Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см турбулентность ясного неба (значения) .

Турбулентность ясного неба ( CAT ) - это турбулентное движение воздушных масс при отсутствии каких-либо визуальных признаков, таких как облака, и возникает, когда встречаются тела воздуха, движущиеся с совершенно разными скоростями. [1]

Атмосферная область, наиболее восприимчивая к CAT, - это высокая тропосфера на высотах около 7000–12000 метров (23000–39000 футов), поскольку она встречается с тропопаузой . Здесь CAT чаще всего встречается в районах струйных течений . На более низких высотах это также может происходить вблизи горных хребтов. Тонкие перистые облака также могут указывать на высокую вероятность CAT.

CAT может угрожать комфорту, а иногда и безопасности авиапассажиров.

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

Обнаружение [ править ]

Ясно-турбулентность воздуха, как правило , невозможно обнаружить невооруженным глазом и очень трудно обнаружить с помощью обычного радара , [4] , в результате чего это трудно для пилота самолета , чтобы обнаружить и избежать этого. Однако его можно дистанционно обнаружить с помощью инструментов, которые могут измерять турбулентность с помощью оптических методов, таких как сцинтиллометры , доплеровские лидары или интерферометры с N-щелью . [5]

Хотя высоты около тропопаузы обычно безоблачные, тонкие перистые облака могут образовываться там, где есть резкие изменения скорости воздуха, например, связанные с реактивными 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 струи.

Факторы, увеличивающие вероятность CAT [ править ]

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]

Реактивный поток [ править ]

Сам по себе струйный поток редко может быть причиной CAT, хотя есть горизонтальный сдвиг ветра на его краях и внутри него, вызванный разными относительными скоростями потока воздуха и окружающего воздуха.

Волны Россби, вызванные этим сдвигом реактивного потока и силой Кориолиса, заставляют его извиваться.

Температурный градиент [ править ]

Градиент температуры является изменение температуры на расстоянии в некотором заданном направлении. Там, где изменяется температура газа, меняется и его плотность, и там, где изменяется плотность, может появиться CAT.

Вертикальный [ править ]

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 [ править ]

Может возникать горизонтальный градиент температуры и, следовательно, колебания плотности воздуха при изменении скорости 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 [ править ]

Сдвиг ветра - это разница 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 [ править ]

Вертикальный сдвиг ветра над струйным потоком (т. Е. В стратосфере) сильнее, когда он движется вверх, потому что 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. Е. Потому, что нисходящий сдвиг ветра в стратосфере эффективно движется вопреки способу изменения скорости ветра в стратосфере), и CAT никогда не возникает в стратосфере. Аналогичные соображения применимы к тропосфере, но наоборот.

По горизонтали [ править ]

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 [ править ]

Основная статья: Горная волна
Ветровой поток 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 [ править ]

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 гравитационными волнами .

Воздействие на самолет [ править ]

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. [ необходима цитата ]

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

Поскольку высота тропопаузы непостоянна, самолет, летящий на постоянной высоте, пересечет ее и столкнется с любой связанной CAT. [ необходима цитата ]

1 мая 2017 года самолет Boeing 777, рейс SU270 из Москвы в Таиланд, вылетел в условиях турбулентности при безоблачном небе. Самолет внезапно потерял высоту, 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 года самолет Boeing 707 , выполнявший рейс 911 BOAC из Токио в Гонконг, разбился в CAT, в результате чего погибли все люди (124) на борту. Последовательность отказов началась с отрыва вертикального стабилизатора.

Правила пилота [ править ]

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

  • Самолет должен поддерживать рекомендованную скорость для турбулентности.
  • Следуя за реактивным потоком для выхода из CAT, дрон 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 отчет пилота (PIREP), сообщая местоположение, высоту и серьезность турбулентности, чтобы предупредить другие воздушные суда, входящие в регион.

Случаи [ править ]

Поскольку летательные аппараты движутся так быстро, они могут испытывать внезапные неожиданные ускорения или «удары» из-за турбулентности, включая CAT - поскольку самолет быстро пересекает невидимые воздушные тела, которые движутся вертикально с множеством разных скоростей. Хотя в подавляющем большинстве случаев турбулентность безвредна, в редких случаях бортпроводники и пассажиры самолета получали травмы, когда их бросали в кабине самолета во время сильной турбулентности (и в небольшом количестве случаев погибали, как на рейсе 826 United Airlines). 28 декабря 1997 г.). Рейс 911 BOAC прервался в полете в 1966 году после того, как испытал сильную турбулентность подветренной волны прямо под ветром от горы Фудзи , Япония .

Турбулентность в следе [ править ]

Это изображение из исследования НАСА, посвященного вихрям на концах крыльев, качественно иллюстрирует турбулентность в следе.

Турбулентность в спутном следе - это еще один тип турбулентности при ясном небе, но в этом случае причины сильно отличаются от указанных выше. В случае турбулентности в спутном следе вращающаяся пара вихрей, создаваемая крыльями большого летательного аппарата при движении, задерживается на значительное время после пролета самолета, иногда более чем на минуту. Когда это происходит, затяжная турбулентность, вызванная следом от законцовок 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 в международном аэропорту Большого Юго-Запада в 1972 году при посадке за самолетом DC-10.. Эта авария привела к новым правилам минимального времени отделения от «тяжелого» самолета. [9] Рейс 587 American Airlines потерпел крушение вскоре после взлета из международного аэропорта имени Джона Ф. Кеннеди в 2001 году из-за чрезмерной реакции пилота, вызвавшего турбулентность от Боинга 747 . [10] Многие самолеты в настоящее время изготавливаются с устройствами законцовки крыла для улучшения как аэродинамического сопротивления, так и экономии топлива - такие устройства также могут незначительно снизить силу завихрений на законцовках крыла . 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]

См. Также [ править ]

  • Непрерывные порывы
  • Модель турбулентности ветра Драйдена
  • Индекс Элрода
  • N-щелевой интерферометр
  • Модель турбулентности ветра фон Кармана

Ссылки [ править ]

  1. ^ Stull, BR, 1988 Введение в пограничный слой метеорологию, Kluwert Academic Publishers 666 с.
  2. Перейти ↑ Williams, PD and Joshi, MM (2013). «Интенсификация зимней трансатлантической авиационной турбулентности в ответ на изменение климата», Nature Climate Change , 3 (7), стр. 644–648. DOI : 10.1038 / nclimate1866 .
  3. Перейти ↑ Williams, PD (2017). «Повышенная легкая, умеренная и сильная турбулентность при ясном небе в ответ на изменение климата». Успехи атмосферных наук , 34 (5), стр. 576–586. DOI : 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. ^ FJ Duarte , TS Taylor, AB Clark и WE Davenport, N-щелевой интерферометр: расширенная конфигурация, J. Opt. 12 , 015705 (2010).
  6. ^ Биндинг, А.А. "Связь 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 . Проверено 30 июня 2018 .
  8. ^ Лэнкфорд, 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

Внешние ссылки [ править ]

  • Готовность к турбулентности
  • Прогноз турбулентности при ясном небе (США)
  • Шарман, РД; JD Doyle; М.А. Шапиро (январь 2012 г.). "Расследование встречи коммерческого самолета с сильной турбулентностью в ясном небе над Западной Гренландией". J. Appl. Meteorol. Climatol . 51 (1): 42–53. Bibcode : 2012JApMC..51 ... 42S . DOI : 10,1175 / JAMC D-11-044.1 .
  • Уильямс, PD; М. Джоши (2013). «Усиление зимней турбулентности трансатлантической авиации в ответ на изменение климата». Изменение климата природы . 3 (7): 644–648. Bibcode : 2013NatCC ... 3..644W . DOI : 10.1038 / nclimate1866 .