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系紧你的安全带!气候变化将导致强湍流增多

Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences

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IMAGE: 《大气科学进展》2017年第5期封面图: 封面中的红色阴影区域表示北美洲和北大西洋之间波状急流内的晴空湍流。Paul Williams博士的最新研究(《大气科学进展》2017年第5期576页—587页)揭示,在冬日跨大西洋航线上,所有航空相关的晴空湍流强度类型都将随气候变化而显著增强。 封面图的上半部分展示了纽约肯尼迪机场(JFK)和伦敦希思罗机场(LHR)之间的典型航线,以及工业革命后二氧化碳浓度(红色曲线区域)的增长。该封面是设计师基于Paul Williams博士的气候模式模拟结果而创作的。 view more

Credit: 《大气科学进展》

晴空湍流是威胁航空安全的一种极端危险性天气,因其不伴有明显的天气现象且尺度较小,机载雷达难以探测,对飞行安全威胁巨大。英国皇家学会Research Fellow,雷丁大学(Reading University)Paul Williams博士发表在中国科学院大气物理研究所主办的国际期刊Advances in Atmospheric Sciences(《大气科学进展》)的最新研究表明,在气候变化背景下,强湍流的发生概率会翻倍,甚至变三倍!

  强烈的晴空湍流会使客机遭受比重力加速度更强的、随机的急速上抛和下降。机舱内没有牢固固定的物体,会被强大的冲力甩出去;就算是系紧了安全带的乘客,也能感受到强烈的颠簸。此时,餐饮供应和机舱行走都是不允许的。

  虽然晴空湍流对飞行作业有重大影响,但是轻、中及重度晴空湍流各自对于气候变化的响应尚未被研究。在发表在《大气科学进展》的最新研究中,Paul Williams博士针对晴空湍流对气候变化的响应进行了详尽的描述。他首次利用气候模式,针对冬季跨大西洋航线,分析了五种航空相关的湍流强度类型对于气候变化的响应。综合21种晴空湍流的诊断指数,他发现,在大气二氧化碳浓度加倍的环境下,这些指数的概率分布普遍在其右侧尾处有所增加(代表原本小概率事件的发生概率提高了)。将诊断指数换算成湍流耗散率后,轻度增加59%(43%-68%),轻-中度增加75%(39%-96%),中度增加94%(37%-118%),中度-重度增加127%(30%-170%),重度增加149%(36%-188%)。文章的结论是,“在冬日跨大西洋航线上,所有航空相关的晴空湍流强度类型都将随气候变化而显著增强。”

  湍流的增加是因为气候变化使急流带中产生了更强的风切变,风切变产生的不稳定是造成湍流的主要原因。“我们的研究针对晴空湍流对气候变化的响应进行了最详尽的描述,”Paul Williams博士介绍说,“对大多数飞机乘客而言,轻度湍流只不过是降低飞行舒适度的恼人小烦恼罢了,但是对于容易紧张的‘恐飞族’而言,即使是轻微的湍流也令人不安。”Paul Williams博士进一步说道,“然而,就算经验老道的飞行员也可能因为强湍流的发生概率增加到149%而受到惊吓,因为遭遇强湍流是导致全世界航空旅客和乘务员受伤住院的首要原因。”

  在该研究中,Paul Williams博士使用超级计算集群模拟了大气中二氧化碳达到两倍时,在冬季跨大西洋航线上大约12千米(39 000英尺)的飞行高度上,预计发生在本世纪后期的,所有航空相关的晴空湍流强度类型对于气候变化的响应。最后,Paul Williams博士补充说:“我未来研究工作的首要任务是分析世界各地的其他航线晴空湍流的情况。进一步分析湍流发生变化的高度和季节依赖性,并研究不同的气候模式和变暖情景下的湍流变化,从而量化研究结论的不确定性。”

  湍流数据:

  

欧洲与北美之间的北大西洋飞行走廊是世界上最繁忙的航线之一,每天有大约600次过境点。保守估计,美国航空公司每年遭遇湍流790次,导致机舱乘务人员受轻伤687次,受重伤38次,乘客受轻120次,乘客受重伤17次。然而,这些数字还是由于报告不足,实际伤害率可能要高得多。在该航线上,每年遇到中度或更强湍流63000次,遭遇重度或更强湍流5000次。仅美国的航空公司每年因遭遇湍流而导致的损失费就高达2亿美元。

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