飛機顛簸產(chǎn)生的可能機制及其在天氣預(yù)測上的應(yīng)用

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1、飛機顛簸產(chǎn)生的可能機制及其在天氣預(yù)測上的應(yīng)用飛機顛簸產(chǎn)生的可能機制及其在天氣預(yù)測上的應(yīng)用PossibleMechanismofAirplaneBumpsanditsApplicationinWeatherPrediction王淑翠李子良全日制學(xué)術(shù)學(xué)位氣象學(xué)中尺度氣象學(xué)201361謹(jǐn)以此論文獻給我的導(dǎo)師、家人、朋友和所有關(guān)心幫助我的人。王淑翠2013年6月于青島飛機顛簸產(chǎn)生的可能機制及其在天氣預(yù)測上的應(yīng)用摘要本文首先基于不可壓縮流體包辛內(nèi)斯克方程組,利用傅里葉變換法和流動內(nèi)邊界條件,推導(dǎo)分層模式氣流過山脈地

2、形的垂直速度解析表達式,研究山脈地區(qū)分層模式氣流過地形的穩(wěn)定性及其引起飛機載荷因素的變化。利用產(chǎn)生飛機顛簸的數(shù)值仿真實驗,研究地形和急流相互作用下發(fā)生飛機顛簸的可能機制。研究結(jié)果表明,急流北側(cè),大氣運動往往是慣性穩(wěn)定的,天氣尺度的對流不穩(wěn)定發(fā)展常在低壓氣旋區(qū)產(chǎn)生飛機顛簸。天氣尺度對流不穩(wěn)定發(fā)展可能會激發(fā)重力波,重力波失穩(wěn)破碎成湍流可能會引起飛機顛簸。急流附近的強風(fēng)切變與對流不穩(wěn)定造成的湍流發(fā)展相互作用,使穿越急流區(qū)的飛機產(chǎn)生強烈的顛簸。在急流南側(cè),大氣運動往往是慣性不穩(wěn)定的,有可能激發(fā)慣性重力波,慣性重力

3、波不穩(wěn)定發(fā)展破碎成湍流,在穩(wěn)定的大氣層結(jié)條件下,慣性不穩(wěn)定運動常在高壓反氣旋區(qū)引起飛機顛簸。這可能是飛機在山脈地區(qū)急流附近產(chǎn)生顛簸的兩種可能機制。在理論分析的基礎(chǔ)上,本文針對2012年5月10日發(fā)生在廣州至上海航線的飛機顛簸個例進行診斷分析,利用NCEP/NCAR再分析資料等對飛機顛簸發(fā)生時的背景天氣形勢、動力和熱力條件進行診斷,研究此次飛機顛簸產(chǎn)生的可能原因。研究結(jié)論表明,顛簸區(qū)域位于高空高壓脊后,飛機穿越等高線密集區(qū)域,在高空急流南側(cè)反氣旋區(qū),可能由于慣性重力波不穩(wěn)定破碎產(chǎn)生飛機顛簸。顛簸區(qū)域位于急流

4、區(qū)邊緣有強的風(fēng)速切變處,較小的風(fēng)速切變有利于重力波的產(chǎn)生,但是隨著風(fēng)切變的增加,重力波會破碎成湍流,引起晴空湍流和晴空飛行顛簸,地形和急流的相互作用可能是此次飛機發(fā)生顛簸的主要原因。關(guān)鍵詞:飛機顛簸,分層流體,急流,地形,重力波PossibleMechanismofAirplaneBumpsanditsApplicationinWeatherPredictionAbstractBasedonthebasicatmosphericdynamicalequations,theexactsolutionsare

5、derivedbyusingtheintegraltransformmethodandthelayered-flowdynamicalequations,wherethetwo-layeredflow,three-layeredflowandmulti-layeredflowovertopographyareconsidered.TheairplanebumpinducedbythetopographyandlayeredJetstreamareanalyzedaccordingtotherelation

6、shipbetweentheaircraftloadfactorandtheverticalvelocityexcitedbylayeredflowovertopography.Theresultsshowthat:theairplanebumpcausedbyinertialinstabilityoftenoccursintheareaofhighpressurewherethestratificationisstableinatmosphere,whiletheairplanebumpcausedby

7、convectiveinstabilityoftenoccursintheareaoflowpressureReanalyzeddataareusedtoinvestigatetheformationofanairplanebumpwhichhappensonMay10,2012.Viadiagnosisofthebackgroundweathersituation,associatedwiththedynamicorthermodynamicconditions,thepossiblecausesoft

8、heairplanebumparerevealed.Conclusionsareasfollows:airplanebumpscausedbyinertialinstability,whichoccurintheregionsofhigh-levelanticyclonewithstrongwindsandwindshear.Theinstabilityofinertialcaninducethatgravitywavesto