На сьогоднішній день не існує ефективних засобів боротьби з бовтанкою, тому прогноз цього явища потрібен для його компенсації та вибору оптимального маршруту, що обминає турбулентні шари. Інтенсивна бовтанка може спостерігатися у хмарах та при ясному небі.
Турбулентність при ясному небі (ТЯН) – небезпечне для авіації явище, що може призвести до трагічних льотних подій, внаслідок його несподіваності та відсутності зовнішніх проявів.
Види ТЯН:
1. Механічна турбулентність – обумовлена впливом неоднорідності підстильної поверхні на повітряні течії та неоднаковим її прогрівом.
2. Гірські хвилі – за своїм походженням це механічна турбулентність, але внаслідок специфіки їх впливу на політ повітряних суден, вони розглядаються окремо.
3. Турбулентність струминних течій верхньої тропосфери.
4. Турбулентність внутрішніх граничних шарів вільної атмосфери: тропопауза, тропосферний рівень максимальної швидкості, велопауза (рівень обертання вітру).
Турбулентність при ясному небі пов’язана з присутністю в атмосфері шарів з великими горизонтальними та вертикальними градієнтами швидкості вітру та температури.
Гідродинамічні дослідження дозволили виявити, що турбулізація потоку повітря в окремих зонах поза шарами конвективної діяльності обумовлена зростанням амплітуд внутрішніх хвиль під впливом одного з наступних видів гідродинамічної нестійкості:
1. Гідродинамічна нестійкість основного потоку, що стратифіковано за швидкістю вітру та температурою (нестійкість Кельвіна-Гельмгольца), формується при невеликих значеннях числа Річардсона (Ri < 0,25). Горизонтальні розміри турбулентних шарів складають більш 100 км, а вертикальні – 1…1,5 км. Тривалість цієї нестійкості визначається еволюцією відповідного синоптичного об’єкту. Це первинна нестійкість.
2. Нестійкість внутрішніх гравітаційних хвиль (повторна нестійкість) встановлюється при Ri > 0,25 у шарах з сильно скривленими профілями температури (інверсії, ізотермії) та вітру (сильні зсуви вітру), особливо під нижньою межею інверсії. Чим менша стійкість шару повітря під інверсією, тим швидше зростає амплітуда внутрішніх хвиль та ймовірність формування нових зон турбулентності.
3. Нестійкість критичного рівня виникає при великих значеннях числа Ri, менше, ніж перші два типи, але її складніше прогнозувати.
В тропосфері ТЯН має відносно велику повторюваність у залежності від географічної широти пункту. В середній та верхній тропосфері помірних широт ТЯН зустрічається приблизно в 10 % випадків, південніше повторюваність зростає до 15…20 %. В стратосфері ТЯН зустрічається значно менше, і в шарі 10…20 км складає приблизно 1 %.
При попаданні у зони ТЯН літаки частіше за все зазнають слабкої чи помірної бовтанки. Інтегральна повторюваність слабкої та помірної бовтанки у тропосфері складає 95 %. Отже, тільки у 5 % випадків може спостерігатися сильна бовтанка. Повторюваність сильної бовтанки у стратосфері на порядок нижча.
Горизонтальні розміри зон ТЯН змінюються у широких межах, особливо у тропосфері, де можуть досягати в окремих випадках декількох сотень кілометрів. Однак, в 80 % випадків у верхньої тропосфері помірних широт протяжність турбулентних зон не перевищує 140 км, а над південними регіонами СНД – 170 км.
В стратосфері зони ТЯН мають значно менші розміри. Так, в нижній стратосфері (10…20 км) у 80 % випадків горизонтальні масштаби турбулентних зон не перевищують 80 км у помірних широтах СНД та 40 км у США. Це означає, що при перетині надзвуковим літаком у крейсерському режимі зон ТЯН бовтанка буде продовжуватись декілька секунд.
Зони ТЯН можуть бути безперервними (суцільними) та у вигляді окремих осередків з достатньо чіткими межами. Безперервні зони спостерігаються частіше, але на межах невеликих окремих центрів помічається більш сильна бовтанка.
Товщина зон ТЯН також має залежність від географічної широти, висоти і аеросиноптичних умов. В середніх та високих широтах країн СНД у 85…90 % випадків товщина тропосферних турбулентних шарів не перевищує 1000 м, а стратосферних – 350 м.
Таким чином, для зон ТЯН характерна сильно виражена просторова анізотропія. Вони мають вигляд плисковатих утворювань з коефіцієнтом просторової анізотропії (відношення товщини турбулентної зони до її довжини) при 80 % інтегральній повторюваності для верхньої тропосфери середніх широт - 7×10-3, для нижньої стратосфери - 4×10-3.
Фізична модель ТЯН запропонована Н.З. Пінусом у 70-ті роки ХХ ст. на базі численних експериментальних даних про структурні, просторові і енергетичні характеристики турбулентності.
При аналізі зон ТЯН рекомендована наступна схема:
1. Будується карта горизонтальних та вертикальних зсувів вітру для шарів, товщина яких не перевищує 3 км.
2. Відзначаються потенційно можливі турбулентні зони, тобто проводять ізолінії з 0,6 м×с-1/100 м через кожні 0,4 м×с-1/100 м.
3. На побудовану карту зсувів вітру наносять інформацію від екіпажів ПС, що спостерігають за бовтанкою, для уточнення розмірів зон турбулентності.
