Научно-методический подход к поддержке принятия метеозависимых решений на использование авиации для обнаружения лесных пожаров Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Научно-методический подход

к поддержке принятия метеозависимых решений на использование авиации для обнаружения лесных пожаров

Дорофеев В. В., Степанов А. В., Булгин Д. В., Левченко А. В., ВУНЦ ВВС «ВВА», г. Воронеж

Лесные пожары являются наиболее опасными стихийными бедствиями приносящие огромный материальный ущерб населению.

Пожары в лесных районах, вызванные техногенными катастрофами на нефтепроводах, газопроводах, линиях электропередач необходимо оперативно обнаружить и ликвидировать. Современные космические системы мониторинга лесных пожаров в сложных метеорологических условиях (СМУ) не могут обнаружить очаги возгорания и определить направление их распространения. В этих условиях единственным оперативным средством обнаружения лесных пожаров является авиация.

Поэтому целью статьи является повышение эффективности мониторинга очагов возгорания лесов в СМУ путем разработки научно-методического подхода к поддержке принятия метеозависимых решений на использование авиации для обнаружения лесных пожаров.

Научно-методический подход к поддержке принятия метеозависимых решений на использование авиации для обнаружения лесных пожаров реализован математической моделью расчета наклонной полетной дальности видимости (НПДВ) дымов в СМУ при различной прозрачности атмосферы [1]:

(1)

v -т _Н пол_1

° НПДВ ~ Ъявл 1 Н пол 1 "

008 ©• 1п — | -(И

£ 0 $тИ

1 + I _ 11 Вф

£

где ИПоЛ - высота полета ВС, м; К0 - первоначальный, неискаженный дымкой контраст между объектом и фоном (к0 < 1); ВФ - истинная яркость фона, т.е. яркость, неискаженная атмосферной дымкой; Б - предельное значение яркости слоя помутнения при неограниченном увеличении его толщины; £ - порог контрастной чувствительности глаза; 0 - угол визирования, град.; ЬЯВЛ - экспериментально установленные коэффициенты (£дь1мка = 1; -дождь = 0,91; -снег = 0,84;

-морось 0,8)-

Оптические модели (ОМ) определялись по данным инструментальных измерений метеорологических величин (высота нижней границы облаков (ВНГО), метеорологическая дальность видимости (МДВ), скорость ветра, относительная влажность), визуальных наблюдений (количество и форма облаков, наличие и вид осадков) [2].

I модель: слоистые облака, быстрое и непрерывное ухудшение горизонтальной видимости (дымка, мелкий снег, морось) от поверхности земли до

ВНГО (ВНГО < 150 м при 1< МДВ (So) <3 км, относительная влажность у поверхности земли более 95%, скорость ветра не более 6 м/с).

II модель: слоистые (слоисто-кучевые) облака, характеризуется медленным уменьшением горизонтальной видимости вблизи земли (дымка, снег, морось), а затем - быстрое до ВНГО (H) (150<ВНШ<200 м при 1<МДВ^0)<4 км), относительная влажность у поверхности земли 91 -96%, скорость ветра не более 8 м/с).

III модель: слоисто-кучевые облака, характеризуется постоянной видимостью до высоты нижней границы дымки (уровня конденсации), а в слое подоблачной дымки происходит ухудшение горизонтальной видимости до ВНГО (дымка, слабые осадки в виде снега, реже - дождя, ВНГО=200 - 400 м при 2<МДВ (S0)<8 км, относительная влажность у поверхности земли - от 81 до 95%, скорость ветра не более 10 м/с).

IV модель: слоисто-кучевые облака, характеризуется равными значениями горизонтальной видимости от поверхности земли до ВНГО (приземная дымка, слабый снег) ВНГО=400-800 м при 4 < МДВ (S0) <10 км, значительные интервалы относительной влажности и скорости ветра у поверхности земли).

Учет влияния типа ОМ на высоте полета производится путем расчета видимости на высоте полета:

Smh = Ah2 + Bh + С, (2)

где A,B,C - коэффициенты, зависящие от ВНГО, МДВ [2].

При расчете по формуле 1 интегрирование для I и II оптических моделей производится от поверхности земли до НПОЛ, в III оптической модели - от поверхности земли до уровня конденсации (Нж) и от уровня конденсации до НПОЛ (если НПОЛ меньше Нух - от поверхности земли до НПОЛ). В IV оптической модели видимость одинакова на всех высотах и равна горизонтальной видимости у земли.

Угол визирования ©, зависящий от ОМ, путевой скорости и высоты полета ВС, курсового угла наблюдения, времени аккомодации зрения пилота, рассчитывается по формуле [3]:

© = ©0 + 57,3-^^- sin ©0A/i - cos2 ©0 • cos2 а , (3)

H ПОЛ

где ©0 - минимальный угол визирования для высоты полета в конкретной ОМ без учета путевой скорости, рассчитывается по формуле:

©0= arctgHnoЛ. (4)

Smh

Горизонтальная видимость на высоте полета, с учетом путевой скорости ВС рассчитываться по соотношению:

о _ hпол /сл

g© . (5)

Расчет НПДВ с учетом скорости и высоты полета ВС под низкими облаками производится по формуле 1.

При этом вместо S0 подставляется значение S0e, которое находится с учетом соотношения 5, и рассчитывается по формулам:

для I ОМ:

для II ОМ:

о _$тИ0Н2 _ 1,5^ + 0,5^тЯЯИ °00 -"

Н 2 + 0,24 И 2 _ 1,24 НИ

8 _БтЮН2 _ 45тнИ2 + ЪБтнНИ 00 Н2 _ 0,84И2 _ 0,16НИ

(7)

для III ОМ (до НУК):

°00 — °ти0 •

(8)

Выше уровня конденсации расчет производится по формуле (6).

В светлое время суток дымы (чёрные, серые) при лесных пожарах в различные сезоны года имеют контрасты (К) в зависимости от метеорологических условий от 0,2 до 0,9.

На рисунках 1, 2 в качестве примера представлены зависимости НПДВ дымов в различных оптических моделях.

1 - черный дым, 2 - серый дым

Рис. 1. Зависимость НПДВ дымов от МДВ в I ОМ (ВНГО=100 м, дымка, НПОЛ = 50 м, Ж = 300 км/ч)

Анализ рисунков показывает, что НПДВ дымов существенно зависит от типа ОМ и цвета дыма.

Таким образом, путем расчета НПДВ дымов в СМУ можно оценивать возможность применения авиации для обнаружения лесных пожаров и направления их смещения.

МДВ

1 - черный дым, 2 - серый дым

Рисунок 2 - Зависимость НПДВ дымов от МДВ в II ОМ (ВНГО=200 м, дымка, Нпол = 150 м, Ж = 300 км/ч)

Библиографический список

1. Методика расчета полетной видимости. / В. В. Дорофеев, А. В. Степанов// Международный сборник научно-методических трудов, «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации». — Воронеж, 2003. — С. 57 — 59.

2. Наклонная видимость. — В кн.: Метеорологическое пособие для специалистов ГАМЦ, ЗАМЦ, АМЦ и АМСГ. / М. Я. Рацимор. — Л.: Гидрометеоиз-дат, 1986, — 136 с.

3. Воздушная навигация в различных условиях полетов. / Л. А. Жаренков, Ю. А. Матвеев, Е. П. Ремянников. — М.: Воениздат, 1985. — 175 с.