深圳寶安機(jī)場近10a低空風(fēng)切變統(tǒng)計特征

摘 要：根據(jù)機(jī)組報告和氣象資料，分析了2001～2010年深圳寶安國際機(jī)場低空風(fēng)切變的統(tǒng)計特征。結(jié)果顯示近10a來伴隨航班量的迅速增長，機(jī)組遭遇低空風(fēng)切變的頻次逐步增加。低空風(fēng)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(dǎo)致發(fā)生影響飛行的低空風(fēng)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(jī)場的熱帶氣旋年個數(shù)與低空風(fēng)切變?nèi)諗?shù)存在明顯正對應(yīng)關(guān)系。

關(guān)鍵性：低空風(fēng)切變；深圳寶安機(jī)場；統(tǒng)計特征

1 概述

風(fēng)切變是指空間兩點(diǎn)距離間風(fēng)的矢量差，是風(fēng)空間變率的一個特性。低空風(fēng)切變常指600m以下空氣層中風(fēng)向風(fēng)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(fēng)切變[2]）。低空風(fēng)切變對飛機(jī)起降安全有重大的威脅。據(jù)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(wù)中，至少發(fā)生與低空風(fēng)切變有關(guān)的飛行事故31起和事故征候3起，死亡總?cè)藬?shù)703人，受傷總?cè)藬?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(yùn)輸機(jī)的風(fēng)切變飛行事故比重很大；（3）風(fēng)切變飛行事故與雷暴天氣關(guān)系密切[1]。

由于低空風(fēng)切變具有高度低、時間短、尺度小、強(qiáng)度多變、不易觀測等特點(diǎn)，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(fēng)切變特征和預(yù)警技術(shù)的分析和研究不斷涌現(xiàn)。美國FAA從20世紀(jì)70年代開始逐漸發(fā)展低空風(fēng)切變預(yù)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(dá)、地面風(fēng)站、激光雷達(dá)等技術(shù)發(fā)展了一套針對香港機(jī)場低空風(fēng)切變和湍流預(yù)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(dá)資料識別低空風(fēng)切變和輻合線方法研究。國內(nèi)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(jī)場飛行的低空風(fēng)切變進(jìn)行了分析，認(rèn)為產(chǎn)生低空風(fēng)切變的天氣條件主要是局部和系統(tǒng)性雷暴及臺風(fēng)等對流性天氣，冬季強(qiáng)冷空氣過境時亦有低空風(fēng)切變產(chǎn)生。

圖1 深圳寶安機(jī)場2001～2010年日均航班量（灰色）和

風(fēng)切變?nèi)諗?shù)（黑色）變化曲線

深圳寶安機(jī)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(nèi)機(jī)場前五位。但目前深圳空管站氣象臺對低空風(fēng)切變預(yù)警仍停留在定性階段，主要是根據(jù)機(jī)場氣候的統(tǒng)計資料，和天氣學(xué)原理分析對具有明顯天氣系統(tǒng)引起的低空風(fēng)切變進(jìn)行預(yù)警，對于海陸風(fēng)切變、晴空風(fēng)切變、逆溫層風(fēng)切變等仍無法有效預(yù)警預(yù)報。介于探測設(shè)備不足的情況下，統(tǒng)計和分析機(jī)場低空風(fēng)切變的氣候特征，積累經(jīng)驗，是目前掌握該預(yù)報方法的重要途徑。文章試圖分析2001～2010年深圳寶安國際機(jī)場低空風(fēng)切變的統(tǒng)計特征，了解其與背景天氣和環(huán)境條件的關(guān)系，為進(jìn)一步做好有關(guān)低空風(fēng)切變的預(yù)警預(yù)報提供有價值的信息。

2 資料與說明

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

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

3 低空風(fēng)切變的氣候統(tǒng)計特征

利用2001年至2010年間寶安機(jī)場每月出現(xiàn)低空風(fēng)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(jī)組遭遇低空風(fēng)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(fēng)切變的通報和服務(wù)也是密不可分的。

圖2 深圳寶安機(jī)場低空風(fēng)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(jī)場每月都有可能發(fā)生低空風(fēng)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(jī)場低空風(fēng)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(chǎn)生帶有雷暴，陣雨，陣風(fēng)的對流性天氣；7～9月份深圳已完全進(jìn)入夏季多雨季節(jié)，常受熱帶氣旋和局地?zé)釋α鞯忍鞖獾挠绊懀妆┐箫L(fēng)和強(qiáng)降雨天氣頻繁。回顧低空風(fēng)切變?nèi)諗?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(qiáng)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(fēng)控制，對流性天氣甚少。

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

4 低空風(fēng)切變的背景天氣分析

分析深圳國際機(jī)場出現(xiàn)低空風(fēng)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(fēng)、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(jī)場低空風(fēng)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(jī)場處于鋒線或鋒后，地面風(fēng)向為東北風(fēng)，風(fēng)速大于4米/秒，或有短時陣風(fēng)。

4.1 雷暴與低空風(fēng)切變的關(guān)系

統(tǒng)計深圳國際機(jī)場2001年至2010年的雷暴和低空風(fēng)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(fēng)切變的日數(shù)相當(dāng)，而在4～9月雷暴日數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于低空風(fēng)切變?nèi)諗?shù)。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，影響深圳國際機(jī)場的雷暴中，有17.7%會產(chǎn)生低空風(fēng)切變。我們認(rèn)為發(fā)生雷暴時，實際發(fā)生的低空風(fēng)切變應(yīng)該遠(yuǎn)不止目前統(tǒng)計的報告數(shù)目。這可能是因為機(jī)場發(fā)生雷暴時，實際進(jìn)出的航班數(shù)量會急劇減少、放行間隔會拉大，導(dǎo)致機(jī)組遭遇風(fēng)切變的幾率反而減少。

圖3 深圳寶安機(jī)場2001～2010年雷暴和低空風(fēng)切變

逐月多年累計日數(shù)

4.2 熱帶氣旋與低空風(fēng)切變的關(guān)系

從影響深圳寶安機(jī)場的熱帶氣旋個數(shù)和風(fēng)切變?nèi)諗?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(fēng)切變?nèi)諗?shù)是正相位的，也就是熱帶氣旋多值年份，低空風(fēng)切變出現(xiàn)的頻率也增加，反之亦然。2010年出現(xiàn)了風(fēng)切變?nèi)諗?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(qiáng)度偏弱；其次從2010年起，民航進(jìn)一步完善了機(jī)場低空風(fēng)切變天氣的通報標(biāo)準(zhǔn)和流程，機(jī)組報告明顯增加，因此出現(xiàn)了2010年低空風(fēng)切變?nèi)諗?shù)的陡增。但綜合10a的樣本中還是不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱帶氣旋對深圳國際機(jī)場有嚴(yán)重影響時，基本都會伴隨出現(xiàn)低空風(fēng)切變，可見，熱帶氣旋是引起低空風(fēng)切變的一個重要天氣系統(tǒng)。

圖4 深圳寶安機(jī)場2001～2010年影響熱帶氣旋個數(shù)

和低空風(fēng)切變?nèi)諗?shù)

5 地理環(huán)境的影響

如圖5所示，深圳寶安機(jī)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(fēng)、山谷風(fēng)、不同的下墊面產(chǎn)生的熱力對流不均勻都會對環(huán)境風(fēng)場產(chǎn)生不同的影響。統(tǒng)計寶安機(jī)場發(fā)生低空風(fēng)切變時的地面主導(dǎo)風(fēng)向，發(fā)現(xiàn)東風(fēng)和東北風(fēng)一共占了78%。這與山體對氣流的作用不能忽視，當(dāng)氣流從東面山體越過時，在背風(fēng)坡產(chǎn)生氣流振蕩擾動，從而在機(jī)場產(chǎn)生不同尺度、不同強(qiáng)度的湍流或低空風(fēng)切變。具體效應(yīng)如何，有待下一步研究分析。

6 結(jié)束語

（1）隨著深圳寶安機(jī)場航班量的迅速增長，機(jī)組遭遇低空風(fēng)切變的幾率遞增。機(jī)組報告是研究機(jī)場風(fēng)切變特征的寶貴資料，需要繼續(xù)加強(qiáng)協(xié)同通報工作。（2）因氣候特征，深圳寶安機(jī)場發(fā)生低空風(fēng)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(dǎo)致深圳寶安機(jī)場產(chǎn)生低空風(fēng)切變的主要天氣系統(tǒng)，其中熱帶氣旋的影響與低空風(fēng)切變的發(fā)生頻率有很好的對應(yīng)關(guān)系。（4）深圳國際機(jī)場西面臨水，東面靠山的地理環(huán)境，有利于在東北風(fēng)下產(chǎn)生湍流和低空風(fēng)切變。

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