Tlak, teplota a čarování s výškoměrem II.

Jak to tedy ve skutečnosti je?

Stáhněte si excelovský soubor a hrajte si s dosazováním hodnot.

Vše, co jsme tady doposud popsali, má nebývalý význam pro létání. Představme si situaci, kdy bychom letěli za podmínek IMC v oblačnosti a v zimě, na výškoměru bychom měli 5200 m a naše trasa by vedla přímo přes Mt. Blank. Byli bychom klidní, protože Mt. Blank má přece výšku jen 4800 m a jej určitě v pohodě nadletíme o celičkých 400 m výš nad jeho vrcholem.

"S tímto slastným pocitem bezelstně zemřeme nárazem do skály,
pouhých 57 m pod vrcholem této krásné hory."

Naštěstí už bylo tajemství atmosféry dávno odhaleno v počátcích dynamické meteorologie a meteorologové jsou natolik kolegiální, že o tom letcům řekli. Letci, jakmile začali létat podle přístrojů a v podmínkách, kdy se nedá pohledem z kabiny zkontrolovat skutečný stav věcí, ustanovili takové vymoženosti, jakými jsou například minimální letová hladina, takže nad Mt. Blankem nás nikdo v hladině 5200 m letět prostě nenechá. Nahlédneme-li do map pro IFR létání, najdeme vzdušný prostor rozčleněný na sektory a v každém z nich je uvedena MFL, tj. minimální letová hladina, jejíž hodnota je bezpečně vysoko nad nejvyššími horami v sektoru. Ani v nejkrutějších mrazech se pak nemůže stát, že bychom letěli sice s uklidňujícím pohledem na výškoměr, ale současně tak nízko, že bychom bourali do všemožných terénních překážek.

K těmže výsledkům, které jsme zde uváděli, dospějeme i pomocí navigačního computeru, což je přitažlivý cizojazyčný název pro jednu z nejgeniálnějších leteckých pomůcek, navigační kolečko, které by nemělo chybět na žádné palubě letadla. Tato variace na logaritmické pravítko dovoluje spočítat naprosto neuvěřitelné věci, až člověk znalý věci dojde k názoru, že náš život je řízen jedině přirozenými logaritmy. Bohužel, dokonalé ovládání kolečka znají dneska snad už jen navigátoři ve výslužbě, ale čtenářům Aerowebu mohu slíbit, že zatím probíhá redakční výzkum a možná tady začneme zveřejňovat výsledky našeho bádání nad kolečkem. Zatím se musíte spokojit s excelovskou tabulkou, která počítá tlaky a letové hladiny. Takže k čemu dospějeme při našich výpočtech?

Při podmínkách mezinárodní standardní atmosféry (ISA), tzn. v první řadě tlak na hladině moře 1013 hPa a teplotě 15°C, leží letové hladiny ve skutečné výšce, jakou označují. FL050 leží v nadmořské výšce 5000 ft, FL100 je v 10000 ft, atd. Výškoměr ukazuje nejen barometrickou, ale také správnou nadmořskou výšku.

Ve skutečné atmosféře jsou však podmínky ISA splněny velmi vzácně. Jakmile se tlak či teplota vzduchu na hladině moře odchýlí od ISA, změní se i výšky letových hladin. Přitom platí, že zvýšení teploty vede ke zvýšení nadmořské výšky letových hladin (a naopak), a zvýšení tlaku vede ke zvýšení nadmořské výšky letových hladin (a naopak). Hloubavý čtenář už jistě připadl také na možnost, že oba faktory působí "proti sobě", tzn. že se může např. zvýšit teplota a snížit tlak, takže ve výsledku se nadmořská výška nějaké letové hladiny nehne. I to je možné.

Podívejme se na příklady, ve kterých dosadíme odchylnou teplotu a/nebo tlak vzduchu od ISA (tyto i jiné příklady si můžete procvičovat na přiloženém excelovském souboru). Dejme tomu, že tlak zůstane 1013 hPa, ale teplota vzduchu je u hladiny moře 30°C. Letová hladina FL050 leží v nadmořské výšce 5270 ft, takže je o 270 ft výš oproti skutečné nadmořské výšce. Pilot v letadle si myslí, že se na svět dívá z výšky 5000 ft a přitom je ve 5270 ft. U každé vyšší letové hladiny je rozdíl ještě větší. FL100 se nachází ve skutečnosti ve výšce 10540 ft, FL200 je ve 21120 ft (takže jsme už o 1120 ft, tj. asi o 350 m výš), FL350 je ve výšce 37080 ft, takže i když nám při letu v dopravním letadle hlásí kapitán, že letíme v hladině 350, my se nenecháme obelstít a víme, že letíme dokonce výš, než je za podmínek ISA letová hladina 370. V létě máme zkrátka z letadla lepší rozhled.

Zato v zimě! Když si uděláme výlet přes krutě zmrzlou Sibiř a poletíme z Prahy kamsi do Vladivostoku, přičemž uprostřed Sibiře bude teplota vzduchu přepočtená k nadmořské výšce 0 m na hodnotě -40°C, budou se dít věci! Už letová hladina 50 bude ve skutečnosti ve 4000 ft, neboli poletíme o 1000 ft níž. Dopravní letadlo, které bude brázdit sibiřské nebe v letové hladině 400, poletí ve skutečnosti ve výšce 31140 ft, tedy skoro v letové hladině 310. Rozdíl deseti letových hladin, tj. bezmála 3000 m, je opravdu velký. Létat v zimním období přes Himálaje možná nikdo nedovolí – vždyť kopce, vysoké 8000 m (FL260) znamenají značné riziko kolize s letovým provozem. Při arktické zimě poletíme ve FL260 a přitom nám výškoměr bude ukazovat výšku FL350! Kdybychom tedy chtěli bezpečně přeletět Himálaje (neznám tamější MFL), řekněme v nadmořské výšce 35000 ft, což je 10668 m a jen 1820 m nad vrcholem Everestu, museli bychom letět ve FL450 a vyšší, abychom jen těsně přebrousili nejvyšší vrcholy. Kterépak dopravní letadlo ale dnes létá takhle vysoko? A jakápak by asi byla nad velmi členitým terénem takhle nízko nad ním turbulence?

"Už se nedivím, že aerolinky vedou své trasy tak, že se Himálaji vyhýbají."

Tlak vzduchu už tak dramaticky výšku hladin neovlivňuje. Ponechejme nyní teplotu vzduchu na ISA, tzn. na 15°C na hladině moře, ale měňme tlak. Z původních 1013 hPa dejme pořádnou tlakovou výši 1030 hPa. Letová hladina FL050 bude ve ALT 5450 ft, o 450 ft výš. Hladina FL200 bude v ALT 20430 ft, hladina FL350 bude v ALT 35410 ft. Kdybychom chtěli srovnat letovou hladinu na FL = ALT, museli bychom při tlaku 1013 hPa ochladit vzduch u hladiny moře na asi 5°C, i když by se toto vyrovnání uskutečnilo jen ve FL100, zatímco v ostatních hladinách by byl pořád rozdíl (teplota vzduchu má totiž podél vertikály přímkový průběh, tlak vzduchu exponenciální, proto se každá veličina projevuje poněkud jinak).

Z těchto úvah také vyplývá stanovení převodní výšky a převodní hladiny. Při tlaku QNH 977 hPa a teplotě 15°C na hladině moře leží FL050 ve výšce 4000 ft a bylo by dost divné, kdyby piloti klesajících letadel přestavovali výškoměry z ISA na QNH v menší výšce, než piloti stoupajících letadel, kteří přestavují výškoměry z QNH na ISA. V pásmu "prolnutí" by totiž mohlo dojít ke srážce letadel, protože by zde byly odlišně nastavené výškoměry. Řízení letového provozu proto pečlivě sleduje tlak vzduchu QNH a jakmile poklesne tak, že FL050 leží fyzicky pod 5000 ft (což je při poklesu tlaku pod 1013 hPa), zvýší převodní hladinu (Transition Level, TL). Při QNH nižším než 1010 hPa vychází TL na FL060, při QNH pod 977 hPa už musí být TL070, kdyby snad ještě klesl QNH pod 941 hPa, musela by být TL080, aby vůbec ještě byla nad převodní ALT 5000 ft. Takhle nízké hodnoty QNH se ale vyskytují v našich podmínkách nesmírně vzácně.

Všechno, co jsme doposud uvedli, je pouze teorie. Například průběh teploty jsme uvažovali jen přímkový se standardním vertikálním gradientem -0,0065°C/m. Víme však, že teplota vzduchu se takhle ideálně nechová a křivka zvrstvení je většinou odlišná. Také celková dynamika atmosféry přispívá k tomu, že v reálné atmosféře je všechno ještě trochu jinak, než jak jsme si vypočetli, ale kdybychom to chtěli spočítat úplně přesně, ztratili bychom hodně času přesným proměřováním atmosférických parametrů a výsledek by se stejně moc výrazně nelišil od toho, ve kterém jsme použili zjednodušujících předpokladů.

Líbilo se vám čarování s tlakem a teplotou? Pokud ano, pak věřte, že meteorologie je kouzelná věda a tohle je jen malý základ daleko složitějších výpočtů numerických modelů, založených na pohybových rovnicích, z nichž dostáváme například takové výsledky, jako je poloha oblastí s turbulencí nebo námrazou, což se dá právě prostřednictvím takovýchto modelů docela dobře spočítat. Pilot letadla je pochopitelně už jen uživatel, ale když si bere do ruky třeba takovou mapu význačného počasí (SWC, Significant Weather Chart), může mít vědomost o tom, jak se došlo k výsledkům, které jsou tam zakreslené.

Petr Dvořák
článek převzat z AeroWebu