夏天到了，飞行是不是更颠簸了？

引言

下面这张表是FAA提供的从2002年至2017年FAA每年监控的1千 多万次航班中机组和 旅客因为颠簸而受伤的统计表。

可以看出尽管ICAO，FAA各飞机制造商不断的进行培训和警示颠簸的风险，但对于颠簸人员受伤与航班量的百分比其实并没有显著变化。其一是因为，本来这个百分比就相当低仅有0.00001%的单位量级，二是现阶段对于颠簸的准确预报还是存在一定难度。

那么今天我们换一个角度来看看对于专业的飞行员来说处置颠簸我们还能做点什么呢？

1.颠簸的定义

首先我们还得从颠簸的定义着手。飞机在飞行中遇到扰动气流时，将受到不均匀的空气动力冲击，造成飞机左右前后摇晃，上下抛掷及局部震颤等现象，我们称之为飞机颠簸。

颠簸只是个现象而造成这个现象的主要外在原因就是大气中的湍流。湍流其实就是大气中的各种涡，只有当这个涡的尺寸和飞机的尺寸相当时，就容易引起飞机升力和迎角的显著变化造成颠簸现象。

所以这就能解释为什么有时候你在飞ARJ报告有颠簸，而在同高度同区域的A380却报告气流平稳。

2.湍流分类

我们熟知的湍流一般分为三种，热力湍流，动力湍流，和尾涡湍流。

热力湍流

热力湍流主要是由于空气中水平温度的分布不均或垂直温度层结构不稳定产生。前者主要是在离地面较近的热力性质差异较大的区域。比如夏天中午的五边进近时，在进近航迹下方有沙地、水塘、树林不同的热力性质差异表面，这时热力湍流就较强。

还有在低空温度递减率大于7°C/1000米时，我们可以通过地表温度和该区域的重要天气图上的零度等温线大致算出当时的温度递减率，当然我们在飞行下降阶段也可以直接通过机载设备的SAT静温得到当时的大气温度值粗略计算在下降阶段的气团的温度递减率从而对热力湍流进行一定的预防。

动力湍流

动力湍流是在风的作用下由于地表摩擦引起的小尺度湍流，其强度变化随风速、地表粗糙层度或地形起伏特征及大气稳定度而变化。如在北京首都机场春天大风天气下的颠簸就是从从张家口吹来的西北风经过燕山的摩擦生成较多的湍流。

动力湍流也可以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的波状起伏。也可称为切变湍流风切变越大，切变湍流越强，这也是为什么我们在飞行计划中看到的颠簸指数是由WS（windshear）来代表。

我们经常提到的CAT晴空颠簸就是切变湍流的一种。当存在风速的垂直切变时，在风的作用下变产生重力波，当风速足够大且垂直切变大于某一能产生切变不稳定的临界值时，重力波出现切变不稳定，完整的波形就会被破环，滚轴内的气流就分解成小尺度的湍流运动。

下图例为实验室实际模拟结果。可以说明切变湍流的发展。起初为水平流体流动，其速度与密度的垂直廊线如图中（a）所示，此时流体稳定成层。若垂直切变较弱，流体稳定，则无扰动发展如图中（b）所示。在稳定层的流体内，由切变不稳定引起的波的发展和破裂。

（a）被发展前，流体速度和密度的垂直廊线，图中阴影层为密度较大层，无影层为密度较小层；

（b）~（f）为在峰的垂直切变作用下，波动发展不同密度层分层涡卷的不同阶段。

尾涡湍流

尾涡湍流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涡对。当后机进入前机尾流区时，会出现飞机抖动，下沉、发动机停车，坡度翻转。ICAO公布了预防尾流的各机型的间隔要求，因为尾涡的消散规律固定，只需要严格遵照间隔要求并做好预防措施，这种风险是相对可控的。

同时飞机的颠簸除了跟湍流的涡旋尺寸相关外，还与湍流涡的频率有关，飞机在高速时过负荷频率平均为0.8-2HZ,人的器官固有频率为3-17HZ,所以当涡的频率为4-5HZ时，飞行员和乘客就会很难受这也就是为什么在这样的颠簸时人会有恶心难受，而如果涡旋的频率和机翼的固有频率相近发生共振会使飞机颠簸加剧。

3.颠簸层的空间分布和出现频率

在低空由于丘陵和山地上空湍流易获得发展，所以山区颠簸比平原多。

对流层中部，颠簸频率最小，对流层上部越接近对流层顶或高空最大风速区，出现颠簸的频率就越大。

飞行经验表明，中高空的颠簸层一般有比较明显的边界，实际资料统计显示，在对流层中颠簸层的平均厚度为400-800米，但在锋面云系中，颠簸层最大厚度可达几千米。

根据国外统计数据在中高纬度上600米以内的颠簸层占70%，1000米以内的占80-90%低纬度地区颠簸相对偏厚，厚度可达2000米，但在6-12km之间强颠簸区通常不超过200-300米。所以一般来说遭遇颠簸后改变高度层是首选的方案。

同区域颠簸层出现的持续时间也不一定，一般持续时间2-3小时，据统计颠簸层持续6H以上的概率不超50%。所以当我们在某管制区域当遭遇到颠簸时，可以询问管制员，这个高度什么时候开始有机组报告颠簸，大概了解湍流发展的过程。

云中颠簸出现的频率较高，原因是云中的气温和空气密度分布不均匀。飞行员经常能观测到在紧贴云层上限飞行时会出现强烈颠簸，尽管是在层云上，那是因为云内的湍流系数和云外差距很大所以在贴云飞行尤其时起伏不平的云顶会出现强烈的颠簸。

当然在积状云中飞机颠簸的频率和强度是最大的，以及在急流相伴的高积云和卷云中也可出现较强颠簸。

在气团锋面非常有利于湍流发展，不过在冷锋锋区颠簸比暖锋区颠簸更为明显。 在高空槽或高空低涡著名的西南冷涡和华北低涡，已经切变线附近都会因为切变的强度不同产生不同程度的颠簸。

晴空颠簸发生的频率在山区比平原要高一个量级，山区上空的湍流与山体上方的气流引起的中尺度波的破裂有关，急流附近爆发晴空颠簸要比一般对流层中、上部的概率高很多。

对于晴空颠簸的预报和探测一直是个难题，现在较推崇的就是EDR（Energy dissipation rate） 即大气涡旋耗散率，仍然是目前世界上公认的最先进的颠簸算法之一目前在欧美地区已经有很多航空公司在其运行的机型上，成功地部署EDR算法，利用AMDAR测量的风温数据估算EDR指数，并通过ACARS实时数据传输，将航路颠簸信息下传至地面，通过数据组网实现同步图形化显示，提高颠簸监测和预警能力，经验证已经能够十分准确的探测大气湍流强度，进而反映空中颠簸的情况。

山地波造成的颠簸，在山区的动力因子和热力因子的共同作用下，常出现山谷环流、山地波，山地湍流的发展强弱，取决于山脉的形态高度，相对山体的风向、风速和风随高度的变化。

山地波的存在可借助于山地波的特有的云层加以辨认，如下图。同时要特别警惕当湿度较小时可能很难看请滚轴状云。在山地波中飞行高度表的误差也是较大的风险，根据伯努利定律，气压与风速的平方成反比，当风速45M/S时，观测的气压高度比实际高度高110m。

建议

对于颠簸风险最好就是预防，如果遭遇了颠簸那么飞行员就应该沉着冷静，合理的使用自动化设备，选择适当的速度（为了减小颠簸时飞机过载减小速度但同时要考虑小速度会造增大迎角造成失速风险），在严重颠簸时执行严重颠簸检查单程序。

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