大氣擾動

大氣擾動也叫“亂流”，主要指空氣作不規則的流動。其主要是近地面氣流受崎嶇地面影響或因地面受熱不均勻所致，通常前者叫“機械擾動”，後者叫“熱力擾動”。擾動強度因風速大小、地表崎嶇程度和溫度直減率大小而定。大氣擾動往往產生陣風和造成飛機顛簸。大氣擾動通常有大氣紊流、突風和風切變三種形式。

基本介紹

• 中文名：大氣擾動
• 外文名：atmospheric disturbance

大氣擾動的概念

通常意義下的大氣擾動是指空間尺度小於1km和時間尺度小於1s的大氣起伏。這主要是對流層（高度低於12km）和平流層（高度12~20km）的大氣所引起的。

大氣擾動的原因

產生大氣擾動的基本原因可能是：

1、空氣與地面的摩擦作用，引起所謂機械擾動或者動力擾動；

2、下墊面上地方性的增熱不均勻，引起所謂熱力擾動或對流；

3、方向和速度不同的二層氣流之間的界面上產生的摩擦作用。

這些原因常常同時起著作用，特別是在對流層的下部，引起了總和的擾動。

不同高度大氣層中的大氣擾動

在低層大氣中，大氣擾動主要指疊加在帶狀基本氣流上的各種尺度的氣壓系統，亦特指小尺度低壓或氣旋式環流系統。

在中層大氣中，主要存在行星波、聲重波和潮汐波引起的擾動，例如：大氣中的行星波引起冬季平流層的突然增溫，有時在高緯平流層，幾天內的增溫幅度可達65K。重力波也能引起大氣密度的顯著變化。

高層大氣是非線性介質，它受到的強擾動主要是由於太陽輻射輸入的變化和來自磁層及低、中層大氣連續的、波動的能量和動量傳輸引起的。而太陽風能量的擾動是高層大氣最重要的擾動源，特別是在磁暴期間，源於磁場的電場耗散引起焦耳加熱和通過高能帶電粒子沉降引起動力學加熱造成了極蓋區和極光帶高層大氣的強增溫，並驅動大尺度風體系。通過風場帶來的熱傳輸，形成全球高層大氣增溫，進而也引起高層大氣密度的大擾動。

因地球大氣擾動而不斷變換顏色的天狼星

大氣擾動的形式

大氣擾動通常有3種形式：大氣紊流、突風和風切變。

大氣紊流是指疊加在常值風（平均風）上的連續隨機脈衝。通常認為紊流是一種平穩、均勻、各態經歷及各向同性的隨機過程，該過程的統計特性不隨時間而變化。

突風又稱陣風，表現為確定性的風速變化。它主要體現了水平及垂直風速急劇變化的梯度。如上升暖氣流和下降冷氣流邊緣，山脈、懸崖及溫度變化地區和風暴邊緣區，都會出現風速的急劇變化。當這種氣流變化梯度足夠大時，飛機處於強風力場作用下，在飛機上引起瞬態載荷，使飛機運動發生變化，故設計飛控系統應當對此加以考慮。

在近地面時，由於空氣黏性作用，風速是不均勻的，形成了隨高度變化的風剖面。在不同高度上風速的大小及方向不同，此即為風切變。實踐表明，風切變對飛機起飛和著落階段的飛行有重大影響。當迎頭風速減小時，改變了空速，並減小了發動機推力，使飛機產生更大的下降速度，引起飛行軌跡的偏差，這在下滑階段非常危險。此外，由於飛機著陸時接近其失速邊界，空速降低是非常危險的。所以，在風切變出現時，必須迅速糾正和改出。

風切變