大气湍流

　　地球大气由于受到热力和动力因素的影响，大气运动特征除主要的定常运动状态外，还存在着各种不同尺度的涡旋运动，表现为速度场的时间不连续性和空间不均匀性，这些涡旋运动称为大气湍流。按大气湍流产生的原因可将其分为热力湍流、动力湍流、晴空湍流和飞机尾涡湍流四类。

大气湍流的分类

　　1、热力湍流

　　由空气热力因素引起的大气湍流称为热力湍流。它主要是指由于空气中水平温度分布的不均匀性，例如地表的热力性质不一致，相邻地区升温或降温的幅度不同等，或由于空气中垂直温度分布差异所造成的大气层结不稳定引起的空气对流。

　　前者主要发生在低层，地表面相邻地段的热力性质差异越大，大气湍流就越强，同时具有明显的日变化：一般日出前大气湍流很弱，日出后大气湍流逐渐增强，影响的高度也不断扩大，午后大气湍流最强，波及的高度最高，随后又逐渐减弱和降低;后者常与天气系统相联系，大气湍流可以出现在对流层的中、高层，一般可通过积状云的发展来判断，大气越不稳定，热力湍流越强。

　　2、动力湍流

　　在风力作用下，由于地面摩擦、地形起伏可引起小尺度大气湍流，其强度随风速、地面粗糙程度或地形起伏特征及大气稳定度而变化。地面越粗糙，风速越大，近地面大气层越不稳定，动力湍流越强;它一般局限于大气低层，但高大地形引起的山地波可波及高空和下游较远的区域。

　　动力湍流也可由大气中的风切变产生，当风的垂直切变超过某一临界值时，空气就会自发地产生小尺度波状起伏或涡旋，即切变湍流。风切变越大，切变湍流越强。此外，在气旋、高空槽、切变线及急流附近，也常产生动力湍流。

　　3、晴空湍流

　　晴空湍流是指晴朗天气时空中出现的大气湍流，多出现在6000m以上高空，是一种与对流云无关的大气湍流，且不伴有可见的天气现象。

　　晴空湍流常出现在风速大(又称急流)，或者是风向或风速变化较大的地方，例如冷暖空气交汇、气流突然加速、减速或转向的区域。

　　一般认为，晴空湍流与高空中强的风切变有关，当风速达到一定强度时，便会产生风向的角度改变的现象，被人们公认的就是切变不稳定理论。事实上，快速移动的高空喷射气流，流到周边较慢的气流时，会在边界产生一种类似海洋波浪的大气层现象——重力波，发生的高度往往在3～4km高空。急流内部呈现海浪特征的垂直波动，这些波动也会像海浪一样破碎，当重力波破碎为湍流，这就形成了晴空湍流。重力波，正是湍流形成的主因。另外，山上的气流与白天陆地散发的热量是导致湍流的其它原因。

　　晴空湍流一般发生在6～15km的高空，以离地面10km高度附近为最多。晴空湍流区往往有明显的边界，无过渡区。湍流区水平宽度约为100km，顺着风向的长度约200km，厚度多在200～1500m之间。飞机一旦进入大气湍流区，常常突然产生颠簸，颠簸的时间在几分钟至十几分钟之间。

　　4、飞机尾涡湍流

　　飞机尾涡是指飞机飞行时，由翼尖附近分离出来的一对绕翼尖互成反向的闭合旋簇，称为翼尖诱导涡流。它成喇叭状向后延伸，在两条尾涡之间为向下的涡流，在两条尾涡的外侧为向上的涡流。在飞机后部狭长的尾流区内，可产生相当强的大气湍流。

　　当后面的飞机进入前面飞机的尾流区内时，会出现飞机抖动、下沉、发动机停车甚至失控翻转等现象。飞机尾涡一般会以120～150m/min的速率下传，下传250m高度后不再下传。所以，后机应该在不低于前机的高度上飞行，方可免受前机尾流的危害。

　　由于尾涡是与飞机升力形成有关的翼尖涡，尾涡的强度与机翼产生的升力有关，升力越大尾涡越强，因此，重型飞机尾涡很强。当小型飞机尾随大型机起飞或降落时，若进入前机尾流中，处置不当极易造成飞行事故。

大气湍流的危害

　　大气湍流运动中伴随着能量、动量、物质的传递和交换，传递速度远远大于层流，因此湍流中的扩散、剪切应力和能量传递也大得多。所以，大气湍流对飞行器的飞行性能、结构载荷、飞行安全的影响很大。

　　飞机在大气湍流中飞行时会产生颠簸，影响乘员的舒适程度，还会造成飞机的疲劳损伤。因大气湍流引发的飞行事故时有发生，但通过现代技术可以有效避开强湍流或尽量降低危害程度。飞行人员应积极利用气象预报等资料，避开湍流航线;旅客要养成全程系好安全带的习惯。

　　在大气运动过程中，在其平均风速和风向上叠加的各种尺度的无规则涨落。 这种现象同时在温度、湿度以及其他要素上表现出来。

大气湍流的应对

　　大气湍流是引发飞机颠簸的直接原因，它使飞机的稳定性和操纵性变坏，严重时导致飞行员受伤或是造成机体受损，甚至还可能造成严重飞行事故。

　　在飞行前，应了解飞行区内或航线上产生大气湍流的可能性，熟悉预报出现大气湍流的天气区的类型、位置和范围，尽可能避免进入有强烈湍流的区域。一旦遭遇较强的大气湍流，引发严重的飞机颠簸，应保持冷静、沉着，可采取下列措施。

　　1、操纵动作要柔和，保持飞机平飞

　　因为大气湍流中气流运动很不规则，飞机除了产生机动载荷因数外，还产生阵风载荷因数。为了减小飞机总的载荷因数，必须尽可能减小机动，避免产生机动载荷因数。需要机动飞行时，也应避免动作粗猛，转弯坡度应比正常时小。低空飞行遭遇颠簸时，应注意保持安全高度。

　　2、采用适当的飞行速度

　　飞机在大气湍流区飞行时，速度小，飞机迎角增加过多，有可能超过抖动迎角或临界迎角，引起飞机抖动甚至失速;速度大，飞机的载荷因数有可能大于最大使用载荷因数，引起飞机结构损坏。因此，应按最大垂直阵风下，飞机结构可能承受的最大颠簸强度来确定飞行速度的上限;按最大垂直阵风不失速，来确定飞行速度的下限。在大气湍流区飞行保持在上述两者之间，可达到安全航行的目的。

　　3、飞行速度和飞行高度选定后，不必严格保持

　　仪表指示摆动，往往起因于颠簸，不一定表示飞行速度和高度的真实变化，过多地干涉这些变化，只会引起载荷产生更大的变化。同样在大气湍流区飞行，飞机俯仰角的变化，主要依靠飞机本身的安定性来平衡和恢复迎角，飞行员不必过多地干预俯仰姿态的改变，否则因操纵动作总是落后于飞行姿态变化，结果反而可能导致飞机要承受更大的载荷因数。

　　4、适当改变高度和航线，脱离大气湍流区

　　在低空出现强颠簸时，应拉起向上脱离;在高空出现颠簸时，可根据飞机与急流轴的相对位置，考虑飞机性能确定脱离的高度和方向;误入浓积云和积雨云大气湍流区时，应迅速脱离云体，在云外绕行;山区飞行时，要避开山地波的帽状云、滚轴云和荚状云，因云中有强烈的动力湍流和升降气流。