晴空湍流簡述

馬洪瑞

摘 要：晴空顛簸由于不伴隨天氣現象的發生且出現在對流層上層6000米以上的高空，嚴重威脅飛行安全。本文主要簡述了晴空湍流的形成機制，國內外的部分研究進展，這對了解和研究晴空湍流有一定的參考意義。

關鍵詞：衛星資料；晴空湍流；濕度梯度

大氣湍流是大氣中一種不規則的隨機運動。它與大氣邊界層關系密切，如溫度，密度的不連續層，風切變層等。飛機在飛行中遇到大氣湍流會產生飛機顛簸。輕度顛簸會使乘客感到不適，嚴重的飛機顛簸會導致人員受傷，飛機失控，甚至機毀人亡。

航空氣象學中把6000米以上與對流云無關的湍流叫做晴空湍流，它不包括對流性不穩定邊界層及深厚對流有關的湍流[ 1 ]。由于晴空湍流不會伴隨天氣現象的發生且尺度小，難以預測，故對飛機飛行造成巨大威脅。

研究表明，二氧化碳濃度的增加會導致晴空湍流總體強度的增加，到2050年，晴空湍流的總體強度會增強10%～40%，在巡航高度上發生的頻率也會提高40%～170%。

切變不穩定理論是目前公認的晴空湍流的形成機制。在大氣層結穩定的情況下，垂直風切變會產生重力波。隨著風速的增大，振幅也不斷增大，重力波不穩定，當振幅增大到某一臨界值時，波形破碎，平均動能向湍能轉化，氣流由層流狀轉化為湍流狀態，形成晴空湍流。

1 國外晴空湍流研究進展

自上個世紀60年代以來，國外很多學者對大氣湍流的形成機制，預報算法進行了大量的研究。

Richardson提出了判斷湍流強弱的理查森數，理查森數越小湍流越強，相應的顛簸也越強。

Ellrod[ 2 ]利用鋒生強度公式推到了大氣湍流指數，亦稱Ellrod指數，其值越高對流強度越高，顛簸強度越大，Ellord在顛簸較弱情況下與實際情況有一定的偏差。Ellord給出了晴空顛簸的定義，根據鋒生強度公式推導出了大氣湍流指數，根據NCEP的數據模擬結果研究了美國上空飛機顛簸指數的氣候分布。

Wimmers A J [ 3 ]提出了用衛星資料對對流層頂斷裂處的大氣湍流進行識別和監測，該算法基于濕度梯度理論在水汽圖像上確定出易產生大氣湍流的區域。

2 國內大氣湍流研究進展

國內主要相關的研究起步較晚，朱志愚研究了高空急流層溫度平流與飛機顛簸的關系，表明高空急流溫度平流的不均勻激發了急流附近等溫線密集區邊緣的大氣湍流，易造成飛機顛簸。王永忠對大氣湍流與重力波穩定度對飛機顛簸的影響進行了一系列的研究，他提出了利用風資料判斷飛機顛簸的指標M，分析了一維邊界層重力波的垂直運動與飛機顛簸的關系。

沈強[ 4 ]利用T213模式系統的預報產品，計算多個湍流指數，對2005-2006年北京地區12個顛簸個例進行了研究，鋒生指數和水平溫度梯度指數預報準確率達到75%。

黃儀方[ 5 ]利用衛星資料，提出急流卷云，波狀卷云和地形卷云會形成中度到嚴重的飛機顛簸。

吳炎成[ 6 ]利用2002年-2011年AMDAR資料，對中國周邊海域越洋飛行飛機顛簸的時空分布進行了分析。研究指出，南海比西太平洋更容易發生重度以上的飛機顛簸；對流層頂和邊界層頂容易發生嚴重的顛簸，隨著風速的增大，發生顛簸的概率也增大。

李萍[ 7 ]利用2005-2008年中國大陸34例中度以上的飛機顛簸報告，研究分析了中國大陸晴空顛簸的特點。

李躍春[ 8 ]對2009年10月發生在拉薩航路的兩例晴空顛簸事件利用WRF模式進行了數值模擬預報。WRF模式計算得到的L_P顛簸指數能夠確定飛機顛簸發生的區域，高度和強度，具有一定的預報指導意義。

3 總結

一定強度的大氣湍流活動容易引起強烈飛機顛簸，嚴重威脅到航空飛行安全，晴空顛簸由于不伴隨天氣現象的發生且出現在對流層上層6000米以上的高空，嚴重威脅飛行安全。本文主要簡述了晴空湍流的形成機制，國內外的研究進展，這對了解和研究晴空湍流有一定的參考意義。

參考文獻：

[1] 段煉.晴空顛簸預報方法[J].中國名航飛行學院學報，2005，

16（6）：1.

[2] Ellrod.G.P.An index for clear air turbulence based on horizontal deformation and vertical.Third International Conference on Aviation Weather Systems.American Meteorology Society：339-344.

[3] A J Wimmers， J L Moody. A fixed-layer estimation of upper tropospheric specific humidity from the GOES water vapor channel： Parameterization and validation of the alterd brightness temperature produc. Journal Of Geophysical Research，2001：106-107.

[4] 沈強，白潔，王洪芳.大氣湍流及其診斷預報方法研究.航空氣象，2009，3（1）：1.

[5] 黃儀方.衛星云圖上的卷云云型和飛機顛簸.四川氣象，2002：1-5.

[6] 吳炎成，周林等.基于AMDAR資料應用于中國周邊海域飛機顛簸的統計分析.氣象科學[J].2014，34（1）：1.

[7] 李萍，胡家美，曹正.我國晴空顛簸特點及其各種預報結果分析.氣象研究與應用，2009，30（3）：24-27，32.

[8] 李躍春，楊晶鐵，徐海，孟慶磊.拉薩航路一次顛簸過程的成因分析和數值模擬.高原山地氣象研究，2011，1-2.