ГОСТ Р 54084-2010 Модели атмосферы в пограничном слое на высотах от 0 до 3000 м для аэрокосмической практики. Параметры

ГОСТ Р 54084-2010

Группа Т27

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОДЕЛИ АТМОСФЕРЫ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ НА ВЫСОТАХ ОТ 0 ДО 3000 м ДЛЯ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ПРАКТИКИ

Параметры

Models of the atmosphere in the boundary layer at altitudes from 0 to 3000 m for aerospace practice. Parameters

ОКС 49.020;

07.060

Дата введения 2012-01-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" (ФГУП "НИИСУ"), автономной некоммерческой организацией "Научно-информационный центр "Атмограф" (АНО "НИЦ "Атмограф"), подкомитетом ПК6/ТК 20/ИСО "Стандартная атмосфера" и Федеральным государственным унитарным предприятием "Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е.Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ")

2 ВНЕСЕН Управлением технического регулирования и стандартизации Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 ноября 2010 г. N 741-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандартов*:

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

- ИСО 2533-75 (А/Ф/Р) "Атмосфера стандартная" (ISO 2533-75 (E/F/R) "Standard Atmosphere");

- ИСО 5878-82 "Атмосферы стандартные для аэрокосмического применения" (ISO 5878-82 (E/F/R) "Reference Atmospheres for aerospace use").

В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих государственных и отраслевых стандартов Российской Федерации:

- ГОСТ 4401-81 "Атмосфера стандартная. Параметры"

- ГОСТ 24631-81 "Атмосферы справочные. Параметры"

- ГОСТ Р 53460-2009 "Глобальная справочная атмосфера для высот от 0 до 120 км для аэрокосмической практики. Параметры"

- ГОСТ 26352-84 "Модель влажности воздуха в северном полушарии"

- ОСТ 1 00133-84* "Модель атмосферы для оценки летной годности ЛА"

- ОСТ 1 00276-88* "Модель атмосферы северного полушария для статистической оценки характеристик ЛА и бортового оборудования"

________________

* Документы в информационных продуктах не содержатся. За информацией о документах Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. - .

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает закономерности высотного распределения термодинамических параметров атмосферы (температуры, давления, плотности) и направление и скорость ветра в пограничном слое атмосферы для высот от 0 до 3000 м над поверхностью земли по широтным и меридиональным разрезам территории Российской Федерации.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте использованы следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 пограничный слой атмосферы (ПСА): Нижний слой атмосферы, начинающийся от поверхности земли, свойства которого в основном определяются динамическими и термическими свойствами этой поверхности.

Примечание - Условная толщина ПСА достигает 2000-3000 м и зависит от шероховатости поверхности и турбулентности и увеличивается с усилением ветра и неустойчивости термической стратификации атмосферы. Скорость ветра в ПСА увеличивается с высотой по закону Экмана до скорости градиентного ветра на верхней его границе, а направление ветра на верхней его границе приближается к направлению изобар.

2.2 приземный слой атмосферы (ПзСА): Нижняя часть пограничного слоя атмосферы (от поверхности земли до высоты от 50 до 250 м в зависимости от шероховатости поверхности, скорости ветра и стратификации), в котором турбулентные потоки количества движения, тепла, водяного пара и коллоидных примесей не зависят от высоты при росте коэффициента турбулентности.

Примечание - ПЗСА характеризуется большими вертикальными градиентами скорости ветра, температуры и влажности. Скорость ветра в ПЗСА увеличивается с высотой, как правило, по логарифмическому закону при малом изменении его направления.

2.3 слой Экмана (СЭ): Верхняя часть пограничного слоя атмосферы, располагающаяся над приземным слоем.

Примечание - Изменения скорости и направления ветра с высотой в СЭ приближенно описываются законом (спиралью) Экмана, полученным в предположении установившегося горизонтального движения воздуха, прямолинейности и параллельности изобар и независимости коэффициента турбулентности от высоты и геострофического ветра.

2.4 стратификация атмосферы: Распределение температуры по высоте.

2.5 индивидуальное значение параметра атмосферы : Величина, определяемая в ходе единичного измерения или вычисления параметра.

2.6 среднее значение параметра атмосферы : Величина, вычисляемая как статистическое среднее из его индивидуальных значений по соотношению

, (1)

где - число индивидуальных значений , взятых за период осреднения.

2.7 средний квадрат значений параметра атмосферы : Величина, вычисляемая как статистическое среднее его индивидуальных значений по соотношению

(2)

2.8 среднеквадратическое отклонение параметра атмосферы (СКвО): Величина, вычисляемая как статистическое среднее из индивидуальных значений и средних значений по соотношению

. (3)

3 Обозначения и сокращения

3.1 Обозначения

- геометрическая высота над поверхностью земли, м;

° - градус географической широты или долготы

К - градус Кельвина;

- температура, К;

- среднеквадратическое отклонение температуры, К

- давление, Па

- среднеквадратическое отклонение давления, Па

- плотность воздуха, кг·м

- среднеквадратическое отклонение плотности, кг·м;

- удельная влажность воздуха, г/кг

- среднеквадратическое отклонение удельной влажности воздуха, г/кг

- средняя скалярная скорость ветра (м·с), вычисляемая без учета направления как статистическое среднее из значений индивидуальных модулей вектора ветра по соотношению (1):

- средняя зональная скорость ветра (м·с); положительные значения относятся к ветрам западных направлений (дующим с запада на восток), отрицательные значения - к ветрам восточных направлений

- средняя меридиональная скорость ветра, м·с; положительные значения относятся к ветрам южных направлений (дующим с юга на север); отрицательные значения относятся к ветрам северных направлений

- средний модуль , м/с, результирующего ветра для высоты 10-3000 м для секторов размером 5° широты и 10° долготы, определяемый соотношением:

(4)

- среднее направления , °, результирующего ветра для высоты 10-3000 м для секторов размером 5° широты 10° долготы, определяемое соотношением:

(5)

- относительная влажность, %

°С - градус Цельсия

- точка росы, °С

- время, с;

- угловая частота вращения, с;

- молекулярная масса воздуха;

- число Авогадро, определяемое по значению массы изотопа углерода с атомной массой, равной 12;

-универсальная газовая постоянная, Дж·К·кмоль

- угловая частота вращения земли, рад·с

- число Авогадро, определяемое по значению массы изотопа углерода с атомной массой, равной 12;*

_________________

* Текст документа соответствует оригиналу (повтор). - .

- универсальная газовая постоянная, Дж·К·кмоль*

_________________

* Текст документа соответствует оригиналу (повтор). - .

- адиабатическая постоянная, равная отношению удельных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и при постоянном объеме

Примечание - Любые отклонения от приведенных выше обозначений дополнительно описаны в тексте настоящего стандарта.

3.2 Сокращения

АС - аэрологическая станция;

ПА - параметры атмосферы;

СШ - северная широта;

ВД - восточная долгота;

ЗД - западная долгота;

АТР - азиатская территория России;

ЕТР - европейская территория России;

ГОСТ - государственный стандарт РФ;

ПСА - пограничный слой атмосферы;

ПзСА - приземный слой атмосферы;

СП - северное полушарие Земли;

СА - справочная атмосфера;

СЭ - слой Экмана;

ИКАО (ICAO) - Международная организация гражданской авиации;

ИСО (ISO) - Международная организация по стандартизации;

МС - Метеорологическая станция;

МС ИСО - Международный стандарт ИСО;

ВМО (WMO) - Всемирная метеорологическая организация;

ТК 20/ИСО - Технический комитет 20 ИСО "Авиационные и космические аппараты" международной организации по стандартизации (ИСО);

ПК 6/Т К 20/ИСО - Подкомитет 6 "Стандартная атмосфера" Технического комитета 20 ИСО "Авиационные и космические аппараты"

4 Общие положения

4.1 Настоящий стандарт устанавливает закономерности высотного распределения термодинамических параметров атмосферы (температуры, давления, плотности, влажности) и ветра в ПСА для высот от 0 до 3000 м над поверхностью земли по широтным и меридиональным разрезам территории Российской Федерации, стран СНГ и Балтии.

Модели, приведенные в настоящем стандарте, адекватно описывают основные закономерности и особенности пространственных и сезонных распределений параметров атмосферы в ПСА. Они служат в качестве базового источника информации для авиационной и космической практики, а также для унификации моделей атмосферы и числовых значений ПА, используемых для проектирования, испытаний, летной навигации и эксплуатации авиационной и космической техники и оборудования, а также для контроля глобального состояния и массопереноса в атмосфере.

4.2 Семейство моделей вертикальных профилей для высотного диапазона от 0 до 3000 м региональных и сезонных значений температуры, давления, плотности, влажности и характеристик ветра: скалярной, зональной и меридиональной скоростей ветра и среднего модуля и направления результирующего ветра, а также их изменчивости в терминах среднеквадратических отклонений построены для узлов координатной сетки с фиксированным шагом 5° по широте и переменными шагами 10°-20° по долготе и представляют средние значения ПА для прямоугольных секторов территории России, стран СНГ и Балтии с размерами 5° широты х 10°-20° долготы с центрами в узлах координатной сетки согласно рисунку 1.

Рисунок 1 - Схема территориальной освещенности характеристик ПСА в настоящем стандарте

Модели пространственного распределения параметров ПСА учитывают закономерности и особенности достоверно выявленной естественной изменчивости ПА по широте, долготе и высоте в ПСА на описываемой настоящим стандартом территории.

Значения ПА представлены в настоящем стандарте в табличной форме в функциях геометрической высоты над поверхностью земли и описывают среднюю сезонную структуру характеристик ПСА для четырех сезонов: зимы, весны, лета и осени.

Сезонное представление ПА обусловлено необходимостью достижения статистической достоверности результатов их моделирования.

4.3 Статистические модели ПА на высотах 0-3000 м построены по данным многолетних (1960-2000 гг.) метеорологических измерений на высотах 8-20 м и аэрологического зондирования ПСА на 11 стандартных высотах над уровнем поверхности земли: 100, 200, 300, 500, 600, 900, 1000, 1200, 1500, 1900, 2900 м и на промежуточных высотах измерений на ряде АС на сети государственных метеорологических и аэрологических станций на территории РФ и бывшего СССР.

Для анализа и моделирования ПА использованы временные ряды срочных (ежесуточных 4-разовых) данных измерений в ПСА температуры, давления, влажности, скорости и направления ветра на 3500 МС и 146 АС Российской Федерации, стран СНГ и Балтии.

Карты сетей МС и АС и описание методик моделирования параметров атмосферы в ПСА приведены в приложении Б на рисунках Б.1 и Б.2.

Число данных наблюдений, привлеченных для моделирования параметров ПСА, обеспечивает статистическую достоверность полученных в настоящем стандарте данных и моделей для подавляющей части исследованной территории.

4.4 Модели параметров ПСА на территории РФ, стран СНГ и Балтии представлены в настоящем стандарте в традиционной табличной форме.

Форма таблиц атмосферных параметров в ПСА, а также интервалы осреднения и представленные опорные высоты и широты выбраны исходя из соображений точности измерений ПА и их природной изменчивости, а также с учетом их информативности и удобства использования.

Модель каждого атмосферного параметра в ПСА и в каждой области с пространственным разрешением 5° по широте и 10°-20° по долготе описывается таблицами для территории Российской Федерации, стран СНГ и Балтии с долготой от 20° ВД до 140° ВД, содержащими данные о высотных профилях этого ПА для 8 (при их наличии в соответствии с рисунком 1) широт (40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75° СШ) в функциях геометрической высоты над поверхностью земли в диапазоне от 0 до 3000 м для каждого сезона и года в среднем. Атмосферные параметры в каждой области размером 5° по широте и 10°-20° по долготе описываются таблицами, содержащими переменное число граф в соответствии с наличием данных измерений ПА.

5 Физические параметры атмосферы

5.1 Модели параметров атмосферы в ПСА для высот от 0 до 3000 м построены с учетом их высотной и пространственной (широтной и долготной) и сезонной изменчивости и определяют в табличной форме вертикальные профили средних по секторам и сезонам значений температуры, давления, плотности, влажности, скорости скалярного, зонального, меридионального и результирующего ветра, а также их среднеквадратических отклонений для 9 уровней высоты (10, 100, 300, 600, 1000, 1500, 2000, 2500 и 3000 м) над поверхностью земли.

Примечание 1 - Выбор высотных уровней представления ПА с переменным шагом по высоте дает максимально информативное и статистически достоверное представление о высотной изменчивости ПА в диапазоне от 0 до 3000 м.

5.2 Результаты моделирования параметров атмосферы в ПСА на территории Российской Федерации, стран СНГ и Балтии представлены для узлов географической координатной сетки согласно схеме на рисунке 1 с координатами 40° СШ и 45° СШ (при наличии моделей), 50° СШ, 55°, 60° СШ, 65° СШ, 70° СШ и 75° СШ (при наличии моделей) и 20° ВД (при наличии моделей), 30° ВД, 40° ВД, 50° ВД, 60° ВД, 70° ВД, 80° ВД, 105° ВД, 120° ВД, 135° ВД, 155° ВД, 175° ВД и 175° ЗД (при наличии моделей) с территориальным разрешением 5° по широте и от 10° до 20° по долготе и устанавливают качественные и количественные представления о пространственном (высотном, широтном, долготном) и сезонном распределении ПА в диапазоне высот от 0 до 3000 м, а также их изменчивости в терминах их среднеквадратических отклонений.

Примечание - Выбор сетки с фиксированным шагом по широте и переменным шагом по долготе обеспечивает максимально информативное и статистически достоверное представление о территориальной изменчивости ПА на высотах в ПСА от 0 до 3000 м.

5.3 Годовая изменчивость параметров атмосферы в ПСА определена по их средним многолетним сезонным значениям для четырех сезонов для зимы: декабрь-январь-февраль, весны: март-апрель-май, лета: июнь-июль-август и осени: сентябрь-октябрь-ноябрь.

Примечание - Сезонное представление ПА обеспечивает максимально информативное и статистически достоверное представление об их годовой изменчивости в ПСА на высотах в ПСА от 0 до 3000 м на территории РФ, стран СНГ и Балтии.

5.4 Значения ПА на промежуточных высотах определяются линейной интерполяцией по их значениям, приведенным в соседних строках.

5.5 Значения ПА в пространствах между узлами координатной сетки определяются линейной интерполяцией узловых значений соответствующих параметров, приведенных в соседних строках и столбцах.

5.6 Точность представления атмосферных параметров в ПСА в настоящем стандарте (не более четырех значащих цифр или одной-двух значащих цифр после запятой) выбрана с учетом природной изменчивости ПА, известных погрешностей измерений ПА и установленных погрешностей их пространственного моделирования и интерполяции между узловыми значениями ПА, а также из соображений достаточной информативности и точности представления ПА и удобства их использования при разработках, производстве и эксплуатации техники и в летной практике.

5.7 Вертикальные профили значений средних годовых и сезонных ПА приведены в таблицах 1-108: температуры (таблицы 1-12), давления (таблицы 13-24), плотности (таблицы 25-36), скоростей скалярного (таблицы 37-48), зонального (таблицы 49-60), меридионального (таблицы 61-72) и результирующего (таблицы 73-84) ветра, удельной влажности (таблицы 85-96), относительной влажности и точки росы (таблицы 97-108). Также приведены среднеквадратические отклонения ПА для высот от 0 до 3000 м.

5.8 Описание физических основ определения параметров атмосферы в ПСА на территории России, стран СНГ и Балтии дано в приложении А.

5.9 Техника статистического моделирования полей ПА описана в приложении Б.

5.10 Графики пространственного и сезонного распределения ПА приведены в приложении В.

5.11 Таблицы значений атмосферных параметров в пограничном слое атмосферы на территории России, стран СНГ и Балтии приведены на стр. 10-107.

6 Таблицы пространственного и сезонного распределения атмосферных параметров в пограничном слое атмосферы

6.1 Закономерности пространственного и сезонного распределений температуры в пограничном слое атмосферы приведены в таблицах 1-12.

Таблица 1 - Средние сезонные значения температуры , К, и ее среднеквадратического отклонения для высоты 10-5000 м для секторов размером 5° широты и 10° долготы для 20° и 30° ВД

Таблица 2 - Средние сезонные значения температуры , К, и ее среднеквадратического отклонения для высоты 10-3000 м для секторов размером 5° широты и 10° долготы для 40° ВД

Таблица 3 - Средние сезонные значения температуры , К, и ее среднеквадратического отклонения для высоты 10-3000 м для секторов размером 5° широты и 10° долготы для 50° ВД

Таблица 4 - Средние сезонные значения температуры , К, и ее среднеквадратического отклонения для высоты 10-3000 м для секторов размером 5° широты и 10° долготы для 60° ВД

Таблица 5 - Средние сезонные значения температуры , К, и ее среднеквадратического отклонения для высоты 10-3000 м для секторов размером 5° широты и 10° долготы для 70° ВД