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亂流,是運動物體在其運動軌跡附近會讓緊跟在後的物體被氣流干擾,影響空氣原來的運動狀態的現象。主要有雲雨亂流、山嶽波亂流和晴空亂流幾種類型。亂流同海洋中的渦流、大浪一樣,嚴重影響飛機等飛行器的航行安全。

1 亂流 -簡介

亂流亂流

亂流(turbulent flow),指不穩定氣流或水流,對於水流來說,流速較快,水面則會產生擾動,有些地方會形成漩渦,水流變得混亂而不一致,這就是亂流,同樣的情況也會發生在氣體流動。觀察燃燒中的香煙,當白色煙霧裊裊上升時,線條非常均勻平滑,但是當煙霧上升到一定高度后,也會變得混亂而形成漩渦狀,這也是亂流。

亂流是物體相對流體,做高速運動時產生的,例如子彈飛行時相對於空氣的高速運動,顯卡散熱風扇製造的高速氣流。習慣上,將水流的亂流稱漩渦,而直接將不穩定的氣流稱為亂流。

2 亂流 -特點

強度
亂流亂流

亂流的強度受以下因素影響:

1、風速越大亂流越強;

2、空氣密度越大亂流越強。冷空氣的密度比暖空氣的密度高,所以冷天造成的亂流比熱天強。當風速在 15-20 公里 / 小時時,特別在靠近障礙物、起伏地時,產生的亂流足以將飛行器翻過來。

範圍

亂流的範圍從幾 十米到幾百米,甚至幾公里,因此飛行員在擬定飛行計劃時首先要考慮航線上容易產生亂流的區域。 

亂流摩擦力

指由空氣內部亂流交換而產生的內摩擦力。亂流摩擦力的大小取決於上、下層風的向量差及亂流強度。亂流強度一定時,上、下層風的向量差值愈大,則同一時間交換的動量愈多,故亂流摩擦力愈大;同理,上、下層風的向量差一定時,亂流愈強,氣層在同一時間內交換的動量也愈多,故亂流摩擦力也愈大。

3 亂流 -成因

形成亂流的條件很多,流速快慢只是其中一個因素,也是最容易觀測到的,其它如流體的黏性、流動規模大小、接觸表面的粗糙度等,也都會導致亂流的形成。

亂流亂流

1、高低起伏的樹木、山地和建築物;

2、空氣中受冷熱影響而引起的靜態的變化;

3、兩層空氣之間的流速差;

4、冷風或暖流過境產生亂流;

5、與熱氣流也有關係,尤其在熱氣流的邊緣。

6、低空風切

是產生在低空的一種氣流變化,低空風切的產生原因,很大部份是與機場周圍地形息息相關的,例如山與海的交界處,山谷里,氣流順著山勢直壓而下,到達地面時則又反彈上升,而若機場建在這個當口,當飛機進近時,首先會遇到一股急升的氣流,就是下壓氣流反彈的部份,這時無論是自動駕駛或人為操作,都會下壓飛機以達標準的進近高度,而當過了這部份,卻又發生直壓而下的氣流,加諸在正在下降的飛機上,而反應高度卻只剩下幾百呎時,悲劇就不免發生了。

飛機上的氣象雷達一樣無法偵測出低空風切,只能依靠機場是否有都普勒風切雷達偵測系統來告知。 

4 亂流 -類型

飛機航行在大氣中所遭遇的亂流有很多類型,典型且常見的有「雲雨亂流」與「山嶽波亂流」和氣象雷達無法偵測的晴空亂流。

雲雨亂流
亂流亂流

雲雨亂流的產生,多半是因為空氣的熱對流作用所致。受到強烈太陽照射、吸收許多熱量而升溫的地表,會加熱附近的空氣,地表附近空氣受熱后膨脹上升,擠壓上層冷空氣下降,形成熱對流;此時,由於空氣的密度發生變化,形成不均勻狀態,造成空氣與空氣之間彼此擠壓摩擦,無法維持井然有序的流動,這種對流的過程便會產生亂流。

熱對流跟用鍋子燒開水的對流現象很類似,之所以稱之為雲雨亂流,是因為在對流過程中,空氣中的水氣會形成積雲,因此飛機駕駛員如果觀察到積雲,就可以判斷該處可能有亂流而選擇避開。 

山嶽波亂流

主要是山坡地形作用所導致。當空氣在山的迎風面沿山坡上升時,風速隨著山的坡度升高而增快,在氣流爬升至山頂時達到最大。當氣流通過山頂后,受到地形障礙物高度降低的影響會迅速下降,於是產生下降氣流;隨後再因為地面摩擦作用,使得位居前端的底層空氣流動較緩慢,並導致後端持續前進的空氣向上推擠,造成空氣產生漩渦一樣的擾動。因山坡地形所產生的亂流通常發生在通過山峰后數公里處、形成浪花狀的渦動雲,這就好像河水流過大石頭后,會在大石頭後方產生漩渦是一樣的。飛機駕駛通常也會避免進入此空域中。

晴空亂流
亂流亂流

除了雷雨或地形波活動引起的亂流外(即使這類亂流出現在晴空):其餘的高空亂流都可歸為晴空亂流。晴空亂流是在晴朗無雲的環境下發生的亂流,它通常沒有很明顯的水氣存在,因此無法由氣象雷達偵測出來,也不能藉由觀察雲層分佈加以判斷,往往在遭遇后才知道它的存在。

在對流層下方,是一股西向東的高速氣流,時速動則百公里以上,而在這條高速氣流與低速氣流交會處所產生的氣流差,就是晴空亂流產生的區域。晴空亂流的級別,通常都在中度亂流以上。

晴空亂流的成因很多,根據一般經驗判斷,當風速超過每小時200公里,就可能伴隨晴空亂流。例如在冬季北緯25~50度的高空西風帶內,常常會有噴射氣流存在,它的內部和周遭區域多半都是晴朗狀態,偶爾伴隨些許捲雲,所引起的亂流往往非常強勁,因流速極快而得「噴射」之名,最快可達每小時數百公里(比強烈颱風還要快上1~2倍);這就好像是在裝滿水的浴缸中用水管強力噴出的水流,水流周圍往往都會有很多擾動的現象,因此噴射氣流附近的空域很容易造成晴空亂流。

然而,噴射氣流的存在並不意味著一定會出現晴空亂流,駕駛員雖然可以透過氣象數據知道噴射氣流的存在,但並無法確切預測是否有亂流。正因為晴空亂流的不可預測性,飛機一旦遭遇到它,後果常常不堪設想,甚至造成人員傷亡。

在晴空亂流中,飛機會產生顛簸,比在雷雨中或地形波中的顛簸更嚴重。就象一輛高速行駛的汽車突然駛入一條坎坷不平的道路上一樣。

5 亂流 -等級

根據航空準則,將亂流分為以下四個等級:

輕度亂流
亂流亂流

飛機的姿態和高度會有些許的變化,飛行員會感到安全肩帶有輕微的壓力。

中度亂流

飛機的姿態和高度會有顯著的變化,空速也會有變化。飛行員會感到安全肩帶有顯著的壓力。但是此時飛行員仍可操作飛機。

強烈亂流

飛機的姿態和高度會有劇烈的變化,空速大幅地跳動。飛行員在短暫的片刻會失去對飛機的控制。

極度亂流

飛行員完全失去對飛機的控制,飛機結構可能會受損。

6 亂流 -危害

亂流造成顛簸給操縱帶來困難,重則操縱失靈,如十分強烈,機體受到忽大忽小的氣流衝擊的強度超過飛機所能承受的最大載荷時,會造成機體變形甚至解體。

7 亂流 -應對

偵測
亂流亂流

雲雨亂流與山嶽波亂流都伴隨著水氣,可以利用氣象雷達偵測。飛機的氣象雷達裝在機鼻,主要功能是偵測前方大氣的狀態,雷達發出的電波在遭遇水氣時會反射回來,透過計算回波的強弱,即可換算前方水氣的多寡,若前方有大量水氣,就可能存在亂流,駕駛員會繞過該雲層,朝氣流較穩定的區域飛行。

躲避

飛行的規則是儘可能避開所有已知的亂流區域,但亂流是一種極難準確測定的短暫現象。如果已經預測到有亂流,或者看到某些可疑的雲狀,而又無法避開,就應建立穿越亂流的速度,並使機組人員和旅客儘快地做好準備。如果條件非常壞,就應決定回航或取消飛行。在對亂流缺乏了解時,應當優先選擇經常飛行的航線。

預警

如果遇到亂流,一定要迅速向最近的交通管制中心或機場發出準確的報告,使這個區域內的其他飛機得到警報,使預報能及時修正。所報告的情況越多越好。諸如位置(經度和緯度)、高度、航向、亂流強度和持續時間、錶速和直空速,與雷雨、山脊或急流的關係等,這些情況對其他飛行員、氣象台和天氣研究部門是很有價值的。對亂流的了解越多,就越容易對有類似情況的區域及時作出預報,也易於在飛行中避開這些區域。

操作

一旦遇到顛簸可採取以下措施:

操縱動作柔和,切忌粗猛;

2、採用適當的飛行速度,通常採用較小的飛行速度,以防止過大的載荷因素;

3、適當H和Hx,脫離顛簸區。 

儘管氣象雷達已可以偵測到伴隨水氣的亂流,但還是有些亂流無法被偵測出來,所以為了自身的安全,坐飛機時還是應該全程系妥安全帶,以避免不預期的亂流造成傷害。

8 亂流 -事件

1997年12月28日,一架自東京飛往夏威夷的客機,就遇上了強烈的晴空亂流,飛機瞬間急降30多米,並且持續上下巨幅擺動,造成一名乘客死亡、100多人受傷。

2010年,海灣航空的航班曾遭遇亂流,造成10人受傷。

2011年2月13日,美國無動力滑翔翼教練馬太乙在台灣高雄市中寮山區進行飛行傘單飛時,疑因遇亂流連人帶傘墜落山谷,警方出動大批人員搜山近4小時才尋獲,所幸他僅腳踝、脊椎骨折,送醫后無生命危險。

2011年11月,全日空的航班由新加坡飛往羽田機場時在中國台灣附近上空遭遇亂流,導致2名乘客及3名機組人員受輕傷。

2012年6月20日下午,全日空一架從北京飛往東京成田機場執行NH956次航班的客機,在成田機場降落時失敗,機體受強烈衝擊而變形,所幸193名乘客和機組人員無人受傷。機長在接受初步調查時稱,客機降落時遭遇亂流襲擊,當時機場風力達到每秒15米。

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