西寧機(jī)場(chǎng)一次低空風(fēng)切變的結(jié)構(gòu)和特征研究

黃 軒，鄭佳鋒，張 杰，馬曉玲，田維東，華志強(qiáng)

(1.成都信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院 高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610225; 2.中國(guó)民航 青?？展芊志?氣象臺(tái)，西寧 810000)

引 言

低空風(fēng)切變是指600m以下風(fēng)向或風(fēng)速在水平或垂直方向的突然變化[1]。在航空飛行中，低空風(fēng)切變極易對(duì)處在起飛爬升或進(jìn)近著陸階段的飛機(jī)帶來(lái)安全隱患，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)失速甚至墜毀。低空風(fēng)切變往往還具有持續(xù)時(shí)間短、尺度小、突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，通常難以被常規(guī)氣象設(shè)備捕捉到[2-3]。因此，在我國(guó)民航和通用航空業(yè)高速發(fā)展的背景下，加強(qiáng)對(duì)低空風(fēng)切變的探測(cè)和研究具有重要意義和實(shí)際價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)外在低空風(fēng)切變的精細(xì)化預(yù)警預(yù)報(bào)上還存在很大不足，主要原因是對(duì)低空風(fēng)切變探測(cè)能力的欠缺。機(jī)場(chǎng)配備可用于探測(cè)低空風(fēng)切變的設(shè)備包括：超聲波測(cè)風(fēng)儀、多普勒天氣雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)和激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)[4]。超聲波測(cè)風(fēng)儀性能可靠，但僅能對(duì)地面單點(diǎn)的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)[5];多普勒天氣雷達(dá)具有掃描范圍廣、測(cè)量高度高等優(yōu)點(diǎn)，但其對(duì)垂直風(fēng)場(chǎng)的探測(cè)能力十分有限，且僅能探測(cè)到云雨內(nèi)部的風(fēng)切變，而對(duì)晴空條件下的低空風(fēng)切變則無(wú)法獲取有效回波[6-7];風(fēng)廓線雷達(dá)是目前氣象業(yè)務(wù)領(lǐng)域探測(cè)垂直風(fēng)場(chǎng)的主要設(shè)備之一，其豐富的資料包括垂直氣流、大氣折射率常數(shù)等，十分有利于垂直風(fēng)切變的觀測(cè)和研究，但其不具備全方位掃描能力，因此無(wú)法對(duì)水平風(fēng)切變進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)[8-9]。

近年來(lái)，激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)發(fā)展十分迅猛。2002年,PEARSON等人[10-11]研制出1.548μm的全光纖脈沖多普勒激光雷達(dá)。2004年,美國(guó)國(guó)家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)開(kāi)展了2μm的相干激光雷達(dá)研究，并完成機(jī)載觀測(cè)試驗(yàn)[12-14]。2011年,西南技術(shù)物理研究所研制出一臺(tái)1.55μm全光纖激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)，并進(jìn)行了探測(cè)性能驗(yàn)證[15-16]。2014年,中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制出了1.54μm的激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，并用于邊界層風(fēng)廓線探測(cè)[17]。實(shí)驗(yàn)和研究表明，相對(duì)于其它設(shè)備，激光雷達(dá)具有更高的測(cè)風(fēng)精度和時(shí)空分辨率，以及更加靈活的掃描能力等，尤其對(duì)低空風(fēng)場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和變化都具備良好的探測(cè)效果和監(jiān)測(cè)能力[18]。FAN等人[16,19]驗(yàn)證了激光雷達(dá)在高原機(jī)場(chǎng)晴、陰和霧霾條件下的探測(cè)效果，結(jié)果表明：激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)測(cè)風(fēng)精度高、可靠性好，且能精準(zhǔn)捕捉到低空風(fēng)場(chǎng)時(shí)空尺度上的變化和特征。WANG和LIU等人[20-21]在北京奧運(yùn)會(huì)期間，利用激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)與海面浮標(biāo)進(jìn)行海面風(fēng)監(jiān)測(cè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)可以精確提供近實(shí)時(shí)的海面風(fēng)場(chǎng)。

激光雷達(dá)也逐漸被用于民航機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變的探測(cè)和預(yù)警。如2002年8月香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)建成以激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)為主的風(fēng)切變告警系統(tǒng)。CHAN等人[22-25]對(duì)激光雷達(dá)探測(cè)到的風(fēng)切變過(guò)程進(jìn)行了細(xì)致的研究并對(duì)風(fēng)切變識(shí)別算法進(jìn)行驗(yàn)證，證實(shí)激光雷達(dá)十分適合在晴空狀況下探測(cè)低空風(fēng)切變。ZHANG等人[26]利用激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)和風(fēng)廓線雷達(dá)資料，對(duì)2018-04-26西寧機(jī)場(chǎng)突發(fā)微下?lián)舯┝饕痫L(fēng)切變進(jìn)行了細(xì)致結(jié)構(gòu)分析和形成機(jī)理的研究。ZHANG等人[27]在北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)進(jìn)行低空風(fēng)切變研究，從激光雷達(dá)多個(gè)掃描結(jié)果中識(shí)別出14次風(fēng)切變過(guò)程。

西寧曹家堡國(guó)際機(jī)場(chǎng)(國(guó)際代碼ZLXN)于2020-02-13受強(qiáng)冷空氣活動(dòng)影響出現(xiàn)兩次強(qiáng)低空風(fēng)切變過(guò)程。本文中重點(diǎn)利用激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)資料，結(jié)合地面實(shí)況、風(fēng)廓線雷達(dá)資料，對(duì)當(dāng)日不同天氣過(guò)程引發(fā)的兩類(lèi)低空風(fēng)切變的演變規(guī)律和特征進(jìn)行研究，旨在為高原機(jī)場(chǎng)風(fēng)切變的預(yù)警預(yù)報(bào)和激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)應(yīng)用提供參考。

1 設(shè)備和資料

本文中使用的激光雷達(dá)是一部由西南技術(shù)物理研究所研制的FC-Ⅲ型激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)，采用多普勒脈沖、全光纖和相干體制。如圖1所示，該雷達(dá)安裝于ZLXN機(jī)場(chǎng)跑道南側(cè)，海拔2184m。作為典型高原機(jī)場(chǎng)，ZLXN機(jī)場(chǎng)建于兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)峽谷的中間地帶，南北兩側(cè)均為密集山脈，山脈平均海拔2500m以上，這種地形利于低空風(fēng)切變發(fā)生。

Fig.1 Geographical environment around Xining Caojiabao International Airport and FC-Ⅲ wind lidar installation location

該雷達(dá)測(cè)量原理是通過(guò)接收大氣中氣溶膠粒子的后向散射回波信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)的多普勒頻移來(lái)反演大氣的風(fēng)向風(fēng)速。雷達(dá)主要性能參量如表1所示，雷達(dá)發(fā)射激光波長(zhǎng)為1.55μm，俯仰掃描范圍為0°～180°，方位掃描范圍為0°～360°。雷達(dá)采用混合模式掃描，一次混合模式掃描包括：3個(gè)仰角層的平面位置顯示模式(plan position indicator，PPI)掃描(3°，4°，6°)、2次沿機(jī)場(chǎng)跑道方位的距離高度顯示模式(range height indicator，RHI)掃描、1次多普勒光束擺動(dòng)模式(Doppler beam swinging，DBS)掃描和2次下滑道模式(glide path，GP)掃描。一次混合模式掃描耗時(shí)12min，該掃描方式全天候不間斷運(yùn)行。雷達(dá)探測(cè)資料包括：徑向速度、水平風(fēng)向風(fēng)速、垂直風(fēng)向風(fēng)速、譜寬和信噪比等。

Table 1 Main technical parameters of FC-Ⅲ wind lidar

2 天氣形勢(shì)和實(shí)況

為了解此次低空風(fēng)切變的天氣背景，對(duì)2020-02-13的天氣形勢(shì)進(jìn)行分析。500hPa上歐亞大陸整體呈典型“兩槽一脊”形勢(shì)，高空槽控制內(nèi)蒙古至甘肅地區(qū)，槽后強(qiáng)偏北風(fēng)不斷引導(dǎo)冷空氣南下，ZLXN機(jī)場(chǎng)位于槽后偏西北氣流中。地面鋒面在6h內(nèi)向南移動(dòng)2°～3°，其南壓過(guò)程中河西走廊地面風(fēng)速激增。這種天氣形勢(shì)，易引發(fā)午后西風(fēng)氣流動(dòng)量下傳[28]，造成青海省大部地區(qū)偏西大風(fēng)。而傍晚時(shí)段伴隨地面冷鋒南壓，造成偏東大風(fēng)，影響機(jī)場(chǎng)區(qū)域。

根據(jù)13日機(jī)場(chǎng)觀測(cè)記錄，14:45前后高空風(fēng)下傳導(dǎo)致地面極大風(fēng)速迅速?gòu)?m/s增至19m/s，順風(fēng)差超過(guò)13m/s，引起順風(fēng)切變。此后，地面西風(fēng)平均風(fēng)速維持在9m/s～13m/s。17:35地面偏東風(fēng)迅速增大，極大風(fēng)速17m/s，東風(fēng)和西風(fēng)的交匯在機(jī)場(chǎng)形成了地面風(fēng)場(chǎng)輻合線，在機(jī)場(chǎng)進(jìn)近區(qū)域引起一次持續(xù)時(shí)間近20min的低空逆風(fēng)切變過(guò)程。同時(shí)，利用13日12:00～24:00機(jī)場(chǎng)風(fēng)廓線雷達(dá)資料對(duì)空中水平風(fēng)變化進(jìn)一步分析。如圖2所示，A和B分別表示自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的兩次低空切變時(shí)刻，13:30后,0.5km以下C區(qū)域內(nèi)，近地風(fēng)速增大至8m/s并有繼續(xù)增加的趨勢(shì);18:00～19:00時(shí)，低層吹沙天氣增強(qiáng)，導(dǎo)致風(fēng)廓線雷達(dá)無(wú)法測(cè)量風(fēng)場(chǎng)(逆風(fēng)切變已經(jīng)發(fā)生);19:00后,1.0km以下已轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)控制，風(fēng)速在近地面達(dá)20m/s以上，1.0km左右綠色虛線D表明存在垂直切變層。

Fig.2 Time-height change of the horizontal wind profiles produced by the wind profiler radar during two wind shear events from 2020-02-13T12:00 to 23:00

3 兩類(lèi)低空風(fēng)切變的演變規(guī)律和特征結(jié)構(gòu)

風(fēng)廓線雷達(dá)不具備立體掃描能力，無(wú)法探測(cè)到低空風(fēng)切變的空間變化過(guò)程。因此，作者利用分辨率更高、掃描模式更全面的激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)，分別利用PPI,RHI,DBS和GP 4種掃描模式的資料對(duì)當(dāng)日午后“順風(fēng)”和“逆風(fēng)”兩類(lèi)低空風(fēng)切變進(jìn)一步細(xì)致分析。

3.1 順風(fēng)切變風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)

圖3為2020-02-13T14:25～14:56激光雷達(dá)不同時(shí)刻PPI徑向速度圖。其中正、負(fù)徑向速度分別表明目標(biāo)氣流指向或遠(yuǎn)離雷達(dá)，黑色長(zhǎng)方形代表機(jī)場(chǎng)跑道，西側(cè)為11#跑道入口，東側(cè)為29#跑道入口?？梢?jiàn)，14:23時(shí)，徑向速度在東西兩側(cè)分布較均勻，環(huán)境風(fēng)為偏西風(fēng);至14:25，跑道范圍內(nèi)風(fēng)向穩(wěn)定，但在西北側(cè)4km外(黑色虛線)出現(xiàn)了大風(fēng)速區(qū)，風(fēng)速超過(guò)15m/s，此時(shí)11#跑道西側(cè)開(kāi)始形成順風(fēng)切變并逐漸向東移動(dòng);至14:32，11#跑道3°仰角的徑向風(fēng)速仍維持在10m/s左右，表明風(fēng)切變區(qū)域仍然較高，大風(fēng)未下傳至地面;至14:35以后，隨大風(fēng)速區(qū)逐漸移近雷達(dá)，順風(fēng)切變更加明顯，14:37時(shí),大風(fēng)速區(qū)前沿的輻合切變已移至11#跑道東南側(cè)(黑色虛線圈出)，雷達(dá)相鄰距離庫(kù)的風(fēng)速差可達(dá)8m/s。

Fig.3 PPI images of lidar-measured radial velocity at different times and different elevations

此外還發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)間推移大風(fēng)速區(qū)的軸向也逐漸由“西偏北”轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌鳌?；?4:44，大風(fēng)速區(qū)呈錐形由機(jī)場(chǎng)西側(cè)“嵌入”跑道，帶來(lái)地面強(qiáng)西風(fēng)并影響跑道中段(黑色虛線圈出)。隨后進(jìn)一步快速向東傳播，至14:47和14:49,機(jī)場(chǎng)基本被大風(fēng)覆蓋，大部分超過(guò)20m/s；至14:56，大風(fēng)影響29#跑道，在其東側(cè)下滑道區(qū)域(黑色虛線右側(cè))附近存在徑向風(fēng)的輻散。整個(gè)順風(fēng)切變影響機(jī)場(chǎng)大概0.5h，資料反映了風(fēng)切變整體的演變過(guò)程，即由冷空氣動(dòng)量下傳造成大風(fēng)和切變從空中逐步向地面?zhèn)鞑ゼ捌湓趥鞑ブ幸苿?dòng)方向的變化。

圖4a～圖4d是順風(fēng)切變4個(gè)典型時(shí)刻激光雷達(dá)沿跑道方向掃描的RHI模式徑向速度圖。進(jìn)一步分析低空切變過(guò)程中，跑道上空大氣邊界層垂直風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的演變特征?？梢?jiàn)，14:28時(shí)，在距雷達(dá)觀測(cè)點(diǎn)西北側(cè)2km～4km上空存在偏西大風(fēng)(黑色虛線內(nèi))；至14:40，由于下傳風(fēng)傳播特性，11#跑道外側(cè)1km左右邊界層中層偏西風(fēng)略有加強(qiáng)(黑色虛線內(nèi))，表明西風(fēng)首先在11#跑道一側(cè)增大并向東傳播，此時(shí)風(fēng)速輻合線仍未到達(dá)地面；至14:53，隨著下沉氣流影響跑道，整層風(fēng)速明顯增大，尤其在雷達(dá)東南側(cè)0.5km以下低層風(fēng)速已達(dá)20m/s，在雷達(dá)探測(cè)點(diǎn)西側(cè)1km以內(nèi)徑向速度較小,與圖3i的特性基本一致，表明在垂直方向上該區(qū)域存在風(fēng)速的輻合(右側(cè)虛線);15:05時(shí)，輻合區(qū)東移，雷達(dá)東南側(cè)4km以東(黑色虛線內(nèi))風(fēng)速分布表現(xiàn)出輻合特征。

DBS模式獲取的水平風(fēng)廓線是監(jiān)測(cè)和識(shí)別不同高度切變類(lèi)型的有利工具。圖4e～圖4f所示為2020-02-13T11:00～16:00在DBS模式下不同高度的風(fēng)向風(fēng)速分布?？梢?jiàn)，13日午后背景風(fēng)場(chǎng)穩(wěn)定，整體為偏西風(fēng)，在此期間背景風(fēng)速在垂直方向上存在明顯分層，風(fēng)速的垂直變化在1.0km附近較顯著。14:40前，1.0km高度和近地面存在風(fēng)向轉(zhuǎn)換層，風(fēng)向隨高度先逆轉(zhuǎn)后順轉(zhuǎn)，冷暖平流交替利于高空風(fēng)下傳,風(fēng)速垂直分布隨時(shí)間則呈現(xiàn)出“階梯狀”，表明了下傳風(fēng)場(chǎng)的垂直結(jié)構(gòu);14:40左右,高空大風(fēng)傳至地面，風(fēng)速超過(guò)20m/s。

Fig.4 RHI and DBS images of lidar-measured at different times

飛行器需沿預(yù)設(shè)軌道降落，基于風(fēng)切變的突發(fā)性和偶然性，針對(duì)當(dāng)前使用跑道下滑道區(qū)域采用下滑道模式探測(cè)有效距離范圍內(nèi)順、逆風(fēng)廓線可以獲取飛機(jī)降落關(guān)鍵區(qū)不同位置風(fēng)切變信息，徑向數(shù)據(jù)表明該區(qū)域上風(fēng)速分布及變化情況。圖5表明,在順風(fēng)切變過(guò)程中,11#跑道由于下傳風(fēng)而導(dǎo)致風(fēng)廓線出現(xiàn)較大波動(dòng)。14:19和14:31時(shí)刻，廓線中風(fēng)速隨距離增加，表明高層風(fēng)速明顯大于低層;而14:19時(shí)，下滑道坡道上距雷達(dá)1.5km～4.0km區(qū)域內(nèi)顯著的逆風(fēng)增加和減弱同時(shí)存在(見(jiàn)圖中黃色陰影區(qū)2)，風(fēng)速擾動(dòng)與圖4中DBS模式低層風(fēng)場(chǎng)階段變化相似；14:31時(shí),未表現(xiàn)出明顯氣流波動(dòng)。風(fēng)速?gòu)?qiáng)烈變化發(fā)生在14:31和14:43之間，近地面逆風(fēng)風(fēng)速增加最大超過(guò)7.7m/s,在14:43時(shí),出現(xiàn)逆風(fēng)劇烈變化(見(jiàn)圖中紅色陰影區(qū)1)，200m范圍內(nèi)逆風(fēng)風(fēng)速增加近7.7m/s。

3.2 逆風(fēng)切變風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)

本節(jié)中對(duì)逆風(fēng)切變的演變規(guī)律和特征進(jìn)行分析。圖6中給出了2020-02-13T17:25～17:58時(shí)期間激光雷達(dá)不同仰角PPI模式徑向速度圖。17:25時(shí)，機(jī)場(chǎng)周邊以偏西北風(fēng)為主，在29#跑道東南側(cè)黑色虛線區(qū)域內(nèi)觀測(cè)到水平尺度200m～400m的空氣亂流；17:26時(shí)，也觀察到相同現(xiàn)象，表明冷空氣前沿已移至機(jī)場(chǎng)東側(cè)，低空輻合線在機(jī)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)逐漸形成；該區(qū)域內(nèi)負(fù)徑向速度小，表明先遣冷空氣強(qiáng)度較弱。

Fig.6 PPI images of lidar-measured radial velocity at different times and different elevations

隨后，低層的東風(fēng)明顯增強(qiáng)，向西傳播的逆風(fēng)輻合線前沿在17:34時(shí)已移至29#跑道頭，徑向輻合線呈“弓”狀結(jié)構(gòu)。17:34～17:38時(shí)，輻合線逐漸到達(dá)雷達(dá)本站，風(fēng)切變結(jié)構(gòu)仍然維持，冷空氣的提供動(dòng)量使得輻合切變線仍然不斷向西傳播；17:46～17:50時(shí),低空切變線西移穿過(guò)雷達(dá)，但輻合線曲率有所減??；雷達(dá)東側(cè)冷空氣較前一時(shí)段明顯增強(qiáng)，大部分區(qū)域風(fēng)速超過(guò)15m/s；至17:58，冷空氣主體侵入機(jī)場(chǎng)跑道范圍，此時(shí)在跑道東西端均有大風(fēng)速氣團(tuán)，徑向速度超過(guò)20m/s。

圖7a～圖7d為逆風(fēng)切變過(guò)程雷達(dá)RHI掃描的4個(gè)時(shí)刻徑向速度圖?？梢?jiàn)，17:30時(shí)，邊界層大氣分布均勻，環(huán)境風(fēng)場(chǎng)以偏西風(fēng)為主；至17:42，隨著鋒后冷空氣移向機(jī)場(chǎng)范圍，雷達(dá)探測(cè)到冷鋒前沿，雷達(dá)東側(cè)4km處近地層黑色虛線區(qū)域內(nèi)，風(fēng)向存在明顯轉(zhuǎn)向，0.5km高度以下風(fēng)向輻合切變線初步形成。

Fig.7 RHI and DBS images of lidar-measured at different times

冷空氣主體呈“楔形”侵入，逐漸影響跑道區(qū)域，在17:54時(shí)，雷達(dá)東側(cè)的黑色虛線區(qū)分了兩種不同性質(zhì)氣團(tuán)控制下的大氣風(fēng)場(chǎng)，形成了清晰的冷空氣垂直輪廓,同時(shí)，在東西風(fēng)共同作用下，雷達(dá)西側(cè)4km以內(nèi)(黑色曲線以東)風(fēng)速明顯減弱，區(qū)域內(nèi)風(fēng)場(chǎng)平均風(fēng)速小于10m/s;18:06時(shí)，雷達(dá)上空1km范圍內(nèi)(黑色虛線下方)轉(zhuǎn)為偏東氣流控制，0.5km～1.0km高度層之間存在較強(qiáng)風(fēng)向垂直切變。RHI資料反映了鋒后冷空氣過(guò)境在垂直方向上產(chǎn)生性質(zhì)不同的氣團(tuán)，由冷鋒后冷空氣引起的風(fēng)切變垂直結(jié)構(gòu)受系統(tǒng)影響，在東移過(guò)程中逐漸從地面向中層傳播并在最后形成穩(wěn)定垂直切變層。

DBS模式探測(cè)在16:00～21:00期間不同高度水平風(fēng)速、風(fēng)向隨時(shí)間變化，見(jiàn)圖7e～圖7f。激光雷達(dá)揭示了風(fēng)切變?cè)诓煌A段的結(jié)構(gòu)變化特點(diǎn)，17:45前,上游高空大風(fēng)移至機(jī)場(chǎng)上空，500m以上風(fēng)場(chǎng)主要受西風(fēng)急流控制;17:45時(shí)，當(dāng)?shù)孛嬗欣淇諝馇秩?，地面風(fēng)向由西北迅速轉(zhuǎn)為東南向，風(fēng)速則明顯減弱。此后，風(fēng)向切變隨時(shí)間表現(xiàn)出明確的坡度,0.5km～1.5km高度層逐漸形成東風(fēng)低值帶，其上下側(cè)有明顯風(fēng)速或風(fēng)向切變。由此可見(jiàn)，冷空氣過(guò)境造成風(fēng)向和風(fēng)速變化在空間垂直分布是中上層明顯滯后于下層。此次過(guò)程引起的低空風(fēng)切變類(lèi)型包括水平方向上的輻合切變，以及垂直方向上風(fēng)向和風(fēng)速切變。

由于輻合線演變特點(diǎn)，選擇29#跑道下滑道廓線，如圖8所示。圖中紅色陰影區(qū)域1代表逆風(fēng)切變區(qū)域，黃色陰影區(qū)域2表明徑向風(fēng)有較大幅度波動(dòng)。17:32時(shí)，表明此時(shí)風(fēng)場(chǎng)為較強(qiáng)逆風(fēng)，且整條廓線風(fēng)速在10m/s～17m/s，無(wú)顯著波動(dòng),隨輻合線形成并逼近雷達(dá)；17:44時(shí)，在距雷達(dá)800m范圍內(nèi)出現(xiàn)5m/s順風(fēng)，距上一時(shí)刻風(fēng)速差超過(guò)15m/s，下滑坡道800m～1000m處陰影和箭頭表明該區(qū)域存在逆風(fēng)到順風(fēng)的低空切變，風(fēng)速差超過(guò)7.7m/s；由17:32和17:56時(shí)的廓線可知，17:44時(shí)，陰影區(qū)域順、逆風(fēng)均不足5m/s是由于背景風(fēng)和冷空氣相互作用導(dǎo)致的。

Fig.8 Wind shear information of lidar glide path mode at 29# corridor from 2020-02-13T17:32 to 17:56, pink shadow show headwind shear area and yellow shadow yield indicate redial velocity change rapidly

4 結(jié) 論

低空風(fēng)切變對(duì)航空飛行具有重大威脅，尤其在下墊面風(fēng)場(chǎng)復(fù)雜多變的高原機(jī)場(chǎng)，相比傳統(tǒng)氣象設(shè)備，激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)是目前探測(cè)晴天低空風(fēng)切變的最有效的工具之一。本文中利用激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)多種觀測(cè)模式資料，結(jié)合再分析資料、地面實(shí)況和風(fēng)廓線雷達(dá)資料對(duì)2020-02-13影響西寧機(jī)場(chǎng)的兩種不同類(lèi)型低空風(fēng)切變的演變規(guī)律和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了研究。

(1)午后中高層西風(fēng)急流動(dòng)量下傳導(dǎo)致低空順風(fēng)風(fēng)切變的主要原因。在下傳期間，3.0km以下各層風(fēng)速均隨時(shí)間有突然變化，在低空風(fēng)切變出現(xiàn)階段整層風(fēng)速則可達(dá)更強(qiáng)；風(fēng)切變演變過(guò)程中，大風(fēng)和風(fēng)速輻合線從空中呈現(xiàn)出“錐形”,逐步下沉并穿越跑道向東傳播，切變線后部大風(fēng)速區(qū)風(fēng)速超過(guò)20m/s。

(2)冷鋒過(guò)境后，冷空氣在青海省東部河谷地區(qū)倒灌，進(jìn)而在機(jī)場(chǎng)東部形成較強(qiáng)的東南氣流和逆風(fēng)切變，當(dāng)冷空氣主體進(jìn)入雷達(dá)探測(cè)范圍時(shí)，雷達(dá)可清晰捕捉到低空小尺度亂流；逆風(fēng)切變形成的輻合線呈“弓”狀,自東向西傳播，并在機(jī)場(chǎng)兩側(cè)形成性質(zhì)不同的大風(fēng)速氣團(tuán)，速率為10m/s～15m/s，強(qiáng)烈的東風(fēng)和西風(fēng)在跑道上空對(duì)峙。

(3)兩類(lèi)風(fēng)切變特征有顯著差異，順風(fēng)切變表現(xiàn)為大風(fēng)速帶的垂直自上向下傳播，首先到達(dá)地面的氣團(tuán)攜帶更強(qiáng)動(dòng)能，切變形成初期風(fēng)速迅速增加，1min內(nèi)風(fēng)速變化超過(guò)12m/s；冷鋒引起逆風(fēng)切時(shí)，風(fēng)向首先在近地層劇烈變化，受東西風(fēng)共同作用，低層風(fēng)速先減小后增大，東風(fēng)逐漸向中層轉(zhuǎn)播至1.5km高度層，并在該層形成穩(wěn)定垂直風(fēng)切變層。

(4)高原冬季，風(fēng)切變的發(fā)展演變迅速且強(qiáng)度大；通過(guò)高分辨率、多種觀測(cè)模式的激光測(cè)風(fēng)資料，可以有效對(duì)低空風(fēng)切變進(jìn)行較為全面的探測(cè)預(yù)警，可以獲取風(fēng)切變演變過(guò)程的規(guī)律和細(xì)微結(jié)構(gòu)。