Инверсионный след - Contrail

Инверсионные следы
Струя, образующая инверсионные следы в голубом небе
Род Cirrus ( завиток волос ), кучевые, или перисто
Высота От 7 500 до 12 000 м
(от 25 000 до 40 000 футов)
Классификация Семья А (Высокий уровень)
Появление длинные полосы
Облако осадков ? Нет

Инверсионные ( / к ɒ н т р л г / ; сокращение от « кон Денсация трасс ») или пара следов в виде линии облака , производимые самолета выхлопа двигателя или изменения в давлении воздуха, как правило , на самолетах крейсерских высотах несколько миль выше Поверхность Земли. Инверсионные следы состоят в основном из воды в виде кристаллов льда. Сочетание водяного пара в выхлопных газах авиационных двигателей и низких температур окружающей среды, существующих на больших высотах, позволяет образовывать следы. Примеси в выхлопных газах двигателя из топлива, включая соединения серы (0,05% по весу в реактивном топливе), образуют некоторые из частиц, которые могут служить местами для роста капель воды в выхлопе, и, если образуются капли воды, они могут замерзнуть с образованием ледяные частицы, образующие инверсионный след. Их образование также может быть спровоцировано изменением давления воздуха в вихрях на законцовках крыла или в воздухе по всей поверхности крыла. Инверсионные следы и другие облака, непосредственно возникшие в результате деятельности человека, собирательно называются гомогенитом .

В зависимости от температуры и влажности на высоте, на которой образуются инверсионные следы, они могут быть видны всего несколько секунд или минут или могут сохраняться в течение нескольких часов и распространяться до нескольких миль в ширину, в конечном итоге напоминая естественные перистые или высококучевые облака. Постоянные инверсионные следы представляют особый интерес для ученых, поскольку они увеличивают облачность атмосферы. Образовавшиеся облачные формы формально описываются как homomutatus и могут напоминать перистые, перисто-кучевые или перисто-слоистые облака, а иногда их называют перистыми птичьими облаками . Некоторые устойчивые инверсионные следы способствуют изменению климата .

Следы конденсата из-за выхлопных газов двигателя

Инверсионные следы от Boeing 747-400 от Qantas на высоте 11000 м (36000 футов)

Выхлоп двигателя преимущественно состоит из воды и углекислого газа, продуктов сгорания углеводородного топлива. Многие другие химические побочные продукты неполного сгорания углеводородного топлива, включая летучие органические соединения , неорганические газы, полициклические ароматические углеводороды , кислородсодержащие органические вещества, спирты , озон и частицы сажи, наблюдались при более низких концентрациях. Точное качество зависит от типа двигателя и основной функции двигателя внутреннего сгорания, при этом до 30% выхлопных газов самолета составляет несгоревшее топливо. (Также были обнаружены металлические частицы микронного размера, возникающие в результате износа двигателя.) На больших высотах, когда водяной пар выходит в холодную среду, локализованное увеличение водяного пара может поднять относительную влажность воздуха выше точки насыщения . Затем пар конденсируется в крошечные капли воды, которые замерзают, если температура достаточно низкая. Эти миллионы крошечных капелек воды и / или кристаллов льда образуют инверсионные следы. Время, необходимое для охлаждения пара и его конденсации, учитывает инверсионный след, образующийся на некотором расстоянии позади самолета. На больших высотах для переохлажденного водяного пара требуется триггер, способствующий осаждению или конденсации. Частицы выхлопных газов в выхлопе самолета действуют как пусковой механизм, заставляя захваченный пар быстро конденсироваться. Инверсионные следы выхлопных газов обычно образуются на большой высоте; обычно выше 8000 м (26000 футов), где температура воздуха ниже -36,5  ° C (-34  ° F ). Они также могут образовываться ближе к земле, когда воздух холодный и влажный.

Исследование 2013–2014 годов, проведенное при совместной поддержке НАСА, Немецкого аэрокосмического центра DLR и Национального исследовательского совета Канады NRC, показало, что биотопливо может уменьшить образование инверсионных следов. Это сокращение объяснялось демонстрацией того, что биотопливо производит меньше частиц сажи, которые являются ядрами, вокруг которых образуются кристаллы льда. Испытания проводились при полете DC-8 на крейсерской высоте с самолетом-сборщиком проб, летевшим по следу. В этих образцах количество частиц сажи, образующих инверсионный след, было уменьшено на 50–70 процентов при использовании 50% смеси обычного топлива Jet A1 и биотоплива HEFA (гидрообработанные сложные эфиры и жирные кислоты), произведенного из камелины .

Конденсация из-за снижения давления

Винтажный P-40 Warhawk с вихревой конденсацией на кончике пропеллера

Когда крыло создает подъемную силу , оно вызывает образование вихря на законцовке крыла и на конце закрылка при раскрытии (законцовки крыла и границы закрылков представляют собой разрывы в воздушном потоке). Эти вихри на законцовках крыла сохраняются в атмосфере еще долго после того, как самолет пролетел. . Снижение давления и температуры в каждом вихре может вызвать конденсацию воды и сделать видимыми ядра вихрей на законцовках крыла. Этот эффект чаще встречается во влажные дни. Вихри крыла иногда можно увидеть за закрылками авиалайнеров при взлете и посадке, а также при посадке космического корабля "Шаттл" .

Видимые ядра вихрей на законцовках крыльев контрастируют с инверсионными следами другого основного типа, которые возникают при сгорании топлива. Инверсионные следы от выхлопных газов реактивного двигателя видны на большой высоте непосредственно за каждым двигателем. Напротив, видимые ядра вихрей на законцовках крыла обычно видны только на малой высоте, когда самолет движется медленно после взлета или перед посадкой и где влажность окружающей среды выше. Они следуют за законцовками и закрылками, а не за двигателями.

При установке большой тяги лопасти вентилятора на входе в турбовентиляторный двигатель достигают околозвуковых скоростей, вызывая внезапное падение давления воздуха. Это создает конденсационный туман (внутри воздухозаборника), который часто наблюдается у авиапассажиров во время взлета.

На концах вращающихся поверхностей (таких как пропеллеры и роторы ) иногда остаются видимые следы.

В огнестрельном оружии при стрельбе в редких случаях иногда наблюдается паровой след из-за изменений давления воздуха вокруг пули. След от пули можно увидеть с любого направления. След пара не следует путать со следом от пули , который является гораздо более распространенным явлением (и обычно его можно наблюдать только непосредственно позади стрелка).

Радиационное воздействие

MODIS отслеживает инверсионные следы, создаваемые воздушным движением над юго-востоком США

Инверсионные следы, влияя на радиационный баланс Земли , действуют как радиационное воздействие : они задерживают исходящую длинноволновую радиацию, излучаемую Землей и атмосферой, в большей степени, чем они отражают приходящую солнечную радиацию . В 1992 году эффект потепления оценивался от 3,5  мВт / м 2 до 17 мВт / м 2 . Глобальное радиационное воздействие было рассчитано на основе данных повторного анализа , климатических моделей и кодов переноса излучения ; оценено на уровне 12 мВт / м 2 на 2005 год, с диапазоном неопределенности от 5 до 26 мВт / м 2 и с низким уровнем научного понимания.

Эффект меняется ежедневно и ежегодно: ночные полеты вносят от 60 до 80% радиационного воздействия инверсионного следа, составляя 25% дневного воздушного движения, тогда как зимние полеты вносят половину среднегодового радиационного воздействия, составляя 22% годового воздушного движения. Перистые перистые облака могут быть самым большим радиационным компонентом воздушного движения, превышающим весь CO2, накопленный авиацией, и могут утроиться по сравнению с базовым уровнем 2006 года до 160-180 мВт / м 2 к 2050 году без вмешательства.

Следы конденсации могут в течение некоторого времени вызывать изменения температуры поверхности в региональном масштабе. НАСА исследовало атмосферные и климатологические эффекты инверсионных следов, в том числе влияние на озон, образование кристаллов льда и состав частиц, в ходе проекта « Атмосферные эффекты авиации» (AEAP).

Инверсионные следы бомбардировщиков повлияли на климат во время Второй мировой войны . Более высокая температура на 0,8 ° C (1,4 ° F) была зафиксирована возле авиабаз.

Суточные колебания температуры

Небо над Вюрцбургом без инверсионных следов после нарушения авиасообщения в 2010 году (слева), при регулярном воздушном движении и правильных условиях (справа)

Изменение суточной температуры разница в максимумах и минимумах этого дня на стационарной станции. Инверсионные следы понижают дневную температуру и повышают ночную, уменьшая их разницу.

Когда после терактов 11 сентября через США не пролетал ни один коммерческий самолет , суточные колебания температуры увеличились на 1,1 ° C (2,0 ° F). По данным 4 000 метеостанций в континентальной части США, это увеличение было самым большим за 30 лет. Без инверсионных следов местный диапазон суточных температур был на 1 ° C (1,8 ° F) выше, чем непосредственно ранее. Возможно, это произошло из-за необычно ясной погоды в этот период. На юге США разница уменьшилась примерно на 3,3 ° C (6 ° F) и на 2,8 ° C (5 ° F) на Среднем Западе США.

Лобовые следы

Инверсионный след от самолета, летящего навстречу наблюдателю, может казаться созданным объектом, движущимся вертикально. 8 ноября 2010 года в американском штате Калифорния инверсионный след этого типа привлек внимание средств массовой информации как «загадочная ракета», которую не могли объяснить американские военные и авиационные власти, и его объяснение как инверсионное следствие стало известно более чем за 24 часа. приняты СМИ и военными учреждениями США.

Отвлекающие маневры

Беспорядок - это противоположность инверсионного следа

Когда самолет проходит через облако, он может разогнать облако на своем пути. Это известно как отвлечение (сокращение от «след рассеивания»). Теплый выхлоп двигателя самолета и улучшенное вертикальное перемешивание в следе самолета могут вызвать испарение существующих облачных капель. Если облако достаточно тонкое, такие процессы могут дать безоблачный коридор в твердом облачном слое. Ранний спутник наблюдение distrails , что , скорее всего , были удлинены, самолеты-индуцированного отверстие fallstreak появилось в Corfidi и Brandli (1986).

Облака образуются, когда невидимый водяной пар ( H
2
O
в газовой фазе) конденсируется в микроскопические капли воды ( H
2
O
в жидкой фазе) или в микроскопические кристаллы льда ( H
2
O
в твердой фазе). Это может произойти при охлаждении воздуха с высоким содержанием газообразной воды. Распространение образуется, когда тепло выхлопных газов двигателя испаряет жидкие капли воды в облаке, превращая их обратно в невидимый газообразный водяной пар. Отклонения от рельсов также могут возникать в результате усиленного перемешивания (захвата) более сухого воздуха непосредственно над или под тонким слоем облаков после прохождения самолета через облако, как показано на втором изображении ниже:

Галерея

Инверсионный след медленно превращается в искусственное перисто-кучевое облако

Смотрите также

Облако камеры визуализировать частицы от излучения по аналогичному принципу к инверсионным или Wingtip вихрям.

использованная литература

внешние ссылки