Турбулентность. Болтанка.

Как уже упоминалось, атмосферные движения часто носят неупорядоченный хаотический, вихревой, так называемый турбулентный характер. При этом зоны с выраженной турбулентностью обычно являются не сплошными возмущенными слоями, а прерывистыми — возмущенные участки чередуются спокойными. Толщина возмущенных слоев чаще всего не превышает 300—600 м, а их протяженность — 60—80 км. Но иногда турбулентность охватывает более мощные слои — толщиной до 2—3 км и протяженностью до 1000 км и более. Чем интенсивнее турбулентность, тем меньше тол­щина и протяженность турбулентного слоя атмосферы.

Продолжительность существования турбулентных зон составляет несколько часов и лишь в отдельных случаях — до суток. Турбулентности чаще наблюдается в нижних слоях атмосферы (до высоты 2—3 км). Выше (до высоты 6 км) она встречается редко, а затем по мере приближения к тропопаузе снова чаще. В стратосфере до высоты 15— 16 км, повторяемость турбулентности вновь уменьшается.

При полете в турбулентной зоне возникают добавочные хаотические ускорения, вызывающие вредные перегрузки. Движение самолета становится возмущенным, он совершает непрерывные колебания по вертикали, появляется болтанка.

Интенсивность болтанки характеризуется величинами максимальной перегрузки.

Интенсивность болтанки	Характеристика поведения самолета при болтанке	Величина макс. Перегрузки.
Слабая	Редкие колебания и вздрагивание самолета. Легкие броски вверх и вниз. Колебание Vy 2—3 м/с.	Менее ±0,2
Умеренная	Значительное дрожание самолета, резкие и частые броски вниз и вверх до 10— 15 м, колебания Vдо 10—15 км/ч. Режим полета сохраняется.	От ±0,2 до ±0,5
Сильная	Интенсивные частые и резкие броски самолета вверх и вниз до 20—40 м и более, сильное дрожание самолета, ощутимые динамические удары. Изменение Vболее, чем на 40 км/ч. Режим полета нарушается.	От ±0,5 до ±0,8

Действие перегрузок вызывает увеличение нагрузок на летчика, дополнительные напряжения на отдельных частях самолета, что ускоряет изнашиваемость материальной части, а в тех случаях, когда перегрузки превышают допустимые, самолет может попасть на срывные режимы или разрушиться в воздухе. С увеличением скорости полета эти перегрузки увеличиваются.

Турбулентность, вызывающая болтанку самолетов, связана с описанными выше горизонтальными течениями и, особенно, с вертикальными движениями воздуха (в частности, со слоем трения, особенно при интенсивном солнечном нагреве земли, со струйными течениями на высоте 8— 14 км, с тропопаузой, с горными районами как при восходящих, так и при нисходящих потоках)

Глобальная циркуляция атмосферы.

Распределение температуры, давления, влажности, ветра и т.п. в атмосфере Земли зависят как от местных и кратковременных условий, так и, прежде всего, от постоянно существующих общепланетных движений крупных воздушных масс, из которых слагается общая атмосферная циркуляция.

Общая циркуляция атмосферы обусловлена главным образом неравномерным притоком солнечной энергии на различные широты, отклоняющим действием вращения Земли и неоднородностью земной поверхности (ее расчлененностью на материки и океаны). Под воздействием указанных факторов в каждом полушарии в тропосфере возникает целый ряд отдельных циркуляций (колец), взаимно связанных друг с другом.

В Северном полушарии одно из наиболее очевидных вертикальных колец циркуляции имеет место между экватором и субтропическими широтами (широта 25–40°).

У экватора вследствие силь­ного нагревания воздух подни­мается в верхние слои тропосферы и оттуда в виде южных пото­ков, называемых антипассатами, движется к северу. Под воздейст­вием отклоняющей силы враще­ния Земли южное направление антипассатов сменяется юго-за­падным и на широте около 30° оно принимает западное направ­ление. Здесь воздух накаплива­ется и, опускаясь вниз, обра­зует пояс высокого давления, расчлененный на отдельные ан­тициклоны, что обусловлено наличием материков и океанов. В нижних слоях от широты 30—33° наблюдаются потоки воздуха к экватору, называемые пассатами. Пассаты вначале имеют северное направление, а по мере удаления к югу становятся северо-восточными. Они наблюдаются круглый год. Их скорость составляет 5—6 м/сек, а вертикальная мощность в среднем 4000 м.

Опускающийся в субтропиках воздух оттекает не только к эк­ватору, но и направляется к северу в виде юго-западных потоков. На широте около 40—50° он встречается с воздушными течениями умеренных широт и образует замкнутое кольцо циркуляции.

Воздух умеренного пояса имеет два слабо выраженных кольца циркуляции. На широте около 70—75° он встречается с сильно выхоложенными воздушными потоками, направленными от Север­ного полюса к югу. Северный холодный воздух в свою очередь образует отдельное замкнутое кольцо циркуляции.

По новейшим исследованиям циркуляция атмосферы не огра­ничивается только тропосферой. Установлено, что различные слои атмосферы физически взаимосвязаны и между ними имеет место вертикальный воздухообмен. Предполагается наличие целой си­стемы колец стратосферной, мезосферной и термосферной циркуляции, смыкающихся с кольцами тропосферной циркуляции.

В нижней тропосфере в ме­стах смыкания колец циркуляции встречаются разнородные воздушные течения, отделяющиеся друг от друга узкими переходны­ми зонами. В них формируются циклоны и антициклоны, которые вместе с локальным нагревом, рельефом и другими факторами существенно изменяют схему общей циркуляции атмосферы, при­давая ей сложный, переменный хаотический характер. В связи с этим приве­денная схема общей циркуляции атмосферы обнаруживается лишь на многолетних кли­матических картах среднего распределения давления и преобла­дающих направлений ветров. Более точная модель атмосферы до сих пор отсутствует.