Temperatura w Ziemskiej Atmosferze

Temperatura w ziemskiej atmosferze zależy przede wszystkim od energii docierającej do Ziemi od Słońca. Proces ten nie polega jednak na bezpośrednim ogrzewaniu powietrza w atmosferze przez promienie słoneczne. Zamiast tego, promienie słoneczne padają na powierzchnię Ziemi, która następnie wypromieniowuje ciepło, ogrzewając przyległe warstwy powietrza. Dlatego rodzaj podłoża, na które świeci słońce, ma duże znaczenie – różne powierzchnie nagrzewają się i oddają ciepło z różną intensywnością i szybkością.

Wpływ Rodzaju Podłoża

Rodzaj podłoża wpływa na tempo i intensywność oddawania ciepła do atmosfery:

• Woda: Woda nagrzewa się wolniej niż ląd, ale również wolniej oddaje ciepło, co powoduje mniejsze wahania temperatury w obszarach przybrzeżnych.
• Piasek i Skały: Te powierzchnie nagrzewają się i oddają ciepło szybko, co prowadzi do dużych wahań temperatury między dniem a nocą na pustyniach.
• Roślinność: Las czy trawa nagrzewają się i oddają ciepło umiarkowanie, co wpływa na bardziej stabilne warunki temperaturowe.

Różnice Temperatur i Ciśnienia

Różnice w nagrzewaniu się różnych rodzajów podłoża prowadzą do różnic temperatur, co z kolei wpływa na ciśnienie atmosferyczne. Powietrze nad cieplejszymi obszarami rozszerza się i staje się lżejsze, co powoduje obniżenie ciśnienia, podczas gdy powietrze nad chłodniejszymi obszarami jest gęstsze i powoduje wzrost ciśnienia. Te różnice ciśnień są odpowiedzialne za ruchy powietrza, czyli wiatry, które mogą wpływać na warunki lotu dronów.

‍

Spadek Temperatury z Wysokością

Stały spadek temperatury wraz z wysokością w troposferze jest dobrze udokumentowany i wynosi około 0,6°C na każde 100 metrów (2°C/1000 ft). Na większych wysokościach, szczególnie w chłodniejszych warunkach, istnieje ryzyko oblodzenia śmigieł i innych powierzchni drona, szczególnie w warunkach dużej wilgotności (zarzyj do lekcji "Deszcz i wilgotność"). Oblodzenie może znacznie zmniejszyć efektywność śmigieł i zwiększyć ryzyko awarii. W takich warunkach piloci powinni unikać lotów lub przerywać je, gdy tylko zauważą oznaki oblodzenia.

https://www.ventumair.eu/pliki/pplpl/Meterologia%20v2.pdf‍

‍

Praktyczne Wskazówki dla Pilotów Dronów

W gorące, upalne dni warto regularnie sprawdzać temperaturę podczas lotu, aby zapobiec przegrzaniu baterii. Przegrzanie może prowadzić do ich uszkodzenia i skrócenia żywotności. Należy również unikać pozostawiania baterii i elektroniki drona w miejscach narażonych na bezpośrednie nasłonecznienie i ryzyko przegrzania.

‍

Podsumowanie

• Źródło Energii Cieplnej: Promieniowanie słoneczne dociera do Ziemi i ogrzewa jej powierzchnię, a następnie ciepło jest wypromieniowane do atmosfery.
• Rola Rodzaju Podłoża: Różne rodzaje podłoża mają różne zdolności do nagrzewania się i oddawania ciepła, co wpływa na lokalne warunki atmosferyczne.
• Różnice Ciśnień: Różnice temperatur prowadzą do różnic ciśnień, które są główną przyczyną ruchów powietrza i formowania się wiatrów.
• Spadek Temperatury z Wysokością: Stały spadek temperatury wraz z wysokością w troposferze jest dobrze udokumentowany i wynosi około 0,6°C na każde 100 metrów.

Wpływ wysokich temperatur:

1. Przegrzewanie się baterii: Wysokie temperatury mogą prowadzić do przegrzewania się baterii, co zmniejsza ich wydajność, a w skrajnych przypadkach może prowadzić do uszkodzenia baterii lub nawet awarii drona. Zaleca się unikanie lotów w ekstremalnie gorących warunkach, a także unikanie pozostawiania drona i jego baterii w bezpośrednim nasłonecznieniu. Należy unikać ładowania baterii zaraz po locie, gdy są jeszcze gorące – najlepiej jest odczekać, aż temperatura baterii spadnie​ (Pilot Institute)​ (Drone Flying Pro).

Wysokie temperatury i uszkodzenie baterii:

Baterie dronów są wrażliwe na wysokie temperatury, szczególnie gdy przekraczają 50°C. Przegrzanie może prowadzić do uszkodzenia baterii, a jednym z pierwszych objawów może być ich spuchnięcie. Spuchnięcie baterii to zjawisko, w którym obudowa baterii zaczyna się wybrzuszać, co wskazuje na gromadzenie się gazów wewnątrz. Jest to oznaka degradacji baterii, która może prowadzić do dalszych problemów, takich jak zmniejszona pojemność, ryzyko wycieku, a nawet awaria lub eksplozja. Warto zauważyć, że już przy temperaturach powietrza wynoszących około 25°C wnętrze baterii może osiągnąć temperaturę około 50°C w wyniku intensywnego użytkowania. W przypadku zauważenia objawów spuchnięcia, bateria powinna być natychmiast wycofana z użytku i odpowiednio zutylizowana.

‍

1. Obniżona wydajność drona: Wysoka temperatura powoduje, że powietrze staje się mniej gęste, co zmniejsza siłę nośną generowaną przez śmigła. To zmusza drona do cięższej pracy, co skraca czas lotu i może prowadzić do szybszego zużycia silników​ (Flykit Blog).

Wpływ niskich temperatur:

1. Skrócenie czasu lotu: Niskie temperatury mogą znacznie obniżyć żywotność baterii, co skraca czas lotu. Niska temperatura spowalnia reakcje chemiczne wewnątrz baterii, co prowadzi do jej szybszego rozładowania. W ekstremalnych warunkach zimowych, loty mogą trwać nawet o połowę krócej​ (Drone Flying Pro).
2. Zwiększone ryzyko oblodzenia: W zimnych warunkach wilgoć w powietrzu może osadzać się na śmigłach drona, co prowadzi do oblodzenia. To z kolei może zmniejszyć wydajność śmigieł i wpłynąć na stabilność lotu. Unikanie lotów w warunkach, które sprzyjają oblodzeniu, jest kluczowe dla bezpiecznej operacji​ (Hong Kong Observatory).

Praktyczne wskazówki dla pilotów:

1. Planuj krótsze loty w upalne dni:Ze względu na dodatkowy stres nałożony na silniki i baterie w gorących warunkach, warto planować krótsze loty, aby dać dronowi czas na schłodzenie się między misjami​ (Pilot Institute).
2. Unikaj nagłych zmian temperatury: Nagłe przejście z zimnego do gorącego otoczenia (lub odwrotnie) może powodować kondensację wewnątrz drona, co może prowadzić do uszkodzenia elektroniki. Pozwól dronowi przystosować się do temperatury otoczenia przed lotem​ (Droneblog).
3. Używaj landing padów: W przypadku startu i lądowania w gorących warunkach, landing pady mogą chronić drona przed bezpośrednim kontaktem z gorącym podłożem, co może zapobiec dodatkowym uszkodzeniom​ (Hong Kong Observatory).

Podsumowanie:

Warto unikać ekstremalnych warunków temperatury zarówno na plusie, jak i minusie. Monitorowanie temperatury baterii, unikanie lotów w ekstremalnie upalne dni, a także krótsze loty w warunkach zimowych mogą znacząco poprawić bezpieczeństwo operacji dronem i wydłużyć żywotność sprzętu.

‍

Parametry Temperatury

W kontekście zaawansowanych prognoz numerycznych, takich jak te dostarczane przez modele pogodowe, istnieje kilka kluczowych parametrów związanych z temperaturą, które są istotne dla pilotów dronów i operatorów systemów BSP (Bezzałogowych Statków Powietrznych):

1. Temperatura (ang. Temperature)

• Opis: To rzeczywista temperatura powietrza na określonej wysokości, najczęściej mierzona na poziomie 2 metrów nad powierzchnią ziemi. Jest to podstawowy parametr używany w prognozach pogody.
• Znaczenie: Zwykła temperatura wpływa na gęstość powietrza, a tym samym na siłę nośną generowaną przez śmigła drona oraz na wydajność baterii. Drony najlepiej operują w umiarkowanych temperaturach, gdyż skrajne temperatury mogą wpływać negatywnie na ich działanie.

2. Temperatura odczuwalna (ang. Feels Like Temperature)

• Opis: Temperatura odczuwalna uwzględnia wpływ wiatru oraz wilgotności powietrza na to, jak rzeczywista temperatura jest odbierana przez człowieka. W chłodnych warunkach silny wiatr może sprawiać, że odczuwamy niższą temperaturę, a w gorących wilgotność może powodować, że temperatura wydaje się wyższa.
• Znaczenie: Dla pilotów dronów temperatura odczuwalna jest ważna głównie z perspektywy ludzkiej percepcji, szczególnie jeśli chodzi o warunki pracy operatora na zewnątrz, ale również ma wpływ na elektroniki drona i na akumulatory, które mogą działać gorzej w niższych temperaturach odczuwalnych.

3. Temperatura punktu rosy (ang. Dew Point Temperature)

• Opis: Punkt rosy to temperatura, do której powietrze musi się schłodzić, aby osiągnąć pełne nasycenie wilgocią, co prowadzi do kondensacji i tworzenia się rosy. Gdy temperatura punktu rosy jest bliska rzeczywistej temperaturze powietrza, wilgotność jest wysoka.
• Znaczenie: Wysoka wilgotność i niska różnica między temperaturą a punktem rosy mogą prowadzić do kondensacji na dronie, co zwiększa ryzyko uszkodzeń elektronicznych i korozji. Istotne jest unikanie latania w warunkach, gdzie temperatura punktu rosy jest bliska aktualnej temperaturze powietrza.

4. Temperatura w cieniu (ang. Shade Temperature)

• Opis: Jest to temperatura mierzona w warunkach zacienionych, czyli w miejscu, gdzie promieniowanie słoneczne bezpośrednio nie oddziałuje na termometr.
• Znaczenie: Temperatura w cieniu lepiej oddaje rzeczywiste warunki termiczne w danym miejscu, ponieważ nie jest zafałszowana przez bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Dla dronów operujących w cieniu może to oznaczać bardziej stabilne warunki temperaturowe.

5. Temperatura powierzchni gruntu (ang. Ground Surface Temperature)

• Maksymalna i minimalna: Prognozy podają zarówno najwyższą, jak i najniższą temperaturę, jaka może wystąpić na powierzchni gruntu w ciągu doby.
• Znaczenie: Wysokie temperatury powierzchni gruntu mogą prowadzić do przegrzania drona, szczególnie podczas długiego pozostawienia na ziemi przed startem lub po lądowaniu. Z kolei niskie temperatury mogą powodować nadmierne wychładzanie komponentów, co jest szczególnie istotne przed startem – unikanie startu z nierozgrzaną baterią jest kluczowe dla bezpiecznej operacji. Monitorowanie tych wartości jest zatem niezbędne dla zapewnienia bezpiecznego latania dronem.

Praktyczne aspekty:

• Planowanie operacji: Znajomość tych parametrów pozwala operatorom dronów lepiej planować misje, szczególnie w zmiennych warunkach pogodowych.
• Unikanie ekstremalnych warunków: Kluczowe jest unikanie ekstremalnych warunków, które mogą negatywnie wpłynąć na elektronikę drona, baterie oraz stabilność lotu.
• Dostosowanie czasu lotu: Wysokie temperatury powierzchni gruntu mogą sugerować, że lepiej jest operować dronem w godzinach porannych lub wieczornych, gdy powierzchnia jest chłodniejsza.

‍