沈陽桃仙國際機場低空風切變的預報分析

□ 民航東北地區空中交通管理局氣象中心 陳 軍/文

低空風切變是飛機起飛和著陸階段威脅飛行安全的主要危險天氣，包括有順風切變、逆風切變、側風切變和垂直切變四種類型。近些年來，隨著社會經濟的迅速發展，民航業快速崛起，航班量、航空運輸量明顯升高。隨之而來的安全問題越來越多，其中低空風切變是引發安全事故的主要原因之一。低空風切變主要是大氣運動變化造成，強對流天氣、鋒面天氣、低空急流也可能引發低空風切變，其具有強度大、時間短、突發性強、尺度大等特點。基于此，本文首先探討了低空風切變對航空飛行的影響，最后分析了沈陽桃仙國際機場低空風切變的成因和預報，僅供相關部門進行參考。

低空風切變是指發生在低層600m以下空氣層中風向風速突然變化的現象，被航空界認為是飛機起飛和降落時最重要的危險因素，嚴重影響著飛機的起飛和降落安全。統計結果表明，與低空風切變有關的飛行事故大都出現在300m以下的起飛和著陸，特別是在著陸階段，風切變是導致重大傷亡事故的主要原因。因低空風切變受多尺度天氣系統的影響，其主要特點是空間尺度小、強度大、突發性強，在探測、研究和預報過程中存在很大的難度。低空風切變是沈陽仙桃國際機場的危險天氣之一，經常會造成飛機復飛、返航或備降，不利于航空安全和正常飛行安全。本文通過分析沈陽桃仙國際機場低空風切變影響和成因，為更好的預報和預警低空風切變提供參考借鑒。

低空風切變的定義與分類

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

以航空器運動相對于風矢量之間的各種狀況為依據，將風切變劃分為以下幾種：

順風切變。是指水平風變量對航空器而言屬于順風。比如，當航空器從逆風區域進入到順風區域，從大逆風區域進入到小逆風區域、從小順風區域進入到大順風區域等都是順風切變。一旦發生順風切變將會導致航空器空速明顯減小，與此同時，升力也明顯下降，導致航空器出現下沉，對航空飛行產生嚴重影響。

逆風切變。是指水平風變量對航空器而言屬于逆風。比如航空器從小逆風區域進入到大逆風區域，從順風區域進入到逆風區域、從大順風區域進入到小順風區域等都屬于逆風切變。一旦發生逆風切變將會導致航空器的空速明顯增加，與此同時升力也明顯增加，導致航空器出現抬升。相對比而言，逆風切變對航空飛行的影響較小。

側風切變。是指航空器由無側風或一種側風狀態進入到另外一種不同的側風狀態的過程。一旦發生側風切變將極易導致航空器出現側滑、偏轉或滾轉等現象。

垂直風切變。是指航空器由沒有升降氣流區域進入到具有強烈升降氣流區域的一種情況，尤其是強烈的、突發的下降氣流往往會導致航空器發生明顯下沉，由此產生的危害較大。其中以雷暴云之下的下沖氣流對起飛和著陸的威脅更為嚴重，此時當下沖氣流的強度較強時極易形成下擊暴流。就下沖氣流而言，其中不僅僅包含有強烈的垂直風切變，還包含有比較明顯的水平風切變。一旦出現這一情況將會對航空飛行造成嚴重的后果。

低空風切變對航空飛行的影響

低空風切變對航空器飛行產生的影響主要表現在：導致飛機改變航跡，影響飛機的操縱性與穩定性，影響相關儀器的準確性等幾個方面。一旦出現以上問題都會為航空器操縱帶來一定程度的困難，對其安全飛行構成嚴重威脅。

順風切變的影響。若在飛機著陸中遇到順風切變，飛機速度會突然減小，進而造成升力成倍降低，飛機不能沿著正常下滑線下滑，開始掉高度；若順風切變嚴重，空速減少幅度較大，很容易造成飛機失速，掉高度現象明顯加劇，對飛機的危害程度更大。若在相對較高的高度上出現風切變，飛行員會有充足的時間來操作飛機，及時增加油門，提升空中飛行速度，當速度增加到一定數值時，隨后進行拉桿保證飛機回到正常下滑線上；若飛機在相對較低的高度處遇到低空風切變，此時的修正動作還不甚完整，沒有充足的時間讓飛機回到正常的下滑線上，再加上順風的影響，地速較大，飛機很可能沖出跑道，當風切變的調度進一步降低后，飛機將沒有充足的時間改動，再加上迅速掉高度，在沒有進入跑道便接地，很容易造成安全事故。

逆風切變的影響。逆風切變時，因相對氣流增加，空速增加，會有附加升力產生，即在進近中會高出正常下滑道。飛行員修正的過程中，由于修正過多，會使飛機空速減小過多追求下滑道，很容易使飛機掉到下滑線以下，增加了航空安全隱患，甚至會出現跑道外接地。應著重加大下滑道修正，并做好高度和空速表的監控檢查。應防止修正不足，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，甚至是損毀飛機結構。

側風切變的影響。在側風切變中，飛機起飛和進近著陸中將會同正常的軌道間發生偏離，進而產生滾轉，使得升力損失，在控制方向時存在難度。風切變過強，偏離過多，需立即復飛。在能夠正常修正的范圍內，對中低空進行修正會造成飛機帶側滑坡度，影響著陸安全，甚至是造成飛機帶側接地沖出跑道。

垂直風切變的影響。垂直風切變對航空飛行安全的影響最大。由于垂直方向上的風切變直接作用在飛機機體上，進而產生氣動作用力，使得飛機原本的平衡狀態被打破，影響飛機載荷和高度，再加上速度加快，短時間內難以改出。垂直風切變中的下降氣流對飛機著陸和起飛的影響更為明顯，尤其是在強雷暴下的起飛和著陸，飛機會遇到下降氣流或下沖氣流，因飛機速度和功率較小，下降氣流的氣動力會作用在飛機上，給飛機施加了向下的作用力，飛機高度會迅速下降，此時需要較大的升力來平衡飛機，因飛機高度低改出時間短，極易引發飛行事故。

沈陽桃仙國際機場低空風切變的成因

鋒面活動型。因鋒面附近風場不連續變化而造成的風切變稱之為鋒面活動型，其在出現的過程中往往伴隨有大風、雷暴等天氣現象。預報鋒面活動型低空風切變，可以將常規天氣分析的優勢充分發揮出來，2009年6月20日桃仙機場出現了鋒面活動型低空風切變，在850hPa、700hPa和500hPa高層處均有大風出現，且隨著高度的增加，風速也在上升，在這個過程中有明顯的不穩定能量，經過多方商議后，值班預報員認為是高空槽和地面鋒過境的共同影響，預報本場將會有大風天氣出現，同時還有可能遇到低空風切變，后來天氣實況與此類似。

天氣尺度（或中尺度）切變型。天氣尺度的切變，其主要表現形式是太平洋副熱帶高壓后部的切變，在衛星云圖中存在明顯的切變云系。氣旋主體在向東移動的過程中，沈陽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域間的切變線云系發展強烈，云頂溫度要低于相同緯度分布的云系溫度。后來影響本場的對流云團呈現出圓形，邊緣較為整齊，說明垂直方向發展的高度較高，且有強烈的對流活動。經過一段時間后，對流云系的面積不斷增加且發展旺盛，影響東三省。本場出現的低空風切變始終伴隨著雷暴和陣雨天氣，說明低空風切變與切變天氣系統間有緊密聯系。

下擊暴流（包括龍卷風）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散，造成飛機穿越積雨云后部的冷空氣所經過的風向變化角度范圍激發。2006年6月22日15時，武漢航空公司一架班機發生墜毀事故，當日14時武漢三鎮有炸雷聲出現，隨后開始有大風和強降雨天氣，此時空氣中的能見度只有2～3m，狂風吹倒了樹木和房屋，結合天氣現象和災害情況，該班機遭遇了下擊暴流型風切變。

湍流涌動（晴空湍流切變和雷達回波近地面輻合線）型。結合語音方式航空器的報告記錄，沈陽桃仙機場也很有可能出現湍流涌動型風切變，其主要原因是大氣中有各種不同尺度的渦旋存在，一旦渦旋強度和尺度對航班的起降造成影響時，就很容易引發航空安全事故。

不明待定型。低空風切變同降水天氣有很大的差異，沈陽桃仙機場的低空風切變主要出現在春季同主要發生在夏季的強對流天氣，在出現季節上有一定的區別。另外，地形、局地性氣候特征都可能引發低空風切變。

沈陽桃仙國際機場低空風切變預報

在沈陽桃仙機場上空，因鋒面系統引起的風切變出現頻率較高，尤其是在鋒面接近本場的過程中很容易出現低空風切變；當風向發生突變或者出現風速超過5m/s的陣風或陣風風速相較于平均值變化的幅度在5m/s以上，會有局地性風切變出現，這一點很容易被人們忽略掉；低空風切變一定是在颮線等強對流天氣中產生，而在弱雷暴、鋒面和積雨云中也可能出現低空風切變。在雷達速度場圖像上可以顯示S型風場，風隨高度增加，徑向速度場的入流出流方向相反，被包圍的小尺度的徑向速度區反方向移動，說明低空風切變有不同的尺度差異，需要注意。借助于MICAPS系統時間剖面圖，可以分析低空風切變，之前天氣分析中未注意到垂直方向的低空風切變，應著重增加分析垂直方向低空槽線力度。

結論：

綜上所述，因低空風切變具有時間短、尺度小、強度大的特點，在探測、預報、航空管制和飛行過程中都存在一定的難度，是航空氣象的難題。因此，對飛行員加強風切變培訓和飛行操作程序設置，在機場安裝風切變探測和預警系統，將低空風切變對航空飛行的危害降到最低。