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JGR-A:远离雷暴核心,飞机为什么还会颠簸?
中气爱科技新知 2026-11-08 20:13:32

飞机已经绕开雷暴,为什么还会颠簸?阿根廷的一次机载观测发现,在云顶上方约2.6公里、距最强对流单体约100公里的空域仍有湍流,研究认为雷暴激起的重力波可能参与其中。

云顶上方2.6公里,气流仍不平静

2019年11月6日,HALO科研飞机在阿根廷科尔多瓦附近以约12.6公里高度往返飞行。雷达估计云顶约10公里,飞机所在高度的相对湿度只有约9%—11%。这些观测说明,飞机当时没有穿进雷暴云体。

约70分钟内,飞机四次经过研究区域。第二、三段飞行时,下方雷暴增强,机载记录中的风速和温度波动也明显加大;第四段航迹偏离最强对流单体后,湍流随之减弱。颠簸并非均匀分布在整段航程中,而是随风暴位置和强度发生变化。

图1|四次经过时的雷达回波,黑虚线为航迹。暖色表示较强回波;各面板上方和右侧显示垂直结构,帮助判断云层与飞行高度的关系。

雷暴的波动可以传出云层

强对流向上发展,会扰动上方稳定的空气。空气被抬升后又在浮力作用下回落,形成重力波,并向上、向外传播。波动若在传播中变得不稳定、发生破碎,就可能产生小尺度湍流。因此,飞机不必进入云内,也可能受到对流影响。

研究把机载记录与WRF模拟对照:模拟中的升降气流交替分布,从对流区延伸到飞机高度;实测在剧烈起伏之前,也出现了较小振幅的波动。当地虽然有山地,但低层风较弱、且大致沿山脉吹过,模拟的波动又围绕对流分布,作者因而更倾向于对流激发的重力波。

这仍不是对波破碎的直接观测。模拟分辨率不足以还原飞机遇到的细小涡旋,现有资料能够支持这种解释,却不能确定每一段湍流具体如何产生。

图2|16—18时UTC的模拟剖面。红、蓝为上升、下沉气流;彩线为位温,黑虚线为飞行高度,黑实线为12 dBZ回波边界。波动延伸到回波上方。

每秒测10次,会漏掉多少峰值?

作者还将每秒采样10次与100次的结果作了比较。两者给出的湍流动能总体接近,都能识别哪段气流更活跃。但湍流动能反映的是风速起伏包含的能量,不能代替对短时强烈颠簸的刻画。

进一步计算表征小尺度湍流强度的EDR后,差别明显了:在局地增强区,10 Hz数据估算的峰值可能低估30%—50%。也就是说,主要的强弱变化已经测到,短促的尖峰却可能被低频采样削弱。用不同仪器比较湍流强度时,必须把采样频率的差异考虑进去。

图3|上、下分别用垂直风和横向风估算EDR。黑线为10 Hz,彩线为四段100 Hz记录;紫、绿段较强,部分尖峰被低频观测削弱。

这次观测说明,云外的颠簸也需要结合附近对流来理解。但约100公里只是这个个例的观测尺度,不能据此划定统一安全距离。下一步需要在更多风暴中同步观测波动与湍流,配合更精细的模拟,检验哪些环境更容易让重力波转化为颠簸。

数据与方法

研究使用当日HALO的1、10、100 Hz三维风与温度记录,结合GOES-16水汽图和阿根廷RMA1天气雷达,比较四段往返航迹与对流演变。WRF采用4公里网格、45层,由GFS提供初始和边界条件,用于分析天气背景及较大尺度波动,不能直接解析实测湍流。

分析将航迹划为4公里短段,以三向风速方差计算湍流动能;用Welch方法估计风速功率谱,依据谱斜率与拟合误差选择惯性区间,估算能量耗散率的立方根EDR,再比较10个优选区间的结果以检查敏感性。该方法依赖局地各向同性等假设,大气分层会带来偏离。

论文信息

Vera Amor, J. I., Rodriguez Imazio, P., Dörnbrack, A., Vidal, L., Alvarez Imaz, M. Convectively-Induced Turbulence: High-Resolution Aircraft Measurements Over Central Argentina. J. Geophys. Res. Atmos. 131, e2025JD045584 (2026).
https://doi.org/10.1029/2025JD045584


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发布时间:2026-11-08 11:58:35


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