
3. Чисельні методи: Прогнози базуються на математичних моделях, що описують фізичні процеси в атмосфері, такі як рівняння руху повітря, тиску та інших даних для середньострокових прогнозів. Наприклад:
   • GFS (Global Forecast System):
     Розробник: Національна метеорологічна служба США (NCEP).
     Особливості: Це глобальна модель, яка охоплює весь світ і виконує прогнози на довгі терміни (до 16 днів). GFS є однією з найбільш використовуваних моделей для довгострокового прогнозування
     1. ICON (Icosahedral Nonhydrostatic Model):
        Розробник: Німецька метеорологічна служба (DWD)
        Особливості: Ця модель використовує інноваційну ікосаедричну (сіткову) систему для більш точного моделювання атмосфери. ICON має як глобальну, так і регіональну версії, що дозволяє робити більш детальні прогнози
   • WRF (Weather Research and Forecasting Model):
     Розробник: Спільна розробка між кількома установами, включаючи Національний центр атмосферних досліджень США (NCAR).
     Особливості: WRF — це регіональна модель, яка використовується для детальних прогнозів на малих територіях. Її часто застосовують для моделювання погодних умов в реальному часі або в дослідженнях клімату.
   • ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts):
     Розробник: Європейський центр середньострокових прогнозів погоди.
     Особливості: ECMWF є однією з найбільш точних глобальних моделей. Вона використовує складні алгоритми для прогнозів до 10-15 днів. ECMWF часто вважається еталонною моделлю для порівняння з іншими.

Метеорологічне забезпечення авіації

Метеорологічне забезпечення авіації є критичним елементом для безпечного й ефективного виконання польотів. Воно містить збір, обробку, аналіз та надання метеорологічної інформації, яка необхідна пілотам, диспетчерам і іншим авіаційним службам для прийняття рішень щодо планування та виконання польотів. Ось основні етапи метеорологічного забезпечення авіації:

1. Збір даних:
   • Метеорологічні станції та системи збору даних (радіолокаційні станції, супутники, аерологічні зонди) збирають інформацію про поточні метеоумови. До основних параметрів відносяться температура, вологість, атмосферний тиск, напрямок і швидкість вітру, кількість та тип хмарності, наявність опадів тощо.
2. Аналіз метеоданих:
   • Спеціалісти метеорологічних служб аналізують зібрані дані та формують прогнози, враховуючи можливі зміни погоди протягом часу польоту. До уваги беруться як локальні умови (біля аеропортів), так і глобальні (на маршрутах польотів).
3. Прогнозування погоди:
   • Метеорологічні служби створюють різноманітні види прогнозів: короткотермінові (на кілька годин), середньострокові (на кілька днів) та довгострокові. Такі прогнози містить інформацію про очікувані погодні явища, небезпеки (турбулентність, грози, зледеніння, туман, тощо), що можуть вплинути на безпеку польотів.
4. Випуск метеозведень:
   • Метеорологічні зведення, такі як METAR, TAF та SIGMET, передаються авіаційним службам та екіпажам. METAR містить інформацію про поточні погодні умови в аеропорту, TAF – прогнози погоди на певний проміжок часу, а SIGMET – спеціальні повідомлення про небезпечні метеоумови (бурі, сильну турбулентність, зледеніння тощо).
5. Підтримка польотів:
   • Під час польоту пілоти можуть отримувати оновлену метеорологічну інформацію через радіозв’язок з диспетчерами або автоматичні системи, які відстежують поточну погоду на маршруті.
6. Інформація для аварійних ситуацій:
   • У разі небезпечних метеоумов, таких як урагани або сильні грози, авіаційні метеослужби надають оперативні попередження для корекції маршрутів чи відкладення польотів.

Метеорологічне забезпечення авіації здійснюється різними національними та міжнародними метеорологічними органами, що спеціалізуються на наданні точних погодних даних для авіації. Основні організації та їхні функції:

1. Всесвітня метеорологічна організація (ВМО)
   Функції: ВМО координує глобальну мережу спостережень за погодою, океанами та кліматом. Організація встановлює стандарти для обміну метеорологічною інформацією між країнами, що є важливим для безпеки авіації.
   Роль в авіації: ВМО розробляє міжнародні стандарти метеорологічного обслуговування авіації, забезпечує співпрацю між національними метеорологічними службами та авіаційними органами для обміну погодними даними.
2. Національні метеорологічні служби (НМС)
   Функції: Кожна країна має свою національну метеорологічну службу, яка здійснює спостереження за погодою, прогнозування та надання даних для внутрішнього користування, включаючи авіацію.
   Роль в авіації: НМС надає актуальні метеорологічні дані для аеропортів, літаків та авіакомпаній. Служба публікує метеозвіти METAR, прогнози TAF та інші погодні спостереження, що допомагають пілотам планувати польоти.
   В Україні такою службою є Український гідрометеорологічний Центр.
3. Міжнародна організація цивільної авіації (ICAO)
   Функції: ICAO встановлює міжнародні стандарти та рекомендації для безпечної та ефективної роботи авіації, включаючи метеорологічне забезпечення.
   Роль в авіації: ICAO розробляє метеорологічні вимоги для цивільної авіації, забезпечує інтеграцію метеорологічних даних у міжнародні авіаційні системи та контролює виконання цих вимог країнами-членами.
4. Метеорологічні служби аеропортів
   Функції: Забезпечують локальні метеорологічні спостереження і прогнозування безпосередньо на аеродромах.
   Роль в авіації: Надають метеорологічні дані в реальному часі для пілотів, диспетчерів та авіакомпаній, включаючи зведення про видимість, вітри, стан злітно-посадкових смуг, наявність небезпечних явищ (туман, сильні вітри, зливи тощо).
5. Супутникові та радарні служби
   Функції: Проводять спостереження за атмосферними явищами з космосу та з землі, збираючи дані про грози, хмари, опади, турбулентність і температуру.
   Роль в авіації: Інформація, отримана з супутників і радарів, є важливою для виявлення небезпечних погодних умов, таких як грози, обледеніння, турбулентність, і надається авіаційним органам для забезпечення безпеки польотів.

Онлайн-сервіси для візуалізації погодніх умов

Онлайн-сервіси з синоптичними картами широко використовуються в авіації для точного прогнозування погодних умов, що є важливим для безпеки польотів. Для пілотів важливими параметрами є швидкість і напрямок вітру, температура на різних висотах, атмосферний тиск, можливі опади та рівень хмарності. Дані цих сервісів допомагають приймати рішення про можливість і безпеку польотів, а також коригувати маршрути, щоб уникнути несприятливих погодних умов.

Для парапланеристів, основна увага приділяється напрямку і швидкості вітру на різних висотах, турбулентності, а також прогнозам опадів і температури. Парапланеристи часто використовують Windy, WindGuru та Ventusky для отримання локальних прогнозів погоди в режимі реального часу, щоб уникнути небезпечних умов, таких як сильні вітри або раптові зміни погоди.

Є кілька онлайн-сервісів, які надають синоптичні карти та прогнози погоди:

1. Windy (windy.com) — один із найпопулярніших сервісів, що надає детальні синоптичні карти, включаючи вітри, опади, температуру та інші метеорологічні параметри.
2. WindGuru (windguru.cz) — спеціалізований ресурс для прогнозування вітру, хвиль і погодних умов. Особливо популярний серед серферів, кайт-серферів, а також парапланеристів, оскільки дозволяє отримати точний прогноз вітру, що є критично важливим для планування безпечних польотів.
3. Meteoblue (meteoblue.com) — пропонує синоптичні карти з інформацією про атмосферний тиск, температуру, вітер та опади.
4. Ventusky (ventusky.com) — інтерактивний сервіс, який дозволяє переглядати прогнози погоди, хмари, опади та інші дані на синоптичних картах.
5. MeteoEarth (meteoearth.com) — надає глобальні синоптичні карти з різними шаровими параметрами (опади, вітер, температура).
6. WeatherOnline (weatheronline.co.uk) — містить синоптичні карти з прогнозами атмосферного тиску, температури та вітру.

Windy.com — це потужний онлайн-інструмент для відстеження погодних умов по всьому світу. Він надає детальну інформацію про вітер, температуру, опади, хмарність та багато іншого в реальному часі. Сервіс особливо корисний для авіації, парапланеристів, мореплавців та всіх, хто залежить від погодних умов.

Щоб розпочати користування Windy.com, відвідайте сайт і скористайтеся інтерактивною картою, яка займає більшу частину екрану. Ви можете масштабувати карту та переміщуватися по ній для перегляду різних регіонів. Зліва знаходиться панель шарів, де ви можете вибрати різні типи даних для відображення, такі як вітер, температура, опади, хмари, турбулентність та інші. Це дозволяє комбінувати різні шари для детального аналізу погодних умов.

Натисніть на будь-яку точку на карті, щоб отримати детальну інформацію про погоду в цьому місці, включаючи прогноз на кілька днів вперед та графіки змін параметрів. Windy.com також надає можливість перегляду різних моделей прогнозу погоди, таких як ECMWF, GFS, ICON та інші, що допомагає отримати більш точний та об’єктивний прогноз.

Для авіації та парапланеристів Windy.com пропонує спеціальні інструменти, такі як Airgram та Meteogram, які відображають вертикальний профіль погоди, включаючи вітри, температуру та хмарність на різних висотах. Це допомагає планувати польоти з урахуванням погодних умов на різних рівнях атмосфери. Також доступні шари з інформацією про турбулентність та показник термічності, що особливо важливо для парапланеристів.

Крім того, Windy.com дозволяє налаштовувати одиниці виміру та вигляд карти в меню налаштувань, що робить його зручним для користувачів з різними потребами. Завдяки інтуїтивно зрозумілому інтерфейсу та широкому спектру функцій, Windy.com є незамінним інструментом для всіх, хто потребує точних та детальних метеорологічних даних для прийняття рішень.

Основні метеорологічні зведення

Параметр	METAR	SPECI	SIGMET	AIRMET	GAMET	TAF
Тип інформації	Регулярний метеорологічний звіт з аеропорту	Спеціальний метеорологічний звіт з аеропорту	Метеорологічне попередження для авіації про небезпечні явища	Метеопопередження про несприятливі умови для малих літаків	Зведений прогноз для невеликих районів	Прогноз погоди для аеропорту
Частота випуску	Щогодинно або раз на пів години	За потреби (якщо є значні зміни)	Видається за потреби, зазвичай нечасто	Кожні 6 годин або за потреби	Кожні 6 годин	Кожні 6 годин (чи інший графік залежно від аеропорту)
Область покриття	Аеропорт або його околиці	Аеропорт або його околиці	Широкий регіон (звичайно кілька сотень кілометрів)	Регіон або маршрут польоту	Невеликі райони або маршрути	Один аеропорт
Метеорологічні явища	Стан погоди в аеропорту: вітер, видимість, хмарність, температури	Зміни погоди, що мають вплив на безпеку польотів	Грози, турбулентність, обледеніння, пилові бурі та інші небезпечні явища	Обмежена видимість, легка турбулентність, помірне обледеніння	Умови польоту для малих літаків	Прогноз погоди, зокрема вітер, хмарність, опади
Призначення	Інформація для пілотів та операторів	Швидка реакція на погіршення погоди	Оповіщення авіації про небезпечні погодні умови	Попередження про несприятливі погодні умови для малих літаків	Прогноз для місцевих польотів	Планування польотів для безпечного приземлення
Час дії	Поточний стан погоди	Зміни погоди в реальному часі	До 4 годин	До 6 годин	До 6 годин	Зазвичай 24 години
Формат	Стандартний код	Стандартний код	Вільний текст	Стандартний код	Вільний текст	Стандартний код
Примітка	Оновлюється регулярно	Оновлюється у разі значної зміни погоди	Важливо для всіх типів літаків	Важливо для малих літаків	Включає деталі для легкомоторної авіації	Містить прогнози на кілька годин наперед

Як розшифрувати METAR

Більше про METAR за посиланням