Čitaonica | Zrakoplovstvo

Atmosferski valovi

28.01.2011. | Đurđica Marković

Valovi su transport energije titranjem. U našem Svemiru  to je vjerojatno najčešći oblik transporta energije. Iako su valovi česta pojava u atmosferi, njihovo postojanje je utvrđeno tek u prvoj polovici dvadesetog stoljeća.
Valovi u atmosferi  malo se razlikuju od valova u nekim drugim sredstvima. Kod valova na vodi ili na žici gitare, čestice medija, kapljice vode ili elementi gitarske žice ne putuju, već opisuju neko periodičko gibanje. Kapljice vode u morskome valu opisuje kružno, pri dnu eliptično gibanje, a na samom dnu titraju u horizontalnoj ravnini. No nikuda ne putuju. Kada bi kapljice vode u valu putovale s valom, tada bi svo more izašlo na obalu!
Međutim, kretanje česti zraka kod atmosferskih valova je nešto drugačije. Čestice zraka ipak putuju u nekom pravcu, dakle, uz titanje opisuju i translatorno gibanje.
Postoje dvije vrste atmosferskih valova interesantnih u zrakoplovstvu:
1. gravitacioni valovi
2. stacionarni valovi

Gravitacioni valovi

Gravitacioni valovi se javljaju u područjima naglih prostornih promjena neke od veličina što definiraju stanje atmosfere, primjerice na granici nagle promjene vertikalnog temperaturnog gradijenta (inverzioni sloj) ili vertikalnog gradijenta brzine vjetra.
1. Inverzioni valovi
Javljaju se na granici inverzionog sloja – području gdje dolazi do nagle promjene u vertikalnoj razdiobi temperature. To je ujedno i područje nagle promjene gustoće zraka te u fizikalnom smislu možemo govoriti o dva medija: hladnijem i gušćem i toplijem i rjeđem iznad njega. Najčešće su brzina i smjer strujanja jednog i drugog sloja različiti.

Inverzioni valovi imaju svoju brzinu premještanja, a smjer im je okomit na pravac vjetra. Valna duljina im ovisi o veličini skoka u gustoći, te o temperaturi i brzini vjetra u inverzionom sloju. U području brijegova vala može doći do kondenzacije vodene pare i stvaranja oblaka tipa undulatus. Ako se valovi javljaju u sloju niskih oblaka, tada će to biti Sc undulatus, u području srednjih oblaka Ac undulatus, kod većih brzina vjetra Ac lenticularis undulatus, a u sloju visokih oblaka Cc undulatus.

Međutim, na inverzionom sloju može doći do pojave valova različitih valnih duljina, tako da dolazi do superpozicije viših harmonika osnovnog inverzionog vala. Ova pojava je vrlo nezgodna za zrakoplove jer te više harmonike piloti mogu doživjeti kao trešnju te ju pobrkaju s turbolencijom. No, nije isključena i mogućnost pojave prave turbolencije kada čestice valova iz titrajućeg prijeđu u “kružna” gibanja. Zbog vrlo velikih energija i time uzrokovane trešnje, bilo je slučajeva ozbiljnih oštećenja zrakoplova koji su uletjeli u takvo područje. Vrlo opasna je pojava inverzionih valova malih valnih duljina ili čak turbolencije na osnovnom inverzionom valu kada nema “vidljivih” pokazatelja. Ovoj pojavi, nazvanoj CAT (Clear Air Turbolence), su iz razumljivih razloga piloti i meteorolozi posvećivali posebnu pozornost, te se ona danas sa znatnim uspjehom prognozira.

2. Valovi velikog vertikalnog gradijenta brzine vjetra

Atmosferski valovi mogu biti generirani uslijed velikog vertikalnog gradijenta brzine vjetra. Njihov pravac protezanja je paralelan s pravcem puhanja vjetra, a brzina premještanja veća od brzine inverzionih valova.

Stacionarni valovi

Uzrokovani su obično atmosfersko-orografskim uvijetima, a kako se stvaraju na jednom mjestu, nazivaju se stacionarni ili orografski valovi. Brijegovi i doline stacionarnih valova uvijek stoje na istom mjestu a zrak se penje ili spušta na mijenjajući njihov položaj. Njihov izgled, te brzine uzlaznih i silaznih strujanja uvijetovani su stanjem atmosfere (brzina vjetra, kut između smjera vjetra i smjera prepreke, termičkog stanja i veličine zračne mase što se prebacuje preko prepreke) i oblikom orografske prepreke (visina, duljina, širina i strmina padine). Ako se radi o stabilnoj zračnoj masi, orografska prepreka stvarati će osnovni val zbog prisilnog dizanja zraka uz padinu. No, radi li se o nestabilnoj zračnoj masi, osnovni val stvarati će nove valove niz tok zračne struje. Njihova brzina strujanja ovisi o valnoj duljini, te vertikalnoj razdiobi temperature i brzine vjetra.

Sl.1 Kad je brzina zračne struje manja od brzine rasprostiranja vala tada se nad preprekom stvara uzlazno strujanje zraka (brijeg vala).

Sl.2. Kad je brzina zračne struje veća od brzine rasprostiranja vala tada se nad preprekom stvara silazno strujanje zraka (dolina vala).

Ako se pak brzina zračne struje približava brzini širenja vala niz struju, amplituda raste, a valovito se kretanje nad preprekom neprekidno održava.

U brijegovima stacionarnih valova se stvaraju karakteristični lećasti oblaci zvani Lentikularis. Ako su na manjoj visin tada se radi o Stratokumulusima lentikularisima, a na većim visinama, iznad 2500 m, Altokumulusima lentikularisima. Uvrijažilo se mišljenje kako ti oblaci imaju lećast oblik jer ih vjetar “brusi” što nije točno. Tioblaci nisu “brušeni”, već samo poprimaju oblik brijega vala.

Autor: Nebojša Subanović