Turbulencja czystego powietrza

W przypadku innych zastosowań zobacz Turbulencje czystego powietrza (ujednoznacznienie) .

W meteorologii turbulencja czystego powietrza ( CAT ) to turbulentny ruch mas powietrza przy braku jakichkolwiek wizualnych wskazówek, takich jak chmury, i powstaje, gdy spotykają się ciała powietrza poruszające się z bardzo różnymi prędkościami .

Region atmosferyczny najbardziej podatny na CAT to wysoka troposfera na wysokości około 7 000–12 000 metrów (23 000–39 000 stóp), gdy spotyka się z tropopauzą . Tutaj CAT jest najczęściej spotykany w rejonach prądów strumieniowych . Na niższych wysokościach może również występować w pobliżu pasm górskich. Cienkie chmury Cirrus mogą również wskazywać na wysokie prawdopodobieństwo wystąpienia CAT.

CAT może zagrażać wygodzie, a czasami bezpieczeństwu podróżujących samolotem .

Oczekuje się, że CAT w prądzie strumieniowym stanie się silniejszy i częstszy z powodu zmian klimatycznych , przy czym CAT w okresie zimowym transatlantyckim wzrośnie o 59% (lekki), 94% (umiarkowany) i 149% (silny) do czasu podwojenia CO 2 .

Definicja

W meteorologii turbulencja czystego powietrza (CAT) to turbulentny ruch mas powietrza przy braku jakichkolwiek wizualnych wskazówek, takich jak chmury, i powstaje, gdy spotykają się ciała powietrza poruszające się z bardzo różnymi prędkościami.

W lotnictwie CAT definiuje się jako „wykrywanie przez statek powietrzny wstrząsów podczas lotu na dużych wysokościach w niejednolitych regionach pozbawionych znacznego zachmurzenia lub pobliskiej burzy”. Po raz pierwszy zauważono to w latach 40.

Wykrycie

Turbulencje czystego powietrza są zwykle niemożliwe do wykrycia gołym okiem i bardzo trudne do wykrycia za pomocą konwencjonalnego radaru , w wyniku czego pilotom samolotów trudno jest je wykryć i uniknąć. Można go jednak wykryć zdalnie za pomocą instrumentów, które mogą mierzyć turbulencje za pomocą technik optycznych, takich jak scyntylometry , dopplerowskie LIDAR - y lub interferometry z szczeliną N.

czynniki

Na typowych wysokościach, na których występuje, nie można dokładnie określić intensywności i lokalizacji. Ponieważ jednak turbulencje te wpływają na samoloty dalekiego zasięgu, które latają w pobliżu tropopauzy, CAT był intensywnie badany. Kilka czynników wpływa na prawdopodobieństwo CAT. Często występuje więcej niż jeden czynnik.

Od 1965 roku zauważono, że 64% turbulencji innych niż lekkie (nie tylko CAT) obserwowano w odległości mniejszej niż 150 mil morskich (280 km) od jądra prądu strumieniowego . Strumień strumieniowy wytwarza poziome uskoki wiatru na swoich krawędziach, spowodowane różnymi względnymi prędkościami powietrza strumienia i otaczającego powietrza. Uskok wiatru, różnica prędkości względnych między dwiema sąsiednimi masami powietrza, może wytwarzać wiry, a przy wystarczającym stopniu powietrze będzie miało tendencję do chaotycznego ruchu.

Silny wir antycyklonowy może również prowadzić do CAT.

Informacje podstawowe

Sam prąd strumieniowy rzadko będzie przyczyną CAT, chociaż tak jest

Fale Rossby'ego spowodowane ścinaniem tego strumienia i siłą Coriolisa powodują jego meandrowanie.

Chociaż wysokości w pobliżu tropopauzy są zwykle bezchmurne, cienka chmura Cirrus może tworzyć się tam, gdzie występują gwałtowne zmiany prędkości powietrza, na przykład związane z prądami strumieniowymi. Linie pierzastych cirrusów prostopadłe do strumienia strumieniowego wskazują na możliwy CAT, zwłaszcza jeśli końce cirrusów są rozproszone, w którym to przypadku kierunek rozproszenia może wskazywać, czy CAT jest silniejszy po lewej, czy po prawej stronie strumienia strumieniowego.

Gradient temperatury to zmiana temperatury na pewnej odległości w określonym kierunku. Tam, gdzie zmienia się temperatura gazu, zmienia się również jego gęstość, a tam, gdzie zmienia się gęstość, może pojawić się CAT.

Od ziemi w górę przez troposferę temperatura spada wraz z wysokością; od tropopauzy w górę przez stratosferę temperatura wzrasta wraz z wysokością. Takie zmiany są przykładami gradientów temperatury.

Może wystąpić poziomy gradient temperatury, a co za tym idzie zmiany gęstości powietrza , w których zmienia się prędkość powietrza. Przykład: prędkość strumienia strumieniowego nie jest stała na całej jego długości; dodatkowo temperatura powietrza, a tym samym gęstość, będą się różnić między powietrzem w strumieniu a powietrzem na zewnątrz.

Zawirowania powietrza

Jak wyjaśniono w innym miejscu tego artykułu, temperatura spada, a prędkość wiatru wzrasta wraz z wysokością w troposferze, aw stratosferze sytuacja jest odwrotna. Różnice te powodują zmiany gęstości powietrza, a co za tym idzie lepkości. Lepkość powietrza przedstawia zatem zarówno bezwładności, jak i przyspieszenia, których nie można z góry określić.

Pionowe uskoki wiatru nad prądem strumieniowym (tj. w stratosferze) są ostrzejsze, gdy poruszają się w górę, ponieważ prędkość wiatru w stratosferze maleje wraz z wysokością. To jest powód, dla którego CAT może być generowany powyżej tropopauzy, mimo że stratosfera jest regionem stabilnym pionowo. Z drugiej strony pionowe uskoki wiatru poruszające się w dół w stratosferze są bardziej umiarkowane (tj. ponieważ uskoki wiatru skierowane w dół w stratosferze faktycznie poruszają się wbrew sposobowi, w jaki zmienia się prędkość wiatru w stratosferze), a CAT nigdy nie powstaje w stratosferze. Podobne rozważania dotyczą troposfery, ale w odwrotnej kolejności.

Kiedy silny wiatr zmienia kierunek, zmiana kierunku wiatru pociąga za sobą zmianę prędkości wiatru. Strumień wiatru może zmieniać swój kierunek pod wpływem różnicy ciśnień. CAT pojawia się częściej, gdy wiatr otacza region niskiego ciśnienia, zwłaszcza w przypadku ostrych koryt, które zmieniają kierunek wiatru o więcej niż 100°. Ekstremalny CAT został zgłoszony bez żadnego innego czynnika niż ten.

Przepływ wiatru nad górą powoduje oscylacje (A), (B) itd.

Fale górskie powstają, gdy spełnione są cztery warunki. Kiedy te czynniki pokrywają się ze strumieniami strumieniowymi, CAT może wystąpić:

  • Pasmo górskie, a nie samotna góra
  • Silny prostopadły wiatr
  • Kierunek wiatru utrzymywany wraz z wysokością
  • Inwersja temperatury na szczycie pasma górskiego

Tropopauza to warstwa oddzielająca dwa bardzo różne rodzaje powietrza. Pod nim powietrze staje się zimniejsze, a wiatr wzmaga się wraz z wysokością. Nad nim powietrze się nagrzewa, a prędkość wiatru maleje wraz z wysokością. Te zmiany temperatury i prędkości mogą powodować wahania wysokości tropopauzy, zwane falami grawitacyjnymi .

Wpływ na samoloty

W kontekście lotu lotniczego CAT jest czasami potocznie określany jako „kieszenie powietrzne”. [ potrzebne źródło ]

Standardowe radary lotnicze nie mogą wykryć CAT, ponieważ CAT nie jest powiązany z chmurami, które pokazują nieprzewidywalny ruch powietrza. Linie lotnicze i piloci powinni być świadomi czynników, które powodują lub wskazują, że CAT zmniejsza prawdopodobieństwo napotkania turbulencji. [ potrzebne źródło ]

Samoloty w locie poziomym polegają na stałej gęstości powietrza, aby zachować stabilność. Tam, gdzie gęstość powietrza znacznie się różni, na przykład z powodu gradientu temperatury, zwłaszcza w tropopauzie , może wystąpić CAT. [ potrzebne źródło ]

Gdy statek powietrzny zmienia swoją pozycję poziomo z strumienia strumieniowego na zewnątrz strumienia lub odwrotnie, może wystąpić poziomy gradient temperatury. Ponieważ prądy odrzutowe meandrują, taka zmiana pozycji nie musi być wynikiem zmiany kursu statku powietrznego. [ potrzebne źródło ]

Ponieważ wysokość tropopauzy nie jest stała, samolot lecący na stałej wysokości przeleciałby przez nią i napotkałby dowolnego powiązanego CAT. [ potrzebne źródło ]

Zasady pilotażu

Kiedy pilot doświadcza CAT, należy zastosować szereg zasad:

  • Samolot musi utrzymać zalecaną prędkość dla turbulencji.
  • Podążając za prądem strumieniowym, aby uciec z CAT, statek powietrzny musi zmienić wysokość i/lub kurs.
  • Kiedy CAT przybywa z jednej strony samolotu, pilot musi obserwować termometr, aby określić, czy samolot znajduje się powyżej, czy poniżej strumienia strumieniowego, a następnie oddalić się od tropopauzy.
  • Kiedy CAT jest powiązany z ostrym korytem, ​​samolot musi przelecieć przez obszar niskiego ciśnienia zamiast wokół niego.
  • Pilot może wydać raport pilota (PIREP), informując o pozycji, wysokości i sile turbulencji, aby ostrzec inne statki powietrzne wlatujące w ten region.

Sprawy

Ponieważ samoloty poruszają się tak szybko, mogą doświadczać nagłych nieoczekiwanych przyspieszeń lub „wstrząsów” spowodowanych turbulencjami, w tym CAT – gdy samoloty szybko przecinają niewidzialne ciała powietrzne, które poruszają się pionowo z wieloma różnymi prędkościami. Chociaż zdecydowana większość przypadków turbulencji jest nieszkodliwa, w rzadkich przypadkach personel pokładowy i pasażerowie samolotu odnieśli obrażenia, gdy zostali rzuceni w kabinie samolotu podczas ekstremalnych turbulencji. W niewielkiej liczbie przypadków ludzie zostali zabici.

  • 5 marca 1966 roku BOAC Flight 911 z Tokio do Hongkongu, Boeing 707, rozpadł się w CAT, powodując utratę wszystkich osób (124) na pokładzie po silnych turbulencjach po zawietrznej fali tuż za wiatrem od góry Fuji w Japonii . Sekwencja awarii zaczęła się od zerwania statecznika pionowego. [ potrzebne źródło ]
  • 28 grudnia 1997 roku w samolocie United Airlines Flight 826 zginęło 826 osób. [ potrzebne źródło ]
  • 1 maja 2017 roku Boeing 777, lot SU270 z Moskwy do Tajlandii, wpadł w turbulencje czystego powietrza. Samolot nagle stracił wysokość, a 27 pasażerów, którzy nie byli zapięci pasami, odniosło poważne obrażenia. Pilotom udało się ustabilizować samolot i kontynuować lot. Wszyscy pasażerowie, którzy potrzebowali pomocy medycznej, zostali przewiezieni do szpitala w Bangkoku po przylocie.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Clear-air_turbulence&oldid=1143084025 ”