飞机颠簸产生的可能机制及其在天气预测上的应用

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1、飞机颠簸产生的可能机制及其在天气预测上的应用飞机颠簸产生的可能机制及其在天气预测上的应用PossibleMechanismofAirplaneBumpsanditsApplicationinWeatherPrediction王淑翠李子良全日制学术学位气象学中尺度气象学201361谨以此论文献给我的导师、家人、朋友和所有关心帮助我的人。王淑翠2013年6月于青岛飞机颠簸产生的可能机制及其在天气预测上的应用摘要本文首先基于不可压缩流体包辛内斯克方程组,利用傅里叶变换法和流动内边界条件,推导分层模式气流过山脉地

2、形的垂直速度解析表达式,研究山脉地区分层模式气流过地形的稳定性及其引起飞机载荷因素的变化。利用产生飞机颠簸的数值仿真实验,研究地形和急流相互作用下发生飞机颠簸的可能机制。研究结果表明,急流北侧,大气运动往往是惯性稳定的,天气尺度的对流不稳定发展常在低压气旋区产生飞机颠簸。天气尺度对流不稳定发展可能会激发重力波,重力波失稳破碎成湍流可能会引起飞机颠簸。急流附近的强风切变与对流不稳定造成的湍流发展相互作用,使穿越急流区的飞机产生强烈的颠簸。在急流南侧,大气运动往往是惯性不稳定的,有可能激发惯性重力波,惯性重力

3、波不稳定发展破碎成湍流,在稳定的大气层结条件下,惯性不稳定运动常在高压反气旋区引起飞机颠簸。这可能是飞机在山脉地区急流附近产生颠簸的两种可能机制。在理论分析的基础上,本文针对2012年5月10日发生在广州至上海航线的飞机颠簸个例进行诊断分析,利用NCEP/NCAR再分析资料等对飞机颠簸发生时的背景天气形势、动力和热力条件进行诊断,研究此次飞机颠簸产生的可能原因。研究结论表明,颠簸区域位于高空高压脊后,飞机穿越等高线密集区域,在高空急流南侧反气旋区,可能由于惯性重力波不稳定破碎产生飞机颠簸。颠簸区域位于急流

4、区边缘有强的风速切变处,较小的风速切变有利于重力波的产生,但是随着风切变的增加,重力波会破碎成湍流,引起晴空湍流和晴空飞行颠簸,地形和急流的相互作用可能是此次飞机发生颠簸的主要原因。关键词:飞机颠簸,分层流体,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