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윈드시어

Wind shear
기타 용도는 윈드시어(동음이의)를 참조하십시오.
풍속과 풍향의 변화를 수반하는 높은 수준의 윈드시어를 나타내는 서커스 uncinus 얼음 결정 기둥

윈드시어(또는 윈드시어)는 대기의 비교적 짧은 거리에 걸친 풍속 및/또는 방향의 차이이다.대기식 윈드시어는 일반적으로 수직 또는 수평 윈드시어로 설명된다.수직 윈드시어는 풍속이나 풍향의 변화와 고도의 변화를 말합니다.수평 윈드 시어는 주어진 [1]고도에서 횡방향 위치의 변화에 따른 풍속 변화이다.

윈드 시어는 매우 작은 거리에서 발생하는 미세 규모의 기상 현상이지만, 스콜 라인이나 한랭 전선 같은 중규모 또는 시놉틱 스케일의 기상 특성과 연관될 수 있습니다.뇌우, 전선, 저준위 제트라고 불리는 국지적으로 높은 저준위 바람 영역, 산 근처, 맑은 하늘과 고요한 바람으로 인해 발생하는 방사선 반전, 건물, 풍력 터빈 및 범선에 의해 발생하는 마이크로버스트와 다운버스트 근처에서 흔히 관찰된다.윈드 시어는 항공기 제어에 상당한 영향을 미치며, 많은 항공기 사고의 단독 또는 기여 원인이 되어 왔다.

대기를 통과하는 소리 이동은 윈드 시어에 의해 영향을 받는데, 윈드 시어는 파도 전방을 휘게 할 수 있으며, 이로 인해 평소에는 들리지 않는 곳에서 소리가 들리게 하거나 그 반대의 경우도 발생합니다.대류권 내의 강한 수직 풍속 전단 또한 열대 저기압의 개발을 억제하지만, 개별 뇌우를 더 긴 수명 주기로 조직하여 혹독한 날씨를 발생시킬 수 있다.열풍 개념은 다양한 높이에서 풍속의 차이가 수평 온도 차이에 어떻게 의존하는지 설명하고 제트 [2]기류의 존재를 설명한다.

처녀자리와 함께 불어오는 바람은 동쪽 하늘에 있는 이 구름들이 시민 황혼에 모하비 사막의 오로라 보렐리스를 흉내 낼 수 있게 해줍니다.

정의.

윈드 시어는 수평 또는 수직 거리에 걸친 바람의 변화를 말한다.항공기 조종사들은 일반적으로 [3]경항공기의 경우 30노트(15m/s), 비행 고도의 여객기의 경우 45노트(23m/s)의 수평 속도 변화로 간주한다.4.9노트(2.5m/s) 이상의 수직 속도 변화도 항공기의 중요한 윈드시어(wind shear)로 인정된다.저준위 윈드 시어는 이착륙 시 항공기 비행 속도에 비참한 방식으로 영향을 미칠 수 있으며, 여객기 조종사는 모든 마이크로버스트 윈드 시어(30노트[15m/[4]s]를 초과하는 역풍 손실)를 피하도록 훈련받는다.이 추가 주의사항의 근거는 다음과 같습니다.

  • 마이크로버스트 강도는 1분 안에 두 배가 될 수 있고
  • 바람이 과도한 옆바람으로 바뀔 수 있습니다.
  • 40~50노트(21~26m/s)는 저고도 운영의 일부 단계에서 생존성의 임계값이다.
  • 과거 윈드시어 사고 중 일부는 35-45노트(18-23m/s) 마이크로버스트와 관련이 있었다.

윈드시어 또한 심한 뇌우의 형성에 중요한 요소이다.난류의 추가 위험은 종종 윈드 시어와 관련이 있다.

언제 어디서 강하게 관찰되는지

다음 항목도 참조하십시오.제트기류
NASA의 마이크로버스트 도식입니다기류가 지면 레벨에 도달할 때까지 진행 방향은 하향이며, 그 지점에서 기류는 모든 방향으로 바깥쪽으로 퍼집니다.마이크로버스트의 풍향은 토네이도와는 완전히 반대이다.

전단이 관측되는 기상 상황에는 다음이 포함된다.

  • 날씨 전선전방을 가로지르는 온도차가 5°C(9°F) 이상이고 전방이 30노트(15m/s) 이상일 때 상당한 전단이 관찰된다.전면은 3차원 현상으로 표면과 대류권계면 사이의 모든 고도에서 전면 전단(front shear)을 관찰할 수 있으며, 따라서 수평과 수직 모두에서 볼 수 있다.온난 전선 위의 수직 윈드 시어는 지속 [2]시간이 길기 때문에 한랭 전선 근처 및 후방보다는 항공상의 우려 사항이다.
  • 상층 제트 기류.상층 제트 기류와 관련된 현상은 맑은 공기 난류(CAT)로 알려진 현상으로 제트 [5]기류의 가장자리에서 바람 구배에 연결된 수직 및 수평 윈드 시어에 의해 발생한다.CAT는 일반적으로 [7]제트 [6]축 바로 옆 또는 바로 아래에 있는 제트 고기압 전단 측에서 가장 강력합니다.
  • 낮은 수준의 제트 기류.한랭 전선을 앞두고 야간에 지구 표면에서 저위 제트가 형성되면, 저위 제트의 하부 부근에서 상당한 저위 수직 풍속이 발생할 수 있다.이것은 근처의 [2]뇌우에 의한 것이 아니기 때문에 비굴곡성 윈드 시어라고도 알려져 있다.
  • 산.[8]
  • 반전.맑고 고요한 밤에 지면 근처에 방사선 반전이 형성되면 마찰이 반전층 상부의 바람에 영향을 미치지 않는다.바람의 변화는 방향은 90도, 속도는 40노트(21m/s)가 될 수 있다.야간(밤)의 저공 제트도 가끔 관찰될 수 있습니다.일출이 가장 강한 경향이 있다.밀도 차이는 [2]항공에 추가적인 문제를 일으킨다.
  • 다운버스트.모체 뇌우로부터 지면에 가까운 곳에 퍼져 있는 비 냉각 공기의 얕은 층으로 인해 유출 경계가 형성되면 속도와 방향성 윈드 시어가 모두 3차원 경계의 전단에 발생할 수 있다.유출 경계가 강할수록 결과적으로 발생하는 수직 윈드시어는 [9]강해진다.

수평 컴포넌트

기상 전선

주요 기사:기상 전선

공기의 다른 밀도의 바람이 분야에서 보통은 통합 구역이고 중요한 날씨의 주요 원인 2의 질량, 또는 다른 온도와 수분 속성 사이에 날씨는 전선 있는 경계선들.지상 기상 분석 내에서, 그들은 다양한 색칠된 선들과 상징을 사용하게 합니다.그 기단 보통 온도에서 또한 습기에 다를 수도 다르다.수평에서 바람 시어 이 경계 근처에 발생한다.한랭 전선과 스코올 선과 건조한 선에 의해 시작된다 뇌우와 혹독한 날씨의 좁은 밴드 등장한다.공기보다 더 중요한 수평 바람 시어와 한랭 전선이 선명한 표면 경계.언제 전면 정지가 되지만 앞부분에 바람의 방향 보통 일정하게 유지되는 다른 풍속 지역 전단 라인으로 알려진 구분에, 퇴보할 수 있다.열대 지방에서는, 열대의 파도 동쪽에서 대서양과 동태와 같이를 가로질러 서 위해 움직인다.로 북풍이 축과 남동쪽으로 바람 파도 축 뒤에 보인다에 앞선 방향과 속도 시어 더 강한 열대 파도의 축을 가로질러, 발생할 수 있다.수평 바람 시어 지역 땅 바람과 바다 바람 경계를 따라 발생할 수 있다.[10]

근해안

하층운으로 동쪽과 보다 높은 수준의 구름이 남서쪽으로 이동하는과 해안을 따라 바람이 가위로 자르다

바람의 크기는 외국에 있어 거의 두 배에 바람 속도 육지의 관찰했다.이 마찰에 대륙과 해양 물 사이의 차이점에 기인한다.특히 국내 바람 해안에 낮 시간 동안 바람을 바꾼다 가끔 심지어 방향 차이가 있다.[11]

수직 컴포넌트

열풍

주요 기사:바람 열적

경년 변화 바람은 기상 용어는 실제 바람을 언급하지는 않지만, 지형류 바람에 두개의 압력 수치 간의 차이와p1<>로 p0,;p0 p1, 본질적으로,'윈드 시어'.온도에서 수평 변화가 있는 대기(또는 밀도의 수평 기울기가 있는 바다)에만 존재합니다. 즉, 기압성입니다.온도가 균일한 대기압에서는 지질영양풍은 높이에 의존하지 않는다.이 이름은 이 바람이 낮은([12]그리고 높은) 지역 주변을 흐르는 것과 같은 방식으로 낮은(그리고 높은) 지역 주변을 흐른다는 사실에서 유래했습니다.

열풍 방정식은

여기서 θ는 θ1 > θ의0 지오포텐셜 높이 필드, f는 코리올리 파라미터, k는 수직방향의 상향점 단위 벡터입니다.열풍 방정식은 열대지방의 바람을 결정하지 않는다.f는 적도 부근과 같이 작거나 0이기 때문에 방정식은 θ1(θ - θ0)[12]가 작다고 하는 것으로 감소한다.

이 방정식은 기본적으로 제트 기류의 존재, 즉 최대 풍속이 대류권계면에 근접한 서향 기류의 존재를 설명한다. 이는 (다른 요인들도 중요함에도 불구하고) 적도와 극지 사이의 온도 대비의 결과이다.

열대성 저기압에 미치는 영향

높은 대류권에서의 강한 바람의 시어는 이 성숙한 적란운, 즉 [13]뇌우의 모루 모양의 꼭대기를 형성합니다.
다음 항목도 참조하십시오.열대성 사이클로제네시스 weak 약한 수직풍 전단

열대성 사이클론은 본질적으로 따뜻한 열대 해양 표면과 차가운 상층 대기 사이의 온도 변화에 의해 연료 공급되는 열 엔진입니다.열대 저기압의 개발은 상대적으로 낮은 수직 윈드시어 값을 요구하므로 따뜻한 핵이 표면 순환 중심보다 높게 유지되어 강도를 촉진할 수 있다.수직 윈드 시어는 열 엔진의 "기계"를 분해하여 고장을 [tone]일으킵니다.강하게 찢어진 열대성 저기압은 상층 순환이 저지대 중심에서 날아가면서 약해진다.

뇌우 및 악천후 영향

주요 기사:심한 뇌우

토네이도와 우박이 발생할 수 있는 심한 뇌우는 폭풍우를 더 오랫동안 유지하기 위해 폭풍을 조직하기 위해 윈드 시어가 필요하다.이는 폭풍의 유입이 빗물에 의해 냉각된 유출로부터 분리될 때 발생한다.야간 또는 야간 저준위 제트가 증가하면 대류권을 통과하는 수직 바람 전단(wind shear)이 증가하여 심각한 기상 잠재력이 증가할 수 있다.수직 풍속이 거의 없는 대기에서 뇌우는 모든 방향으로 유출 경계를 내보내자마자 약해지고, 그러면 상대적으로 따뜻하고 습한 공기의 유입이 빠르게 차단되어 뇌우가 [14]소멸됩니다.

행성 경계층

맑은 날 행성 경계층이 있는 위치 묘사
다음 항목도 참조하십시오.에크만층, 에크만 나선형, 행성 경계층 및 표면층

높은 곳에서 부는 바람과의 표면 마찰의 대기 효과는 지구 [15][failed verification]표면에서 훨씬 위로 마찰이 없는 흐름의 바람과 비교할 때, 표면 바람이 이소바(등압선)를 통해 안쪽으로 부는 지구 표면 근처에서 시계 반대 방향으로 느려지도록 합니다.마찰이 느려지고 바람이 변하는 이 층은 행성 경계층, 때로는 에크만 층으로 알려져 있으며, 낮에는 가장 두껍고 밤에는 가장 얇습니다.낮 난방은 일사(一死) 또는 태양열 가열로 인해 지표면의 바람이 높은 곳에서 부는 바람과 점점 더 혼합되면서 경계층이 두꺼워집니다.야간 복사 냉각은 윈드 시어를 증가시키는 표면 바람을 진정시킴으로써 표면의 바람과 경계층 위의 바람 사이의 바람 디커플링을 더욱 강화한다.이러한 바람의 변화는 경계층과 높은 곳에서의 바람 사이의 바람 전단을 강제하며 밤에 가장 강조된다.

비행에 미치는 영향

주요 기사:항공 및 글라이딩
활공
윈드시어 영향을 받는 글라이더 지상 발사

활공에서, 지표면 바로 위의 바람 구배는 활공기 비행의 이착륙 단계에 영향을 미친다.바람의 구배는 윈치 발사 또는 와이어 발사라고도 하는 지상 발사에 현저한 영향을 미칠 수 있습니다.바람의 기울기가 유의하거나 갑작스럽거나 둘 다이고 조종사가 동일한 피치 자세를 유지할 경우, 표시된 비행 속도는 증가하여 최대 지상 발사 견인 속도를 초과할 수 있다.조종사는 비행 속도를 조절하여 [16]경사의 영향을 처리해야 합니다.

착륙 시 윈드시어 또한 위험하며, 특히 바람이 강할 때 위험합니다.글라이더가 착륙에 대한 최종 접근 시 바람 구배를 통해 하강함에 따라 대기 속도는 감소하지만 싱크 속도는 증가하며 지상 접촉 전에 가속할 시간은 충분하지 않다.조종사는 바람의 기울기를 예측하고 이를 [17]보상하기 위해 더 높은 접근 속도를 사용해야 한다.

윈드 시어는 또한 지면에서 급선회하는 항공기에 위험합니다.이는 날개 폭이 상대적으로 긴 글라이더에 특히 문제가 되며, 이로 인해 특정 뱅크 각도에 대해 풍속 차이가 커집니다.각 날개 끝의 공기 속도가 다르면 한쪽 날개에서 공기역학적 스톨이 발생하여 제어 불능 [17][18]사고가 발생할 수 있습니다.

낙하산 사용

윈드 시어 또는 윈드 구배는 낙하산 선수, 특히 베이스 점프와 윙슈트 비행에 위협이 됩니다.스카이다이버들은 바람의 방향과 속도의 갑작스러운 변화에 항로에서 밀려났고 다리, 절벽, 나무, 다른 스카이다이버, 땅, 그리고 다른 [citation needed]장애물들과 충돌했다.스카이다이버들은 캐노피 충돌이나 캐노피 전도 같은 사고를 방지하기 위해 착륙하는 동안 방향의 변화를 보상하기 위해 열린 캐노피의 위치를 정기적으로 조정합니다.

치솟다

윈드시어 관련 기술인 '다이나믹 스카이핑'은 날개를 펄럭이지 않고 비행을 유지할 수 있는 알바트로스처럼 날아오르는 새들에 의해 사용되는 기술이다.윈드시어가 충분한 크기라면, 새는 [19]풍속도를 유지하면서 지상의 속도를 높이와 바꾸면서 바람의 구배에 오를 수 있다.바람을 타고 바람의 구배를 따라 다이빙을 하는 것으로도 에너지를 얻을 [20]수 있습니다.그것은 또한 드물게 글라이더 조종사에 의해 사용되어 왔다.

윈드시어 또한 파장을 발생시킬 수 있다.이는 풍향의 차이가 현저한 두 층을 분리할 때 발생한다.바람은 아래에서 올라오는 열로 인해 반전층이 뒤틀리면 상승에 [21]사용할 수 있는 상당한 전단파가 발생한다.

여객기에 대한 영향
윈드 시어가 항공기 궤도에 미치는 영향.초기 돌풍 전선을 수정하는 것만으로 심각한 결과를 초래할 수 있다는 점에 유의하십시오.
Delta Air 191편 꼬리부분의 잔해는 마이크로버스트에 의해 항공기가 지상으로 추락했다.또 다른 항공기가 추락 현장을 지나 배경에서 비행하는 것을 볼 수 있다.

1985년 Delta Air Lines 191편 추락 사고 이후, 1988년 미국 연방 항공국은 1993년까지 모든 민간 항공기에 윈드시어 감지 시스템을 탑재하도록 의무화했다.윈드시어의 영향을 일반적으로 받는 많은 미국 공항에 고해상도 터미널 도플러 기상 레이더 스테이션을 설치하면 조종사와 지상 관제사가 윈드시어 조건을 [22]피할 수 있게 되었다.

항해

윈드 시어는 돛대를 따라 다른 높이에서 다른 풍속과 방향을 제시함으로써 움직이는 돛단배에 영향을 미친다.저준위 윈드시어의 효과는 돛 설계의 돛 트위스트 선택에 반영될 수 있지만, 윈드시어는 기상 조건에 따라 크게 달라질 수 있기 때문에 예측하기 어려울 수 있다.선원들은 또한 붐 [23]뱅을 사용하는 등 낮은 수준의 윈드 시어를 고려하기 위해 돛의 트림을 조정할 수 있다.

음전파

다음 항목도 참조하십시오.음속

윈드 시어는 굴절 현상에 의해 파동이 "굴절"될 수 있는 저층 대기의 소리 전파에 현저한 영향을 미칠 수 있습니다.천둥이나 총성과 같은 먼 곳의 소리의 가청성은 전단량에 따라 크게 달라진다.이러한 소음 수준의 차이는 도로 소음과 항공기 소음 등 소음 공해 고려사항의 핵심이며[colloquialism] [24]소음 장벽 설계 시 반드시 고려해야 한다.이 현상은 1960년대에 소음 공해 연구 분야에 처음 적용되어 소음 [25]장벽뿐만 아니라 도시 고속도로의 설계에 기여하였다.

대류권의 다양한 높이에서 바람 벡터의 호도그래프 그림.기상학자들은 이 그래프를 사용하여 기상예보의 수직 윈드시어를 평가할 수 있다. (출처: NOAA)

음속은 온도에 따라 달라집니다.일반적으로 고도가 높아짐에 따라 온도와 음속이 감소하기 때문에 소리는 지상의 청취자로부터 멀리 떨어져 위로 굴절되어 음원에서 [26]어느 정도 떨어진 곳에서 음영을 생성합니다.1862년 미국 남북전쟁의 이카 전투 중 북동풍에 의해 강화된 것으로 추정되는 음향 그림자가 북군 병사 2개 사단을 전투에 [27]참가시키지 못하게 했다. 왜냐하면 그들은 바람 [28]아래 6마일 밖에 전투 소리를 들을 수 없었기 때문이다.

아키텍처에 미치는 영향

풍력공학은 자연환경과 건축환경에 대한 바람의 영향을 분석하는 데 전념하는 공학 분야이다.토네이도, 허리케인, 폭풍 등 광범위한 파괴를 일으킬 수 있는 극한 바람뿐만 아니라 불쾌감을 유발할 수 있는 강한 바람도 포함됩니다.풍력 공학은 기상학, 공기역학 및 몇 가지 전문 공학 분야를 활용합니다.사용되는 도구에는 기후 모델, 대기 경계층 풍동 및 수치 모델이 포함됩니다.이는 무엇보다도 [29]공학적 측면에서 바람에 영향을 미치는 건물을 어떻게 설명해야 하는지에 관한 것이다.

풍력 터빈은 윈드 시어의 영향을 받는다.수직 풍속 프로파일은 지면에 가장 가까운 날개에서 날개 이동 상단과 비교하여 다른 풍속을 발생시키며, 이는 터빈 [30]작동에 영향을 미친다.이 낮은 수준의 윈드 시어는 블레이드가 [31]수직일 때 날개 두 개 달린 터빈의 샤프트에 큰 휨 모멘트를 일으킬 수 있습니다.물 위의 윈드시어 감소는 얕은 [32]바다에서 더 짧고 더 저렴한 풍력 터빈 타워를 사용할 수 있다는 것을 의미한다.

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레퍼런스

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외부 링크