Szybownictwo

Szybowce






Jak za pomocą higrometru określić termiczność?

Empiryczny wzór Magnusa ujmujący zależność pomiędzy temperaturą powietrza a ciśnieniem nasycenia znajdującej się w nim pary wodnej, przy ciśnieniu całkowitym powietrza 1013 hPa.

E = 6,107 * 10 ^ ( ( 7,5 * Tp ) / ( 237 + Tp ) ) (1)

E - Prężność parcjalna pary wodnej nasyconej hPa przy temperaturze Tp
Tp - Temperatura powietrza w stopniach C

Wilgotność względna:

Ww = e / E (2)

e - rzeczywista prężność pary wodnej w powietrzu o temperaturze Tp.

Dokonując pomiaru Ww i Tp można określić:

- wg wz. 1: E
- wg wz. 2: e

e = Ww * E (3)

Wpływ zmiany całkowitego ciśnienia powietrza dla dalszych obliczeń można pominąć ze względu na niewiele znaczący w praktyce wpływ.

W oparciu o wz. 1 dla wyliczonego wg wz. 3 e wyliczamy odpowiadającą temperaturę nasycenia (punktu rosy) Td

A = log( e / 6,107 )
Td = 237 * A / ( 7,5 - A ) (4)

A więc dla pomierzonego Ww i Tp można wyznaczyć e, E, Td

Spread:
Spread = Tp - Td (5)

Wysokość podstaw chmur w metrach:
H = Spread * 125 (123) (6)

Zależność H od Ww i Tp pokazano na rysunku 1:

Rys 1. Wysokość podstaw chmur w km w zależności od wilgotności względnej i temperatury powietrza (opis kolorów podaje zakres wys. podstaw w metrach).

Praktyczne zastosowanie.
Im Td bliższe Tp a więc spread bliższy zeru, tym większa skłonność powietrza do wykroplenia wody (skłonność do zamglenia, zachmurzenia, opadów).

W oparciu o znajomość wartości spread jesteśmy w stanie oszacować wysokość podstaw chmur konwekcyjnych wg empirycznej zależności:

H = 125 * spread (m)

Jest to zależność jedynie przybliżona i chociaż wyliczenie może być z dokładnością do metra, to w rzeczywistości podstawa chmur będzie znajdować się na nieco innej choć bliskiej odległości.

O ile mamy dostęp do komunikatu meteorologicznego dla lotnictwa odczytanie Td nie stanowi najmniejszej trudności a więc również wyznaczenie wysokości podstaw. Ponieważ jednak często w warunkach "polowych" jest inaczej można posłużyć się w celu wyznaczenia podstaw inną niezwykle prostą poniżej opisaną metodą.

W oparciu o znajomość Ww i Tp można skonstruować wykres, tak iż będzie możliwym po dokonaniu pomiaru Tp i Ww natychmiastowe wyznaczenie wysokości podstaw chmur.

Pomiar Ww jest niezwykle łatwy, można go wykonać za pomocą taniego i ogólnie dostępnego higrometru domowego. Szczególnie wygodne są higrometry elektroniczne ze wskaźnikiem cyfrowym. Na ogół wskazania są prawidłowe, można jednak się upewnić i samodzielnie dokonać justacji. Wystarczy higrometr na jakiś czas zawinąć mokrym ręcznikiem, tak jednak by nie uległ zamoczeniu. Po jakimś czasie winien on wskazywać wilgotność ok. 98-99%.

W oparciu o znajomość Ww i temperatury powietrza Tp możemy więc wyrobić sobie w miarę dobry pogląd na wysokość podstaw w danej chwili. Przyjmując maksymalną temperaturę jaka nastąpi w ciągu dnia np. z prognozy radiowej, czy też wnioskując na podstawie dnia poprzedniego będziemy w stanie przewidzieć maksymalną wysokość podstaw tego dnia. Dla aktualnie pomierzonej wilgotności i temperatury powietrza, wyznaczoną z wykresu wysokość podstaw chmur zwiększamy o iloczyn prognozowanego przyrostu temperatury i liczby 125. Dla niezmiennej masy powietrza (o niezmiennej zawartości pary wodnej) na każdy stopień wzrostu temperatury powietrza wysokość podstaw chmur podnosi się o ok. 125 m.

Pomiaru wilgotności najlepiej jest dokonać wcześnie rano, jeśli mamy higrometr w pokoju, nie zapomnijmy otworzyć okna, tak by dokonać pomiaru dla powietrza na zewnątrz.

Przykład:
Pomiar Ww o godz 6.00: 45%
Pomiar Tp o godz 6.00: 15 C

Dla takiej masy powietrza podstawa chmur wynosić będzie 1470 m (najprawdopodobniej ze względu na występującą o tej porze inwersję radiacyjną nie dojdzie do powstania chmur, ale dzięki naszemu pomiarowi jesteśmy w stanie wyznaczyć Td dla tej masy powietrza).

Zapowiadana maksymalna temperatura tego dnia 22 C, a więc o 7 C więcej niż w chwili pomiaru.

Spodziewana maksymalna wysokość podstaw chmur:

1470 + 125 * 7 = 2470 m

Poniżej uproszczony wykres zależności H od Ww i Tp lub też nieco dokładniejszy umieszczony powyżej można wydrukować i dołączyć do podręcznych dokumentów pilota. Posłużyć nam może do szybkiego określenia w przybliżeniu spodziewanych tego dnia warunków termicznych.

Kolor niebieski - podstawy od 0 do 500m
Kolor brązowy - podstawy od 500 do 1000m
Kolor żółty - podstawy od 1000 do 1500 m
Kolor zielony - podstawy od 1500 do 2500 m
Kolor czarny - podstawy powyżej 2500 m
Wysokości w przybliżeniu.

W USA dokonano pomiarów przybliżonej zależności pomiędzy wysokością podstaw chmur a szybkością unoszeń meteorologicznych (szybkość unoszenia bąbla). Zależność ta sprawdza się również na gruncie europejskim. Ogólnie im wyżej znajdują się podstawy tym noszenia będą większe. Przy pogodzie o słabym wietrze i powstaniu chmur typu cum. humilis (te najładniejsze dla szybowników) w przybliżeniu średnie noszenia meteorologiczne wynoszą:

Wm = H / 1000 (m/sek)

Np. dla podstaw 2500 m możemy spodziewać się średnich noszeń ok. 2,5 m/sek - a więc szybowiec może się unosić w kominie ze średnia szybkością ok. 1,5 m/sek (opadanie własne w krążeniu w zależności od typu szybowca, kąta pochylenia, szybkości krążenia to na ogół ok. 1 m/sek). Jest to wartość szacunkowa, nieco pesymistyczna w stosunku do otrzymanych wyników empirycznych, wynik można powiększyć o ok. 20 %.

Dla silniejszego wiatru należy wartość tę podzielić przez współczynnik empiryczny 1 do 2.

Tak więc przytoczony wykres jest jednocześnie pomocny w oszacowaniu spodziewanej siły noszeń - otrzymana wysokość w km jednocześnie jest w przybliżeniu równa spodziewanej szybkość noszeń w m/sek.

Znając spread na wysokości inwersji możemy w przybliżeniu wyrobić sobie pogląd na temat gęstości zachmurzenia. Dopełnienie spreadu do liczby 8 w przybliżeniu wyrazi nam zachmurzenie w ósmych.
Np. jeśli spread na wysokości inwersji powiedzmy 1800 m wynosi 3, to można tam spodziewać się zachmurzenia ok. 5/8. Zależność ta również empiryczna jest przybliżeniem sprawdzającym się w warunkach bez występowania szczególnych zjawisk meteorologicznych. Odczytanie spreadu wraz z wysokością jest możliwe w oparciu o tzw. krzywe stratyfikacji, niestety wymaga to dostępu do internetu lub faxu - tak więc najczęściej w lotniskowych warunkach nie będziemy krzywej posiadać.

Okazuje się, że zwykły termometr oraz higrometr stanowić mogą cenną pomoc dla szybownika, szczególnie wówczas gdy zaszyci w jakimś uroczym i odciętym od świata zakątku np. podczas urlopu nie mamy dostępu do cywilizowanych mediów. Zauważyć można, jeśli Ww przekracza 60 % jakiś super warunków nie można oczekiwać.

Jan Salwinśki
Luty 2002

Copyright © 2000-2012 Michał Lewczuk
michal@szybowce.com