Проблема влияния эксплозивных извержений вулканов и перемещения вулканического пепла на гражданскую авиацию

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. МЕХАНИЗМ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ. НАБЛЮДЕНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВУЛКАНИЧЕСКОГО ПЕПЛА 5
1.1. Общие сведения о вулканическом процессе 5
1.2. Периодичность, продолжительность и частота вулканических извержений 7
1.3. Географическое распределение действующих вулканов 9
1.4. Слежение за вулканами и прогноз вулканических извержений 11
1.5. Наблюдение за перемещением вулканического пепла в атмосфере 14
1.5.1. С помощью наземных средств 14
1.5.2. С борта воздушного судна 14
1.5.3. С применением спутников 15
ГЛАВА II. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ В МЕСТАХ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ВУЛКАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ 19
2.1. Общие сведения, касающиеся информирования и предупреждения о вулканическом пепле 19
2.2. Действия, предпринимаемые органом ОВД 25
2.3. Оповещение воздушных судов по радио и уведомление наземных органов 28
ГЛАВА III. МЕРЫ ПО УМЕНЬШЕНИЮ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВУЛКАНИЧЕСКОГО ПЕПЛА. ИХ ПРИМЕНЕНИЕ НА ТЕРРИТОРИИ ХАБАРОВСКОГО ЗЦ ЕС ОРВД 32
3.1. Общие сведения об «Аэронавигации Дальнего Востока» 32
3.2. Функции Хабаровского ЗЦ ЕС ОрВД 34
3.3. Упражнения по выбросу вулканического пепла. Учения на территории Хабаровского ЗЦ ЕС ОрВД 36
3.4. Технологии, способствующие улучшению ОВД в условиях повышенной вулканической активности 42
3.4.1. Расширенная система управления информацией (SWIM) 42
3.4.2. Адресно-отчетная система авиационной связи (ACARS) 43
3.4.3. Двусторонняя система передачи данных «диспетчер-пилот» (CPDLC) 45
3.4.4. Процессы динамического изменения маршрута BC (DARP-like) 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 51
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ЦИФРОВАЯ КАРТА ТЕКТОНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЗЕМЛИ 53
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. КОНСУЛЬТАТИВНЫЕ ЦЕНТРЫ ИКАО ПО ВУЛКАНИЧЕСКОМУ ПЕПЛУ «VAAC» 54
ПРИЛОЖЕНИЕ В. ДОНЕСЕНИЕ О ВУЛКАНИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ «VAR» 55

ВВЕДЕНИЕ
В данной выпускной квалификационной работе будет освещена проблема влияния эксплозивных извержений вулканов и перемещения вулканического пепла на гражданскую авиацию. В связи с этим появляется возможность сделать глубокий анализ данной проблемы и проанализировать, разложив на несколько аспектов. Необходимо будет разобраться в сущности вулканических извержений, понять, как они происходят и как можно под них подстроиться.
Крайне важным аспектом для будущего авиадиспетчера является анализ действий органов обслуживания и управления воздушного движения в случае повышенной вулканической активности и их взаимодействие с экипажами воздушных судов, метеорологическими органами и службами планирования полёта. Кроме того, важно исследовать технологии, способствующие непрерывной и надёжной коммуникации между участниками организации воздушного движения.
Нет сомнений, что данная тема ВКР является актуальной. Вулканические извержения не прекращаются ни на секунду.
...

1.1. Общие сведения о вулканическом процессе

Образование вулканов обусловлено отложением и накоплением лавы и пепла, которые выталкиваются из кратеров и жерл каналов во время эксплозивных и неэксплозивных извержений (рис. 1.1.).
Пробиваясь наверх, магма прокладывает себе путь к поверхности через трещины и расселены. В конечном итоге она выходит наружу через жерла каналов и давление паров. Растворённые летучие компоненты, содержащиеся в магме, превышают давление окружающей среды, и далее эти вещества выделяются при кипении в виде газов. В течение этого процесса идёт накопление энергии вулканического извержения, при этом количество растворённых газов и вязкость поднимающейся вверх магмы определяют степень так называемой «эксплозивности» будущего извержения.
...

1.2. Периодичность, продолжительность и частота вулканических извержений

Практически любой глобальный процесс Земли происходит неравномерно, а пиковые моменты обладают свойством периодичности. Наличие определённой цикличности в извержениях магматических вулканов отмечал учёный-вулканолог Гущенко И.И. По его расчётам были выделены циклы со следующими периодами: 1 год, 5-6 лет, 23 года, 60-90 лет, 180 лет.
За последние 400 лет возросла частота вулканических извержений. Причём, анализируя соответствующие данные, выяснилось, что рост шёл от года к году. Это связано не с природным нарастанием вулканических процессов, а с возрастанием числа о них по мере расширение географических границ и количества наблюдателей. На фоне роста можно отличить локальные временные всплески в 1630-1700, 1730-1810, 1840-1910, 1920-1930 и 1950-1960 гг.
...

1.3. Географическое распределение действующих вулканов

На сегодняшний день, согласно зарегистрированным историческим данным, существует более пятисот действующих вулканов (то есть те, которые извергались хотя бы один раз). Наиболее интересные авиации эксплозивные вулканы располагаются в местах столкновения движущихся «тектонических плит» земной коры. В период 1962-1963 годов учёные Р. Дитц и Г. Хесс выдвинули «гипотезу спрединга», согласно которой в мантии происходит конвекция со скоростью около 1 см/год. Восходящие ветви конвекционных ячеек выносят под срединно-океаническими хребтами мантийный материал, который обновляет океаническое дно в осевой части хребта каждые 300-400 лет. Континенты не плывут по океанической коре, а перемещаются по мантии, будучи пассивно «впаяны» в литосферные плиты. Согласно концепции спрединга, океанические бассейны - структуры непостоянные, неустойчивые, континенты же - устойчивые.
...

1.4. Слежение за вулканами и прогноз вулканических извержений

Слежение за вулканами - это трудоёмкий и многогранный процесс, требующий проведение измерений, регистрацию данных, а также анализ различных явлений, таких как: деформация земной поверхности, химический состав и температура грунтовых вод и изменения в магнитных или гравитационных полях. Все перечисленные явления связаны с движением магмы на большой глубине в недрах земли.
Как правило сейсмические изменения литосферы способствуют раннему предупреждению об усилении вулканической активности. Кроме того, предвидеть будущее извержение «помогает» деформация поверхности вулкана. Наблюдать за ней и точно измерить можно, используя наклономеры и различные геодезические сети, основанные на определении расстояния/превышения или в будущем с помощью спутниковых данных.
Извержение вулкана сопровождается последовательностью событий, сопровождающихся деформацией земной поверхности (рис. 1.4.).
...

1.5.1. С помощью наземных средств

Наблюдение за вулканическим пеплом напрямую зависит от своевременного информирования наблюдателя об извержении. Сразу же после извержения появляется пепловая колонна и грибовидное облако, которые легко распознаются. Однако, с течением некоторого времени облако отдаляется и становится всё сложнее отличить его от облаков верхнего яруса.
Самым эффективным средством измерения первоначальной высоты пепловой колонны являются метеорологические РЛС. Настроенные определённым образом (диапазоны X, C, S, L), РЛС способны распознать движущиеся осадки, а значит и частицы пепла. Длина волн при этом измеряется от 3 см до 77 см. В теории для обнаружения частиц вулканического пепла длина волны должна составлять от 3 мм до 3 см (диапазон K). Из вышенаписанного следует, что чаще всего на распространение пепла реагируют РЛС в диапазоне X, т.е. с самой короткой длиной волны.

1.5.2.
...

1.5.2. С борта воздушного судна

Как правило, первые сообщения об извержениях поступают от экипажа воздушного судна. Но фактически, визуальное наблюдение с борта ВС мало чем отличается от наблюдения с земли, за исключением лучшего обзора из кабины. Очень важно разобраться в вопросе доклада экипажем ВС о «вулканической деятельности, предшествующей извержению». Необходимо выдерживать баланс между обычным испусканием пара/дыма и деятельности, предшествующей извержению. Пилоты в любом случае должны сообщить о результатах своего наблюдения, но его значение будет достаточно субъективным. Однако, после отправки донесения о вулканической деятельности в районный диспетчерский центр, именно он будет ответственен о необходимости выпуска NOTAM. Бортовые РЛС также, как и наземные работают в режиме X (3 см), а значит способны распознать частицы пепла. Но после непосредственного попадания ВС в облако пепла, большие частицы (различимые БРЛС) уже осядут и станут недоступными для обнаружения БРЛС.
...

1.5.3. С применением спутников

В настоящее время существует несколько спутниковых систем, способные частично обнаруживать облака/колонны вулканического пепла. Выше указывалось, что за большинством вулканов не ведётся наблюдения с земной поверхности, поэтому спутники являются решающим инструментом, теоретически способным вести наблюдение за всеми вулканами сразу. Конечно имеются недостатки такого способа. Во-первых, это техническое ограничение, ведь существующие на данный момент спутники не предназначены, а значит и не оптимизированы для слежения за вулканическим пеплом. Во-вторых, само по себе слежение за извержением вулкана остаётся проблемой и является чрезвычайно трудной задачей.
На данный момент в эксплуатации находятся два основных вида спутников: с полярной и геостационарной орбитами. Принципиальная разница в эффективности заключается в расположении, скорости вращения и разрешающей способности.
...

2.1. Общие сведения, касающиеся информирования и предупреждения о вулканическом пепле

Вся территория земного шара разделена на зоны ответственности центров по выдаче предупреждений о вулканическом пепле VAAC (Volcanic Ash Advisory Center). Территория РФ поделена между несколькими центрами. К примеру, Дальний Восток попадает в зону ответственности Токийского VAAC, а западная часть России VAAC Тулузы. Существует девять консультативных центров по вулканическому пеплу, расположенных по всему миру, каждый из которых сосредоточил внимание на определенном географическом регионе (Приложение Б). Именно VAAC является органом, ответственным за обнаружение, расчет смещения облака, и выдачу прогноза смещения облака. Информацию он получает из разных источников: спутника HIMAWA, данных постов наблюдения за вулканами, данных от экипажей и метеослужб.
Кроме того, существуют специальные центры наблюдения (вулканические обсерватории) за вулканическим пеплом.
...

2.2. Действия, предпринимаемые органом ОВД

Решения, принимаемые органом ОВД в РФ практически идентичны зарубежным. Федеральные авиационные правила в большинстве своём основаны на международных руководящих документах ИКАО. Существует разница в названиях служб, некоторых аспектах УВД и географических данных. Из этого можно сделать вывод, что информация, приведённая ниже, будет основана на международных документах с некоторыми уточнениями, которые используются в РФ.
В случае получения сообщения или прогноза о появлении облака вулканического пепла в воздушном пространстве, за которое несет ответственность орган ОВД, диспетчеру следует принять следующие меры:
1. Незамедлительно направить пилотам, к чьим судам это может иметь отношение, всю имеющуюся информацию о местоположении облака пепла и затронутых им эшелонах полёта [12, 15-24c.].
2. Предложить соответствующее изменение маршрута для обхода известного или прогнозируемого района нахождения облаков пепла.
3.
...

2.3. Оповещение воздушных судов по радио и уведомление наземных органов

Во время вулканического извержения важным каналом связи между пилотом, сотрудником центра авиакомпании (полётный диспетчер) и метеорологами является ACC (Area Control Center), он же РДЦ (Районный Диспетчерский Центр) в РФ. При наличии облаков вулканического пепла в пределах контролируемого воздушного пространства РДЦ выполняют две основные задачи по обеспечению связи. Первая и наиболее важная задача связана с их способностью поддерживать прямую связь с выполняющим полёт по маршруту воздушным судном, которое может войти в облако пепла. На основании информации, содержащейся в SIGMET о вулканическом пепле и консультативном сообщении о вулканическом пепле, а также заключений метеорологов из метеоцентров, диспетчеры УВД должны иметь возможность указать пилоту эшелоны полёта, затронутые облаком пепла, а также прогнозируемую траекторию и направление перемещения облака.
...

3.1. Общие сведения об «Аэронавигации Дальнего Востока»

Воздушное пространство, обслуживаемое филиалом «Аэронавигация Дальнего Востока» составляет 10% от воздушного пространства РФ и простирается на два с половиной миллионов квадратных километров. Зона деятельности филиала имеет довольно высокую интенсивность потока воздушного движения, которая обусловлена особенностями географического положения, а именно пересечением воздушных трасс с юга на север и с востока на запад. Такая интенсивность делает высокий спрос на аэронавигационные услуги со стороны внутрироссийских и иностранных авиакомпаний.
Воздушное пространство разделяется на семь районов: Хабаровский, Приморский, Амурский, Сахалинский, Район ЕАО, часть Охотского моря, часть Японского моря. Воздушное пространство филиала граничит с филиалами «Камчатаэронавигация», «Аэронавигация Северо-Востока», «Аэронавигация Северо-Восточной Сибири», «Аэронавигация Восточной Сибири».
...

3.2. Функции Хабаровского ЗЦ ЕС ОрВД

Зональный центр Единой системы предназначен для планирования и координирования использования воздушного пространства, обеспечения разрешительного и уведомительного порядка использования воздушного пространства, организации потоков воздушного движения, организации воздушного пространства в целях обеспечения обслуживания воздушного движения и организации потоков воздушного движения в воздушном пространстве установленной для него зоны Единой системы, а также контроля за функционированием в ней оперативных органов Единой системы и соблюдением Федеральных правил.
...

3.3. Упражнения по выбросу вулканического пепла. Учения на территории Хабаровского ЗЦ ЕС ОрВД

Упражнения по вулканическому пеплу посвящаются решению вопросов, связанных с оповещением об усилении вулканической активности, маршрутизацией сообщений служб аэронавигационной информации, деятельностью органов метеорологического слежения и составлением прогнозов распространения вулканического пепла. Также, на этих учениях отрабатываются аспекты УВД, организации потоков воздушного движения, в соответствии с пропускной способностью воздушного пространства и меры реагирования, предпринимаемые эксплуатантами в ответ на возникновение угрозы.
Целью учений по вулканическому пеплу является осуществление и развитие мер взаимодействия между различными организациями в ответ на активизацию вулканической деятельности для поддержания высокого уровня безопасности полётов в случае вулканического извержения [11, 6с.].
Упражнения разрабатываются для решения следующих задач:
1.
...