沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變的預(yù)報(bào)分析

□ 民航東北地區(qū)空中交通管理局氣象中心 陳 軍/文

低空風(fēng)切變是飛機(jī)起飛和著陸階段威脅飛行安全的主要危險(xiǎn)天氣，包括有順風(fēng)切變、逆風(fēng)切變、側(cè)風(fēng)切變和垂直切變四種類型。近些年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，民航業(yè)快速崛起，航班量、航空運(yùn)輸量明顯升高。隨之而來(lái)的安全問(wèn)題越來(lái)越多，其中低空風(fēng)切變是引發(fā)安全事故的主要原因之一。低空風(fēng)切變主要是大氣運(yùn)動(dòng)變化造成，強(qiáng)對(duì)流天氣、鋒面天氣、低空急流也可能引發(fā)低空風(fēng)切變，其具有強(qiáng)度大、時(shí)間短、突發(fā)性強(qiáng)、尺度大等特點(diǎn)?；诖耍疚氖紫忍接懥说涂诊L(fēng)切變對(duì)航空飛行的影響，最后分析了沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變的成因和預(yù)報(bào)，僅供相關(guān)部門(mén)進(jìn)行參考。

低空風(fēng)切變是指發(fā)生在低層600m以下空氣層中風(fēng)向風(fēng)速突然變化的現(xiàn)象，被航空界認(rèn)為是飛機(jī)起飛和降落時(shí)最重要的危險(xiǎn)因素，嚴(yán)重影響著飛機(jī)的起飛和降落安全。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，與低空風(fēng)切變有關(guān)的飛行事故大都出現(xiàn)在300m以下的起飛和著陸，特別是在著陸階段，風(fēng)切變是導(dǎo)致重大傷亡事故的主要原因。因低空風(fēng)切變受多尺度天氣系統(tǒng)的影響，其主要特點(diǎn)是空間尺度小、強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)，在探測(cè)、研究和預(yù)報(bào)過(guò)程中存在很大的難度。低空風(fēng)切變是沈陽(yáng)仙桃國(guó)際機(jī)場(chǎng)的危險(xiǎn)天氣之一，經(jīng)常會(huì)造成飛機(jī)復(fù)飛、返航或備降，不利于航空安全和正常飛行安全。本文通過(guò)分析沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變影響和成因，為更好的預(yù)報(bào)和預(yù)警低空風(fēng)切變提供參考借鑒。

低空風(fēng)切變的定義與分類

風(fēng)切變是指空間位置處兩點(diǎn)之間風(fēng)的矢量差，也就是相同或不同高度條件下，較短距離內(nèi)風(fēng)速與風(fēng)向的變化。在任何高度位置處都有可能會(huì)出現(xiàn)風(fēng)切變，其中近地面層的風(fēng)切變對(duì)航空器飛行產(chǎn)生的影響最大。通常情況下我們將發(fā)生在高度為600m以下的平均風(fēng)矢量在空間兩點(diǎn)之間的差值稱為低空風(fēng)切變。

以航空器運(yùn)動(dòng)相對(duì)于風(fēng)矢量之間的各種狀況為依據(jù)，將風(fēng)切變劃分為以下幾種：

順風(fēng)切變。是指水平風(fēng)變量對(duì)航空器而言屬于順風(fēng)。比如，當(dāng)航空器從逆風(fēng)區(qū)域進(jìn)入到順風(fēng)區(qū)域，從大逆風(fēng)區(qū)域進(jìn)入到小逆風(fēng)區(qū)域、從小順風(fēng)區(qū)域進(jìn)入到大順風(fēng)區(qū)域等都是順風(fēng)切變。一旦發(fā)生順風(fēng)切變將會(huì)導(dǎo)致航空器空速明顯減小，與此同時(shí)，升力也明顯下降，導(dǎo)致航空器出現(xiàn)下沉，對(duì)航空飛行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

逆風(fēng)切變。是指水平風(fēng)變量對(duì)航空器而言屬于逆風(fēng)。比如航空器從小逆風(fēng)區(qū)域進(jìn)入到大逆風(fēng)區(qū)域，從順風(fēng)區(qū)域進(jìn)入到逆風(fēng)區(qū)域、從大順風(fēng)區(qū)域進(jìn)入到小順風(fēng)區(qū)域等都屬于逆風(fēng)切變。一旦發(fā)生逆風(fēng)切變將會(huì)導(dǎo)致航空器的空速明顯增加，與此同時(shí)升力也明顯增加，導(dǎo)致航空器出現(xiàn)抬升。相對(duì)比而言，逆風(fēng)切變對(duì)航空飛行的影響較小。

側(cè)風(fēng)切變。是指航空器由無(wú)側(cè)風(fēng)或一種側(cè)風(fēng)狀態(tài)進(jìn)入到另外一種不同的側(cè)風(fēng)狀態(tài)的過(guò)程。一旦發(fā)生側(cè)風(fēng)切變將極易導(dǎo)致航空器出現(xiàn)側(cè)滑、偏轉(zhuǎn)或滾轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。

垂直風(fēng)切變。是指航空器由沒(méi)有升降氣流區(qū)域進(jìn)入到具有強(qiáng)烈升降氣流區(qū)域的一種情況，尤其是強(qiáng)烈的、突發(fā)的下降氣流往往會(huì)導(dǎo)致航空器發(fā)生明顯下沉，由此產(chǎn)生的危害較大。其中以雷暴云之下的下沖氣流對(duì)起飛和著陸的威脅更為嚴(yán)重，此時(shí)當(dāng)下沖氣流的強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)極易形成下?lián)舯┝?。就下沖氣流而言，其中不僅僅包含有強(qiáng)烈的垂直風(fēng)切變，還包含有比較明顯的水平風(fēng)切變。一旦出現(xiàn)這一情況將會(huì)對(duì)航空飛行造成嚴(yán)重的后果。

低空風(fēng)切變對(duì)航空飛行的影響

低空風(fēng)切變對(duì)航空器飛行產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在：導(dǎo)致飛機(jī)改變航跡，影響飛機(jī)的操縱性與穩(wěn)定性，影響相關(guān)儀器的準(zhǔn)確性等幾個(gè)方面。一旦出現(xiàn)以上問(wèn)題都會(huì)為航空器操縱帶來(lái)一定程度的困難，對(duì)其安全飛行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

順風(fēng)切變的影響。若在飛機(jī)著陸中遇到順風(fēng)切變，飛機(jī)速度會(huì)突然減小，進(jìn)而造成升力成倍降低，飛機(jī)不能沿著正常下滑線下滑，開(kāi)始掉高度；若順風(fēng)切變嚴(yán)重，空速減少幅度較大，很容易造成飛機(jī)失速，掉高度現(xiàn)象明顯加劇，對(duì)飛機(jī)的危害程度更大。若在相對(duì)較高的高度上出現(xiàn)風(fēng)切變，飛行員會(huì)有充足的時(shí)間來(lái)操作飛機(jī)，及時(shí)增加油門(mén)，提升空中飛行速度，當(dāng)速度增加到一定數(shù)值時(shí)，隨后進(jìn)行拉桿保證飛機(jī)回到正常下滑線上；若飛機(jī)在相對(duì)較低的高度處遇到低空風(fēng)切變，此時(shí)的修正動(dòng)作還不甚完整，沒(méi)有充足的時(shí)間讓飛機(jī)回到正常的下滑線上，再加上順風(fēng)的影響，地速較大，飛機(jī)很可能沖出跑道，當(dāng)風(fēng)切變的調(diào)度進(jìn)一步降低后，飛機(jī)將沒(méi)有充足的時(shí)間改動(dòng)，再加上迅速掉高度，在沒(méi)有進(jìn)入跑道便接地，很容易造成安全事故。

逆風(fēng)切變的影響。逆風(fēng)切變時(shí)，因相對(duì)氣流增加，空速增加，會(huì)有附加升力產(chǎn)生，即在進(jìn)近中會(huì)高出正常下滑道。飛行員修正的過(guò)程中，由于修正過(guò)多，會(huì)使飛機(jī)空速減小過(guò)多追求下滑道，很容易使飛機(jī)掉到下滑線以下，增加了航空安全隱患，甚至?xí)霈F(xiàn)跑道外接地。應(yīng)著重加大下滑道修正，并做好高度和空速表的監(jiān)控檢查。應(yīng)防止修正不足，避免在較高高度和小地速的情況下接地，這樣很容易造成重著陸，甚至是損毀飛機(jī)結(jié)構(gòu)。

側(cè)風(fēng)切變的影響。在側(cè)風(fēng)切變中，飛機(jī)起飛和進(jìn)近著陸中將會(huì)同正常的軌道間發(fā)生偏離，進(jìn)而產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)，使得升力損失，在控制方向時(shí)存在難度。風(fēng)切變過(guò)強(qiáng)，偏離過(guò)多，需立即復(fù)飛。在能夠正常修正的范圍內(nèi)，對(duì)中低空進(jìn)行修正會(huì)造成飛機(jī)帶側(cè)滑坡度，影響著陸安全，甚至是造成飛機(jī)帶側(cè)接地沖出跑道。

垂直風(fēng)切變的影響。垂直風(fēng)切變對(duì)航空飛行安全的影響最大。由于垂直方向上的風(fēng)切變直接作用在飛機(jī)機(jī)體上，進(jìn)而產(chǎn)生氣動(dòng)作用力，使得飛機(jī)原本的平衡狀態(tài)被打破，影響飛機(jī)載荷和高度，再加上速度加快，短時(shí)間內(nèi)難以改出。垂直風(fēng)切變中的下降氣流對(duì)飛機(jī)著陸和起飛的影響更為明顯，尤其是在強(qiáng)雷暴下的起飛和著陸，飛機(jī)會(huì)遇到下降氣流或下沖氣流，因飛機(jī)速度和功率較小，下降氣流的氣動(dòng)力會(huì)作用在飛機(jī)上，給飛機(jī)施加了向下的作用力，飛機(jī)高度會(huì)迅速下降，此時(shí)需要較大的升力來(lái)平衡飛機(jī)，因飛機(jī)高度低改出時(shí)間短，極易引發(fā)飛行事故。

沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變的成因

鋒面活動(dòng)型。因鋒面附近風(fēng)場(chǎng)不連續(xù)變化而造成的風(fēng)切變稱之為鋒面活動(dòng)型，其在出現(xiàn)的過(guò)程中往往伴隨有大風(fēng)、雷暴等天氣現(xiàn)象。預(yù)報(bào)鋒面活動(dòng)型低空風(fēng)切變，可以將常規(guī)天氣分析的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，2009年6月20日桃仙機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)了鋒面活動(dòng)型低空風(fēng)切變，在850hPa、700hPa和500hPa高層處均有大風(fēng)出現(xiàn)，且隨著高度的增加，風(fēng)速也在上升，在這個(gè)過(guò)程中有明顯的不穩(wěn)定能量，經(jīng)過(guò)多方商議后，值班預(yù)報(bào)員認(rèn)為是高空槽和地面鋒過(guò)境的共同影響，預(yù)報(bào)本場(chǎng)將會(huì)有大風(fēng)天氣出現(xiàn)，同時(shí)還有可能遇到低空風(fēng)切變，后來(lái)天氣實(shí)況與此類似。

天氣尺度（或中尺度）切變型。天氣尺度的切變，其主要表現(xiàn)形式是太平洋副熱帶高壓后部的切變，在衛(wèi)星云圖中存在明顯的切變?cè)葡?。氣旋主體在向東移動(dòng)的過(guò)程中，沈陽(yáng)市在副熱帶高壓和大陸冷性高壓控制下，兩高分別控制的晴空區(qū)域間的切變線云系發(fā)展強(qiáng)烈，云頂溫度要低于相同緯度分布的云系溫度。后來(lái)影響本場(chǎng)的對(duì)流云團(tuán)呈現(xiàn)出圓形，邊緣較為整齊，說(shuō)明垂直方向發(fā)展的高度較高，且有強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，對(duì)流云系的面積不斷增加且發(fā)展旺盛，影響東三省。本場(chǎng)出現(xiàn)的低空風(fēng)切變始終伴隨著雷暴和陣雨天氣，說(shuō)明低空風(fēng)切變與切變天氣系統(tǒng)間有緊密聯(lián)系。

下?lián)舯┝鳎ò埦盹L(fēng)）型。積雨云后部的冷空氣不斷下沉，使得堆積的冷空氣不斷朝著四周擴(kuò)散，造成飛機(jī)穿越積雨云后部的冷空氣所經(jīng)過(guò)的風(fēng)向變化角度范圍激發(fā)。2006年6月22日15時(shí)，武漢航空公司一架班機(jī)發(fā)生墜毀事故，當(dāng)日14時(shí)武漢三鎮(zhèn)有炸雷聲出現(xiàn)，隨后開(kāi)始有大風(fēng)和強(qiáng)降雨天氣，此時(shí)空氣中的能見(jiàn)度只有2～3m，狂風(fēng)吹倒了樹(shù)木和房屋，結(jié)合天氣現(xiàn)象和災(zāi)害情況，該班機(jī)遭遇了下?lián)舯┝餍惋L(fēng)切變。

湍流涌動(dòng)（晴空湍流切變和雷達(dá)回波近地面輻合線）型。結(jié)合語(yǔ)音方式航空器的報(bào)告記錄，沈陽(yáng)桃仙機(jī)場(chǎng)也很有可能出現(xiàn)湍流涌動(dòng)型風(fēng)切變，其主要原因是大氣中有各種不同尺度的渦旋存在，一旦渦旋強(qiáng)度和尺度對(duì)航班的起降造成影響時(shí)，就很容易引發(fā)航空安全事故。

不明待定型。低空風(fēng)切變同降水天氣有很大的差異，沈陽(yáng)桃仙機(jī)場(chǎng)的低空風(fēng)切變主要出現(xiàn)在春季同主要發(fā)生在夏季的強(qiáng)對(duì)流天氣，在出現(xiàn)季節(jié)上有一定的區(qū)別。另外，地形、局地性氣候特征都可能引發(fā)低空風(fēng)切變。

沈陽(yáng)桃仙國(guó)際機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變預(yù)報(bào)

在沈陽(yáng)桃仙機(jī)場(chǎng)上空，因鋒面系統(tǒng)引起的風(fēng)切變出現(xiàn)頻率較高，尤其是在鋒面接近本場(chǎng)的過(guò)程中很容易出現(xiàn)低空風(fēng)切變；當(dāng)風(fēng)向發(fā)生突變或者出現(xiàn)風(fēng)速超過(guò)5m/s的陣風(fēng)或陣風(fēng)風(fēng)速相較于平均值變化的幅度在5m/s以上，會(huì)有局地性風(fēng)切變出現(xiàn)，這一點(diǎn)很容易被人們忽略掉；低空風(fēng)切變一定是在颮線等強(qiáng)對(duì)流天氣中產(chǎn)生，而在弱雷暴、鋒面和積雨云中也可能出現(xiàn)低空風(fēng)切變。在雷達(dá)速度場(chǎng)圖像上可以顯示S型風(fēng)場(chǎng)，風(fēng)隨高度增加，徑向速度場(chǎng)的入流出流方向相反，被包圍的小尺度的徑向速度區(qū)反方向移動(dòng)，說(shuō)明低空風(fēng)切變有不同的尺度差異，需要注意。借助于MICAPS系統(tǒng)時(shí)間剖面圖，可以分析低空風(fēng)切變，之前天氣分析中未注意到垂直方向的低空風(fēng)切變，應(yīng)著重增加分析垂直方向低空槽線力度。

結(jié)論：

綜上所述，因低空風(fēng)切變具有時(shí)間短、尺度小、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，在探測(cè)、預(yù)報(bào)、航空管制和飛行過(guò)程中都存在一定的難度，是航空氣象的難題。因此，對(duì)飛行員加強(qiáng)風(fēng)切變培訓(xùn)和飛行操作程序設(shè)置，在機(jī)場(chǎng)安裝風(fēng)切變探測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，將低空風(fēng)切變對(duì)航空飛行的危害降到最低。