沈阳桃仙国际机场低空风切变的预报分析

2019-03-01民航东北地区空中交通管理局气象中心

民航管理 2019年1期

□ 民航东北地区空中交通管理局气象中心陈军/文

低空风切变是飞机起飞和着陆阶段威胁飞行安全的主要危险天气，包括有顺风切变、逆风切变、侧风切变和垂直切变四种类型。近些年来，随着社会经济的迅速发展，民航业快速崛起，航班量、航空运输量明显升高。随之而来的安全问题越来越多，其中低空风切变是引发安全事故的主要原因之一。低空风切变主要是大气运动变化造成，强对流天气、锋面天气、低空急流也可能引发低空风切变，其具有强度大、时间短、突发性强、尺度大等特点。基于此，本文首先探讨了低空风切变对航空飞行的影响，最后分析了沈阳桃仙国际机场低空风切变的成因和预报，仅供相关部门进行参考。

低空风切变是指发生在低层600m以下空气层中风向风速突然变化的现象，被航空界认为是飞机起飞和降落时最重要的危险因素，严重影响着飞机的起飞和降落安全。统计结果表明，与低空风切变有关的飞行事故大都出现在300m以下的起飞和着陆，特别是在着陆阶段，风切变是导致重大伤亡事故的主要原因。因低空风切变受多尺度天气系统的影响，其主要特点是空间尺度小、强度大、突发性强，在探测、研究和预报过程中存在很大的难度。低空风切变是沈阳仙桃国际机场的危险天气之一，经常会造成飞机复飞、返航或备降，不利于航空安全和正常飞行安全。本文通过分析沈阳桃仙国际机场低空风切变影响和成因，为更好的预报和预警低空风切变提供参考借鉴。

低空风切变的定义与分类

风切变是指空间位置处两点之间风的矢量差，也就是相同或不同高度条件下，较短距离内风速与风向的变化。在任何高度位置处都有可能会出现风切变，其中近地面层的风切变对航空器飞行产生的影响最大。通常情况下我们将发生在高度为600m以下的平均风矢量在空间两点之间的差值称为低空风切变。

以航空器运动相对于风矢量之间的各种状况为依据，将风切变划分为以下几种：

顺风切变。是指水平风变量对航空器而言属于顺风。比如，当航空器从逆风区域进入到顺风区域，从大逆风区域进入到小逆风区域、从小顺风区域进入到大顺风区域等都是顺风切变。一旦发生顺风切变将会导致航空器空速明显减小，与此同时，升力也明显下降，导致航空器出现下沉，对航空飞行产生严重影响。

逆风切变。是指水平风变量对航空器而言属于逆风。比如航空器从小逆风区域进入到大逆风区域，从顺风区域进入到逆风区域、从大顺风区域进入到小顺风区域等都属于逆风切变。一旦发生逆风切变将会导致航空器的空速明显增加，与此同时升力也明显增加，导致航空器出现抬升。相对比而言，逆风切变对航空飞行的影响较小。

侧风切变。是指航空器由无侧风或一种侧风状态进入到另外一种不同的侧风状态的过程。一旦发生侧风切变将极易导致航空器出现侧滑、偏转或滚转等现象。

垂直风切变。是指航空器由没有升降气流区域进入到具有强烈升降气流区域的一种情况，尤其是强烈的、突发的下降气流往往会导致航空器发生明显下沉，由此产生的危害较大。其中以雷暴云之下的下冲气流对起飞和着陆的威胁更为严重，此时当下冲气流的强度较强时极易形成下击暴流。就下冲气流而言，其中不仅仅包含有强烈的垂直风切变，还包含有比较明显的水平风切变。一旦出现这一情况将会对航空飞行造成严重的后果。

低空风切变对航空飞行的影响

低空风切变对航空器飞行产生的影响主要表现在：导致飞机改变航迹，影响飞机的操纵性与稳定性，影响相关仪器的准确性等几个方面。一旦出现以上问题都会为航空器操纵带来一定程度的困难，对其安全飞行构成严重威胁。

顺风切变的影响。若在飞机着陆中遇到顺风切变，飞机速度会突然减小，进而造成升力成倍降低，飞机不能沿着正常下滑线下滑，开始掉高度；若顺风切变严重，空速减少幅度较大，很容易造成飞机失速，掉高度现象明显加剧，对飞机的危害程度更大。若在相对较高的高度上出现风切变，飞行员会有充足的时间来操作飞机，及时增加油门，提升空中飞行速度，当速度增加到一定数值时，随后进行拉杆保证飞机回到正常下滑线上；若飞机在相对较低的高度处遇到低空风切变，此时的修正动作还不甚完整，没有充足的时间让飞机回到正常的下滑线上，再加上顺风的影响，地速较大，飞机很可能冲出跑道，当风切变的调度进一步降低后，飞机将没有充足的时间改动，再加上迅速掉高度，在没有进入跑道便接地，很容易造成安全事故。

逆风切变的影响。逆风切变时，因相对气流增加，空速增加，会有附加升力产生，即在进近中会高出正常下滑道。飞行员修正的过程中，由于修正过多，会使飞机空速减小过多追求下滑道，很容易使飞机掉到下滑线以下，增加了航空安全隐患，甚至会出现跑道外接地。应着重加大下滑道修正，并做好高度和空速表的监控检查。应防止修正不足，避免在较高高度和小地速的情况下接地，这样很容易造成重着陆，甚至是损毁飞机结构。

侧风切变的影响。在侧风切变中，飞机起飞和进近着陆中将会同正常的轨道间发生偏离，进而产生滚转，使得升力损失，在控制方向时存在难度。风切变过强，偏离过多，需立即复飞。在能够正常修正的范围内，对中低空进行修正会造成飞机带侧滑坡度，影响着陆安全，甚至是造成飞机带侧接地冲出跑道。

垂直风切变的影响。垂直风切变对航空飞行安全的影响最大。由于垂直方向上的风切变直接作用在飞机机体上，进而产生气动作用力，使得飞机原本的平衡状态被打破，影响飞机载荷和高度，再加上速度加快，短时间内难以改出。垂直风切变中的下降气流对飞机着陆和起飞的影响更为明显，尤其是在强雷暴下的起飞和着陆，飞机会遇到下降气流或下冲气流，因飞机速度和功率较小，下降气流的气动力会作用在飞机上，给飞机施加了向下的作用力，飞机高度会迅速下降，此时需要较大的升力来平衡飞机，因飞机高度低改出时间短，极易引发飞行事故。

沈阳桃仙国际机场低空风切变的成因

锋面活动型。因锋面附近风场不连续变化而造成的风切变称之为锋面活动型，其在出现的过程中往往伴随有大风、雷暴等天气现象。预报锋面活动型低空风切变，可以将常规天气分析的优势充分发挥出来，2009年6月20日桃仙机场出现了锋面活动型低空风切变，在850hPa、700hPa和500hPa高层处均有大风出现，且随着高度的增加，风速也在上升，在这个过程中有明显的不稳定能量，经过多方商议后，值班预报员认为是高空槽和地面锋过境的共同影响，预报本场将会有大风天气出现，同时还有可能遇到低空风切变，后来天气实况与此类似。

天气尺度（或中尺度）切变型。天气尺度的切变，其主要表现形式是太平洋副热带高压后部的切变，在卫星云图中存在明显的切变云系。气旋主体在向东移动的过程中，沈阳市在副热带高压和大陆冷性高压控制下，两高分别控制的晴空区域间的切变线云系发展强烈，云顶温度要低于相同纬度分布的云系温度。后来影响本场的对流云团呈现出圆形，边缘较为整齐，说明垂直方向发展的高度较高，且有强烈的对流活动。经过一段时间后，对流云系的面积不断增加且发展旺盛，影响东三省。本场出现的低空风切变始终伴随着雷暴和阵雨天气，说明低空风切变与切变天气系统间有紧密联系。

下击暴流（包括龙卷风）型。积雨云后部的冷空气不断下沉，使得堆积的冷空气不断朝着四周扩散，造成飞机穿越积雨云后部的冷空气所经过的风向变化角度范围激发。2006年6月22日15时，武汉航空公司一架班机发生坠毁事故，当日14时武汉三镇有炸雷声出现，随后开始有大风和强降雨天气，此时空气中的能见度只有2～3m，狂风吹倒了树木和房屋，结合天气现象和灾害情况，该班机遭遇了下击暴流型风切变。

湍流涌动（晴空湍流切变和雷达回波近地面辐合线）型。结合语音方式航空器的报告记录，沈阳桃仙机场也很有可能出现湍流涌动型风切变，其主要原因是大气中有各种不同尺度的涡旋存在，一旦涡旋强度和尺度对航班的起降造成影响时，就很容易引发航空安全事故。

不明待定型。低空风切变同降水天气有很大的差异，沈阳桃仙机场的低空风切变主要出现在春季同主要发生在夏季的强对流天气，在出现季节上有一定的区别。另外，地形、局地性气候特征都可能引发低空风切变。

沈阳桃仙国际机场低空风切变预报

在沈阳桃仙机场上空，因锋面系统引起的风切变出现频率较高，尤其是在锋面接近本场的过程中很容易出现低空风切变；当风向发生突变或者出现风速超过5m/s的阵风或阵风风速相较于平均值变化的幅度在5m/s以上，会有局地性风切变出现，这一点很容易被人们忽略掉；低空风切变一定是在飑线等强对流天气中产生，而在弱雷暴、锋面和积雨云中也可能出现低空风切变。在雷达速度场图像上可以显示S型风场，风随高度增加，径向速度场的入流出流方向相反，被包围的小尺度的径向速度区反方向移动，说明低空风切变有不同的尺度差异，需要注意。借助于MICAPS系统时间剖面图，可以分析低空风切变，之前天气分析中未注意到垂直方向的低空风切变，应着重增加分析垂直方向低空槽线力度。