تحلیل تشخیصی و پیش‌بینی توربولانس هوای صاف منطقه خاورمیانه به ویژه ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه هوافضای دانشکده تحصیلات تکمیلی، دانشگاه هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

2 گروه فیزیک فضای مؤسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران

3 عضو هیئت علمی گروه آموزشی فیزیک فضا، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران

چکیده

مواجه‌شدن با توربولانس هوایی یا در اصطلاح عامیانه چاله‌های هوایی نه‌تنها به‌منظور احساس آسایش برای مسافران از اهمیت بالایی برخوردار بوده بلکه برای ایجاد ایمنی، کارایی و اقتصادگرایی شرکت‌های هواپیمایی نیز دارای اهمیت فراوانی است. بدین منظور برای رسم نقشه‌ها ازسامانه پیش‌بینی همادی توسعه‌داده‌شده برای مدل میان مقیاس با دو حوزه محاسباتی تودرتو (لانه‌ای) و با فواصل شبکه‌ای افقی 27 و 9 کیلومتر همراه با 49 تراز قائم استفاده شده‌است. جهت بررسی نحوه عملکرد شاخص مورد استفاده در پیش‌بینی توربولانس هوای صاف به طور انتخابی و برای دو مورد از رویداد‌های اتفاق‌افتاده طی فصول زمستان (بهمن 1398) و بهار (اردیبهشت 1399) رسم شده‌است. در همین راستا پژوهش حاضر با استفاده از تحلیل نقشه‌های همدیدی و محاسبه شاخص الرود و ناپ که بر پایه چینش قائم باد، تغییر شکل و همگرایی انجام شده‌است. نقشه‌های مختلف هواشناسی از جمله 500 هکتوپاسکال، میدان باد، شاخص ناپایداری جو و همچنین نقشه نمایه قائم دما گویای وجود توربولانس هوای صاف در مسیر پروازی بوده‌است. نتیجه پارامتر آماری حاصل از میانگین پیش‌بینی سامانه همادی حاصل از 54 ایستگاه و تاریخ‌های منتخب برای ضریب همبستگی میدان باد سطحی در تراز 10متری بالاتر از0/7 و ضریب همبستگی میدان دما در تراز 2 متری بالاتر از 0/98 محاسبه شده‌است. از طرفی بررسی و تحلیل نتایج حاصل از کار حاضر با استفاده از شاخص شدت آشفتگی، گویای مقادیر 8 تا 12 که نشان‌دهنده توربولانس متوسط و بالاتر از 12 که نشان‌دهنده توربولانسی شدید در حین پرواز بوده‌است. در نهایت مقایسه پیش‌بینی‌های صادر‌شده سامانه مذکور با گزارش خلبان حاکی از وجود توربولانس با همان شدت مطرح شده بوده که حاکی از عملکرد مناسب سامانه پیش‌بینی همادی و شاخص انتخابی جهت پیش‌بینی توربولانس هوای صاف است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Diagnostical and observational analysis of clear air turbulence over the middle east and Iran

نویسندگان [English]

  • Reza JavanNezhad 1
  • Mahmoud Safar 2
  • Sarmad Ghader 3
1 Graduate Center, Shahid Sattari Aeronautical University, Tehran, Iran.
2 Space Physics Department, Institute of Geophysics, University of Tehran
3 Institute of Geophysics, University of Tehran
چکیده [English]

Turbulence forecasting started in World War II when scientists and individuals in the field of aviation began attempting to correlate observed clear air turbulence events with large scale synoptic features. Encounters with significant turbulence or simply bumpiness in flight, are a major concern not only for passenger comfort but also for safe, efficient, and cost-effective aircraft operations. Clear air turbulence represents disorganized fluid motions in the form of micro scale eddies that can take place within cloud-free or limited cloud patches in the free atmosphere, which causes in-flight bumpiness of aircraft. This study aims to present two case studies and comparison of the report of clear air turbulence over center, east and south east crossings over Iran region. Regional weather predictions are carried out using an ensemble forecasting system. In addition, the initial and lateral boundary conditions are taken from the global forecast system. For each member of the ensemble system, two nested computational domains with spatial resolutions of 27000 meters and 9000 meters are used. Case study of the predicted clear air turbulence indicates the proper performance of the predicted meteorological parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Clear Air Turbulence
  • Turbulence Index
  • Flight Levels
  • WRF Model
  • Ensemble forecasting
[1] P. Lester, Turbulence: A new perspective for pilots. Jeppesen Sanderson, 1993.
[2] R. Sharman, T. Lane, Aviation Turbulence. Processes, Detection, Prediction, Springer, 2016.
[3] E. Chambers, Clear air turbulence and civil jet operations, The Aeronautical Journal, 59(537) (1955) 613-628.
[4] J.A. Knox, Possible mechanisms of clear-air turbulence in strongly anticyclonic flows, Monthly weather review, 125(6) (1997) 1251-1259.
[5] J.-H. Kim, H.-Y. Chun, Statistics and possible sources of aviation turbulence over South Korea, Journal of applied meteorology and climatology, 50(2) (2011) 311-324.
[6] D. Colson, Summary of high level turbulence over United States, Monthly Weather Review, 91(10) (1963) 605-609.
[7] J.A. Dutton, H.A. Panofsky, Clear air turbulence: A mystery may be unfolding, Science, 167(3920) (1970) 937-944.
[8] D.C. Fritts, C. Bizon, J.A. Werne, C.K. Meyer, Layering accompanying turbulence generation due to shear instability and gravity‐wave breaking, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 108(D8) (2003).
[9] P. Kennedy, M. Shapiro, Further encounters with clear air turbulence in research aircraft, Journal of the Atmospheric Sciences, 37(5) (1980) 986-993.
[10] E.E. Baughman, Turbulence with a stable lapse rate, Bulletin of the American Meteorological Society, 27(8) (1946) 459-462.
[11] R. Mancuso, R. Endlich, Clear air turbulence frequency as a function of wind shear and deformation, Monthly weather review, 94(9) (1966) 581-585.
[12] W. Roach, On the influence of synoptic development on the production of high level turbulence, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 96(409) (1970) 413-429.
[13] R. Anderson, J. Gurka, S. Steinmetz, Application of VAS multispectral imagery to aviation forecasting, in:  Preprint., 9th Conf. on Weather Forecasting and Analysis, 1982, pp. 227-234.
[14] G.P. Ellrod, Detection of high level turbulence using satellite imagery and upper air data, NOAA Technical Memorandum NESDIS 10, U.S. Department of Commerce, Washington, DC., 1985.
[15] G.P. Ellrod, D.I. Knapp, An objective clear-air turbulence forecasting technique: Verification and operational use, Weather and Forecasting, 7(1) (1992) 150-165.
[16] S. Petterssen, Weather Analysis and Forecasting. Vol. 1 Motion Motion Systems, McGraw-Hill, 1956.
[17] G.P. Ellrod, J.A. Knox, Improvements to an operational clear-air turbulence diagnostic index by addition of a divergence trend term, Weather and forecasting, 25(2) (2010) 789-798.
[18] R. Plougonven, F. Zhang, Internal gravity waves from atmospheric jets and fronts, Reviews of Geophysics, 52(1) (2014) 33-76.
[19] J. Vanneste, Balance and spontaneous wave generation in geophysical flows, Annual Review of Fluid Mechanics, 45 (2013).
[20] M. Mirzaei, C. Zülicke, A.R. Mohebalhojeh, F. Ahmadi-Givi, R. Plougonven, Structure, energy, and parameterization of inertia–gravity waves in dry and moist simulations of a baroclinic wave life cycle, Journal of the Atmospheric Sciences, 71(7) (2014) 2390-2414.
[21] J. Wei, F. Zhang, Mesoscale gravity waves in moist baroclinic jet–front systems, Journal of the Atmospheric Sciences, 71(3) (2014) 929-952.
[22] S. Tajbakhsh, A. Aliakbari Bidokhti, M. Azadi, Study of Clear Air Turbulence over Iranian Plato, Journal of Aerospace Science and Technology, Vol. 3(no. 2) (2006) 87-95.
[23] M.M. Aryamanesh, S. Gadder, A.A.A. Bidokhti, O.A. choobari4, Prediction of the clear air turbulence over western Iran (Tehran – Ahwaz & Tehran – Ardebil) using the WRF model simulations, in:  19th Iranian Geophysics Conference, Tehran, iran. in Persian, 2020.
[24] R.H. Hopkins, Forecasing Techniques of Clear-Air Turbulence  Induding That  Associated With Mountain Waves,  (1977).
[25] D. Lee, R. Stull, W. Irvine, Clear air turbulence forecasting techniques. Air Force Weather Service Report AFGWC, TN-79-001 (REV), 1984.
[26] B. Schwartz, The quantitative use of PIREPs in developing aviation weather guidance products, Weather and Forecasting, 11(3) (1996) 372-384.
[27] W.C. Skamarock, J.B. Klemp, D. J, G.D. O, B.D. M, D.M. G, H. X, W. W, P. J, A description of the advanced research WRF version 3: NCAR/TN-475+STR., 2008.
[28] W. Wang, C. Bruyère, D. M, J. Dudhia, G. D, H. Lin, J. Michalakes, R. S, Z. X, J.D. Beezley, J.L. Coen, M. J, User’s Guide for the Advanced Research WRF (ARW) Version 3.6, NCAR., 2014.
[29] S. Ghader, M. Safar, R. JavanNezhad, Forecasting of some meteorological fields using a developed ensemble for the WRF model: case study, in:  First International Conference on Numerical Weather and Climate Prediction, Tehran, Iran. in Persian, 2018.
[30] S. Ghader, M. Safar, R. JavanNezhad, Evaluation of members of an ensemble forecasting system developed for the WRF model, in:  19th Iranian Geophysics Conference, Tehran, iran. in Persian, 2020.