Klar luft turbulens

Inom meteorologi är klarluftsturbulens ( CAT ) den turbulenta rörelsen av luftmassor i frånvaro av några visuella ledtrådar, såsom moln, och orsakas när luftkroppar som rör sig med vitt olika hastigheter möts .

Den atmosfäriska regionen som är mest mottaglig för CAT är den höga troposfären på höjder av omkring 7 000–12 000 meter (23 000–39 000 fot) när den möter tropopausen . Här påträffas CAT oftast i områden med jetströmmar . På lägre höjder kan det även förekomma nära bergskedjor. Tunna cirrusmoln kan också indikera hög sannolikhet för CAT.

CAT kan vara farligt för komforten, och ibland säkerheten, för flygresenärer .

CAT i jetströmmen förväntas bli starkare och mer frekvent på grund av klimatförändringar , med transatlantisk vintertid CAT som ökar med 59 % (lätt), 94 % (måttlig) och 149 % (allvarlig) när CO ₂ fördubblas .

Definition

Inom meteorologi är klarluftsturbulens (CAT) den turbulenta rörelsen av luftmassor i frånvaro av några visuella ledtrådar, såsom moln, och orsakas när luftkroppar som rör sig med vitt olika hastigheter möts.

Inom flyget definieras CAT som "upptäckt av flygplan av höghöjdsbulor under flygning i fläckiga områden utan betydande molnighet eller närliggande åskväder". Det noterades första gången på 1940-talet.

Upptäckt

Klarluftsturbulens är vanligtvis omöjlig att upptäcka med blotta ögat och mycket svår att upptäcka med en konventionell radar , med resultatet att det är svårt för flygplanspiloter att upptäcka och undvika den. Det kan dock fjärrupptäckas med instrument som kan mäta turbulens med optiska tekniker, såsom scintillometrar , Doppler LIDAR eller N-slitsinterferometrar .

Faktorer

På typiska höjder där det förekommer kan intensiteten och platsen inte bestämmas exakt. Men eftersom denna turbulens påverkar långdistansflygplan som flyger nära tropopausen, har CAT studerats intensivt. Flera faktorer påverkar sannolikheten för CAT. Ofta är mer än en faktor närvarande.

Från och med 1965 hade det noterats att 64 % av de icke-lätta turbulenserna (inte bara CAT) observerades mindre än 150 nautiska mil (280 km) från kärnan av en jetström . Jetström producerar horisontell vindskjuvning vid dess kanter, orsakad av de olika relativa lufthastigheterna för strömmen och den omgivande luften. Vindskjuvning, en skillnad i relativ hastighet mellan två intilliggande luftmassor, kan producera virvlar, och när den är tillräckligt stor kommer luften att tendera att röra sig kaotiskt.

En stark anticyklonvirvel kan också leda till CAT.

Bakgrundsinformation

Enbart en jetström kommer sällan att vara orsaken till CAT, även om det finns

Rossby-vågor orsakade av denna jetströmsskjuvning och Corioliskraften får den att slingra sig.

Även om höjderna nära tropopausen vanligtvis är molnfria, kan tunna cirrusmoln bildas där det sker abrupta förändringar av lufthastigheten, till exempel i samband med jetströmmar. Cirruslinjer vinkelräta mot jetströmmen indikerar möjlig CAT, speciellt om cirrusens ändar är spridda, i vilket fall spridningsriktningen kan indikera om CAT är starkare till vänster eller till höger om jetströmmen.

En temperaturgradient är förändringen av temperaturen över ett avstånd i någon given riktning. Där temperaturen på en gas ändras, ändras även dess densitet och där densiteten ändras CAT kan uppstå.

Från marken och uppåt genom troposfären minskar temperaturen med höjden; från tropopausen och uppåt genom stratosfären ökar temperaturen med höjden. Sådana variationer är exempel på temperaturgradienter.

En horisontell temperaturgradient kan uppstå, och därmed luftdensitetsvariationer , där lufthastigheten ändras. Ett exempel: jetströmmens hastighet är inte konstant längs dess längd; dessutom kommer lufttemperaturen och därmed densiteten att variera mellan luften i jetströmmen och luften utanför.

Luftturbulens

Som förklaras på andra ställen i den här artikeln, minskar temperaturen och vindhastigheten ökar med höjden i troposfären, och det omvända är sant inom stratosfären. Dessa skillnader orsakar förändringar i luftdensitet och därmed viskositet. Luftens viskositet uppvisar alltså både trögheter och accelerationer som inte kan fastställas i förväg.

Vertikal vindskjuvning ovanför jetströmmen (dvs i stratosfären) är skarpare när den rör sig uppåt, eftersom vindhastigheten minskar med höjden i stratosfären. Detta är anledningen till att CAT kan genereras ovanför tropopausen, trots att stratosfären annars är en region som är vertikalt stabil. Å andra sidan är vertikal vindskjuvning som rör sig nedåt inom stratosfären mer måttlig (dvs. eftersom vindskjuvning nedåt i stratosfären effektivt rör sig mot det sätt på vilket vindhastigheten ändras inom stratosfären) och CAT produceras aldrig i stratosfären. Liknande överväganden gäller troposfären men omvänt.

När stark vind avviker innebär förändringen av vindriktningen en förändring av vindhastigheten. En vindström kan ändra sin riktning genom tryckskillnader. CAT uppträder oftare när vinden omger ett lågtrycksområde, speciellt med vassa dalar som ändrar vindriktningen mer än 100°. Extrem CAT har rapporterats utan någon annan faktor än detta.

Vindflödet över ett berg producerar svängningar (A), (B) etc.

Bergsvågor bildas när fyra krav är uppfyllda. När dessa faktorer sammanfaller med jetströmmar kan CAT uppstå:

En bergskedja, inte ett isolerat berg
Stark vinkelrät vind
Vindriktningen bibehålls med höjden
Temperaturinversion på toppen av bergskedjan

Tropopausen är ett lager som separerar två mycket olika typer av luft. Under den blir luften kallare och vinden blir snabbare med höjden. Ovanför den värms luften och vindhastigheten minskar med höjden. Dessa förändringar i temperatur och hastighet kan orsaka fluktuationer i tropopausens höjd, kallade gravitationsvågor .

Effekter på flygplan

I samband med flygning kallas CAT ibland för "luftfickor". ^{[ citat behövs ]}

Standardflygplansradarer kan inte upptäcka CAT, eftersom CAT inte är associerat med moln som visar oförutsägbara rörelser i luften. Flygbolag och piloter bör vara medvetna om faktorer som orsakar eller indikerar att CAT minskar sannolikheten för att möta turbulens. ^{[ citat behövs ]}

Flygplan i plan flygning förlitar sig på en konstant luftdensitet för att bibehålla stabiliteten. Där luftdensiteten skiljer sig markant, till exempel på grund av temperaturgradienten, särskilt vid tropopausen, kan CAT förekomma. ^{[ citat behövs ]}

När ett flygplan ändrar sin position horisontellt från insidan av jetströmmen till utanför jetströmmen, eller vice versa, kan en horisontell temperaturgradient upplevas. Eftersom jetströmmar slingrar sig behöver en sådan positionsändring inte vara resultatet av en kursändring av flygplanet. ^{[ citat behövs ]}

Eftersom tropopausens höjd inte är konstant, skulle ett flygplan som flyger på konstant höjd korsa den och stöta på någon tillhörande CAT. ^{[ citat behövs ]}

Pilotregler

När en pilot upplever CAT bör ett antal regler tillämpas:

Flygplanet måste hålla den rekommenderade hastigheten för turbulens.
När du följer jetströmmen för att fly från CAT, måste flygplanet ändra höjd och/eller kurs.
När CAT anländer från ena sidan av flygplanet måste piloten observera termometern för att avgöra om flygplanet är över eller under jetströmmen och sedan röra sig bort från tropopausen.
När CAT är associerad med ett skarpt tråg måste planet gå genom lågtrycksområdet istället för runt det.
Piloten kan utfärda en pilotrapport (PIREP), som kommunicerar position, höjd och svårighetsgrad av turbulensen för att varna andra flygplan som kommer in i regionen.

Fall

Eftersom flygplan rör sig så snabbt kan de uppleva plötsliga oväntade accelerationer eller "bulor" från turbulens, inklusive CAT – när flygplanen snabbt korsar osynliga luftkroppar som rör sig vertikalt med många olika hastigheter. Även om de allra flesta fall av turbulens är ofarliga, har i sällsynta fall kabinpersonal och passagerare på flygplan skadats när de kastats runt inne i en flygplanshytt under extrem turbulens. I ett litet antal fall har människor dödats.

Den 5 mars 1966 gick BOAC Flight 911 från Tokyo till Hong Kong, en Boeing 707, sönder i CAT, med förlust av alla personer (124) ombord efter att ha upplevt kraftig lävågsturbulens strax medvind från Mount Fuji , Japan . Sekvensen av fel började med att den vertikala stabilisatorn slets av. ^{[ citat behövs ]}
Den 28 december 1997 på United Airlines Flight 826 dödades. ^{[ citat behövs ]}
Den 1 maj 2017 flög Boeing 777 flight SU270 från Moskva till Thailand i klar luftturbulens. Flygplanet tappade plötsligt höjd och 27 passagerare som inte var fastspända fick allvarliga skador. Piloterna kunde stabilisera planet och fortsätta flygningen. Alla passagerare som behövde läkarvård fördes till Bangkoks sjukhus vid ankomsten.

Se även

externa länkar

Stöd för turbulens
Klar luftturbulensprognos (USA)
Sharman, RD; JD Doyle; MA Shapiro (januari 2012). "En undersökning av ett kommersiellt flygplans möte med svår klarluftsturbulens över västra Grönland". J. Appl. Meteorol. Climatol . 51 (1): 42–53. Bibcode : 2012JApMC..51...42S . doi : 10.1175/JAMC-D-11-044.1 .
Williams, PD; M. Joshi (2013). "Intensifiering av turbulens i den transatlantiska vinterflygningen som svar på klimatförändringarna". Naturen Klimatförändringar . 3 (7): 644–648. Bibcode : 2013NatCC...3..644W . doi : 10.1038/nclimate1866 .