Облака и осадки

1. Водность облаков

Облака - скопление мельчайших капель воды или кристалликов льда в высоких слоях атмосферы. Наблюдения за облаками включают определение формы, количества и высоты нижних границ.  
Форма облаков определяется сравнением их с рисунками и фотографиями (здесь не приводятся). Количество оценивается баллами (0 баллов - отсутствие облаков, 10 баллов - весь видимый небосвод покрыт облаками) общей облачности и облачности нижнего яруса. Высота нижнего основания облаков определяется на глаз или по высоте исчезновения шара-зонда.  
Суточный ход облачности обычно характеризуется двумя максимумами: летом - рано утром и после полудня, зимой - в утренние и ночные часы. В зависимости от широты места облачность меняется следующим образом: от 0 до 10° - повторяемость облачности большая, далее с увеличением широты повторяемость облачности падает, достигая минимума в широте 35-40°, затем снова повышается и в широте 60-80° достигает второго максимума, незначительно уменьшаясь к полюсу.  
Осадки - выпадающая из облаков вода в виде капель или ледяных образований. В зависимости от характера осадки разделяются на следующие виды:  
обложные - выпадают из высокослоистых и слоисто-дождевых облаков, продолжительны по времени, захватывают большие площади, по интенсивности умеренны; состоят из дождевых капель или снежинок;  
ливневые - выпадают из кучево-дождевых облаков, непродолжительны по времени, большой интенсивности, захватывают меньшие площади, чем обложные; состоят из крупных капель дождя, хлопьев снега, снежной крупы, а иногда и града;  
моросящие - выпадают из слоистых и слоисто-кучевых облаков, малой интенсивности, по времени и площади покрытия различны; состоят из мелких капель дождя или снежинок, падение которых заметно нечетко.  
 
Осадки, образующиеся на поверхности предметов:  
иней - белые кристаллики льда, образующиеся вследствие сублимации, когда точка росы ниже 0°;  
роса - капли воды, образующиеся при конденсации водяных паров на предметах, охлажденных ночным излучением;  
изморозь - белое иглистое образование, наблюдаемое по время тумана при сильном морозе;  
гололед - ледяная корка на поверхности предметов, возникающая при падении переохлажденных капель дождя.  
При наблюдении на корабле отмечают вид, характер и интенсивность осадков, а также время начала и конца их выпадения.  
 
Важное значение для предсказания погоды по местным признакам имеет наблюдение за облачностью.  
Облака распределяются по высоте следующим образом:  
Облака верхнего яруса (нижний предел высоты около 6 км):  
- перистые - Cirrus (Ci);  
- перисто-кучевые - Cirrocumulus (Cc);  
- перисто-слоистые - Cirrostratus (Cs);  
Облака среднего яруса  
(высота от 2 до 6 км):  
- высококучевые - Altocumulus (Ac), в том числе высококучевые чечевицеобразные -  
Ac lentikularis;  
- высокослоистые - Altostratus (As).  
Облака нижнего яруса  
(верхняя граница около 2 км, нижний предел - у поверхности земли):  
- слоисто-дождевые - Nimbostratus (Ns);  
- слоисто-кучевые - Stratocumulus (Sc);  
- слоистые - Stratus (St), в том числе разорванно-слоистые - Fractostratus (Frst).  
Облака вертикального развития  
(границы распространения от 500 м до перистых облаков):  
- кучевые - Cumulus (Cu);  
- кучево-дождевые - Cumulonimbus (Cb).

Микроструктура  и водность облаков

По своему строению облака делятся на три класса. 
Водяные (капельные) облака, состоящие только из капелек. Они могут существовать не только при положительных температурах, но и при температурах ниже нуля; в этом случае капельки будут находиться в переохлажденном состоянии, что в атмосферных условиях вполне обычно. 
Смешанные облака, состоящие из смеси переохлажденных капелек и ледяных кристаллов при умеренных отрицательных температурах. 
Ледяные (кристаллические) облака, состоящие только из ледяных кристаллов при достаточно низких температурах. 
В теплое время года водяные облака образуются главным образом в нижних слоях тропосферы, смешанные — в средних слоях, ледяные — в верхних. В холодное время года при низких температурах смешанные и ледяные облака могут возникать и вблизи земной поверхности. Чисто капельное строение облака могут сохранять до температур порядка —10° (иногда и ниже). 
При более низких температурах в облаке наряду с капельками встречаются и кристаллы, т. е. облако является смешанным. 
Наиболее высокие облака тропосферы, наблюдающиеся при температурах порядка -30 — -50°, имеют, как правило, чисто кристаллическое строение. 
Путем конденсации радиус облачных капелек может увеличиваться примерно до 20 MK. Однако при таянии кристаллов и при взаимном слиянии капелек в облаках могут получаться капли радиусом до 100—200 MK. При таких размерах капли начинают выпадать из облака в виде мороси или дождя. Радиус капель дождя может достигать и тысяч микронов, т. е. нескольких миллиметров. 
Кристаллы в облаках также разнообразны по форме и размерам. Замерзание капелек при низких температурах дает так называемые полные кристаллы — ледяные шестиугольные (гексагональные) пластинки или призмы диаметром 10—20 MK. При дальнейшей сублимации (кристаллизации) они будут расти и могут получать на углах разветвления (лучи); на этих разветвлениях образуются новые, и кристаллы превращаются в шестилучевые звезды (снежинки) или иного вида кристаллы сложной и разнообразной структуры. Величина их может достигать нескольких миллиметров в диаметре. 
Количество капелек в единице объема облачного воздуха сравнительно невелико: от сотен на кубический сантиметр в нижней тропосфере до единиц на кубический сантиметр в высоких слоях тропосферы. Содержание кристаллов в облаках еще меньше — порядка 0,1 на один кубический сантиметр. 
Водностью облаков называют содержание в них воды в жидком или твердом виде. 
Хотя количество капелек или кристаллов в единице объема облачного воздуха значительно, элементы эти так малы, что содержание воды в жидком виде в облаках невелико. В водяных облаках на каждый кубический метр облачного воздуха приходится от 0,2 до 5 г воды. В кристаллических облаках водность значительно меньше — сотые и тысячные доли грамма на каждый кубический метр. 
Это и понятно, если вспомнить, что абсолютная влажность воздуха измеряется лишь граммами на кубический метр, а в более высоких слоях, т. е. при более низких температурах, — долями грамма. При конденсации переходит в жидкое состояние не весь водяной пар, имеющийся в воздухе, а только часть его. Поэтому водность облаков оказывается еще меньше, чем абсолютная влажность воздуха.

2. Высота нижней границы облаков и вертикальная видимость как измеряемые величины

На основании анализа  нормативных документов предложены определения высоты нижней границы  облаков (ВНГО) и вертикальной видимости (ВВ) как измеряемых величин. Приведен анализ светодальномерного метода измерения  ВНГО и ВВ применительно к объекту  измерения. Показана теоретическая  возможность нахождения аналитических  соотношений, связывающих результаты измерений светодальномерным методом  со значениями ВНГО и ВВ, соответствующими предложенным определениям. Приведено  краткое описание нефелометрического метода измерения ВВ.

Инструментальные измерения  высоты нижней границы облаков (ВНГО) имеют более чем 50-летнюю историю. В последние годы в постсоветских  государствах после продолжительной  паузы начали появляться новые приборы  для измерения ВНГО. В связи  с этим снова стала актуальной задача объективной оценки метрологических  характеристик этих измерителей. Сравнительные  испытания измерителей ВНГО, проводимые разными организациями и в  разных государствах, показали общую  закономерность: на сегодня не существует общепринятого представления об измеряемой величине [1]. То есть когда  два рядом стоящих измерителя ВНГО показывают существенно различные  значения, невозможно объективно определить, который из них измеряет точнее. Нарушается один из основополагающих принципов метрологии – принцип  единства измерений.

В данной статье мы попытаемся хотя бы приблизиться к методически  и метеорологически точному определению  ВНГО как измеряемой величины, обеспечивающему  единство измерений.

В настоящее время существует два разных подхода к определению  понятия ВНГО. В фундаментальной (в отличие от прикладной авиационной) метеорологии высотой нижней границы  облаков считают нижнюю высоту зоны, в которой прозрачность ясного неба или дымки переходит в прозрачность совокупности водяных капель и кристаллов льда [1]. Давайте представим себе такую  совокупность капель или кристаллов в пределах апертуры измерителя и  зададим вопрос: на каком уровне провести воображаемую риску, высоту расположения которой необходимо измерить? Данное определение не дает однозначного ответа на поставленный вопрос.

С другой стороны, в наставлениях для метеорологов, работающих на авиационных  метеостанциях, можно встретить  следующее определение: высота нижней границы облаков (ВНГО) – расстояние по вертикали между поверхностью суши (воды) и нижней границей самого низкого слоя облаков [2]. Это определение  еще менее конкретное с позиций  поставленного вопроса. Но в [2] приводятся еще два определения: а) видимость  вертикальная (ВВ) – максимальное расстояние от поверхности земли до уровня, из которого вертикально вниз видны  объекты на земной поверхности; б) высота принятия решения (ВПР) – установленная  относительная высота, на которой  должен быть начат маневр ухода на второй круг, в случаях, когда до достижения этой высоты командиром воздушного судна не был установлен необходимый  визуальный контакт с ориентирами  для продолжения захода на посадку... Из сопоставления этих определений  можно составить представление  об измеряемой величине. Если исходить из общих критериев авиации, то величина ВНГО должна быть связана с возможностью видеть сверху сквозь нижние слои облаков  наземные объекты.

Возможность видеть сверху сквозь нижние слои облаков наземные объекты зависит от многих факторов, перечислим основные:

- прозрачность нижних  слоев облака;

- удаленность объектов (высота  облака);

- освещенность объектов;

- контрастность объектов.

Отметим, что в этом перечне  отсутствует освещенность и контрастность  нижних слоев облака, так как наблюдатель  смотрит изнутри облака на просвет. Из перечисленных влияющих факторов только прозрачность нижних слоев облака относится к физическим свойствам  облака как объекта измерения. Следовательно, в самом первом приближении высотой  ВНГО можно считать высоту, на которой  коэффициент пропускания нижних слоев облаков имеет конкретное пороговое значение, которое можно  установить стандартом. Аналогичным  образом можно дать определение  и величине высоты видимости: высотой  видимости можно считать высоту, с которой коэффициент пропускания  атмосферы до поверхности земли  имеет пороговое значение, обеспечивающее возможность видеть сверху наземные объекты. Причем эти пороговые значения коэффициента пропускания для ВНГО и ВВ, очевидно, должны совпадать.

Посмотрим далее, как можно  охарактеризовать величины, измеряемые современными измерителями ВНГО и ВВ, и можно ли связать их с порогом  прозрачности. Этот анализ упрощается тем, что практически все используемые в настоящее время измерители представляют собой оптические дальномеры – светолокационные или лазерные. Чтобы понять, что же в действительности измеряют эти приборы, рассмотрим принцип  работы светодальномера в качестве измерителя ВНГО и ВВ.

Если измерить время τ  распространения света от излучателя до облака и назад до фотоприемника, то значение ВНГО определяется по элементарной формуле:

2сτ=H ,

где c – скорость света.

Допустимая погрешность  измерения обычно достигает ± 10 м, так как неоднородность объектов измерения значительно больше этой величины и измерять точнее просто нецелесообразно. С помощью формулы (1) несложно определить, что значению высоты 10 м соответствует время  распространения 67·10^-9 с. Для современных электронных устройств измерение временных интервалов с такой точностью не представляет особых затруднений. Например, в светолокационном измерителе ВНГО ”ПРОМIНЬ” в качестве образцового времязадающего средства применяется генератор с частотой 40 МГц и максимально допустимой нестабильностью частоты 100 ppm, что в пересчете на период составляет 2,5·10^-12 с. То есть даже простой и недорогой генератор обеспечивает многократный запас по точности задания временных интервалов. Поэтому при дальнейшем рассмотрении будем считать, что все временные интервалы могут быть измерены с требуемой точностью.

На рис. 1 приведены временные  диаграммы сигналов измерителя. В  момент вспышки лампы через электроды  лампы проходит импульс тока порядка 100 А, из которого формируется электрический  импульс запуска u_I(t), где t – текущее время. Передний фронт импульса запуска синхронный с излученным световым импульсом. Отраженный от облака световой импульс, пройдя через приемный тракт, возникает на его выходе в виде электрического сигнала u_S(t). Во временном интервале между импульсом запуска и принятым сигналом в неявном виде содержится информация о значении времени распространения светового импульса τ . Для выделения этой информации требуется связать положение фронтов импульса запуска и отраженного сигнала с текущим временем.

Для привязки фронта к текущему времени используется пороговое  устройство. Обозначим значение порога срабатывания такого устройства в цепи импульса запуска U₁, а в цепи отраженного сигнала – U₂

где τ_I и τ_S – временные интервалы неопределенности привязки фронта импульса запуска и фронта сигнала соответственно; τ_A – аппаратная задержка сигнала в цепях измерителя.

Для определения времени  распространения сигнала (τ), исходя из значения интервала (τ_M)) необходимо предварительно откалибровать измеритель, используя прием измерения заданного расстояния. Берется некоторая базовая дистанция (L) (обычно L = 10 м), соответствующая значению ВНГО H = L/2, для которой время распространения определяется из (1) как:

cL=τ0 . (4)

Затем эта базовая дистанция  измеряется с помощью измерителя. Световой импульс направляется в  требуемом направлении с помощью  отражателей. То есть световой сигнал отражается от твердого предмета, что  имеет принципиальное значение для  всей методики измерения.

Посмотрим теперь на описанный  метод калибровки с метрологической  точки зрения. Формула (7) справедлива  только при условии, что значения всех величин из левой части выражения (6) неизменны при калибровке и  измерении, проводимых в разное время. На основании многолетнего опыта  разработок и исследований измерителей  авторами подтверждено, что при тщательном проектировании измерителя можно минимизировать нестабильность величин τ_I и τ_A, которые определяются конструкцией самого измерителя. При отражении светового импульса от отражателя нестабильность величины τ_S также не превышает допустимую при условии точной привязки величины порога срабатывания устройства к амплитуде отраженного сигнала.  Объясняется это тем, что при отражении от твердого предмета изменяется только амплитуда сигнала, а форма фронта отклика остается постоянной. Если порог масштабируется в зависимости от амплитуды, то пороговое устройство срабатывает в одной и той же точке фронта сигнала по времени. Например, в известном измерителе ИВО-1М маркер подводится оператором к уровню, соответствующему половине амплитуды сигнала. В современных автоматических измерителях порог срабатывания устанавливается равным половине амплитуды сигнала аппаратными или программными средствами без участия оператора.

Вернемся теперь к вопросу  о том, что же реально измеряет светодальномерный измеритель. При  отражении сигнала от оптически  плотных облаков форма фронта сигнала достаточно точно повторяет  форму фронта сигнала, отраженного  от твердого предмета. Следовательно, в этом случае можно утверждать, что измеритель как дальномерное устройство измеряет высоту до воображаемой отметки, на которой оптический луч  отражается, как от твердого отражателя. Другими словами, если бы можно было поместить на измеренную высоту твердый  отражатель, то результат был бы таким же.

Точно так же можно трактовать результат измерения в условиях размытой оптическими помехами границы  облака или при измерении вертикальной видимости. Уменьшение крутизны фронта сигнала по сравнению с крутизной  фронта при отражении от твердого предмета будет сказываться на увеличении погрешности измерения. Но не будем  останавливаться на деталях.

Итак, в результате измерения  получено значение высоты, на которой  световой луч отражается от атмосферного объекта, как от твердого предмета. Зададимся вопросом: существует ли связь этого значения со значением  высоты слоя с пороговым значением  коэффициента пропускания? Предлагаем следующее логическое подтверждение  такой связи.

При отражении от атмосферного объекта как от твердого предмета, луч света проникает вглубь объекта  на определенную глубину d. Глубину  проникновения можно оценить  по приращению длины фронта отраженного  импульса: 2τΔ•c=d, (8)

где Δτ – приращение длины  фронта отраженного импульса.

Для однородной среды коэффициент  пропускания слоя толщиной d определяется соотношением:

d)•μ-exp(=T, (9)

где μ – показатель ослабления.

В результате подстановки (8) в (9) получим:

()2τΔ•c•μ-exp=T. (10)

Выражение (10) показывает связь  между приращением длины фронта импульса при отражении от атмосферного объекта и его коэффициентом  пропускания. Это указывает на теоретическую  возможность установить аналитическую  связь между значением, измеряемым светодальномерным измерителем, и  величиной ВНГО или ВВ, определенной по критерию прозрачности. Но до тех  пор, пока точные критерии не введены  в практику измерений ВНГО и ВВ, любые попытки оценить результаты измерений остаются субъективными.

Остановимся еще на вопросе  измерения вертикальной видимости  методом, отличающимся от светодальномерного. Действительно, в некоторых лазерных измерителях ВНГО реализован отдельный  режим измерения вертикальной видимости  нефелометрическим методом. В основе метода лежит известная формула, связывающая значение показателя рассеяния  оптического излучения (σ) с длиной волны (λ) со значением метеорологической  дальности видимости (S) [3]:

()3,1λ55,0 •S91,3=σ. (11)

В свою очередь, показатель рассеяния слоя толщиной d можно  определить через соотношение излученного  оптического потока (F_I) и потока рассеяния (Φ₀):

d•I0FΦ=σ. (12)

Приравнивая правые части  выражений и решая полученное равенство относительно величины (S), получим:

()3,10Iλ55,0 •Φ•F•91,3=Sd. (13)

Если пренебречь поглощением  в атмосферном объекте и молекулярным рассеянием, то показатель ослабления (μ) для определенной длины волны  будет равен показателю рассеяния:

σ=μ. (14)

Поскольку коэффициент пропускания  непосредственно связан с показателем  рассеяния выражением (9), то нефелометрический  метод измерения наиболее точно  соответствует принятым критериям  измерения ВВ (по пороговому значению коэффициента пропускания). К сожалению, допустимая погрешность определения  значений вертикальной видимости нефелометрическим  методом в существующих лазерных дальномерах достигает 30 % [4], что  существенно ограничивает применение этого режима на практике.

Выводы 

1. Несмотря на 50-летнюю  практику инструментальных измерений  ВНГО и ВВ, до сих пор отсутствуют  метрологические определения измеряемых  величин. 

2. Предложены следующие  определения величин ВНГО и  ВВ. Высота ВНГО – это высота, для которой коэффициент пропускания  нижних слоев облачности равен  пороговому значению (задается стандартом). Высота видимости – это высота, для которой коэффициент пропускания  атмосферы до земной поверхности  равен пороговому значению.

3. Показана теоретическая  возможность найти аналитические  соотношения, связывающие результаты  измерений ВНГО и ВВ светодальномерным  методом со значениями, определенными  предложенным способом.

3. Метеорологическое обеспечение  аэронавигации

Пилоты нуждаются в  информации о метеоусловиях на маршрутах, по которым им предстоит выполнять  полет, и на аэродромах назначения. Задача метеорологического обслуживания, изложенная в Приложении 3, заключается  в содействии безопасному, эффективному и регулярному осуществлению  аэронавигации. Это достигается  путем предоставления необходимой  метеорологической информации эксплуатантам, членам летных экипажей, органам обслуживания воздушного движения, органам поисково-спасательной службы, администрации аэропортов и  другим органам, имеющим отношение  к авиации. Необходимо наладить тесную связь между теми, кто поставляет метеорологическую информацию, и  теми, кто ею пользуется.

На международных аэродромах метеорологическую информацию авиационные  пользователи, как правило, получают от метеорологического органа. Государство  обеспечивает соответствующие средства электросвязи, позволяющие этим аэродромным  метеорологическим органам предоставлять  информацию органам обслуживания воздушного движения и органам поисково-спасательной службы. Средства электросвязи между  метеорологическими органами и аэродромными диспетчерскими пунктами или диспетчерскими пунктами подхода должны обеспечивать возможность установления связи  в течение 15 с.

Сводки по аэродрому и  прогнозы нужны авиационным пользователям  для выполнения своих функций. В  сводки по аэродрому включаются данные о приземном ветре, видимости, дальности  видимости на ВПП, существующих условиях погоды и облачности, температуре  воздуха и точки росы и атмосферном  давлении, и выпускаются они каждый час или каждые полчаса. Дополнительно  к этим сводкам выпускаются специальные  сводки, если какой-либо параметр изменяется и начинает превышать пределы, установленные  с учетом его эксплуатационного  значения. Прогнозы по аэродрому включают данные о приземном ветре, видимости, условиях погоды, облачности и температуре  и выпускаются каждые три или  шесть часов со сроком действия от 9 до 24 ч. Прогнозы по аэродрому постоянно  контролируются и по мере необходимости  соответствующее метеорологическое  бюро в них вносит изменения.

Прогнозы для посадки  составляются на некоторых международных  аэродромах в целях удовлетворения потребностей воздушных судов, выполняющих  посадку. Они прилагаются к сводкам  по аэродрому и срок их действия составляет 2 ч. В прогнозы для посадки  включаются сведения об ожидаемых условиях в районе комплекса ВПП, содержащие данные о приземном ветре, видимости, условиях погоды и облачности.

Для оказания пилотам помощи при планировании полетов в большинстве  государств организуется метеорологический  инструктаж, при проведении которого все чаще используются автоматизированные системы. Инструктаж включает предоставление сведений об условиях погоды по маршруту полета, ветре и температуре воздуха  на высотах, часто отображаемых на метеорологических  картах, а также предоставляются  предупреждения, связанные с наличием опасных условий погоды по маршруту, сводки и прогнозы по аэродрому назначения и запасным аэродромам.

Для предоставления находящимся  в полете воздушным судам информации о существенных изменениях условий  погоды создаются органы метеорологического слежения. Они готовят предупреждения о таких опасных метеорологических  явлениях, как грозы, тропические  циклоны, мощные фронтальные шквалы, сильный град, сильная турбулентность, сильное обледенение, горные волны, песчаные и пыльные бури и облака вулканического пепла. Кроме того, эти  органы выпускают предупреждения по аэродрому о метеорологических  условиях, которые могут оказать  неблагоприятное воздействие на воздушные суда или оборудование и средства на земле, например предупреждения об ожидаемых снежных бурях. Они  также выпускают предупреждения о сдвиге ветра на траекториях  начального набора высоты и захода на посадку. Дополнительно к этому  с борта воздушных судов, находящихся  в полете, должны передаваться сводки об особых явлениях погоды, встречаемых  ими на маршруте. Полученные донесения  подразделения по обслуживанию воздушного движения направляют всем заинтересованным воздушным судам.

На большинстве международных  маршрутов экипажи воздушных  судов ведут наблюдения за ветром и температурой воздуха на высотах. Они передаются с борта находящихся  в полете воздушных судов в  целях предоставления данных наблюдений, которые могут быть использованы при составлении прогнозов. Данные о наблюдаемых с борта воздушных  судов ветре и температуре  передаются в автоматизированном режиме путем использования линии передачи данных "воздух – земля".

Что касается прогнозов по маршруту полета, то все экипажи  нуждаются в получении заблаговременной и точной метеорологической информации для прокладки такого курса, который  позволит им воспользоваться благоприятным  ветром и сэкономить топливо. В условиях, когда цены на топливо постоянно  растут, это становится все более  важным фактором. Поэтому ИКАО внедрила Всемирную систему зональных  прогнозов (ВСЗП). Эта система предназначена  для предоставления государствам и  авиационным пользователям типовых  и очень точных прогнозов о  температуре, влажности и ветре  на больших высотах, а также об особых явлениях погоды. ВСЗП состоит  из двух всемирных центров зональных  прогнозов, в которых используются самые современные компьютеры и  средства спутниковой связи (ISCS и SADIS) для составления и направления  глобальных прогнозов в цифровой форме непосредственно государствам и пользователям.

В последние годы имел место  ряд инцидентов с воздушными судами при их пролете через облака вулканического пепла, образовавшиеся в результате вулканических извержений. В целях  организации наблюдений и предоставления информации об облаках вулканического пепла, а также подготовки предупреждений для пилотов и авиакомпаний ИКАО с помощью других международных  организаций создала службу слежения за вулканической деятельностью  на международных авиатрассах (IAVW). Основой IAVW являются девять консультативных  центров по вулканическому пеплу, которые  предоставляют консультативную  информацию о вулканическом пепле  в глобальном  масштабе, как авиационным  пользователям, так и соответствующим  метеорологическим органам.

Все чаще используемые в  настоящее время на аэродромах автоматизированные системы наблюдения за погодой считаются  очень эффективными для удовлетворения авиационных потребностей в том, что касается наблюдений за приземным  ветром, видимостью, дальностью видимости  на ВПП, высотой нижней границы облаков, температурой воздуха и точки  росы и атмосферным давлением. В  связи с улучшением характеристик  полностью автоматизированных сетей  в настоящее время они могут  функционировать без участия  человека в те периоды, когда аэродром не эксплуатируется.

4. Радиолокация в метеорологии

     Применение радиолокации  для  метеорологических наблюдений и  измерений, основанное на рассеянии  радиоволн гидрометеорами   диэлектрическими неоднородностями воздуха, сопутствующими атмосферными явлениям, частицами аэрозоля  и др. Кроме того, пользуются искусственными отражателями  (рассеивателями),  выбрасываемыми в атмосферу, типа  метализированных  иголок размером Радиолокация в метеорологии  λ/2, где λ — длина волны, а также специальными радиолокационными отражателями или активными ответчиками — миниатюрными радиопередатчиками, поднимаемыми на шарах-зондах.        

 Отражения радиоимпульсов  от турбулентных и инверсионных  слоев в тропосфере впервые  отмечены в 1936 Р. Колвеллом  и А. Френдом (США) на средних  и коротких волнах. Первые сообщения  об обнаружении осадков с помощью  радиолокаторов сантиметрового (СМ) диапазона относятся к началу 1941 (Великобритания). В 1943 в США  А. Бентом и др. были организованы  первые оперативные наблюдения  за ливнями и грозами. В СССР  В. В. Костаревым в 1943 начаты  измерения скорости и направления  ветра в высоких слоях атмосферы  путём прослеживания движения  шаров-зондов с пассивными отражателями.         

 При помощи радиолокаторов  обнаруживаются облака, осадки, области  повышенных градиентов температуры  и влажности, ионизированные следы  молниевых разрядов и др. Из  радиолокационных наблюдений получают  информацию о пространственном  положении, перемещении, структуре,  форме и размерах обнаруживаемых  объектов, а также их физических  свойствах. При рассеянии радиоволн  на частицах облаков и осадков  в случае, когда размеры r этих частиц малы по сравнению с длиной волны λ (рэлеевское  рассеяние),   (Рэлеевское рассеяние — когерентное рассеяние света  без изменения длины волны  (называемое также упругим рассеянием)  на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно меньше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика  лорда Рэлея,  установившего зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны в 1871 году^[1]. В широком смысле также применяется при описании рассеяния в волновых процессах различной природы.)

величина радиолокационного  сигнала Радиолокация в метеорологии r⁶/λ⁴. Столь сильная зависимость величины отражённого сигнала от размера частиц приводит к тому, что при радиолокационном наблюдении за облаками и осадками выделяются наиболее крупнокапельные области, поэтому радиолокационные изображения не всегда совпадают с визуальными размерами объекта. Интенсивность рассеянных сигналов резко убывает с увеличением λ, кроме того, на миллиметровых (ММ) и более коротких волнах сигнал сильно ослабляется, что ограничивает диапазон частот метеорологических радиолокаторов, которые поэтому, как правило, работают в СМ и ММ диапазонах волн.