蘭州飛行情報區一次嚴重顛簸個例分析

強曉西

(1.蘭州大學，蘭州 730002；2.中國民用航空西北地區空中交通管理局，西安 710082)

蘭州飛行情報區一次嚴重顛簸個例分析

強曉西1，2

(1.蘭州大學，蘭州 730002；2.中國民用航空西北地區空中交通管理局，西安 710082)

利用NCEP再分析資料對2013年5月17日14時蘭州飛行情報區兩架航空器發生嚴重顛簸的個例進行診斷分析，結果表明：顛簸區位于切斷低壓底部高空西風急流出口區南側，急流軸最大風速超過55 m/s；急流軸南側產生的下沉氣流是造成嚴重顛簸的主要原因。

嚴重顛簸；高空急流；次級環流；物理量場

大氣中的湍流使飛行中的飛機受到不均勻空氣的動力沖擊而發生左右搖晃、上下拋擲、前后顛頓和局部震顫的現象稱為飛機顛簸。顛簸使飛機部件受到忽大忽小的負荷變化，從而可能造成某些部件變形或受損。顛簸時飛機飛行的高度、速度和姿態都會發生變化，從而加大飛行員操作難度，嚴重的飛機顛簸會使飛機操縱困難甚至失去控制,造成飛行事故[1]。此外，飛機顛簸還可能造成航空器承載人員恐慌和受傷。近年來，已數次發生民航客機因顛簸而造成乘客受傷的事件，因此飛機顛簸一直是航空氣象研究的重點。2013年5月17日14：30，兩架航空器在甘肅靜寧附近8 000～9 500 m高度遭遇中度以上顛簸。利用NCEP1°×1°再分析資料對此次嚴重顛簸個例的特點和成因進行分析。

1 環流背景

2013年5月17日14時， 300 hPa位勢高度和全風速場圖(圖1)，歐亞中高緯度為兩槽兩脊型，一低壓槽為位于日本海附近的東亞大槽，巴爾喀什湖以北—中西伯利亞高原為一強高壓脊，朝鮮半島—鄂霍茨克海為另一高壓脊，兩脊之間的貝加爾湖地區為一深厚的切斷低壓槽，切斷低壓底部為一支西起新疆東北部，經過內蒙古、甘肅延伸至西太平洋的西風急流。急流軸分為兩段，北部急流軸入口區位于蒙古國西部，在河套北部風速減弱形成出口，急流軸最大風速達40 m/s以上；南部急流軸入口區位于陜西南部，向東延伸至西太平洋，急流軸中心最大風速超過50 m/s。兩架航空器發生嚴重顛簸的甘肅靜寧附近區域正好位于北部西風急流軸出口區的南側。

圖1 2013-05-17T14 300 hPa位勢高度場和全風速場(等值線為位勢高度場，單位為dagpm；陰影區為≥30 m/s的全風速場，單位為m/s)

2 物理量場分析

動力擾流對航空器而言是一股方向不定、強弱不一的陣風。這種陣風可被分解為垂直陣風和水平陣風來討論。當航空器在平飛中突然遇到垂直向上的陣風時，其所受的升力增大，航空器突然躍升；當航空器突然遇到垂直向下的陣風時，其所受的升力減小，航空器將突然下降。如果作用在航空器左右機翼上的垂直陣風方向和大小不一致，產生的力矩會使飛機搖晃；如果作用的時間短促而頻繁，則會使飛機產生抖動。當飛機在平飛中遇到水平陣風時，空速以至升力也隨之發生不規則的變化，同樣會造成飛機顛簸[2]。通過分析發生嚴重顛簸區域的物理量場，可以看出高空急流對于航空器造成的影響。

2.1 垂直速度

圖2是2013年5月17日14時沿105°E(靜寧的經度)垂直速度和全風速垂直剖面圖。可以看出，急流軸位于200 hPa，中心最大風速超過55 m/s，南北尺度超過7個緯距，急流的垂直范圍為100～400 hPa。200 hPa急流軸下方、45°N以南存在兩個大范圍的下沉速度區：一個位于35°N～45°N，向下延伸至500 hPa附近，下沉速度中心為0.05×10-3Pa/s；另一個位于35°N以南，向下延伸至850 hPa附近，下沉速度中心為0.15×10-3Pa/s。急流軸下方45°N以北有一強上升速度區，自對流層低層向上伸展至200 hPa附近，上升速度中心最大值超過-0.15×10-3Pa/s。急流軸南北兩側的上升和下沉氣流構成高空急流的次級環流。下沉氣流的擾動會導致航空器升力減小，無法保持高度，必須下降高度或改變航向，以躲避強下沉氣流從而減輕顛簸對航空器的影響。這與兩個機組報告航空器在下沉氣流中心的外圍遭遇中度以上顛簸是相符的。

圖2 2013-05-17T14沿105°E垂直速度場和全風速場剖面圖(虛線為垂直速度場，單位為10-3 Pa/s；實線為≥30 m/s的全風速場，單位為m/s)

2.2 散度

在急流出口區，空氣向下游移動不斷減速，在出口區活動的氣塊得到向右偏(看向下游)的非地轉風分量，因此在出口區北側產生高空輻散，南側產生高空輻合，北側出現上升氣流，南側出現下沉氣流[3]。分析散度場(圖3)可以看出，在35°N～40°N區域附近，200 hPa有一負散度中心，最小值lt;-0.4×10-5s-1，表明在對流層高層有強氣流輻合；600～400 hPa高度有一正散度大值區，最大值gt;1×10-5s-1，表明在對流層中層有強氣流輻散。當高層輻合、中層輻散時，在兩層間存在較強的下沉運動，這與對垂直速度的診斷是相符的，飛機發生顛簸的區域正是位于高層輻合和中層輻散之間的強下沉氣流中。此外，在40°N～45°N附近，200 hPa有正散度大值區，對流層中、低層有負散度區，表明高層有輻散，中、底層有輻合，存在垂直上升氣流。

圖3 2013-05-17T14沿105°E散度剖面圖(單位為10-5 s-1)

2.3 渦度平流

由ω方程可知，當正絕對渦度平流隨高度增加或負絕對渦度平流隨高度減小時會引起上升運動；當正絕對渦度平流隨高度減小或負絕對渦度平流隨高度增加時會引起下沉運動。2013年5月17日14時，沿105°E渦度平流剖面圖(圖略)，在200 hPa急流軸處為強負渦度平流中心，顛簸區域負絕對渦度平流隨高度增加而增加，引起下沉運動造成航空器顛簸。

3 結論

(1)此次航空器報告的顛簸區域位于300 hPa貝加爾湖切斷低壓底部的高空西風急流出口區南側，急流軸位于200 hPa，最大風速達55 m/s，南北尺度超過7個緯距，垂直范圍為100～400 hPa。

(2) 在高空急流出口區，強風切變造成空氣質點在其南北兩側形成輻合輻散區，輻合區散度最小值小于-0.4×10-5s-1，中、低層質量輻散輻合在北側形成上升氣流、南側為下沉氣流，當航空器飛行至次級環流垂直速度超過0.05×10-3Pa/s的下沉支時，航空器升力減小，無法保持高度，只能下降高度避開下沉氣流對航空器的影響。

[1] 黃儀方,朱志愚.航空氣象[M].成都: 西南交通大學出版社,2002:140.

[2] 丁一匯.高等天氣學[M].北京：氣象出版社,2005:138.

[3] 黃儀方,馬婷.現代氣象資料在飛機顛簸預報中的應用[J].科技創新導報，2012(8)：219-210.

強曉西.蘭州飛行情報區一次嚴重顛簸個例分析[J].陜西氣象，2014(6)：11-13.

1006-4354(2014)06-0011-03

2014-02-24

強曉西(1984—)，男，漢族，四川成都人，學士，工程師，主要從事航空氣象預報與服務。

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