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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資料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,例如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多公尺,並且持續上下巨幅擺動,造成一名乘客死亡、100多人受傷。這一類的案例非常多,就算幸運無人傷亡,過程仍然叫人膽顫心驚。

目前運用在飛航安全上的科技,還沒有辦法偵測到晴空亂流,只能靠已經通過亂流空域的飛機駕駛向航管單位回報,再由相關單位向其後可能通過此空域的飛機發出警告,不過已有研究人員嘗試發展新一代的氣象雷達。新式氣象雷達將不只偵測前方水氣存在與否,也偵測空氣中懸浮粒子的動態,遇到像晴空亂流這類的氣象型態,縱使沒有水氣存在,雷達仍能夠偵測出前方空氣懸浮粒子的震盪現象,並藉此判斷是否存在晴空亂流,這項科技仍處於實驗階段,尚未通過航空主管機關的認證,待經過一系列嚴謹的實驗認證後,也許在不久的將來,新一代的氣象雷達就可問世,為飛航安全注入更多的保障。

想要了解亂流,可以從比較熟悉的「水」去觀察。站在河邊看著潺潺流水,便很容易發現,當流速非常緩慢時,水流會井然有序的前進,此時稱之為層流(laminar flow);若流速較快,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(turbulent flow)的最基本現象。從層流變成亂流的過程中,稱為過渡流(transitional flow)見下圖。

同樣的情況也會發生在氣體流動。觀察燃燒中的香菸,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後,也會變得混亂而形成漩渦狀,這也是亂流。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,其他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。

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「山岳波亂流」。

(1)雲雨亂流
雲雨亂流的產生,多半是因為空氣的「熱對流」(heat convection)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,地表附近空氣受熱後膨脹上升,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(cumulus cloud)(見下圖),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


(2)山岳波亂流
山岳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。當氣流通過山頂後,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後數公里處、形成浪花狀的滾軸雲(roll cloud),這就好像河水流過大石頭後,會在大石頭後方產生漩渦是一樣的(見下圖)。飛機駕駛通常也會避免進入此空域中。

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