航空气象学：08.3 飞机颠簸
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里查森数
Ri [g( d )]
T (V Z )2
Ri值越小， 湍流越大。
3
3、飞机颠簸 之 大气湍流
在地表面受热不 均时，上、下气 流之间常产生扰 动而形成乱流。
动力
气流经过粗糙不平 的地表面，常因摩 擦作用而产生涡旋， 引起空气的湍流。
热力
风切 变
在自由大气中， 乱流是由风切变 产生水平轴或垂 直轴漩涡造成的。4
动 力 乱 流
7
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
山地波
气流越山时，在一定条件下，会在 山脊背风面上空形成波动气流，称 山地背风波或地形波或驻波。
8
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
9
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
晴空乱流（CAT）
是指出现在6000 m以上高空，与对流云无关 的乱流。 由于它不伴有可见的天气现象，飞行员难于 事先发现，对飞行威胁很大。 晴空乱流的成因与强风切变有密切关系，在 高空急流附近常有强风切变，故常有晴空乱 流出现。
31
顶附近是一个重要的晴空颠簸区。。
积雨云区附近 也存在颠簸
28
3、飞机颠簸 之 颠簸对飞行的影响
颠簸对机内乘员 的影响
颠簸对飞机结构 的影响
颠簸对操纵飞机 的影响
颠簸对仪表指示 的影响
29
3、飞机颠簸 之 遭遇颠簸时的处置方法
Ⅰ
柔和操作，保持平飞
采用适当的飞行速度
Ⅱ
Ⅲ
飞行速度和高度不必严格保持
适当改变高度和航线，脱离颠簸区
24
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
在空中槽线和切变线附近，大气
层结不稳定，再加上气流有辐合 空
中
辐散，因此乱流易于发展。
槽
和
在飞机穿越槽线和切变线时，常
切 变
线
会出现明显的颠簸。
25
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
高空低涡
飞机穿过高空低涡时，碰到的高空风 很小，但风向打转，并且由于高空低涡 大多是冷性的，使气层变得不稳定，乱 流发展，飞机会遇到中度以上的颠簸。
大气湍流的种类
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
热力湍流 动力湍流 晴空湍流 尾
由空气热力原因形成的乱流称热力湍流。常 常出现在对流层的低层。
热 力 湍 流
6
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
空气流过粗糙不平的地表面或障碍物时出现 的乱流，其影响范围多在1～2 km高度以下。
Ⅳ
Ⅴ
在对流云团附近应采取的措施
30
习题：
什么叫飞机颠簸？引起飞机颠簸的原因是什 么？ 里查孙数的物理意义是什么？用它如何来判 断湍流是否发展？ 湍流的种类有哪些？各是如何引起的？ 什么叫晴空湍流？它有哪些特点？ 飞机颠簸的强度是如何划分的？它与哪些因 素有关？ 在哪些天气条件下，飞机容易产生颠簸？
26
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
高空急流区
27
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
在对流层顶附近，尤其在对流层顶有断
对 裂现象和对流层顶坡度较陡时，往往有
流 层
较强的乱流出现。
顶 据有关资料记载，当对流层顶坡度达到
附 近
1/100～1/300时可以产生颠簸，当坡度大 于1/100时颠簸将十分强烈，可见对流层
22
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统
对流层顶
空中槽和 切变线
附近
高空低涡
急流区
积状云区 附近
锋面 23
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
锋面移动速度越快，两侧气团 越不稳定，产生的乱流颠簸就越 强。
锋 较强的颠簸多出现在锋面附近， 面 冷气团一侧出现的频率比暖气团
一侧大。此外，冷锋附近的颠簸 比其他锋面强，特别是第二型冷 锋，对飞行特别危险。
1
第三节 飞机颠簸
大气湍流
湍流发展的依据 湍流的种类
颠簸的形成和颠簸的强度
颠簸的形成 颠簸的强度划分 颠簸区的空间分布特征 产生颠簸的天气系统颠簸对飞行的影 响和应采取的措施
2
3、飞机颠簸 之 大气湍流
空气在较大范围的运动中还有许多局部升降 涡旋等不规则运动。这种不规则的空气运动， 气象学上称为扰动气流，或叫乱流，又称湍 流。
飞行速度
低速飞行条件下（空速600km/h以下），飞行 速度越大，飞机因乱流而产生的振动的振幅和 频率都越大，颠簸就越强。 在一定的乱流下，如果飞行速度继续增大，由 于振动周期缩短，振幅会反而减小。
18
3、飞机颠簸之颠簸的形成和强度—影响因子
飞机的翼载荷
翼载荷大的飞机单位机翼面积上承受的飞机 重量大，受到垂直阵风冲击后产生的加速度 小，所以颠簸弱，反之，翼载荷小的飞机， 颠簸就较强。 翼面积是一定时，颠簸强度只与载重多少有 关。载重少时颠簸较强，载重多时颠簸较弱。
16
3、飞机颠簸 之 颠簸的形成和强度——强度
颠 根据飞机在垂直方向上承受的
簸 的 强
负荷变量划分：
N
度
g
N
N 0.2 0.2 N 0.5 N 0.5
颠簸强度 弱颠簸
中度颠簸
强颠簸
17
3、飞机颠簸之颠簸的形成和强度—影响因子
湍流强度
垂直阵风的速度越大，空气密度越大，颠簸也 越强；反之，它们所引起的飞机升力的变化越 小，颠簸越弱。
10
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类 晴空乱流（CAT）
根据计算和飞机报告，当水平风的 垂直切变每100 m达到1～2 m/s，水 平切变达到每100 km为5～6 m/s时， 常有晴空乱流发生。
11
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
尾涡乱流
飞机飞行时产生的一对绕翼尖旋转的方向相 反的闭合涡旋。
尾涡强度与 飞机重量、 载荷、飞行 速度有关。
12
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
在空中，尾涡大约以120～150 m/min的速率下 降，在飞行高度以下250 m处趋于水平，不再下 降。
13
3、飞机颠簸 之 颠簸的形成和强度
飞机颠簸是由那些与飞机尺度相当 的、无一定顺序出现的那部分涡旋 (涡旋直径为15～150m)造成，这种乱 流称为“飞机乱流”。
第三节 飞机颠簸
1993年4月6日，中国东方 航空公司一架MD-11型远程 宽体客机，在从上海到洛杉 矶的飞行途中，于太平洋的 阿留申群岛万米高空失去控 制，30秒钟之内飞机急剧颠 簸了3次，飞机以每10秒钟 跌落超过500米的惊人速度 下坠，造成1名乘务员和1名 乘客死亡，30多人头皮破裂， 头骨骨折，另有100人轻伤， 飞机最后在美国西米亚空军 机场着陆。
14
3、飞机颠簸 之 颠簸的形成和强度——形成
乱流涡旋对飞机的作用，在飞机上看来，是 一股方向不定、强弱不一的阵风。这种阵风 可把它分解为垂直阵风和水平阵风来讨论。
颠 簸 的 形 成
15
3、飞机颠簸 之 颠簸的形成和强度——强度
颠 簸
在飞行中，根据飞行员感觉
的 和目测的飞行状态的异常程度，
强
度 一般把颠簸强度分为三个等级：
19
3、飞机颠簸 之飞机颠簸层的特征
低空颠簸区的分布
在低空，由于山地和丘陵地区湍 流易得到发展，所以山区颠簸比 平原地区多。
20
3、飞机颠簸 之飞机颠簸层的特征
颠簸层 厚度
颠簸层 水平宽度
21
3、飞机颠簸 之飞机颠簸层的特征
颠簸层随 高度的分布
在我国青藏高原，由于特 殊的自然地理条件，在 7500～9000m的飞行高度 上，热力乱流、动力乱流 和晴空乱流都能起作用， 因此颠簸出现的频率和强 度都高。
Ri [g( d )]
T (V Z )2
Ri值越小， 湍流越大。
3
3、飞机颠簸 之 大气湍流
在地表面受热不 均时，上、下气 流之间常产生扰 动而形成乱流。
动力
气流经过粗糙不平 的地表面，常因摩 擦作用而产生涡旋， 引起空气的湍流。
热力
风切 变
在自由大气中， 乱流是由风切变 产生水平轴或垂 直轴漩涡造成的。4
动 力 乱 流
7
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
山地波
气流越山时，在一定条件下，会在 山脊背风面上空形成波动气流，称 山地背风波或地形波或驻波。
8
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
9
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
晴空乱流（CAT）
是指出现在6000 m以上高空，与对流云无关 的乱流。 由于它不伴有可见的天气现象，飞行员难于 事先发现，对飞行威胁很大。 晴空乱流的成因与强风切变有密切关系，在 高空急流附近常有强风切变，故常有晴空乱 流出现。
31
顶附近是一个重要的晴空颠簸区。。
积雨云区附近 也存在颠簸
28
3、飞机颠簸 之 颠簸对飞行的影响
颠簸对机内乘员 的影响
颠簸对飞机结构 的影响
颠簸对操纵飞机 的影响
颠簸对仪表指示 的影响
29
3、飞机颠簸 之 遭遇颠簸时的处置方法
Ⅰ
柔和操作，保持平飞
采用适当的飞行速度
Ⅱ
Ⅲ
飞行速度和高度不必严格保持
适当改变高度和航线，脱离颠簸区
24
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
在空中槽线和切变线附近，大气
层结不稳定，再加上气流有辐合 空
中
辐散，因此乱流易于发展。
槽
和
在飞机穿越槽线和切变线时，常
切 变
线
会出现明显的颠簸。
25
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
高空低涡
飞机穿过高空低涡时，碰到的高空风 很小，但风向打转，并且由于高空低涡 大多是冷性的，使气层变得不稳定，乱 流发展，飞机会遇到中度以上的颠簸。
大气湍流的种类
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
热力湍流 动力湍流 晴空湍流 尾
由空气热力原因形成的乱流称热力湍流。常 常出现在对流层的低层。
热 力 湍 流
6
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
空气流过粗糙不平的地表面或障碍物时出现 的乱流，其影响范围多在1～2 km高度以下。
Ⅳ
Ⅴ
在对流云团附近应采取的措施
30
习题：
什么叫飞机颠簸？引起飞机颠簸的原因是什 么？ 里查孙数的物理意义是什么？用它如何来判 断湍流是否发展？ 湍流的种类有哪些？各是如何引起的？ 什么叫晴空湍流？它有哪些特点？ 飞机颠簸的强度是如何划分的？它与哪些因 素有关？ 在哪些天气条件下，飞机容易产生颠簸？
26
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
高空急流区
27
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
在对流层顶附近，尤其在对流层顶有断
对 裂现象和对流层顶坡度较陡时，往往有
流 层
较强的乱流出现。
顶 据有关资料记载，当对流层顶坡度达到
附 近
1/100～1/300时可以产生颠簸，当坡度大 于1/100时颠簸将十分强烈，可见对流层
22
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统
对流层顶
空中槽和 切变线
附近
高空低涡
急流区
积状云区 附近
锋面 23
3、飞机颠簸 之 产生颠簸的天气系统和地区
锋面移动速度越快，两侧气团 越不稳定，产生的乱流颠簸就越 强。
锋 较强的颠簸多出现在锋面附近， 面 冷气团一侧出现的频率比暖气团
一侧大。此外，冷锋附近的颠簸 比其他锋面强，特别是第二型冷 锋，对飞行特别危险。
1
第三节 飞机颠簸
大气湍流
湍流发展的依据 湍流的种类
颠簸的形成和颠簸的强度
颠簸的形成 颠簸的强度划分 颠簸区的空间分布特征 产生颠簸的天气系统颠簸对飞行的影 响和应采取的措施
2
3、飞机颠簸 之 大气湍流
空气在较大范围的运动中还有许多局部升降 涡旋等不规则运动。这种不规则的空气运动， 气象学上称为扰动气流，或叫乱流，又称湍 流。
飞行速度
低速飞行条件下（空速600km/h以下），飞行 速度越大，飞机因乱流而产生的振动的振幅和 频率都越大，颠簸就越强。 在一定的乱流下，如果飞行速度继续增大，由 于振动周期缩短，振幅会反而减小。
18
3、飞机颠簸之颠簸的形成和强度—影响因子
飞机的翼载荷
翼载荷大的飞机单位机翼面积上承受的飞机 重量大，受到垂直阵风冲击后产生的加速度 小，所以颠簸弱，反之，翼载荷小的飞机， 颠簸就较强。 翼面积是一定时，颠簸强度只与载重多少有 关。载重少时颠簸较强，载重多时颠簸较弱。
16
3、飞机颠簸 之 颠簸的形成和强度——强度
颠 根据飞机在垂直方向上承受的
簸 的 强
负荷变量划分：
N
度
g
N
N 0.2 0.2 N 0.5 N 0.5
颠簸强度 弱颠簸
中度颠簸
强颠簸
17
3、飞机颠簸之颠簸的形成和强度—影响因子
湍流强度
垂直阵风的速度越大，空气密度越大，颠簸也 越强；反之，它们所引起的飞机升力的变化越 小，颠簸越弱。
10
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类 晴空乱流（CAT）
根据计算和飞机报告，当水平风的 垂直切变每100 m达到1～2 m/s，水 平切变达到每100 km为5～6 m/s时， 常有晴空乱流发生。
11
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
尾涡乱流
飞机飞行时产生的一对绕翼尖旋转的方向相 反的闭合涡旋。
尾涡强度与 飞机重量、 载荷、飞行 速度有关。
12
3、飞机颠簸 之 大气湍流的种类
在空中，尾涡大约以120～150 m/min的速率下 降，在飞行高度以下250 m处趋于水平，不再下 降。
13
3、飞机颠簸 之 颠簸的形成和强度
飞机颠簸是由那些与飞机尺度相当 的、无一定顺序出现的那部分涡旋 (涡旋直径为15～150m)造成，这种乱 流称为“飞机乱流”。
第三节 飞机颠簸
1993年4月6日，中国东方 航空公司一架MD-11型远程 宽体客机，在从上海到洛杉 矶的飞行途中，于太平洋的 阿留申群岛万米高空失去控 制，30秒钟之内飞机急剧颠 簸了3次，飞机以每10秒钟 跌落超过500米的惊人速度 下坠，造成1名乘务员和1名 乘客死亡，30多人头皮破裂， 头骨骨折，另有100人轻伤， 飞机最后在美国西米亚空军 机场着陆。
14
3、飞机颠簸 之 颠簸的形成和强度——形成
乱流涡旋对飞机的作用，在飞机上看来，是 一股方向不定、强弱不一的阵风。这种阵风 可把它分解为垂直阵风和水平阵风来讨论。
颠 簸 的 形 成
15
3、飞机颠簸 之 颠簸的形成和强度——强度
颠 簸
在飞行中，根据飞行员感觉
的 和目测的飞行状态的异常程度，
强
度 一般把颠簸强度分为三个等级：
19
3、飞机颠簸 之飞机颠簸层的特征
低空颠簸区的分布
在低空，由于山地和丘陵地区湍 流易得到发展，所以山区颠簸比 平原地区多。
20
3、飞机颠簸 之飞机颠簸层的特征
颠簸层 厚度
颠簸层 水平宽度
21
3、飞机颠簸 之飞机颠簸层的特征
颠簸层随 高度的分布
在我国青藏高原，由于特 殊的自然地理条件，在 7500～9000m的飞行高度 上，热力乱流、动力乱流 和晴空乱流都能起作用， 因此颠簸出现的频率和强 度都高。