高空急流区飞机颠簸的一种形成机制的探讨

作者应用动力学分析方法，结合观测飞机颠簸的事实，对高空急流区飞机颠簸的一种形成机理进行了理论探讨。结果表明，高空急流区温度平流分布的不均匀性，会在急流附近等温线密集区边缘激发出空气生趣运动和湍流，引起飞机颠簸。     

拉萨航路一次颠簸过程的成因分析和数值模拟

颠簸是成都—拉萨航路影响飞行安全与正常的重要因素。本文分析了2009年10月23日发生在拉萨航路太昭航段的两例颠簸事件,并利用WRF模式进行了数值模拟预报。结果表明,这是一次典型的晴空颠簸过程,在高空急流区边缘,冷暖平流交汇的梯度带上,上升和下沉气流的转换区域内产生了飞机颠簸。分析WRF模式计算得到的L_P颠簸指数,能够确定飞机颠簸发生的区域、高度和强度,具有一定的预报指示意义。      

WAFS网格点数据对拉萨航路颠簸的预报检验

结合2014年2月10日和11日拉萨航路的13例飞机颠簸航空器空中报告,检验了世界区域预报系统(WAFS)风场对高空急流的预报能力,并对新增下发的晴空颠簸网格点数据的预报效果和业务化应用进行分析。结果表明:WAFS风场资料具有较高的预报能力,最大晴空颠簸预报比平均晴空颠簸预报具有更高的辨识能力,可选择4为阈值的最大晴空颠簸网格点数据绘制拉萨航路颠簸预报区域图,在业务应用中验证修订使用。      

一次南海高空晴空颠簸事件的形成机制研究

采用WRF模式及其三维变分同化系统,对一次发生于南海高空越洋航线上的晴空颠簸(CAT)事件开展同化AMDAR资料的高分辨率数值模拟研究,探讨副热带高空急流与本次CAT的发生关系。通过对飞机航线上CAT发生时刻附近水平和垂直风场、气压场、温度场的模拟与分析,得出以下结论:(1)此次南海高空越洋航线上的CAT位置及周边区域存在明显的大气重力波活动;(2)影响此次CAT的大气重力波主要来源于副热带高空急流及非地转平衡;(3)急流区以及非地转平衡激发的大气重力波经过水平传播或垂直传播,通过扰动局地大气环境达到Kelvin-Helmholtz不稳定和急流南侧反气旋气流的惯性不稳定的两种机制使波形破碎,从而形成CAT。     

一次高空槽过境引起的飞机颠簸系列事件分析

利用FNL再分析资料和卫星云图,对2015年1月11日至12日期间发生在中南管制区域的20次飞机颠簸事件进行分析,结果表明:(1)飞机颠簸事件是由高空槽过境引起,槽前有非常明显的高空急流,颠簸区域随着高空槽的东移而向东移动。(2)颠簸区垂直方向上主要发生在300hPa高度附近,水平方向上则位于急流轴的右侧风速切变的最大区域及不同风速的交界处。(3)此次系列颠簸事件多数发生在盾状卷云区,可结合卫星云图资料对颠簸区域进行识别和预报。     

重力惯性波及其不稳定——急流附近飞机颠簸产生的可能机制

基于不可压缩流体运动方程组研究了急流附近重力惯性波及其不稳定,结合飞机风速变化方程,分析指出重力波失稳破碎为湍流是飞机颠簸产生的可能机制。斜压大气在急流轴北侧气旋切变区是惯性稳定的,当满足条件σ=f[f-/y] N2m2/n2<0时,由于天气尺度对流不稳定发展而引起重力惯性波不稳定破碎为湍流,可能是急流北侧气旋切变区对流性天气引起飞机颠簸产生的一种机制。但是在急流轴南侧反气旋切变区是惯性不稳定的,当满足条件σ=f[f-/y] N2m2/n2<0时,可能由于惯性不稳定的作用,急流重力波不稳定发展破碎为湍流,可能是急流南侧反气旋气流中晴空湍流和飞机颠簸产生和发展的一种机制。揭示了急流附近晴空湍流和飞机颠簸产生的物理本质,有利于增强航空飞行颠簸的预测能力。     

我国晴空颠簸特点及各种预报结果分析

利用2005-2008年国内报告的34起颠簸个例,分析了我国颠簸的时空分布特点,以及不同程度颠簸的发生频率和不同层次颠簸发生的比率,结果表明,每年1、2月份的颠簸次数最多,12最少,其他月份较平均;华北地区出现颠簸的几率比其他地区都高,华东次之,华南最少;7500m以上高空飞行遭遇颠簸的可能性远远高于中空和低空;机组报告的颠簸逐年递增,尤其是严重颠簸。此外,对2008年10起晴空颠簸个例的预报结果比对发现,国际航空气象业务系统伦敦区域预报中心发布的SADIS颠簸产品对晴空颠簸的预报效果最好,错报率最低,DVSI指数预报效果次之,伦敦区域预报中心发布的重要天气预报图（WAFS）在三个颠簸预报产品的比较中效果较差。     

晴空颠簸

晴空颠簸或“喀特”(CAT)是指除了与雷雨或地形波相联系的(即使在碧空中发生的)颠簸以外的高空颠簸,它还包括非对流性云系(常指卷云)中存在的颠簸。“喀特”发生在对流层高层和平流层低层,它的能量来自风切变;较强的“喀特”常发生在急流附近,因为那里一般是风切变强的区域。晴空颠簸的“跳动”(Bumps)显得一个接一个,比雷雨中或地形波中的跳动还要快。晴空颠簸可能是一小片一小片的,它的水平尺度从几英里到几百英里,垂直尺度从500英尺到1500英尺;而且宽度常小于10英里,持续时间不到一个小时;在冬季各月     

兰州飞行情报区一次严重颠簸个例分析

利用NCEP再分析资料对2013年5月17日14时兰州飞行情报区两架航空器发生严重颠簸的个例进行诊断分析,结果表明:颠簸区位于切断低压底部高空西风急流出口区南侧,急流轴最大风速超过55m/s;急流轴南侧产生的下沉气流是造成严重颠簸的主要原因。     

我国高原地区产生飞机颠簸的大尺度云系及其分布

卫星云图上有很多特殊的云型都与飞机颠簸相联系,有的甚至会出现严重颠簸,对它们的识别,对保障飞行安全有重要意义。本文根据2006年的风云二号卫星云图资料,统计和分析了我国高原地区产生飞机颠簸的大尺度云系的出现和分布规律。分析表明:在我国高原地区,产生飞机颠簸的大尺度云系主要有高空急流云系、未闭合的细胞状云系、山地波中的波状云系和积云线。这些大尺度的云系主要出现在我国的青藏高原,在这些云出现的地区飞行,都会出现中度到强烈的飞机颠簸。      

近10年晴空湍流的研究进展

晴空湍流是威胁航空安全的一种极端危险性天气,因其不伴有明显的天气现象,机载雷达难以探测,故对飞行安全威胁巨大,因此对于晴空湍流的形成机制与预警预报的研究十分重要。从晴空湍流的形成机制、晴空湍流的观测手段和晴空湍流的预报方法3个方面,对近十年国内外有关研究进行归纳和综述。重点引述了惯性重力波在晴空湍流形成中的重要作用、多种新型观测手段为晴空湍流研究提供宝贵的实况资料、基于湍流指数集成算法的晴空湍流数值预报等重要进展。本文对晴空湍流未来的研究趋势进行展望。     

南海周边海域越洋航线晴空颠簸的数值预报研究

采用WRF v3模式, 利用AMDAR资料与NCEP再分析资料, 对2007年发生于南海周边海域的高空越洋航线上, 110个中度以上晴空颠簸事例与196个无颠簸事例进行数值模拟。选取布朗指数、水平风切变指数等6个晴空颠簸诊断指数, 通过计算各指数的有颠簸诊断准确率、无颠簸诊断准确率、TS评分、ETS评分等指标, 研究指数及其阈值的适用性。研究表明:(1)布朗指数是诊断南海周边海域越洋航线上的晴空颠簸的最佳指数, 并在取"3.2×10^-5"为阈值时诊断效果最佳。(2)南海周边海域的越洋航线上的晴空颠簸对于诊断指数阈值的选取十分敏感, 在晴空颠簸的数值预报中, 在合理选择指数的基础之上, 应当认真研究设定指数的阈值。     

Secondary instability as a possible mechanism for clear-air turbulence: a case study

Many theories and mechanisms have been proposed to explain the phenomenon of clear-air turbulence (CAT), and some of them have been successful in predicting light, moderate and, in some cases, severe turbulence. It is only recently that skill in the forecasting of the severe form of CAT, which could lead to injuries to passengers and damage to aircraft, has improved. Recent observations and simulations suggest that some severe to extreme turbulence could be caused by horizontal vortex tubes resulting from secondary instabilities of regions of high shear in the atmosphere. We have conducted direct numerical simulations to understand the scale relationship between primary structures (larger-scale structures related to one of the causes mentioned above) and secondary structures (smaller-sized, shear structures of the size of aircraft). From shear layer simulations, we find that the ratio of sizes of primary and secondary vortices is of the right order to generate aircraft-scale vortex tubes from typical atmospheric shear layers. We have also conducted simulations with a mesoscale atmospheric model, to understand possible causes of turbulence experienced by a flight off the west coast of India. Our simulations show the occurrence of primary flow structures related to synoptic conditions around the time of the incident. The evidence presented for this mechanism also has implications for possible methods of detection and avoidance of severe CAT.     

理查逊数和晴空颠簸的关系

对切变气流中重力内波的稳定性进行了数值计算，结果表明，判别晴空颠是否发生的临界Ｒｉ数随波长，层结稳定度和基本气流变强度的不同而有所变化，预报业务中用Ｒｉ〈０．２５作为预报晴空的指标易出现空报。     

Effects of air�Csea coupling on the boreal summer intraseasonal oscillations over the tropical Indian Ocean

The effects of air?Csea coupling over the tropical Indian Ocean (TIO) on the eastward- and northward-propagating boreal summer intraseasonal oscillation (BSISO) are investigated by comparing a fully coupled (CTL) and a partially decoupled Indian Ocean (pdIO) experiment using SINTEX-F coupled GCM. Air?Csea coupling over the TIO significantly enhances the intensity of both the eastward and northward propagations of the BSISO. The maximum spectrum differences of the northward- (eastward-) propagating BSISO between the CTL and pdIO reach 30% (25%) of their respective climatological values. The enhanced eastward (northward) propagation is related to the zonal (meridional) asymmetry of sea surface temperature anomaly (SSTA). A positive SSTA appears to the east (north) of the BSISO convection, which may positively feed back to the BSISO convection. In addition, air?Csea coupling may enhance the northward propagation through the changes of the mean vertical wind shear and low-level specific humidity. The interannual variations of the TIO regulate the air?Csea interaction effect. Air?Csea coupling enhances (reduces) the eastward-propagating spectrum during the negative Indian Ocean dipole (IOD) mode, positive Indian Ocean basin (IOB) mode and normal years (during positive IOD and negative IOB years). Such phase dependence is attributed to the role of the background mean westerly in affecting the wind-evaporation-SST feedback. A climatological weak westerly in the equatorial Indian Ocean can be readily reversed by anomalous zonal SST gradients during the positive IOD and negative IOB events. Although the SSTA is always positive to the northeast of the BSISO convection for all interannual modes, air?Csea coupling reduces the zonal asymmetry of the low-level specific humidity and thus the eastward propagation spectrum during the positive IOD and negative IOB modes, while strengthening them during the other modes. Air?Csea coupling enhances the northward propagation under all interannual modes due to the persistent westerly monsoon flow over the northern Indian Ocean.     

DIAGNOSTIC ANALYSIS ON THE DYNAMICS AND NUMERICAL SIMULATION OF CLEAR AIR TURBULENCE(CAT)

Clear air turbulence(CAT),a meso-or microscale(subgrid scale)phenomenon occurring insynoptic scale flow field at high altitude,is very difficult to be observed by the conventional obser-vation network.Thus it is necessary to approach an index to predict CAT.But at first,the struc-ture characteristics of CAT should be preanalyzed.In this paper,based on the theoretical and diag-nostic analysis of a case,features for wind profile,energy budget and dynamic mechanism of thiscase were presented.Furthermore,an objective and quantitative index for CAT forecast was giv-en.The verification for its efficiency was done with both real-time observation data and productsfrom a numerical model.The results are very encouraging.     

2009年深冬辽宁雨转暴雪和大雪过程对比分析

针对辽宁2009年2月中旬旬初雨转暴雪过程和旬末大雪过程,利用常规观测资料和NCEP 10×10 逐6 h分析资料,从环流形势、影响系统、水汽和动力条件及热力结构等方面入手,对这两次过程进行对比分析。结果表明：这两次过程在许多方面显著不同。两次过程均发生在乌山阻高稳定的形势下,均受中纬度东移的中尺度低值系统影响,但雨转暴雪过程中高纬度为两脊一槽型,中纬度短槽与南支低槽结合携强冷空气东移,与低空急流在辽宁上空交汇。大雪过程为东低西高型,中纬度气旋性波动东移,切变线北抬过程中与西南暖湿气流作用影响辽宁。两次过程均发生在600 hPa以下相对湿度为80%以上的大气中,均具有低层辐合高层辐散的特征和深厚的上升运动,但雨转暴雪过程水汽含量更高,辐合层更深厚、强度更强,垂直速度较大雪过程大一个量级;两次过程都有明显的风垂直切变特征,但雨转暴雪过程发生在风垂直切变迅速增大的条件下,大雪过程风垂直切变相对稳定;雨转暴雪过程降水随湿位涡的发展而增强,两者有较好的对应关系,而大雪过程湿位涡表现微弱;雨转暴雪过程槽前0 ℃层达到850 hPa,槽后各层温度迅速下降至0 ℃以下,而大雪过程整层温度始终在0 ℃以下。     

2009年隆冬辽宁雨转暴雪和大雪过程对比分析

针对辽宁2009年2月中旬旬初雨转暴雪过程和旬末大雪过程,利用常规观测资料和NCEP 10×10 逐6 h分析资料,从环流形势、影响系统、水汽和动力条件及热力结构等方面入手,对这两次过程进行对比分析。结果表明：这两次过程在许多方面显著不同。两次过程均发生在乌山阻高稳定的形势下,均受中纬度东移的中尺度低值系统影响,但雨转暴雪过程中高纬度为两脊一槽型,中纬度短槽与南支低槽结合携强冷空气东移,与低空急流在辽宁上空交汇。大雪过程为东低西高型,中纬度气旋性波动东移,切变线北抬过程中与西南暖湿气流作用影响辽宁。两次过程均发生在600 hPa以下相对湿度为80%以上的大气中,均具有低层辐合高层辐散的特征和深厚的上升运动,但雨转暴雪过程水汽含量更高,辐合层更深厚、强度更强,垂直速度较大雪过程大一个量级;两次过程都有明显的风垂直切变特征,但雨转暴雪过程发生在风垂直切变迅速增大的条件下,大雪过程风垂直切变相对稳定;雨转暴雪过程降水随湿位涡的发展而增强,两者有较好的对应关系,而大雪过程湿位涡表现微弱;雨转暴雪过程槽前0 ℃层达到850 hPa,槽后各层温度迅速下降至0 ℃以下,而大雪过程整层温度始终在0 ℃以下。