Турбулентность при ясном небе - Clear-air turbulence

Для использования в других целях см. Турбулентность при ясном небе (значения).

Турбулентность при ясном небе (КОТ) это бурный движение воздушные массы в отсутствие каких-либо визуальных подсказок, таких как облака, и возникает, когда встречаются воздушные тела, движущиеся с совершенно разными скоростями.[1]

Наиболее восприимчивой к CAT области атмосферы является высокий тропосфера на высоте около 7000–12000 метров (23000–39000 футов), так как он соответствует тропопауза. Здесь CAT чаще всего встречается в регионах струи. На более низких высотах это также может происходить вблизи горных хребтов. Тонкий перистые облака также может указывать на высокую вероятность CAT.

CAT может угрожать комфорту, а иногда и безопасности авиапассажиров.

Ожидается, что CAT в реактивном потоке станет более сильным и частым из-за изменения климата,[2] при этом трансатлантический зимний период CAT увеличивается на 59% (легкий), 94% (умеренный) и 149% (тяжелый) к моменту удвоения CO2.[3]

Обнаружение

Турбулентность при ясном небе обычно невозможно обнаружить невооруженным глазом и очень трудно обнаружить обычным радар,[4] в результате пилотам самолетов трудно обнаружить и избежать этого. Однако его можно дистанционно обнаружить с помощью приборов, которые могут измерять турбулентность с помощью оптических методов, таких как сцинтиллометры, Допплер Лидары, или же N-щелевые интерферометры.[5]

Хотя высоты около тропопаузы обычно безоблачны, малы перистое облако может образовываться там, где есть резкие изменения скорости воздуха, например, связанные с струйными потоками. Линии перистых облаков, перпендикулярные струйному потоку, указывают на возможную CAT, особенно если концы перистых ветвей рассредоточены, и в этом случае направление распространения может указывать на то, сильнее ли CAT слева или справа от струйной струи.

Факторы, увеличивающие вероятность CAT

Обнаружить и спрогнозировать CAT сложно. На типичных высотах, где это происходит, интенсивность и местоположение невозможно точно определить. Однако, поскольку эта турбулентность влияет на самолеты дальнего действия, которые летают вблизи тропопаузы, CAT интенсивно изучается. Несколько факторов влияют на вероятность CAT. Часто присутствует более одного фактора. 64% несветовых турбулентностей (не только CAT) наблюдаются на расстоянии менее 150 морских миль (280 км) от ядра реактивного течения.[6]

Струйный поток

А струйный поток сам по себе редко будет причиной CAT, хотя есть горизонтальный сдвиг ветра по его краям и внутри него, вызванный различными относительными скоростями потока воздуха и окружающего воздуха.

Россби волны вызванный этим сдвигом струи и Сила Кориолиса заставить его блуждать.

Температурный градиент

А температурный градиент это изменение температуры на расстоянии в некотором заданном направлении. Где изменяется температура газа, меняется и его плотность, а там, где изменяется плотность, может появиться CAT.

Вертикальный

От земли вверх через тропосферу температура уменьшается с высотой; от тропопаузы вверх через стратосферу температура увеличивается с высотой. Такие вариации являются примерами температурных градиентов.

По горизонтали

Может возникнуть горизонтальный градиент температуры, и, следовательно, плотность воздуха вариации, при которых изменяется скорость воздуха. Пример: скорость струи не постоянна по длине; кроме того, температура и, следовательно, плотность воздуха будут варьироваться между воздухом внутри струи и воздухом снаружи.

Турбулентность воздуха

Сдвиг ветра

Сдвиг ветра разница в относительной скорости между двумя соседними воздушными массами. Чрезмерный сдвиг ветра порождает вихри, и когда сдвиг ветра достаточно велик, воздух будет двигаться хаотично. Как объясняется в другом месте этой статьи, температура в тропосфере уменьшается, а скорость ветра увеличивается с высотой, и обратное верно для стратосферы. Эти различия вызывают изменения плотности воздуха и, следовательно, вязкости. Таким образом, вязкость воздуха представляет собой как инерцию, так и ускорение, которые нельзя определить заранее.

Вертикальный

Вертикальный сдвиг ветра над струйным потоком (то есть в стратосфере) сильнее, когда он движется вверх, поскольку скорость ветра в стратосфере уменьшается с высотой. Это причина того, что CAT может генерироваться выше тропопаузы, несмотря на то, что стратосфера в остальном является областью, которая является вертикально стабильной. С другой стороны, вертикальный сдвиг ветра, движущийся вниз в стратосфере, более умеренный (т. Аналогичные соображения применимы к тропосфере, но наоборот.

По горизонтали

Когда сильный ветер отклоняется, изменение направления ветра подразумевает изменение скорости ветра. Поток ветра может менять свое направление за счет перепада давления. CAT появляется чаще, когда ветер окружает область низкого давления, особенно с резкими впадинами, которые меняют направление ветра более чем на 100 °. Сообщалось о крайних CAT без каких-либо других факторов, кроме этого.

Горные волны

Основная статья: Горная волна
Поток ветра над горой вызывает колебания (A), (B) и т. Д.

Горные волны образуются при выполнении четырех требований. Когда эти факторы совпадают со струйными течениями, КАТ может возникнуть:

  • Горный массив, а не изолированная гора
  • Сильный перпендикулярный ветер
  • Направление ветра поддерживается с высотой
  • Температурная инверсия на вершине горного хребта

Сдвиг ветра гравитационной волны

Тропопауза - это слой, который разделяет два очень разных типа воздуха. Под ним воздух становится холоднее, а ветер усиливается с высотой. Над ним воздух нагревается и скорость ветра уменьшается с высотой. Эти изменения температуры и скорости могут вызывать колебания высоты тропопаузы, называемые гравитационные волны.

Воздействие на самолет

В контексте авиаперелетов CAT иногда в просторечии называют «воздушными карманами».

Стандартные радары самолетов не могут обнаружить CAT, поскольку CAT не связан с облаками, которые показывают непредсказуемое движение воздуха. Авиакомпании и пилоты должны знать о факторах, которые вызывают или указывают на то, что CAT снижает вероятность встречи с турбулентностью.

Самолет в горизонтальном полете полагается на постоянную плотность воздуха для сохранения устойчивости. Там, где плотность воздуха значительно отличается, например, из-за температурного градиента, особенно в тропопаузе, может возникнуть CAT[нужна цитата ].

Если воздушное судно меняет свое положение по горизонтали изнутри реактивного потока за пределы реактивного потока, или наоборот, может наблюдаться горизонтальный градиент температуры. Поскольку реактивные струи изгибаются, такое изменение положения не обязательно должно быть результатом изменения курса самолета.[нужна цитата ].

Поскольку высота тропопаузы непостоянна, самолет, летящий на постоянной высоте, пересечет ее и столкнется с любым связанным CAT[нужна цитата ].

1 мая 2017 года самолет Boeing 777, рейс SU270 из Москвы в Таиланд, попал в зону турбулентности при ясном небе. Самолет внезапно упал, и 27 пассажиров, которые не пристегнулись, получили серьезные травмы. Пилоты смогли стабилизировать самолет и продолжить полет. Все пассажиры, которым требовалась медицинская помощь, были доставлены в больницу Бангкока по прибытии.[7]

5 марта 1966 г. BOAC, рейс 911 из Токио в Гонконг разбился Boeing 707, потеряв все руки (124) на борту. Последовательность отказов началась с отрыва вертикального стабилизатора.

Правила пилота

Когда пилот сталкивается с CAT, следует соблюдать ряд правил:[8]

  • Самолет должен поддерживать рекомендованную скорость при турбулентности.
  • Следуя за реактивным потоком для выхода из CAT, самолет должен изменить высоту и / или курс.
  • Когда CAT прибывает с одной стороны самолета, пилот должен наблюдать за термометром, чтобы определить, находится ли самолет выше или ниже реактивного потока, а затем уйти от тропопаузы.
  • Когда CAT связан с острым желобом, самолет должен проходить через область низкого давления, а не вокруг нее.
  • Пилот может выдать Пилотный отчет (PIREP), сообщая местоположение, высоту и серьезность турбулентности, чтобы предупредить другие воздушные суда, входящие в регион.

Случаи

Поскольку летательные аппараты движутся так быстро, они могут испытывать внезапные неожиданные ускорения или «удары» от турбулентности, в том числе CAT - поскольку самолет быстро пересекает невидимые воздушные тела, которые движутся вертикально с множеством различных скоростей. Хотя в подавляющем большинстве случаев турбулентность безвредна, в редких случаях кабинный экипаж и пассажиры самолета получали травмы, когда их бросали внутри кабины самолета во время экстремальной турбулентности (и в небольшом количестве случаев погибали, как на Рейс 826 United Airlines 28 декабря 1997 г.). BOAC, рейс 911 распалась в полете в 1966 году после тяжелого подветренная волна турбулентность с подветренной стороны Гора Фудзи, Япония.

Турбулентность следа

Это фото из НАСА исследование вихрей на законцовках крыла качественно иллюстрирует турбулентность в следе.

Турбулентность следа это еще один тип турбулентности при ясном небе, но в этом случае причины сильно отличаются от тех, которые изложены выше. В случае турбулентности в спутном следе вращающаяся пара вихрей, создаваемая крыльями большого летательного аппарата при движении, сохраняется в течение значительного времени после пролета самолета, иногда более чем на минуту. Когда это происходит, затяжная турбулентность, вызванная следом за законцовками крыла, может отклонить или даже перевернуть меньший самолет на земле или в воздухе в ожидании посадки. Это явление также может привести к авариям с крупными самолетами. Рейс 9570 авиакомпании Delta Air Lines разбился на Международный аэропорт Грейтер-Юго-Запад в 1972 году при посадке за DC-10. Эта авария привела к новым правилам минимального времени отделения от «тяжелого» самолета.[9] Рейс 587 American Airlines разбился вскоре после взлета с Международный аэропорт имени Джона Ф. Кеннеди в 2001 году из-за чрезмерной реакции пилота на пробуждение турбулентности от Боинг 747.[10] Многие самолеты теперь производятся с устройства законцовки крыла улучшить как подъемная сила и лобовое сопротивление и экономия топлива - такие устройства также могут незначительно снизить прочность концевые вихри. Однако такие изменения не являются существенными с эксплуатационной точки зрения (т. Е. Не меняют расстояния или время, на которых безопасно следовать за другим воздушным судном).[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Стулл, Б. Р., 1988 Введение в метеорологию пограничного слоя, Kluwert Academic Publishers, 666 стр.
  2. ^ Уильямс, П. Д. и Джоши, М. М. (2013). «Усиление зимней трансатлантической авиационной турбулентности в ответ на изменение климата», Природа Изменение климата, 3 (7), с. 644–648. Дои:10.1038 / нклимат1866.
  3. ^ Уильямс, П. Д. (2017). «Повышенная легкая, умеренная и сильная турбулентность при ясном небе в ответ на изменение климата». Достижения в области атмосферных наук, 34 (5), стр. 576–586. Дои:10.1007 / s00376-017-6268-2.
  4. ^ Джон Дж. Хикс, Исадор Кац, Клод Р. Лэндри и Кеннет Р. Харди, "Турбулентность ясного неба: одновременные наблюдения с помощью радара и самолета" Science Science 18 августа 1967: Vol. 157. нет. 3790, стр. 808–809.
  5. ^ Ф. Ж. Дуарте, Т. С. Тейлор, А. Б. Кларк и В. Е. Давенпорт, Интерферометр с N-щелью: расширенная конфигурация. J. Opt. 12, 015705 (2010).
  6. ^ Переплет, А.А. «Ассоциация турбулентности ясного неба с контуром 300 мб». Метеорологический журнал 94 (1965): 11–19.
  7. ^ Росс, Алиса (1 мая 2017 г.). «Из-за сильной турбулентности на рейсе Аэрофлота в Бангкок пострадали 27 человек». хранитель. Получено 30 июн 2018.
  8. ^ Ланкфорд, Терри Т. (2001). Контроль ошибки пилота: погода. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 49–53. ISBN  978-0-07-137328-9.
  9. ^ https://www.ntsb.gov/investigations/AccidentReports/Reports/AAR7303.pdf
  10. ^ https://www.ntsb.gov/investigations/AccidentReports/Reports/AAR0404.pdf
  11. ^ https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/AC_90-23G.pdf

внешняя ссылка