Табличные данные для калибровки атмосферы и поля ветра

Все наборы данных (что где лежит, статус, ограничения) — в каталоге docs/research/experimental_data.md.

Исследование, без правок кода. Задача — собрать числа с погрешностями, против которых можно считать χ² при систематической калибровке (WF-16 в docs/archive/plan/wind-field.md: прогоны → полиномы → χ² против числовых ориентиров). Сами модели — в docs/research/thermals.md и docs/research/slope_wind.md (§8 — слова пилота, §9–§11 — модель поля ветра).

Сентябрь 2026. Храним только числа и ссылки (не текст источников). Условные обозначения надёжности:

  • И — измерение (полевые данные, таблица из статьи, извлечена нами из первоисточника);
  • И² — измерение, но число взято из вторичного источника или по памяти — сверить с первоисточником;
  • Т — теория / точный расчёт (термодинамика, сосчитано нами);
  • П — правило пилотов / учебника (rule of thumb), разброс не указан, σ назначаем сами;
  • М — модельный синтез из измерений (эмпирическая модель, подогнанная к данным).

Для χ² предлагаемая σ указана в столбце «± (σ для χ²)». Где источник даёт стандартное отклонение выборки, берём его как разброс природы; где нет — назначаем по смыслу (помечено «назн.»).


0. Сводная таблица (наблюдаемая → источник → значение ± σ → условия → надёжность)

#Наблюдаемая (что сравниваем)ИсточникЗначение± (σ для χ²)УсловияНадёжн.
1Макс. разгон над гребнем ΔS_max = B·H/L (L — полудлина на полувысоте)Jackson–Hunt → Taylor & Lee 1984; Kaimal & Finnigan 19942D хребет B ≈ 2,0 (по др. версии 1,6); 2D уступ B ≈ 0,8; осесимм. холм B ≈ 1,6±15 % (заявлено авторами)нейтрально, уклон < 0,3, без отрываМ
2Затухание разгона с высотой ΔS(z) = ΔS_max·exp(−A·z/L)Taylor & Lee 1984A ≈ 3 (2D хребет), 2,5 (уступ), 4 (3D холм)назн. ±25 % по Aто жеМ, И²
3Разгон над гребнем, полевой: Askervein (H = 116 м), вершина HT, 10 мTaylor & Teunissen 1987ΔS ≈ 0,8±0,1нейтр., U_ref ≈ 9 м/с, 210°И²
4Разгон над гребнем, полевой: Altamont, хребет H = 235 м, L = 503 м, 24,4 м над землёйLubitz & White 2007, табл. 5ΔS = 0,87 (нейтр., кл. C); 1,52 (D); 2,9–3,3 (E–F, устойч.)σ выборки 0,5…2,4 (!)2001–2003, ветер ±5° от нормалиИ
5Разгон на модельных хребтах (аэродин. труба), 7 холмовLubitz & White 2007, табл. 2H/L 0,25…0,67 → ΔS_max 0,35…1,08±15 %нейтр., у поверхностиИ
6Разгон на середине склона (x = L) vs вершинаLubitz & White 20070,24 на середине против 0,68 на вершине (2D, H/L = 0,53)±0,050° (по нормали)И
7Косой ветер: ΔS(θ)Baker 1985 (через Lubitz 2007)ΔS(θ) = √((1+ΔS₀)²cos²θ + sin²θ) − 1назн. ±20 %2D насыпь/хребетМ
8Подножие наветренное: торможениеLubitz & White 2007ΔS ≈ −0,27 (2D), −0,30 (эллипт.), −0,25 (круглый); к z/H = 2 → 0±0,055 мм модельных ≈ у землиИ
9Отрыв потока за гребнем: уклонFinnigan 1988 (через Lubitz 2007)нет отрыва при уклоне < 0,27 (15°); всегда при ≥ 0,32 (18°); 15–18° — перемежающийся. В трубе для синусоид порог 0,4 (22°)±1,5°нейтр.И
10Толщина пузыря отрыва за вертикальным уступом, ТКЭ в нёмBolund (Bechmann et al. 2011, табл. A2)уступ H ≈ 12 м: на 2 м над землёй скорость ×0,25, ТКЭ ×19; на 5 м — уже разгон ×1,39σ из табл. (~10–20 %)нейтр., 242°И
11Высота полосы подъёма над хребтомFAA AC 00-6A (1975) «Aviation Weather»; пилот (§8 slope_wind)2–3 H от подножия (FAA); ≈ 2 H, ламинарно на 2,5 H (пилот)назн. ±0,5 Hветер ≥ 15 уз ≈ 8 м/с, ±30–40° от нормалиП
12Вертикальная скорость над склоном 1:4FAA AC 00-6Aветер 15 уз (7,7 м/с) → подъём ≈ 6 фут/с ≈ 1,8 м/с (≈ U·tg α)назн. ±30 %ровный склонП
13Седловина: разгон на седлеNeal 1982 (Gebbies Pass, NZ)+40…60 % на 10 м над седлом относительно подхода±10 %седло ≈ 300 м между грядами ≈ 500 мИ
14Седловина по пилотупилот, §8 slope_wind×1,5 вдоль оси, при отклонении ветра до 15°назн. ±0,2—П
15Узкий перевал vs выход долины (глубокая «труба»)Marić & Durran 2009 (MAP, Бреннер/Випталь)над узким перевалом 8–10 м/с, в долине ниже 16–19 м/с, максимум у выхода > 21 м/с на ~500 м над землёй = на 30 % сильнее, чем на гребнях±2 м/смелкий фён, инверсия 5–6 K над слоем 1–1,25 кмИ
16Средний подъём в термике по высоте ŵ/w* = (z/zi)^{1/3}(1 − 1,1 z/zi)Lenschow & Stephens 1980 → Allen 2006макс. ≈ 0,45 w* на z ≈ 0,25 zi, < 0 выше 0,9 ziназн. ±20 %CBL над морем (AMTEX)М
17Диаметр термика d/zi = 0,16 (z/zi)^{1/3}(1 − 0,25 z/zi)Lenschow & Stephens 1980на z = 0,5 zi: d ≈ 0,11 zi (≈ 150 м при zi = 1,4 км)назн. ±30 %то жеМ
18Число термиков на линии: N·zi/LLenschow & Stephens 1980 (Allen 2006 ур. 19)≈ 1,2 на z = 0,4 zi (шаг ≈ 0,8 zi)назн. ±30 %то жеМ
19σ_w/w* по высотеLenschow, Wyngaard, Pennell 1980σ_w²/w² = 1,8 (z/zi)^{2/3}(1 − 0,8 z/zi)²; макс. ≈ 0,6 w на 0,3 zi±15 %CBLМ
20Годовая статистика w*, zi (пустыня)Allen 2006, табл. 1медиана w* = 2,56 м/с, zi ≈ 1400 м; +2σ: 5,0 м/с, 3650 мсм. §1.2Desert Rock, NV, 2002И (расчёт по измерениям)
21Помесячно w*, ziAllen 2006, табл. 2июль: ср. w* 2,69 / макс. 6,30 м/с; zi 1975 / 3962 мсм. §1.2там жеИ
22Потолок термиков (парапланы, Франция)Hernández-Aguayo et al. 2026, табл. IIлето полдень: равнина 1353 м, холмы 1492, низкие горы 1598, высокие 1716 м над землёйразброс ячеек большой, ρ ≈ 0,51,47 млн наборов высоты, 2017–2024И
23Набор параплана в термике (V̄z = w_возд − ~1,1 м/с)там же1,03 (равнина) … 1,41 (высокие горы) м/с; сухая почва +21 %δVz ≈ 1,1–1,4 м/слето, 12–14 ч солн.И
24Потолок = LCL: наклон по спреду T − Tdтам же, табл. I; Lawrence 2005123,6 м/°C (низкие горы, лето) против теории 125 м/°C; равнины 101 м/°C±3 м/°C (горы)—И + Т
25Сухоадиабатический градиентТ (g/c_p)9,76 K/кмточносухой воздухТ
26Влажноадиабатический градиентТ (сосчитано нами)1000 гПа: 6,5 (0 °C), 4,3 (20 °C), 3,6 (30 °C) K/кмточнонасыщенныйТ
27Отношение Боуэна по типу поверхностиStull, Practical Meteorology10 пустыня, 5 полупустыня, 0,5 сухая саванна, 0,2 влажные поля, 0,1 водаП (±×2)дневноеП/И²
28Поток тепла в почвуStullQ_G ≈ 0,1·Q* днём, 0,5·Q* ночью±50 %—П
29Лес против луга: явное теплоTeuling et al. 2010; van Heerwaarden & Teuling 2014лес ≈ 2× луга в начале жары; превышение ≈ 120 W/m² при жаре; альбедо 0,13 (лес) / 0,21 (луг)±25 W/m²Европа, FLUXNET, июнь–авг.И
30Сдвиг ветра рвёт термики: B/SGlendening (Dr Jack, BLIPMAP)B/S ≤ 5 — термики рваные для планера (дельтаплан держится при меньших); ≥ 10 — сдвиг не мешаетП—П
31Сильный ветер гасит термикиAllen 2006w* := 0 при ветре у земли > 12,9 м/с (25 уз)П—П
32Макс. температура дня из зондаРуденский 1977 (ДОСААФ)T_max ≈ T₈₅₀ + 14 °C (центр ЕТР, лето)назн. ±2 °Cясный деньП
33Пороги ливня/грозы по температуре вершины облакаРуденский 1977верх выше −10 °C — только Cu/Cu cong; −10…−22 °C — ливни; ниже −22 °C — Cb с грозойПцентр ЕТРП
34Ветер: пределы полётов по разрядам (СССР)КУЛП-СД-87новичок 0–5, III разряд 0–8, II — 0–10 (порывы ±2), I/КМС/МС — до 12 м/с; «сильный ТПВ» ≥ 5 м/с—учебные нормыП

1. Термики

1.1 Эмпирический профиль (Lenschow & Stephens 1980; Allen 2006)

Источник: Lenschow D.H., Stephens P.L. (1980) The role of thermals in the convective boundary layer. Boundary-Layer Meteorol. 19:509–532 — самолёт NCAR Electra над морем (AMTEX), термики выделены по влажности. Формулы переняли все последующие модели (Allen 2006, Dr Jack, наш thermals.md).

ВеличинаФормулаЧисла
Средний подъём в термикеŵ/w* = (z/zi)^{1/3}·(1 − 1,1·z/zi)макс. 0,45·w* при z ≈ 0,25 zi; 0 при z = 0,91 zi
Диаметр термикаd/zi = 0,16·(z/zi)^{1/3}·(1 − 0,25·z/zi)z = 0,1 zi → 0,072 zi; 0,5 zi → 0,111 zi; 0,9 zi → 0,120 zi
Число термиков ниже 0,2 ziN ∝ 0,68·(z/zi)^{−1/3}выше 0,2 zi ≈ постоянно
Число на линию длиной LN_L·zi/L ≈ 1,2 (на 0,4 zi)шаг ≈ 0,83 zi
Избыток температурыθ_T/θ* = 1,5·(z/zi)^{1/3}·(1 − 2·z/zi)в верхней половине слоя термик холоднее среды

Allen 2006 (ур. 12) использует r₂ = max(10 м, 0,102·(z/zi)^{1/3}(1 − 0,25 z/zi)·zi) — т. е. радиус = половина диаметра Lenschow (0,102 ≈ 0,16/2 с поправкой). Позиция: над морем, у нас суша и горы — по данным парапланов (§1.3) подъём над горами на 30–40 % сильнее, чем над равниной.

Что ограничивает у нас: параметры профиля термика по высоте, радиус от высоты, плотность термиков на км², проверка «самый сильный подъём в нижней трети слоя».

Пульсации (Lenschow, Wyngaard, Pennell 1980, J. Atmos. Sci. 37:1313–1326): σ_w²/w² = 1,8·(z/zi)^{2/3}·(1 − 0,8·z/zi)² → максимум σ_w ≈ 0,6·w на z ≈ 0,3 zi. Точность этой аппроксимации по разбросу данных ≈ ±15 % (оценка по рисункам; И²).

1.2 Статистика w* и zi за год: Allen 2006, NASA Dryden (таблицы 1–2)

Allen M.J. (2006) Updraft Model for Development of Autonomous Soaring Uninhabited Air Vehicles. AIAA 2006-1510. NASA NTRS 20060004052, свободно (работа правительства США): https://ntrs.nasa.gov/citations/20060004052

Метод: станция SURFRAD Desert Rock (Невада, 1007 м), весь 2002 год; zi — пересечение утреннего зонда с сухой адиабатой от T у земли; w* — из измеренного радиационного баланса, Q_G = 0,1·Q*, Боуэн = 5 (полупустыня), ρ = 1,210 кг/м³, c_p = 1004,67. w* := 0 при ветре > 12,87 м/с. 25 % дневных отсчётов дали w* = 0 (в основном низкое солнце утром/вечером).

Таблица 1 (год, когда термики есть; «σ» — перцентили 2,3/15,9/50/84,1/97,7):

Случайw*, м/сzi −1σ, мzi сред., мzi +1σ, м
−2σ0,4625,653,697,4
−1σ1,271502101007
медиана2,5676714012319
+1σ4,08213428193638
+2σ5,02291336474495

Таблица 2 (по месяцам, от восхода до заката):

ЯнвФевМарАпрМайИюнИюлАвгСенОктНояДек
ср. w*, м/с1,141,481,641,972,532,382,692,442,251,791,311,26
zi при ср. w*, м504666851121318871728197517551382893627441
макс. w*, м/с3,593,974,895,535,495,516,305,645,974,574,554,11
zi при макс. w*, м180019703900238038334027396249402460328517831680

Суточный ход (Allen): w* ≈ синусоида, 0 на восходе, максимум около полудня, 0 на закате.

Также у Allen: форма профиля по радиусу подогнана к полётам Коновалова (Konovalov D.A. 1970, On the structure of thermals, 12-й конгресс OSTIV) — отношение r₁/r₂ = 0,0011·r₂ + 0,14 при r₂ < 600 м, иначе 0,8; таблица k₁…k₄ формы «колокол» — уже перенесена в thermals.md §2.2. Нисходящее «кольцо» по краю: w_D = 2,5·w₁·(z/zi − 0,5) при 0,5 < z/zi < 0,9.

Надёжность: zi и w* — производные от измерений (не прямые замеры подъёма), климат полупустыни (Боуэн 5!). Для средней полосы России ожидать w* ниже и zi ниже (см. §1.3 и §5). Ограничивает: суточный/сезонный ход w*, zi; распределение «слабый/средний/сильный день» (перцентили → генератор погоды).

1.3 Парапланы как датчики: Франция 2017–2024 (Hernández-Aguayo, Cristelli, Benzaquen 2026)

From Flight Logs to Atmospheric Science: Paragliders as Convection Sensors for Identifying Thermal Predictors. arXiv:2608.00241 (сент. 2026), свободно. 110 730 полётов, 1,47 млн наборов высоты; классы рельефа: равнина < 300 м, холмы 300–800, низкие горы 800–1500, высокие ≥ 1500 м н.у.м. V̄z — средняя скорость набора параплана (= подъём воздуха − собственное снижение ≈ 1,0–1,2 м/с); H_AGL — максимальная высота над землёй в ячейке 1°×1 ч (оценка снизу потолка).

Табл. II (средние по ячейкам-часам), тёплый сезон:

РельефУтро: H_AGL, м / V̄z, м/сПолдень 12–14 чПосле полудняδVz (полдень)
Высокие горы1513 / 1,251716 / 1,411566 / 1,361,43
Низкие горы1443 / 1,171598 / 1,241488 / 1,131,34
Холмы1406 / 1,181492 / 1,141350 / 1,011,24
Равнина1151 / 1,051353 / 1,031343 / 0,911,17

Холодный сезон (полдень): высокие горы 1429 м / 1,15 м/с; низкие 1221 / 1,03; холмы 1195 / 1,00; равнина 1131 / 0,95. Сезонный ход потолка: зима ≈ 500 м, лето ≈ 1800 м над землёй. Пик силы термиков — 13–15 ч солнечного времени; в высоких горах на ≈ 1 ч раньше, чем на равнине.

Табл. III (полдень, лето) — влияние почвы и облачности, низкие горы: сухая почва 1883 м / 1,42 м/с против влажной 1492 / 1,17 (+26 % потолок, +21 % набор); ясно 1626 / 1,21 против облачно 1565 / 1,27 (эффект облачности мал и разного знака). Эффекты почвы и облаков почти складываются.

Табл. I — наклон потолок/спред (T − Td), полдень: лето 133 (высокие горы), 124 (низкие), 106 (холмы), 101 (равнина) м/°C; зима 117 / 109 / 98 / 91 м/°C. Теория LCL — 125 м/°C. Лучший независимый предиктор и потолка, и силы набора — высота пограничного слоя ERA5 (blh).

Это лучший из найденных наборов для нас: это реальные свободнолетающие крылья (набор «по вариометру», как у дельтаплана), с разбивкой по рельефу, времени дня, сезону и влажности почвы. Для дельтаплана пересчёт: w_возд ≈ V̄z + 1,1; набор дельтаплана ≈ w_возд − (0,9…1,2) м/с (свой поляр в вираже). Ограничивает: w* и zi в генераторе погоды (среднее и сезон/суточный ход), зависимость от рельефа, связь потолок ↔ точка росы (облачная база), влияние «сухости» карты нагрева.

1.4 Эмпирика планеристов/прогнозистов

  • Dr Jack (Glendening), BLIPMAP/RASP, http://www.drjack.info/blip/info/parameter_details.html — W* = [(g/T₀)·Q_s·D]^{1/3} с коэффициентом пропорциональности 1 к «подъёму, который ощущает планер», по опыту пилотов «количественно очень реалистично». Набор по вариометру = W* − снижение. Hcrit — высота, где средний подъём падает ниже 225 фут/мин (1,14 м/с; «снижение дельтаплана или планера в вираже»). B/S (плавучесть/сдвиг) ≤ 5 — термики рваные, ≥ 10 — сдвиг не мешает; дельта- и парапланы держатся при меньших B/S. Облачная база ≈ 400 фут (122 м) × (T − Td). Облачный подсос не учтён: с кучевкой W* и потолок выше прогноза. П, но проверено массой пилотов.
  • КУЛП-СД-87 (курс учебно-лётной подготовки дельтапланериста, СССР, 1987), https://www.deltaplanerizm.ru/read/kulp.pdf — «сильный ТПВ» = 5 м/с и более (требование покинуть зону для учебных полётов). Косвенная верхняя граница типичного подъёма. П.
  • Руденский Е.Г. (1977) «Полёт на планере», ДОСААФ — хороший прогрев даёт термики до 2000 м и более при подъёме более 5 м/с по вариометру (центр ЕТР); влажноадиабатический градиент до 5–6 км ≈ 0,5–0,6 °C/100 м; T_max ≈ T₈₅₀ + 14 °C. П.

2. Склоновый подъём и обтекание хребтов

2.1 Линейная теория Jackson–Hunt и «простые правила» (Taylor & Lee 1984)

Taylor P.A., Lee R.J. (1984) Simple guidelines for estimating wind speed variations due to small-scale topographic features. Climatological Bulletin 18(2):3–32 (канадский журнал, в открытом доступе в архивах CMOS). Позже уточнено: Weng W., Taylor P.A., Walmsley J.L. (2000) «новые правила» с учётом шероховатости z₀ и склонов до ~0,5.

ΔS = (U(z) − U₀(z))/U₀(z) на той же высоте над землёй; L = полудлина (от вершины до точки на полувысоте), H — высота холма над подножием.

ФормаB в ΔS_max = B·H/LA в exp(−A·z/L)
2D хребет2,0 (Kaimal & Finnigan 1994; в ранней версии Taylor–Lee — 1,6)3
2D уступ (эскарп), на бровке0,82,5
3D осесимметричный холм1,64

Точность заявлена ±15 % (для максимума). Применимость: уклон < 0,3 (≈ 17°), L/z₀ > 100, L < 2 км, нейтральная стратификация, сильный ветер. Значения A — И² (сверить с оригиналом; ходят и версии A = 2,5…4).

Сверка со словами пилота «полоса ≈ 2 H, ламинарно на 2,5 H». По exp(−A·z/L) разгон падает до 10 % при z = 2,3·L/A. Для 2D хребта (A = 3): z₁₀ ≈ 0,77·L = 0,77·H/(H/L). При H/L = 0,4 → z₁₀ ≈ 1,9 H; при H/L = 0,3 → 2,6 H. То есть «2–2,5 H» пилота согласуется с Taylor–Lee для типичных дельтапланерных склонов (крутизна средняя H/L ≈ 0,3–0,4) и даёт проверяемое следствие: на пологих длинных склонах полоса выше в единицах H, на крутых — ниже. FAA (ниже) даёт 2–3 H.

Толщина «внутреннего слоя» Jackson–Hunt (где максимум разгона): ℓ·ln(ℓ/z₀) ≈ 2κ²·L (κ = 0,4). Пример: L = 500 м, z₀ = 0,03 м → ℓ ≈ 20 м. Максимум ΔS — в нижних 5–20 м (совпадает с «ближе к склону — сильнее» у пилота и с таблицей Lubitz ниже, где максимум «у поверхности»).

2.2 Аэродинамическая труба: семь хребтов/холмов (Lubitz & White 2007, табл. 2)

Lubitz W.D., White B.R. (2007) Wind-tunnel and field investigation of the effect of local wind direction on speed-up over hills. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 95:639–661. PDF в открытом доступе на сайте UC Davis.

МодельH/LМакс. уклонΔS_max набл.Высота макс. (z/H)Предсказ. ΔS (B·H/L)
2D H3 (EPA RUSHIL)0,670,491,08у поверхн.1,33
2D Miller & Davenport0,630,50,800,11,27
2D UC Davis0,530,420,68у поверхн.1,06
2D H5 (EPA)0,400,290,70у поверхн.0,80
2D Gong & Ibbetson0,310,250,610,150,62
2D H8 (EPA)0,250,190,350,150,50
эллипт. 4:1 UC Davis0,530,420,74у поверхн.1,06
3D Ohba 20020,50,50,43у поверхн.0,80
3D UC Davis0,530,420,69у поверхн.0,85
3D Gong & Ibbetson0,350,290,560,170,56

Вывод для калибровки: ΔS_max растёт с H/L почти линейно до H/L ≈ 0,4, дальше насыщается (0,7–1,1 вместо 1,3) — «круче — сильнее, но не бесконечно» (пилот: «чем круче, тем больше»). Хорошая кривая для полинома ΔS_max(H/L).

Там же:

  • Середина склона (x = L, 2D, H/L = 0,53): ΔS ≈ 0,24 против 0,68 на гребне.
  • Подножие (x = 2L): ΔS ≈ −0,27 (2D), −0,30 (эллипт.), −0,25 (круглый холм) у земли; к z = 2 H → 0.
  • Плечо холма (сбоку от вершины, ветер по нормали), табл. 3 (z = 5/7,5/10 мм модели): 2D 0,68/0,63/0,56; удлинение 4 — 0,49/0,41/0,33; круглый 0,53/0,44/0,36; 0,25 — 0,25/0,24/0,17.
  • Косой ветер: на гребне 2D хребта ΔS падает от максимума при θ = 0° к ≈ 0 при 90°; на середине склона — примерно линейно по θ. Эллиптический холм при 90° — не ноль, а «как пологий холм». Круглый холм — наоборот, обтекание сбоку усиливает разгон на склонах. Формула Baker (1985): ΔS(θ) = √((1+ΔS₀)²·cos²θ + sin²θ) − 1 (разгоняется только нормальная компонента). FAA 1988: L′ = L/cos θ. Ограничивает: наш множитель косого ветра («эффект меньше» у пилота).

2.3 Полевые хребты

Altamont Pass (Калифорния), Lubitz & White 2007, табл. 4–6. 2D хребет H = 235 м, L = 503 м (H/L = 0,47), луг z₀ = 15 мм, анемометр 24,4 м над гребнем; опорная мачта LLNL в 4,5 км на равнине. Полусуточные отсчёты 07.2001–06.2003, ветер 235–245° (±5° от нормали):

Класс устойчивости (Пасквилл)ΔSσN
A (сильно неуст.)1,120,476
B1,271,67133
C (нейтр.)0,870,52200
D1,521,10563
E2,931,74151
F (сильно уст.)3,282,3851
все1,641,471104

Предсказания для нейтр. случая: ур. 2b (B = 2,0) — 0,935; Taylor–Lee — 0,808; Weng лин. 0,691, нелин. 0,620. Вывод: в нейтральном случае простые правила попадают (0,8–0,9 против 0,87); в устойчивом «разгон» относительно равнины в 2–4 раза больше — не потому что гребень разгоняет сильнее, а потому что на равнине устойчивый слой гасит ветер у земли (развязка). Разброс отдельного отсчёта огромный (σ ≈ ΔS) — пилотское «ощущение» нельзя калибровать точнее ±30 %.

Askervein (Шотландия), 1982–83. Taylor P.A., Teunissen H.W. (1987) The Askervein Hill project: overview and background data. Boundary-Layer Meteorol. 39:15–39. Холм 116 м над окрестностью, уклоны в основном < 20 %, местами 30 %; вереск/трава, z₀ ≈ 0,03 м. Эталонный прогон MF03-D: 3 октября 1983, 14–17 ч, ветер на опорной мачте 8,9 м/с, 210°, Ri = −0,011 (почти нейтр.). Измерения на 10 м вдоль линий A, AA, B; профили на мачтах 50/30/17/10 м (HT, CP, RS). Разгон на вершине HT на 10 м ≈ 0,8 (И² — число по вторичным обзорам; точные ряды ΔS(x) и профили на HT/CP — в отчёте Taylor & Teunissen 1985 и в наборе WEMEP https://wemep.readthedocs.io/en/latest/windconditions/benchmarks/askervein.html — скачать и занести). На подветренной стороне модели RANS/линейные недооценивают торможение (CERC 2016).

2.4 Отрыв потока и подветренный пузырь

  • Порог отрыва по уклону (Finnigan 1988, свод полевых и трубных данных; через Lubitz 2007): уклон < 0,27 (15°) — отрыва нет; ≥ 0,32 (18°) — всегда; между — перемежается. Для синусоид в трубе использовали 0,4 (22°). И. Ограничивает: наш порог «ротор за гребнем».

  • Bolund (Дания), вертикальный уступ, H ≈ 12 м, Bechmann A. et al. (2011) The Bolund Experiment, Part II: Blind comparison of microscale flow models. Boundary-Layer Meteorol. 141:245–271 (открытый доступ). Табл. A2, случай 3 (ветер 242°), скорости в единицах u*₀ = 0,356 м/с, σ по 10-минутным рядам в скобках:

    Мачта (место)высота над землёйs/u*₀ΔS к M0 на той же высотеТКЭ k/u*₀²
    M0 (вход, вода)5 м24,4 (3,0)06,4
    M1 (подножие, перед уступом)2 / 5 / 9 м10,5 / 16,3 / 19,9−0,55 / −0,33 / −0,210,6 / 8,8 / 7,5
    M2 (сразу за бровкой)1 / 2 / 5 / 9 м6,7 / 20,5 / 30,5 / 29,0−0,7 / −0,1 / +0,25 / +0,1585 / 83 / 10 / 8
    M6 (за бровкой, 11,5 м над водой)2 / 5 м6,1 / 34,0−0,75 / +0,39122 / 24
    M3 (вершина)2 / 5 / 9 м19,7 / 23,8 / 25,9−0,15 / −0,03 / +0,021 / 18 / 11
    M4 (подветр. сторона)2 / 5 / 9 м16,8 / 10,9 / 15,0−0,3 / −0,55 / −0,417 / 27 / 29

    (ΔS пересчитаны нами грубо относительно M0 с логарифмическим профилем; для точного χ² брать исходные s/u*₀.) Вывод: за острой бровкой пузырь отрыва тонкий — 1–3 м при уступе 12 м (≈ 0,1–0,25 H), в нём скорость ×0,25 и ТКЭ ×10–20; уже на 5 м — разгон +25…40 %. За холмом (M4) — торможение 30–55 % и ТКЭ ×3–5 до 9 м и выше. Средняя абсолютная ошибка лучших RANS-моделей по скорости ≈ 13–15 % — это реалистичный «пол» точности для нашей модели.

  • FAA AC 00-6A (1975) «Aviation Weather» (работа правительства США, свободно): сильный ветер увеличивает турбулентность и вихри у земли без заметного роста высоты полосы подъёма; одиночная вершина хуже хребта (обтекание сбоку); устойчивый воздух — гладкий подъём, но сильные подветренные вихри. П.

2.5 Правила планеристов (FAA)

FAA AC 00-6A (1975) и FAA-H-8083-13 Glider Flying Handbook, гл. 10 (свободно):

УтверждениеЧислоТип
Направление ветра для подъёмав пределах 30–40° от нормали к хребтуП
Скорость ветра для парения планера≥ 15 уз (7,7 м/с); оптимально 15–20 узП
Высота полосы подъёма2–3 × перепад от дна долины до гребняП
Идеальный склон1:4 (14°); при 15 уз → подъём ≈ 6 фут/с (1,8 м/с)П, ≈ U·tg α
Слабый ветер ≤ 10 узподъём есть, но низко над склоном опасноП

3. Седловины, перевалы, ущелья

МестоЧто измереноЧислоУсловияИсточник
Gebbies Pass (Новая Зеландия)разгон на седле, 10 м над землёй, к подходу на той же высоте+40…60 %седло ≈ 300 м между грядами ≈ 500 м; сравнение с трубойNeal D. (1982) Full-scale measurements of the wind regime over a saddle, and correlation with wind-tunnel tests. Boundary-Layer Meteorol. 22:351–371 (платно)
Бреннер/Випталь (Альпы), MAP 20.10.1999скорости над узким перевалом и в долине ниже8–10 м/с над перевалом; 16–19 м/с в долине; > 21 м/с у выхода на ~500 м над землёй, ≈ +30 % к ветру на гребнях; гребни > 25 м/с, станция у выхода — 17 м/смелкий фён, перепад давлений 11 гПа, перемешанный слой 1–1,25 км под инверсией 5–6 KMarić T., Durran D.R. (2009) J. Atmos. Sci. 66:984–1001 (PDF у авторов, свободно)
Теория «короткого ущелья»макс. скорость M = √(g·Δθ_v/T_v·h)пример: холодный слой 200 м, Δθ = 15 K → 10,5 м/сстратифицированный потокStull, Practical Meteorology, гл. 17 (CC BY-NC-SA)
Наблюдаемые gap windsдиапазон5–25 м/с, порывы до 40; скачок T 5–10 °C; глубина 0,5–2 кмStull, гл. 17

Выводы для калибровки седловины:

  1. Полевое ×1,4…1,6 (Gebbies) хорошо совпадает с ×1,5 пилота — это мелкомасштабное седло в нейтральном потоке (эффект «обтекания», как у холма).
  2. В глубоких перевалах при устойчивой стратификации максимум ветра — не в самом узком месте, а ниже по потоку у выхода (Бреннер), и определяется перепадом давления/опусканием воздуха сверху, а не «Вентури». Это подтверждает «может сдуть за гору» у пилота: сильный поток за седлом, а не тень.
  3. Зависимость от стратификации: при устойчивом слое ниже гребня (Fr = U/(N·H) < 1) поток блокируется и идёт в седло — разгон растёт; при нейтральном — идёт и через вершины. Числовой зависимости «множитель седла от Fr» в открытых полевых данных не нашли — пробел (§9).

4. Суточный ход, инверсии, склоновые ветры

Справочные диапазоны (учебники; П/И², σ назначать ±30–50 %):

ВеличинаТипичное значениеИсточник
Рост CBL днёмот ~100–200 м утром до 1–2 км к 14–16 ч (суша, лето, средние широты)Stull 1988 An Introduction to Boundary Layer Meteorology, гл. 1, 11
Ночная приземная инверсия5–10 K на 100–300 м при ясной тихой ночи; разрушается за 2–4 ч после восходаStull 1988; Whiteman 2000
Склоновый (анабатический) ветер днём1–5 м/с, толщина 20–200 мWhiteman C.D. (2000) Mountain Meteorology, Oxford UP
Долинный ветер днём (вверх по долине)3–7 м/сWhiteman 2000
Задерживающий слой у инверсии в фён5–6 K на 250–500 мMarić & Durran 2009 (И)
Облачные гряды (улицы)при ветре ≳ 5–6 м/с и −zi/L_MO < ~25; шаг 2–4 ziLeMone 1973 J. Atmos. Sci. 30:1077 (И²)

Потолок по сезону/часу — лучше брать из парапланерной статистики §1.3 (И, с разбивкой).


5. Поверхность: нагрев, Боуэн, альбедо (карта нагрева)

5.1 Отношение Боуэна β = H/LE (дневное)

Stull R. Practical Meteorology (2017, CC BY-NC-SA 4.0), §3.6, https://geo.libretexts.org/…/3.06

Поверхностьβ
Пустыня (арид)10
Полупустыня5
Сухая саванна0,5
Влажные поля / пашня0,2
Океан, озёра0,1

Явный поток: H = β·(Q* − Q_G)/(1 + β); Q_G ≈ 0,1·Q* днём, 0,5·Q* ночью (там же). Для средней полосы летом: луг/поле β ≈ 0,3–0,8, лес хвойный ≈ 1–2 (весна) / 0,5–1 (лето), вода < 0,1 и ночью тёплая (И², сверить с FLUXNET).

5.2 Лес против луга (измерено, FLUXNET Европа)

  • Teuling A.J. et al. (2010) Contrasting response of European forest and grassland energy exchange to heatwaves. Nature Geoscience 3:722–727: в начале жары явный поток тепла над лесом ≈ в 2 раза выше, чем над лугом; превышение ≈ 121 W/m² (модель van Heerwaarden & Teuling 2014 даёт 125); над лугом нагрев временно подавлен испарением, пока не высохнет почва.
  • van Heerwaarden C.C., Teuling A.J. (2014) Biogeosciences 11:6159–6171 (открытый доступ, CC BY): параметры ECMWF IFS: альбедо луг 0,21 / лес 0,13; z₀ 0,15 / 2 м; явный поток над лесом растёт от ≈ 115 до > 200 W/m² при переходе к жаре.

Практически для нас: «лес — хороший источник термиков летом днём» подтверждено измерениями (вопреки частому мнению пилотов; стоит спросить пилота, §10). Сухая почва/поле: +20–26 % к потолку и силе набора (парапланы §1.3) — согласуется.

5.3 Альбедо (И², по сводным таблицам, Oke 1987 Boundary Layer Climates, табл. 1.1 — сверить)

ПоверхностьАльбедо
Трава (длинная … короткая)0,16 … 0,26
Посевы0,18 … 0,25
Лиственный лес0,15 … 0,20
Хвойный лес0,05 … 0,15
Почва тёмная влажная … светлая сухая0,05 … 0,40
Песок/пустыня0,20 … 0,45
Вода (солнце высоко)0,03 … 0,10
Снег свежий … старый0,80–0,95 … 0,40–0,70
Скалы0,10 … 0,30 (П)

6. Профили атмосферы, облака (Т — точные числа)

  • Сухоадиабатический градиент Γ_d = g/c_p = 9,80665/1004,7 = 9,76 K/км (в учебниках «1 °C на 100 м»; Allen 2006 использует 9,75).

  • Влажноадиабатический градиент (сосчитано нами по стандартной формуле, e_s по Bolton):

    p, гПа \ T, °C−20−100102030
    10008,567,636,475,304,313,58
    8508,397,376,154,984,043,38
    7008,157,035,764,613,743,15
    5007,676,385,084,023,292,83

    (K/км; Руденский: «в среднем 0,5–0,6 °C/100 м до 5–6 км» — совпадает.)

  • Уровень конденсации (база кучевых): z_LCL ≈ 125 м × (T − Td) (Lawrence M.G. 2005, BAMS 86:225–233; наш расчёт: 122,5 м/K при 0 °C … 126 м/K при 30 °C). Полевое: 123,6 м/°C в горах летом, 101 м/°C на равнинах (§1.3) — равнины ниже теории, т. к. пилоты недобирают потолок.

  • Стандартная атмосфера МСА: 6,5 K/км до 11 км, 15 °C и 1013,25 гПа у уровня моря (ИКАО).

  • Реальный летний зонд (СССР, Руденский 1977, табл. 4) — готовый тестовый профиль:

    H, кмp, гПаT, °CTd, °C
    098419,09,0
    —96723,29,2 (приподнятая инверсия у земли, утро)
    1,4885013,63,6
    3,097000,8−7,2
    —608−7,9−11,6
    5,71500−14,7−22,7
    7,42400−26,5−34,5
    9,20300−42,3−48,3

    По Руденскому: T_max = 13,6 + 14 = 27,6 °C; критерий «кучевки не будет» — точка на уровне конденсации левее кривой стратификации на 3–4 °C и более; верх облака > −10 °C — Cu без ливней, −10…−22 °C — ливни, < −22 °C — Cb с грозой (центр ЕТР). П.


7. Дельтапланы 80–90-х (контекст, низкий приоритет)

Надёжной открытой таблицы поляр не нашли. Порядок величин (П, по памяти пилотов/журналов — сверить): мин. снижение ≈ 1,0–1,2 м/с (начало 80-х) → ≈ 0,9–1,0 м/с (90-е, «кингпостовые» спортивные); качество ≈ 7–9 (ранние) → 10–13 (конец 80-х – 90-е). Парапланы (для пересчёта §1.3): снижение ≈ 1,0–1,2 м/с (авторы статьи). Советские учебные ограничения по ветру — строка 34 сводной таблицы (КУЛП-СД-87). Первоисточник поляр — отчёты испытаний DHV (Германия) и «Hang Gliding» (USHGA) 80–90-х — в открытом виде не найдены.


8. Как использовать в χ² (WF-16)

  1. Разгон над хребтом: прогнать синтетические 2D хребты H/L = 0,25…0,67 и 3D холмы, снять ΔS_max у земли и профиль ΔS(z); χ² против табл. §2.2 (σ = 15 %) и Taylor–Lee A (σ = 25 %). Отдельный член — «10 % от максимума на 2–2,5 H» (пилот + FAA, σ = 0,5 H).
  2. Косой ветер: ΔS(θ) на гребне против Baker (σ 20 %) и качественно «к 90° → 0» (2D).
  3. Отрыв: доля прогонов с обратным течением за гребнем против порога 15–18° (Finnigan). Для острого уступа — толщина пузыря 0,1–0,25 H и ТКЭ ×10–20 (Bolund).
  4. Седло: ×1,5 ± 0,2 (пилот, Gebbies ±0,1) на седле у земли; поворот к оси при ≤ 15°.
  5. Термики: профили ŵ(z), d(z), шаг — против Lenschow–Stephens (σ 20–30 %); распределение w*/zi по сезону — против Allen (для полупустыни) и парапланов Франции (основной ориентир для «европейского» климата; сравнивать смоделированный набор дельтаплана с V̄z + 1,1 − снижение).
  6. Погода/облака: база = 125 м/°C (σ 3 м/°C); градиенты — точные (σ ≈ 0,05 K/км).
  7. Масштаб σ «пилотских» наблюдаемых брать не меньше 20–30 %: даже приборы на Altamont дают σ отдельного замера ≈ ΔS, а лучшие CFD ошибаются на 13–15 % (Bolund).

9. Пробелы (не нашли в открытых источниках)

  • Точные ряды Askervein (ΔS вдоль линии A и профиль на HT) — есть в отчёте Taylor & Teunissen 1985 (AES MSRB-85-6) и в наборе WEMEP/NEWA; нужно скачать отдельно (сайты с данными не открылись за время исследования).
  • Множитель седловины как функция геометрии (глубина седла/высота гряд, ширина) и числа Фруда — есть только отдельные случаи (Gebbies ×1,4–1,6, Бреннер). Систематической таблицы нет.
  • Высота полосы склонового подъёма в единицах H, измеренная приборами (а не правило FAA/пилота). Есть только косвенно через exp(−A z/L).
  • Коновалов 1970 (OSTIV) — таблицы типов термиков a/b и частоты по диаметру: оригинал не найден, доступен только через подгонку Allen 2006.
  • Советские/российские таблицы (Руденский, Гончаренко «Техника и тактика парящих полётов», 1974; Осташов «Дельтапланеризм») — есть правила и примеры, но нет статистических таблиц; PDF Гончаренко с битым текстовым слоем (нужен OCR).
  • Поток тепла над скалами/осыпями и южными склонами (сравнительные измерения) — только качественно (FAA: «скалы не держат влагу, дают термики»).
  • Поляры дельтапланов 80–90-х с погрешностями.
  • Ротор за хребтом высотой 100–500 м: длина и сила — полевых таблиц (кроме Bolund 12 м и волновых роторов T-REX, Sierra Nevada — не про нашу масштабную область) не нашли.

10. Вопросы пилотам (через пилота-консультанта, простыми словами)

  1. На склоне высотой, скажем, 100 м: на какой высоте над стартом обычно «потолок» при хорошем ветре 6–8 м/с? А при слабом 3–4 м/с — ниже, чем 2 H? (проверяем, что высота полосы от ветра почти не зависит, как пишет FAA.)
  2. На пологом длинном склоне и на крутом коротком (одинаковая высота) — где полоса выше, где сильнее подъём у самого склона?
  3. С какого угла ветра к склону подъём «пропадает»? 30°? 45°? (FAA говорит 30–40°.)
  4. В седловине: насколько сильнее, чем на вершинах рядом, в метрах в секунду? Бывает ли сильнее за седлом внизу, чем в самом седле?
  5. Типичный набор в хороший летний день (по вариометру, м/с) над равниной и в горах; сильный термик — это сколько? (КУЛП: «сильный» ≥ 5 м/с.)
  6. До какой высоты над землёй обычно термики летом в полдень у вас? На сколько выше в горах? Где облачная база — совпадает ли правило «разница температуры и точки росы × 125 м»?
  7. Лес или поле днём — где лучше термики летом? Утром? Вечером (лес «отдаёт» тепло)?
  8. После дождя (мокрая земля) термики слабее — насколько (половина? треть)?
  9. При каком ветре термики «рвёт» и летать в термиках уже нельзя (м/с у земли)?
  10. Какие крылья летали в 80–90-е (марки) и какое у них было снижение/качество по памяти?

Источники

  • Allen M.J. (2006) Updraft Model for Development of Autonomous Soaring Uninhabited Air Vehicles. AIAA 2006-1510. https://ntrs.nasa.gov/citations/20060004052 (свободно, US Gov).
  • Bechmann A., Sørensen N.N., Berg J., Mann J., Réthoré P.-E. (2011) The Bolund Experiment, Part II. Boundary-Layer Meteorol. 141:245–271. Открытый доступ: https://d-nb.info/1189281120/34
  • Berg J. et al. (2011) The Bolund Experiment, Part I. Boundary-Layer Meteorol. 141:219–243.
  • CERC (2016) FLOWSTAR-Energy validation: Askervein Hill. http://www.cerc.co.uk/environmental-software/assets/data/doc_validation/CERC_FLOWSTAR_Energy_Askervein.pdf
  • FAA (1975) AC 00-6A Aviation Weather, раздел «Ridge or hill soaring» (https://www.aviationweather.ws/098_Ridge_or_Hill_Soaring.php); FAA-H-8083-13 Glider Flying Handbook, гл. 10 (https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/glider_handbook/gfh_chapter_10.pdf). Свободно.
  • Finnigan J.J. (1988) Air flow over complex terrain. В: Flow and Transport in the Natural Environment.
  • Glendening J.W. (Dr Jack) BLIPMAP/RASP parameter details. http://www.drjack.info/blip/info/parameter_details.html
  • Hernández-Aguayo C., Cristelli M., Benzaquen M. (2026) From Flight Logs to Atmospheric Science: Paragliders as Convection Sensors for Identifying Thermal Predictors. arXiv:2608.00241.
  • Jackson P.S., Hunt J.C.R. (1975) Turbulent wind flow over a low hill. QJRMS 101:929–955.
  • Kaimal J.C., Finnigan J.J. (1994) Atmospheric Boundary Layer Flows. Oxford UP.
  • Konovalov D.A. (1970) On the structure of thermals. 12th OSTIV Congress (не найден).
  • КУЛП-СД-87. Курс учебно-лётной подготовки спортсмена-дельтапланериста. https://www.deltaplanerizm.ru/read/kulp.pdf
  • Lawrence M.G. (2005) The relationship between relative humidity and the dewpoint temperature in moist air. BAMS 86:225–233.
  • Lenschow D.H., Stephens P.L. (1980) The role of thermals in the convective boundary layer. Boundary-Layer Meteorol. 19:509–532.
  • Lenschow D.H., Wyngaard J.C., Pennell W.T. (1980) Mean-field and second-moment budgets in a baroclinic, convective boundary layer. J. Atmos. Sci. 37:1313–1326.
  • LeMone M.A. (1973) The structure and dynamics of horizontal roll vortices in the PBL. J. Atmos. Sci. 30:1077–1091.
  • Lubitz W.D., White B.R. (2007) Wind-tunnel and field investigation of the effect of local wind direction on speed-up over hills. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 95:639–661. https://research.engineering.ucdavis.edu/wind/wp-content/uploads/sites/17/2014/03/lubitz-2007.pdf
  • Marić T., Durran D.R. (2009) Observations of gap flow in the Wipp Valley on 20 October 1999: evidence of subsidence. J. Atmos. Sci. 66:984–1001. https://www.atmos.washington.edu/~durrand/pdfs/AMS/2009Maric_Durran.pdf
  • Neal D. (1982) Full-scale measurements of the wind regime over a saddle, and correlation with wind-tunnel tests. Boundary-Layer Meteorol. 22:351–371. https://doi.org/10.1007/BF00120015
  • Oke T.R. (1987) Boundary Layer Climates, 2nd ed. Methuen/Routledge (табл. альбедо; платно).
  • Руденский Е.Г. (1977) Полёт на планере. ДОСААФ. https://glidingsport.ru/wp-content/uploads/knowledge/1674/rudenski.pdf
  • Stull R.B. (1988) An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Kluwer.
  • Stull R. (2017) Practical Meteorology (CC BY-NC-SA 4.0), гл. 3.6 и 17.5. https://geo.libretexts.org/Bookshelves/Meteorology_and_Climate_Science/Practical_Meteorology_(Stull)
  • Taylor P.A., Lee R.J. (1984) Simple guidelines for estimating wind speed variations due to small-scale topographic features. Climatological Bulletin 18(2):3–32.
  • Taylor P.A., Teunissen H.W. (1987) The Askervein Hill project: overview and background data. Boundary-Layer Meteorol. 39:15–39. Набор данных: https://wemep.readthedocs.io/en/latest/windconditions/benchmarks/askervein.html
  • Teuling A.J. et al. (2010) Contrasting response of European forest and grassland energy exchange to heatwaves. Nature Geoscience 3:722–727.
  • van Heerwaarden C.C., Teuling A.J. (2014) Disentangling the response of forest and grassland energy exchange to heatwaves under idealized land–atmosphere coupling. Biogeosciences 11:6159–6171.
  • Weng W., Taylor P.A., Walmsley J.L. (2000) Guidelines for airflow over complex terrain: model developments. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 86:169–186.
  • Whiteman C.D. (2000) Mountain Meteorology: Fundamentals and Applications. Oxford UP.
  • Young G.S. (1988) Turbulence structure of the convective boundary layer. Part II: Phoenix 78 aircraft observations of thermals and their environment. J. Atmos. Sci. 45:727–735 (доля площади восходящих ≈ 0,4 — И², сверить).

Дополнение (29.09): исходные данные Askervein скачаны

tools/research/data/askervein/ — измерения по мачтам с относительным разгоном FSR (Zenodo 4095052, CC BY 4.0, оцифровано из Taylor & Teunissen 1983/85), рельеф и шероховатость, набегающий профиль; исходный отчёт MSRB-84-6 (PDF, 36 МБ) — локально, ссылка в README. Пробел «точные ряды Askervein» закрыт.