航空科普丨晴空湍流对飞行安全的影响

(通讯员:何晓燕 张琪)地球的大气,会受到热力和动力等因素的影响,其大气运动的特征除了主要的运动状态之外,还存在着多种不同尺度的涡旋运动。这些涡旋运动在表现上,呈现出速度场在时间上的不连续性以及在空间上的不均匀性,而这些涡旋运动则被称为大气湍流。按照大气湍流产生的原因,可以将其划分为热力湍流、动力湍流、以及飞机尾涡湍流这四大类。

    当你乘坐的飞机在晴空万里的高空中突然出现颠簸现象时,这就是大气湍流现象中的晴空湍流,我们俗称为“晴空颠簸”,它通常发生在 6000 米以上的高空,且与对流云并无关联,也不会伴有明显的可见天气现象。它经常出现在风速较大(也就是急流)的区域,或是风向或风速变化较大的地方,比如冷暖空气交汇之处或气流突然加速、减速或转向的位置。

    一般来说,晴空湍流与高空中强烈的风切变紧密相关。当风速达到一定程度时,就会产生风向角度改变的情况,风向的不连续、不稳定就是我们所说的风切变。实际上,快速移动的高空喷射气流在流动到周边较慢的气流时,会在边界形成一种类似海洋波浪的大气层现象,即重力波,这种现象通常发生在 3000-4000米的高空。急流内部会呈现出具有海浪特征的垂直波动,这些波动也会像海浪一样破碎,当重力波破碎后就会形成晴空湍流,而重力波正是形成湍流的主要原因。此外,山上的气流以及白天陆地散发的热量也是导致湍流的其他因素。

    晴空湍流一般出现在 6至 15 千米的高空,其中在离地面约 10 千米高度附近最为常见。晴空湍流区域往往有着清晰的边界,且没有过渡区域。该区域的水平宽度约为 100 千米,顺着风向的长度约为 200 千米,厚度大多在 200 至 1500 米之间。当飞机一旦进入湍流区,常常会突然出现颠簸,而这种颠簸的时间通常在几分钟至十几分钟之间。

    晴空湍流与飞行安全有着极为密切的关系。会出现强烈颠簸,可能导致乘客和机组人员受伤,也可能损坏飞机结构。会扰乱飞机的正常飞行姿态,增加飞行员操控难度。也可能导致飞机上的电子设备、仪器等出现故障。并且会乘客带来心理恐慌和不安。

    预测晴空湍流的发生仍然是一个具有挑战性的问题。航空界及气象学术专家从气象数据分析、卫星图像分析、多普勒雷达与激光雷达结合分析、次声波探测及超级计算机模拟等多方面入手研究,还在不断努力探索有效的晴空湍流预测方法,以提高飞行安全。

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