Белая полоса в небе от самолета. Экологи предлагают запретить лайнерам оставлять инверсионный след

В детстве мы часто любили наблюдать, как летают самолеты, особенно интересно было видеть в голубом небе белую дорогу от лайнера. Тогда мы не задумывались, как называется след от самолета в небе, почему он оставляет за собой дорогу. В школе мы изучали физические явления, которые просто объясняли этот «феномен», но сейчас стоит о них вспомнить, чтобы четко можно было объяснить хотя бы своему ребенку, почему самолет оставляет след в небе.

След от самолета в небе

Маленькие дети вряд ли знают такой термин, как конденсация, хотя в самом раннем возрасте мы им объясняем, почему идет дождь. Конденсацию можно объяснить на примерах, показав зеркало в ванной или трубы, еще можно видеть как запотевают зимой окна в машине.

Происходит это потому, что горячий пар переходит в жидкое состояние и оседает в виде конденсата. Вообще, для того чтобы он образовался нужны три вещи:

• влажный воздух;
• разница температур;
• островки конденсации, например, пылинки в воздухе, они везде есть.

В ванной, после горячего душа, влажный горячий воздух соприкасается с холодным зеркалом, пар переходит в жидкость (воду) и оседает на нем, получается конденсат.

Утренняя роса на тюльпанах

Проведем эксперимент

Конденсат можно сделать самому и быстро увидеть, как происходит это явление. Налейте воду в любую емкость, например в пластмассовую бутылку, и поместите ее в морозилку, минут на 10-20. После этого достаньте ее и посмотрите, как емкость покроется каплями воды – это конденсат. Теплые пары воздуха, присутствующие в комнате, соприкасаются с емкостью и переходят в жидкость, которая стекает каплями по ней.

В природе мы часто наблюдаем капли росы на траве. Теперь мы можем объяснить ребенку откуда она там взялась. Воздух ночью охлаждается, вместе с ним и водяной пар, который контактируя с теплыми объектами, находящимися на Земле (например, с травой), переходит в воду.

Как образуется след от самолета

Теперь посмотрим, что происходит, когда самолет курсирует на большой высоте. Раньше когда говорили, что самолет оставляет белый след, называли его конденсационным по аналогии с физическим явлением. Температура воздуха в атмосфере понижается с высотой, на каждом километре высоты, она ниже на 6 градусов.

Там, где курсируют самолеты, температура воздуха может быть ниже -40 градусов по Цельсию. Из двигателя работающего аэролайнера вылетают горячие струи газов и пара, который конденсируется вокруг частичек дыма от не полностью сжигаемого топлива. Образуется что-то в виде длинного облака, которое впоследствии «рассосется». Иногда его называют не конденсационный, а инверсионный след от самолета. Но в Википедии стоит пометка, что это устаревшее название. Да и лучше пользоваться термином, который связан с физическим явлением и поэтому становится «говорящим».

Как следы самолета влияют на климат планеты

Воздух в атмосфере бывает слишком влажным, но влага не может конденсироваться из-за того, что нет ядер конденсации, например, частичек пыли. Самолет же, пролетая высоко, оставляет за собой такие ядра конденсации, частички неполного сгорания топлива. Чем ярче виден след от самолета, тем влажность воздуха больше и следует ждать дождей. Если же след слабый и быстро исчезает, то погода, скорее всего, будет ясной.

Конденсационные следы самолетов на небе, видимые со спутника

Ученые считают, что следы от самолетов могут влиять на климат планеты. Над теми территориями, где часто курсируют самолеты, все небо покрывается белыми следами. Так вот, мнения ученых о влиянии их на климат расходятся. Одни считают, что образующиеся облака препятствуют охлаждению атмосферы и этим вызывают потепление климата. Другие считают это явление положительным, так как следы от самолетов увеличивают отражательную способность атмосферы, защищая все живое на земле от слишком сильного воздействия ультрафиолетовых лучей.

 189 . Почему за самолетом часто возникает видимый инверсионный след? Почему это происходит не всегда? Если пристально вглядеться в след, то можно заметить, что в действительности он состоит из двух или более тонких полосок, которые затем расплываются и становятся неразличимыми. Почему вначале образуется несколько следов? Как объяснить существование просвета между самолетом и началом следа? Отчего след «вспучивается» и «взрывается» так, что становится похожим на нанизанную на нитку «воздушную кукурузу» (рис.)? Возможно, вам посчастливится увидеть не только сам след, но и его темную тень на облаках. Но еще более интересен темный след, который оставляет самолет, летящий в облаке. Как образуется этот след?

 Ответ :
 Каждое крыло оставляет за собой вихревой поток, который в центре (за фюзеляжем) направлен вниз, а за концами крыльев − вверх. Конденсироваться может или непосредственно водяной пар, содержащийся в выхлопных газах двигателей, или охлаждающийся при вихревом движении атмосферный воздух. Поскольку у большинства самолетов два основных крыла, за ними будут тянуться два хвоста. Направленный вниз центральный поток воздуха постепенно ослабевает, а вихри сближаются. В конце концов они становятся неразличимыми. Скорость же центрального потока увеличивается, вследствие чего неоднородности в инверсионных следах усиливаются: нисходящие участки следов опускаются с еще большей скоростью − создается впечатление, будто следы раздуваются книзу. Однако затем вихри сходятся вплотную, и нисходящее движение прекращается. Тогда след самолета, если смотреть снизу, становится похож на «воздушную кукурузу», связанную тонкими участками, в которых можно различить два следа.

Фото взято с сайта altfast.ru

Конденсационный след от самолёта с четырьмя двигателями. Конденсируется водяной пар, образующийся при сгорании топлива

Конденсационный след от двухмоторного самолёта

Вихревые жгуты с законцовок крыла самолёта F/A-18

Конденсационный след от самолёта в ясную погоду держится долго и расползается на полнеба.

Внешние изображения
Примеры различных конденсационных следов
	Boeing 777-269ER, Kuwait Airways. Сопровождается истребителем F-18 . Самолеты летят в одинаковых условиях, но мощность двигателей у B-777 больше, выбрасывается больше водяного пара. В результате – его след более насыщенный и начинает образовываться раньше, чем у истребителя.
	Boeing 777, Turkish. Airbus A330, Air Berlin . Интервал по высоте – 6000 футов (1829 метров). Самолеты летят в разных условиях. У того, который летит выше, – след образуется, у другого – нет.
	Fokker 100, BMI . Хотя у самолета два двигателя, они расположены недалеко друг от друга. Поэтому оба следа сливаются в один.
	Airbus A319-132, Air China . Конденсационный след возникает в результате понижения давления и температуры воздуха над крылом.
	Boeing 747-243B(SF), Southern Air . В образовании такого следа принимают участие обе причины – и понижение давления воздуха над крылом, и конденсация водяного пара, содержащегося в отработанных газах. Радуга – в результате отражения и преломления солнечного света на частицах следа.
	Boeing 737-232, Canadian North . В комментарии к фотографии сказано: «Когда снаружи -39, нет необходимости смотреть вдаль в поисках конденсационного следа»
	Ми-8ТВ, КомиАвиаТранс . Конденсационный след может появиться и у вертолета. Хорошо выявляется вихревая структура возмущённого воздуха.
	Boeing 737-476, Qantas . Конденсат над крылом, по причине относительно высокой температуры испаряется, как только покидает зону пониженного давления. Интенсивные вихри, сбегающие с законцовок закрылков, существуют продолжительное время. Виден конденсат внутри вихрей.

Конденсационные следы до сих пор являются демаскирующим фактором для деятельности военной авиации, поэтому вероятность их появления рассчитывается авиационными метеорологами по соответствующим методикам, и экипажам выдаются рекомендации. Изменение высоты полёта в определённых пределах позволяет избежать или полностью устранить нежелательное влияние этого фактора.

Существует и антипод (противоположность) конденсационному следу - «обратный», «отрицательный» (очень редко встречаемые названия) след, образующийся при рассеивании элементов облачности (кристаллов льда) в пределах спутного следа при определённых условиях. Напоминает «обращение цвета» в графических редакторах компьютерных программ, когда голубое небо является облаком, а сам след - чистым голубым пространством. Отчётливо наблюдается с земли при слоистой или кучевой облачности незначительной вертикальной мощности и отсутствии других слоёв облачности, маскирующих голубой фон верхних слоёв атмосферы. Прекрасно видим экипажами самолётов, идущих в группе, и особенно хорошо с кормовой кабины (бомбардировщика, транспортного самолёта и т.п.)

Конденсационный след не следует путать со спутным следом (см. отдельную статью). Спутный след - это возмущенная область воздуха, всегда образующаяся за движущимся летательным аппаратом. Однако конденсационный след, взаимодействуя со спутным следом, рельефно выявляет вихревую структуру возмущенного воздуха, образуя интересные визуальные эффекты.

Интересно, что при работе турбореактивного двигателя на земле при определённых условиях может возникать отчётливо видимый вихревой жгут всасываемого в воздухозаборник воздуха.

Влияние на окружающую среду

По заявлениям климатологов , конденсационные следы оказывают влияние на климат , уменьшая температуру за счёт того, что вырождаются в

 Ответ :
 Ответ очевиден − по той же причине, по которой при дыхании на морозе появляется туман или иней. В турбинах самолета сгорает углеводородное топливо, а одним из продуктов горения является вода, точнее − ее пар, нагретый до высокой температуры. Горячие водяные пары, вылетая из сопла турбины, сразу начинают конденсироваться, образуя нитеобразное облако, состоящее из мельчайших капелек воды или кристалликов льда, так как температура на такой высоте ниже −40 °С . Иногда воздух на высоте бывает перенасыщен влагой, которая не может конденсироваться только из-за отсутствия так называемых ядер конденсации − мельчайших частиц, например пыли. В таких случаях пролетающий самолет, оставляя за собой частицы сажи − продукт неполного сгорания топлива, вызывает конденсацию перенасыщенных паров атмосферы. Поэтому по интенсивности белого следа от летящего самолета можно судить о влажности воздуха в верхних слоях тропосферы, а значит, и о предстоящей погоде. Быстро исчезающий или едва заметный след говорит о том, что воздух на высоте сухой, а погода будет безоблачной. А если белый след тянется через все небо, то следует ждать ухудшения погоды.
На фотографиях, сделанных со спутников, Земля во многих местах накрыта плотной белой сеткой следов от пролетевших самолeтов (фото с сайта fiz.1september.ru).

Было показано, что в некоторых случаях следы от летящего самолета превращаются в облака площадью от 4000 до 40000 квадратных километров, оказывая влияние на климат. Поэтому, например, прекращение на три дня полетов над территорией США после трагедии 11 сентября 2001 года резко увеличило прозрачность атмосферы, и в результате разница между средней дневной и ночной температурой выросла на 1 °С . Таким образом, белые следы от самолетов служат одним из факторов глобального «затемнения» планеты, противодействующего ее глобальному потеплению.

Почему самолет оставляет след?

Иногда в небе видны длинные белые полосы, вроде очень узких облаков. Эти полосы сплетаются в причудливые узоры, устремляются вверх, а потом вдруг неожиданно обрываются. Каждый из нас знает, что это след самолёта, взвившегося высоко в небо. Отправившись, например, на такси в аэропорт , мы можем наблюдать, как взлетают и садятся множество самолётов, но почему же самолет, летящий низко, никакого следа за собой не оставляет, а самолет, взвившийся так высоко, что его совсем не видно, начинает оставлять следы?

След самолета - так называемый конденсационный след (инверсионный след) — видимый след из сконденсированного водяного пара, возникающий в атмосфере за движущимися летательными аппаратами при определённых состояниях атмосферы. Явление наблюдается наиболее часто в верхних слоях тропосферы, значительно реже — в тропопаузе и стратосфере. В отдельных случаях может наблюдаться и на небольших высотах.

Конденсационные следы относятся к отдельной группе облаков — техногенным, или искусственным облакам — Ci trac. (Cirrus tractus, cirrus — перистый, tractus — след).

Своё название след получил от процесса конденсации, который приводит к его появлению. Конденсация происходит только при таких условиях, когда количество водяного пара превышает то количество, которое необходимо для насыщения. Эти условия определяются точкой росы - температурой, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, достигает насыщения при данной удельной влажности и постоянном давлении. Степень насыщения характеризуется относительной влажностью - процентным отношением количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к количеству, которое требуется для насыщения (при одной и той же температуре). Кроме этих условий, необходимо еще и наличие центров конденсации. При температуре до −30... −40 °C водяной пар при конденсации переходит в жидкую фазу, при температуре ниже −30... −40 °C водяной пар превращается сразу в ледяные кристаллы, минуя жидкую фазу. Также важную роль в формировании следа играет процесс испарения, приводящий к его исчезновению.

Существуют две основные причины возникновения условий для конденсации и появления следа: Первая — повышение влажности воздуха, когда к атмосферному водяному пару добавляется водяной пар, содержащийся в отработанных газах авиационного двигателя в результате сгорания топлива. Это повышает точку росы в ограниченном объеме воздуха (за двигателями). Если точка росы становится выше температуры окружающего воздуха, то по мере остывания отработанных газов избыточный водяной пар конденсируется. Количество водяного пара, выбрасываемого двигателем, зависит от его мощности и режима работы, то есть — от расхода топлива. Вторая причина — понижение давления и температуры воздуха над крылом и внутри вихрей, возникающих при обтекании различных частей самолета. Наиболее интенсивные вихри образуются на законцовках крыла и выпущенных закрылков, а также на концах лопастей воздушных винтов. Если при этом температура опускается ниже точки росы — избыток атмосферного водяного пара конденсируется в области над крылом и внутри вихрей. Степень понижения давления и температуры зависят от таких параметров, как масса летательного аппарата, коэффициент подъемной силы, величина индуктивного сопротивления и др. Часто наблюдаются следы, образованные в результате комбинации этих двух причин. Образованию конденсационного следа также способствуют центры конденсации в виде частиц не сгоревшего или не полностью сгоревшего (сажа) топлива. Наряду с конденсацией происходит и обратный процесс — испарение: частицы сконденсированного водяного пара испаряются, и след со временем исчезает. На скорость испарения влияют влажность окружающего след воздуха и агрегатное состояние частиц следа. Чем суше воздух, тем быстрее происходит испарение. Напротив — испарение не происходит в случае, когда водяной пар находится в состоянии насыщения. Сконденсированный водяной пар при температуре воздуха −30... −40 °C частично, а при температуре ниже −40 °C полностью превращается в кристаллы, испарение ледяных кристаллов происходит значительно медленнее, чем капель воды.

Таким образом, возможность появления и время существования конденсационного следа, равно как и его вид, зависят от влажности и температуры атмосферного воздуха (при прочих равных условиях). При низкой влажности и относительно высокой температуре след может отсутствовать вовсе, так как при таких условиях водяной пар не достигает состояния перенасыщения. Чем выше влажность и ниже температура, тем больше водяного пара конденсируется, тем медленнее происходит испарение, следовательно — след насыщеннее и длиннее. А при относительной влажности близкой к 100 % и низкой температуре — конденсируется наибольшее количество водяного пара, высокая влажность препятствует испарению частиц следа, что и влечет образование конденсационных следов, которые могут существовать достаточно долго, нередко превращаясь в перистые или перисто-кучевые облака. Поскольку водяной пар в атмосфере распределен неравномерно, это является причиной такого же «неравномерного» следа.

Конденсационные следы образуются не только на больших высотах полёта (отсюда и одно из ошибочных названий — «высотный след»). На ледовом аэродроме Полярной Станции «Скотт Амундсен» (высота 2830 м над уровнем моря), при определённых условиях (температура воздуха минус 50 градусов и ниже), этот след образуется уже на взлёте или при посадке, причём за турбовинтовыми самолётами (С-130 «Геркулес» из состава «Снежного Крыла» ВВС США), что делает ненужной дискуссию о ещё одном неверном названии — «реактивный след».

Конденсационные следы до сих пор являются демаскирующим фактором для деятельности военной авиации, поэтому вероятность их появления рассчитывается авиационными метеорологами по соответствующим методикам и экипажам выдаются рекомендации. Изменение высоты полёта в определённых пределах позволяет избежать или полностью устранить нежелательное влияние этого фактора.

Существует и антипод (противоположность) конденсационному следу — «обратный», «отрицательный» (очень редко встречаемые названия) след, образующийся при рассеивании элементов облачности (кристаллов льда) в пределах спутного следа при определённых условиях. Напоминает «обращение цвета» в графических редакторах компьютерных программ, когда голубое небо является облаком, а сам след — чистым голубым пространством. Отчётливо наблюдается при слоистой или кучевой облачности незначительной вертикальной мощности и отсутствии других (более высоких для Наблюдателя с Земли) слоёв облачности, маскирующих голубой фон верхних слоёв атмосферы. Наблюдается не реже конденсационных следов, но, из-за упомянутой специфики, реже ожидаем и менее иллюстрирован в изданиях об облаках и материалах Любителей наблюдений за этими явлениями.

Конденсационный след не следует путать со спутным следом. Спутный след — это возмущенная область воздуха, всегда образующаяся за движущимся летательным аппаратом. Однако, конденсационный след, взаимодействуя со спутным следом, рельефно выявляет вихревую структуру возмущенного воздуха.

По заявлениям климатологов, конденсационные следы оказывают влияние на климат, уменьшая температуру за счёт того, что вырождаются в перистые облака, тем самым увеличивая альбедо Земли.

По материалам: