深圳寶安機場近10a低空風切變統(tǒng)計特征

摘 要：根據機組報告和氣象資料，分析了2001～2010年深圳寶安國際機場低空風切變的統(tǒng)計特征。結果顯示近10a來伴隨航班量的迅速增長，機組遭遇低空風切變的頻次逐步增加。低空風切變每月都有發(fā)生，由于地理位置和氣候背景的影響，主要集中在3～9月份，其中有兩個明顯的峰值，分別出現(xiàn)在3～4月份和7～9月份。導致發(fā)生影響飛行的低空風切變的背景環(huán)境條件中，熱帶氣旋和雷暴起主要原因，其中影響機場的熱帶氣旋年個數(shù)與低空風切變日數(shù)存在明顯正對應關系。

關鍵性：低空風切變；深圳寶安機場；統(tǒng)計特征

1 概述

風切變是指空間兩點距離間風的矢量差，是風空間變率的一個特性。低空風切變常指600m以下空氣層中風向風速突然變化的現(xiàn)象[1]（《國際民用航空公約附件3》將其規(guī)定為發(fā)生在跑道面與其上500m之間的風切變[2]）。低空風切變對飛機起降安全有重大的威脅。據不完全統(tǒng)計，1964～1985年的22年間，在國際定期和不定期航班以及其他飛行任務中，至少發(fā)生與低空風切變有關的飛行事故31起和事故征候3起，死亡總人數(shù)703人，受傷總人數(shù)267人。這些飛行事故有三個特征：（1）都發(fā)生在飛行高度低于300m的起飛和著陸階段；（2）現(xiàn)代中、大型噴氣式運輸機的風切變飛行事故比重很大；（3）風切變飛行事故與雷暴天氣關系密切[1]。

由于低空風切變具有高度低、時間短、尺度小、強度多變、不易觀測等特點，對起降過程中的飛行器的安全威脅極大，近年來受到人們的普遍重視，對低空風切變特征和預警技術的分析和研究不斷涌現(xiàn)。美國FAA從20世紀70年代開始逐漸發(fā)展低空風切變預警系統(tǒng)（LLWAS，Low Level Windshear Alert System）探測下?lián)舯┝鱗3]。香港天文臺采用多普勒雷達、地面風站、激光雷達等技術發(fā)展了一套針對香港機場低空風切變和湍流預警系統(tǒng)，取得很好效果[4-6]。王楠等[7]開展了利用多普勒雷達資料識別低空風切變和輻合線方法研究。國內民航氣象工作者也做了許多分析研究工作[2，8-10]。其中莊松壽[10]對1992～1995年影響深圳機場飛行的低空風切變進行了分析，認為產生低空風切變的天氣條件主要是局部和系統(tǒng)性雷暴及臺風等對流性天氣，冬季強冷空氣過境時亦有低空風切變產生。

圖1 深圳寶安機場2001～2010年日均航班量（灰色）和

風切變日數(shù)（黑色）變化曲線

深圳寶安機場自1991年開航以來航班量迅猛增長（見圖1），2010年日均航班量（單跑道）已徘徊600架次，位于國內機場前五位。但目前深圳空管站氣象臺對低空風切變預警仍停留在定性階段，主要是根據機場氣候的統(tǒng)計資料，和天氣學原理分析對具有明顯天氣系統(tǒng)引起的低空風切變進行預警，對于海陸風切變、晴空風切變、逆溫層風切變等仍無法有效預警預報。介于探測設備不足的情況下，統(tǒng)計和分析機場低空風切變的氣候特征，積累經驗，是目前掌握該預報方法的重要途徑。文章試圖分析2001～2010年深圳寶安國際機場低空風切變的統(tǒng)計特征，了解其與背景天氣和環(huán)境條件的關系，為進一步做好有關低空風切變的預警預報提供有價值的信息。

2 資料與說明

主要使用深圳寶安機場2001～2010年記錄的包含風切變或湍流的機組報告。通過與機組的交流發(fā)現(xiàn)，過去執(zhí)行風切變報告的標準并不嚴格，帶有個體差異和隨機性，遭遇輕度甚至中度低空風切變或湍流往往并不報告，機組報告的往往是較強烈的低空風切變，因此深圳機場實際發(fā)生低空風切變的頻數(shù)遠大于統(tǒng)計。由于缺乏有效可行的預報手段，迄今仍不能主動向機組提供較為準確的低空風切變預警服務，很大程度上反而依賴機組的報告，這恐怕也是機組并不嚴格執(zhí)行報告制度的一個原因。另外機組所描述遭遇低空風切變的影響程度也與飛機機型、姿態(tài)、飛行員的技術狀況有關，因此機組報告具有一定的局限性。盡管如此，機組報告仍然是研究或驗證低空風切變特征規(guī)律最重要的資料。

地面觀測資料、臺風資料、深圳寶安機場逐日每半小時定時觀測和特殊天氣紀要欄記錄等資料也用于文章的分析。

3 低空風切變的氣候統(tǒng)計特征

利用2001年至2010年間寶安機場每月出現(xiàn)低空風切變的日數(shù)統(tǒng)計分析，得到年變化曲線圖（圖1）和多年累積月變化圖（圖2）。從年變化曲線圖中發(fā)現(xiàn)，伴隨航班量的迅速增長，機組遭遇低空風切變的頻次逐步增加，基本呈現(xiàn)同步增長趨勢。這除了遭遇幾率隨航班密度增加的客觀原因，與近些年民航加大重視低空風切變的通報和服務也是密不可分的。

圖2 深圳寶安機場低空風切變2001～2010年累積日數(shù)月變化

從多年累計月變化圖中，發(fā)現(xiàn)寶安機場每月都有可能發(fā)生低空風切變，但基本集中在3～9月份，即春季和夏秋季節(jié)是深圳機場低空風切變多發(fā)季節(jié)，冬季發(fā)生的概率較小。有兩個明顯的峰值，分別出現(xiàn)在3～4月份和7～9月份。主要是因為3～4月份，深圳地區(qū)的冷空氣活動開始減弱變性，南方暖濕氣流逐漸北上，常在華南沿岸形成靜止鋒，產生帶有雷暴，陣雨，陣風的對流性天氣；7～9月份深圳已完全進入夏季多雨季節(jié)，常受熱帶氣旋和局地熱對流等天氣的影響，雷暴大風和強降雨天氣頻繁?；仡櫟涂诊L切變日數(shù)的波谷，一個出現(xiàn)在5～6月份，因為此季節(jié)西太平洋副熱帶高壓脊線仍位于20°N以南地區(qū)，南部的熱帶氣旋較少影響華南地區(qū)，而北方的冷空氣，除有明顯的高空槽配置或強冷空南下影響華南沿海地區(qū)之外，一般的冷空氣往往停滯在南嶺山區(qū)就逐漸減弱變性了，較少在深圳地區(qū)引起大面積的鋒面天氣。另一個波谷出現(xiàn)12～2月份，是因為此時深圳為東北季風控制，對流性天氣甚少。

綜上所述，深圳低空風切變的產生與對流活動關聯(lián)密切。尤其臺風及外圍造成的劇烈天氣過程直接影響著寶安機場的正常營運和飛行安全[10]。

4 低空風切變的背景天氣分析

分析深圳國際機場出現(xiàn)低空風切變時的主要環(huán)流背景，歸納出三個主要天氣背景：熱帶氣旋，雷暴和其他（包括近地面層逆溫輻射、地形、海風、鋒面等）。其中，熱帶氣旋占45%，雷暴占33%。晴空輻射對深圳國際機場低空風切變的影響，主要出現(xiàn)在冬季無降水的天氣下，常見的天氣表征如：鋒面過境，機場處于鋒線或鋒后，地面風向為東北風，風速大于4米/秒，或有短時陣風。

4.1 雷暴與低空風切變的關系

統(tǒng)計深圳國際機場2001年至2010年的雷暴和低空風切變多年累計日數(shù)，如圖3所示，在10月出現(xiàn)雷暴和低空風切變的日數(shù)相當，而在4～9月雷暴日數(shù)遠遠多于低空風切變日數(shù)。根據統(tǒng)計數(shù)據，影響深圳國際機場的雷暴中，有17.7%會產生低空風切變。我們認為發(fā)生雷暴時，實際發(fā)生的低空風切變應該遠不止目前統(tǒng)計的報告數(shù)目。這可能是因為機場發(fā)生雷暴時，實際進出的航班數(shù)量會急劇減少、放行間隔會拉大，導致機組遭遇風切變的幾率反而減少。

圖3 深圳寶安機場2001～2010年雷暴和低空風切變

逐月多年累計日數(shù)

4.2 熱帶氣旋與低空風切變的關系

從影響深圳寶安機場的熱帶氣旋個數(shù)和風切變日數(shù)多年變化曲線圖中可見（圖4），2001～2009年間，熱帶氣旋個數(shù)與低空風切變日數(shù)是正相位的，也就是熱帶氣旋多值年份，低空風切變出現(xiàn)的頻率也增加，反之亦然。2010年出現(xiàn)了風切變日數(shù)和熱帶氣旋個數(shù)的反向位配置，主要是因為影響深圳的熱帶氣旋個數(shù)偏少，強度偏弱；其次從2010年起，民航進一步完善了機場低空風切變天氣的通報標準和流程，機組報告明顯增加，因此出現(xiàn)了2010年低空風切變日數(shù)的陡增。但綜合10a的樣本中還是不難發(fā)現(xiàn)，當熱帶氣旋對深圳國際機場有嚴重影響時，基本都會伴隨出現(xiàn)低空風切變，可見，熱帶氣旋是引起低空風切變的一個重要天氣系統(tǒng)。

圖4 深圳寶安機場2001～2010年影響熱帶氣旋個數(shù)

和低空風切變日數(shù)

5 地理環(huán)境的影響

如圖5所示，深圳寶安機場地處華南南部沿海，位于珠江口東岸，西臨珠江口寬闊的水面，東面是南北向綿延數(shù)里的山脈，南面有大南山，北面有幾座高幾百米的小山（圖中山高等值線間隔100m）。

在這種地理環(huán)境下，海陸風、山谷風、不同的下墊面產生的熱力對流不均勻都會對環(huán)境風場產生不同的影響。統(tǒng)計寶安機場發(fā)生低空風切變時的地面主導風向，發(fā)現(xiàn)東風和東北風一共占了78%。這與山體對氣流的作用不能忽視，當氣流從東面山體越過時，在背風坡產生氣流振蕩擾動，從而在機場產生不同尺度、不同強度的湍流或低空風切變。具體效應如何，有待下一步研究分析。

6 結束語

（1）隨著深圳寶安機場航班量的迅速增長，機組遭遇低空風切變的幾率遞增。機組報告是研究機場風切變特征的寶貴資料，需要繼續(xù)加強協(xié)同通報工作。（2）因氣候特征，深圳寶安機場發(fā)生低空風切變主要集中在對流活動較為旺盛的3～9月份。（3）雷暴和熱帶氣旋是導致深圳寶安機場產生低空風切變的主要天氣系統(tǒng)，其中熱帶氣旋的影響與低空風切變的發(fā)生頻率有很好的對應關系。（4）深圳國際機場西面臨水，東面靠山的地理環(huán)境，有利于在東北風下產生湍流和低空風切變。

參考文獻

[1]章澄昌.飛行氣象學[M].北京：氣象出版社，2000：161-185.

[2]趙志軍，蔡國盛.西安咸陽國際機場低空風切變天氣過程統(tǒng)計與分析[C].中國氣象學會2006年年會“航空氣象探測、預報、預警技術進展”分會場論文集.

[3]NCAR. Low Level Windshear Alert System （LLWAS） [EB/OL]. http：//www.ral.ucar.edu/projects/llwas/，[2011-7-27]

[4]C. M. SHUN， S.Y. LAU，O.S.M. LEE： Terminal Doppler Weather Radar observation of atmospheric flow over complex terrain during tropical cyclone passages[J]. Journal of Applied Meteorology，2003（42）：1697-1710.

[5]C. M. SHUN， P. W. CHAN. Applications of an Infrared Doppler Lidar in Detection of Wind Shear[J]. J. Atmos. Oceanic Technol. 2008（25）：637-655.

[6]C. M. SHUN. Wind Shear and Turbulence Alerting at Hong Kong International Airport[J]. WMO Bulletin，2004（53）：316-320.

[7]王楠，劉黎平，徐寶祥，等.利用多普勒雷達資料識別低空風切變和輻合線方法研究[J].應用氣象學報，2007，18（3）：314-320.

[8]林梅，窮達.邦達機場兩次風切變淺析及航空氣象服務思考[J].四川氣象，2006，4：34-35.

[9]汪青春，王振宇，朱西德，等.青海省三江源機場低空風切變的初步分析[J].青海氣象，2008，3：1-6.

[10]莊松壽.深圳機場低空風切變分析[J].河南氣象，1996（1）：17-18.

作者簡介：張成偉（1984-），男，工程師，主要從事航空氣象技術業(yè)務管理工作。