Pozorování stoupavých proudů současnými metodami

Každý z nás pilotů, si během let osvojil jistou představu o podobě stoupavých proudů. Jak se liší naše představa s tím co dokážeme opravdu změřit či simulovat? 

Jak všichni víme z mnoha a mnoha článků. Vzduch se nad více ohřátými prostory otepluje a tím rozpíná,   zvětšuje svůj objem, jeho hustota se zmenšuje, stává se lehčím než okolní vzduch a stoupá. Stoupavý proud může mít podobu bubliny, uceleného komínu. K hlavnímu jádru stoupavého proudu může vést několik dalších menších zdrojů. Často existuje situace, při které se setkává několik silnějších jader. Může, ale také nemusí, dojít ke konvergenci stoupavých proudů. Vnější vlivy jako turbulence či vítr ovlivňují podobu stoupavého proudu.


Základem můžeme o stoupavých proudech a vzduchu říct následující:

  1. Je potřeba instabilního teplotního zvrstvení atmosféry
  2. Vznik stoupavého proudu je podmíněn existencí teplotního kontrastu
  3. Vzduchová vrstva není homogenní. Existují  různé vzduchové struktury u kterých můžeme hovořit o parametrech jako hmotnost a hybnost, teplotě a vlhkosti. Podoba stoupavých proudů je u země a ve výšce velmi rozdílná
  4. K uvedení vzduchové struktury do pohybu je nutný, i když ne vždy nezbytně, vnější impuls nejčastěji mechanického (turbulentního) charakteru


reálná podoba stoupavého proudu


Moderní pozorování pohybů vzduchových struktur
Cílem metod a výzkumů je právě získání relevantních dat v těchto třech oblastech (teplotní kontrasty, parametru vzduchových struktur, pohyby a rozruchy struktur). Je asi nekonečnou otázkou a debatou, jak stoupavé proudy pozorovat a jak je při létání vnímáme. My jako piloti to děláme běžně, každý den nejen při létání. Ze země většinou pozorujeme oblaka, stoupající kouř či případného "čertíka" v podobě prachu . V kabině či sedačce potom pociťujeme přímé projevy vzduchových struktur a to buď v podobě turbulencí, změn větru a nebo právě stoupavých a klesajících struktur.  Všechny tyto jevy mohou být přímým důsledkem stoupajícího vzduchu a instability atmosféry. Většina pokročilých pilotů si během letu velmi rychle dokáže udělat představu o síle stoupání, šířce, či o výškovém průběhu intenzity. Dokáže také dle vývoje určit zda mohou podobné parametry stoupání očekávat po celé trase, či nikoliv. Přesto jsou věci, které ze ze sedačky a kabiny nemáme leckdy možnost pozorovat s nadhledem, zaznamenané exaktním způsobem.

Vědecký přístup si naopak žádá exaktní metody a přesnou metriku. Naštěstí pro nás piloty v nejrůznějších částech světa pracují vědci a amatérští výzkumníci zkoumající atmosférické jevy. Často do tohoto oboru svými znalostmi přispívají i ornitologové zkoumající způsob letu některých druhů ptáků ( například velmi zajímavý článek porovnající  strategie využití stoupavých proudů ptákem a člověkem ).
Asi nejkvalitnější zdroje dostupné veřejnosti věnující se popisu atmosférických jevů a modelování lze nalézt na AMS.

Exaktní měření
Mezi moderní postupy patří přístroje pro vzdálené snímání, které jsou vytvořeny přímo pro snímání hodnot v reálné atmosféře. Nejčastěji fungují na bázi či modifikaci RADARu. Mezi ně patří WindProfiler využívající právě tyto technologie.  Jedná se o přístroj, který dokáže snímat pohyby v přízemní vrstvě atmosféry - tedy takové části, kterou ovlivňuje právě tepelná výměna a ve které létáme.
Stoupavý proud zobrazený zařízením LIDAR.
Částice stoupající vzhůru mají červenou barvu, klesající jsou modré.
Barevný šum  okolí značí oblast se slabým signálem.
To co vidíme na obrázku je záznam snímkování WindProfileru. Přístroj snímkoval do výšky 2000m, v čase od 9 do 18hod. Barevnou stupnicí je zaznamenána rychlost stoupajících struktur. Ze snímkování je dobře viditelné jak s postupujícím časem stoupá dostup rozruchů v atmosféře a později opět ustává. Ráno aktivita postupně stoupá a zvyšuje se intenzita stoupání. Největší aktivita byla na snímku zaznamenána v době od 12 do 15 hodin. Jak je vidět z pozorování dostup klesá v odpoledních hodinách malou rychlostí. Pohyb vzduchových struktur však značně snižuje svoji intenzitu. Taktika a plánování letu je závislá také na těchto faktorech,  abychom např. dokázali odhadnou jak dlouho v daný den budeme moci letět a podle toho dimenzovali vhodnou trať. Je proto jednou ze základních schopností pilota naučit se snížení intenzity nejen odhadnout, ale i rozpoznat za letu a upravit strategii letu. Tuto taktiku je nutné uplatnit hlavně při letech na uzavřené trati. Pokud jde o volné lety, je naším cílem doletět co nejdále, tedy udržet se ve vzduchu co možná nejdéle ve vhodném směru. Právě takovéto radarové snímkování nám umožňuje  při správné interpretaci, udělat si jasnou představu o denním chodu a rozšířit naše znalosti.

Simulační metody
Protože lidi jsou od přírody zvědaví, touží pochopit zákonitosti přírody a nejlépe je také využít či zopakovat. Simulační metody, které dnes známe, dokážou věrohodným způsobem zobrazit jevy v atmosféře. S jejich výsledky se setkáváme dnes a denně například v podobě předpovědí počasí. První pokusy byly prováděny pomocí vizualizace ve vodních nádržích. Většina oblastí chování v malých rozměrech je již dnes velmi dobře poznána. Mezní vrstvy, charakter proudění a další vlastnosti dokážeme jak spočítat tak měřit. Problém ale stále zůstává u simulací středního charakteru, kam spadá právě i modelování stoupavých proudů. K řešení problematiky se  využívá metoda LES. Díky výpočetnímu výkonu je dnes takové modelování možné, dokonce lze modelovat i situace jednotlivých interakcí  stoupavých proudů.

Perspektivní zobrazení stoupavého proudu získané simulační metodou LES.
Snímek je z roku 1998 a zachycuje oblast s rovným terénem 5*5*1,15 km.
Na výše uvedeném snímku simulace je dobře vidět tvar a podoba stoupajících vzduchových struktur. Zde je na první pohled zřetelné že námi uznávaná podoba "komínu" není zcela přesná. Naopak snímek ze simulace dokazuje že stoupavý proud je třeba si představit jako "olejový útvar". Stoupavé proudy tedy ve většině případů nebudou mít ideální tvar, tak jak jej známe z učebnic. Samozřejmě hranice struktur nebude nikdy ve vzduchu ideálně ostrá tak jako na zobrazení. Na hranici stoupání dochází k postupnému snižování vertikální rychlosti v důsledku tření s okolním vzduchem. Toto třetí také může generovat poměrně silné turbulentní podmínky - ty  také mohou být důvodem kolapsu paraglidingového křídla při vstupu čí výstupu z oblasti stoupání.

Snímek stoupavého proudu na rozhraní  vodní hladiny a ledu.
Zde je ukázka další zajímavé situace. Tentokrát se jedná o model stoupání vytvořeného nad zahřívaným vodním povrchem. Ze snímku je dobře patrné že k zesilování stoupání dochází právě na straně rozhraní ve směru po větru. To poskytuje důkaz o tom, že i na samotném teplotním rozhraní tvořeným například stínem mraku, či rozdílem rovných povrchů dochází k příznivým podmínkám pro vývoj stoupavého proudu. K uvedení vzduchové struktury tedy není nezbytně nutnou podmínkou mechanický impuls. Teplotní kontrast vytváří dostatečný impuls k vývoji stoupavého proudu.

Závěrem:
Článek popisuje moderní metody vizualizace pohybů v atmosféře za účelem zpřesnění představy o podobě tvaru a struktuře stoupavých proudů. Máte-li zajímavé poznatky, či opačné názory, neváhejte je uvést do komentářů!

Ve spojitosti s tématem nezapomeňte také na  článek v časopisu Pilot, kde je ukázáno jak lze pomocí techniky „šlírového obrazu“ zobrazit pohyb vzdušných struktur. (Viz časopis Pilot 8-2011)

Citace:

Okomentovat