哈爾濱機場低空風切變特征統計及可預報性分析

張秋實，張欣慰，劉宇龍

（民航黑龍江空管分局，黑龍江 哈爾濱150000）

1 引言

2021年3月30日烏魯木齊至喀什航班在著陸復飛過程中左翼尖擦地，再次進近后正常落地，構成一起遭遇低空風切變天氣意外原因的運輸航空嚴重征候。1980-1996年間全世界共發生重大臨近著陸事故287起，事故的主要原因就是低空風切變，1964-1985年間,在國際定期和不定期航班以及其他飛行任務中,至少發生與低空風切變有關的飛行事故31起和事故征候3起,死亡總人數703人,受傷總人數267人[1]。關于低空風切變對飛行的危害本文不再贅述。

根據國際民航組織的有關文件和文獻約定，低空風切變是距地面500 m以下的空氣層中，在同一高度或不同高度上風向和風速的突變現象[3-4]，而在哈爾濱機場，飛機由進近移交塔臺指揮飛機著陸的高度為真高510 m，距跑道中心點約10 km處，易遭遇風切變。由于低空風切變嚴重影響航空安全，并具有持續時間短，尺度小，高度低，強度大，發生突然，預測難等特點，因此被稱為“航空飛行的惡魔”[5]。

2 方法與資料

為充分掌握哈爾濱機場低空風切變的天氣特征，本文統計分析了2016年1月-2021年6月黑龍江空管預報室接收到的39份低空風切變航空器空中報告（以下簡稱空中報告），并對直接導致其發生的天氣類型和條件進行分類，之后利用不同探測設備對部分具有代表性的風切變天氣類型進行診斷分析，探討其提前預報的方法。

2016年1月-2021年6月，機場共接收到39份低空風切變報告。值得注意的是，接收到風切變報告時代表此時有航班遭遇或飛機探測設備有風切變告警，按照機組程序，只有設備告警后才通報管制其遇到風切變，而其自身飛機遭遇氣流，狀態不穩多通報為不穩定進近。預報室收到報告后會發布風切變警報，且塔臺也會轉告后續起降機組，相應航班在此時段也會視情況起降。同時在特定天氣下，例如雷暴等可明顯探測到的天氣，飛機停止起降，此時即便有風切變也不會收到空中報告。因此低空風切變的航空器空中報告只有部分代表意義，而由于雷暴、下擊暴流和龍卷等強風切變天氣下飛機可通過目視或雷達等進行繞飛，多不會遇到風切變[6]，故將本文中收到報告時遭遇的風切變稱之為“隱形”風切變。

表1 遭遇風切變時的天氣類型

3 低空風切變統計特征

3.1 低空風切變發生時對應的天氣類型分布特征

統計分析發生在哈爾濱機場的有關低空風切變的空中報告，依據天氣學原理相關知識進行分類，在哈爾濱機場起降的航空器遭遇風切變的天氣類型多為急流（41%）、對流云（20%）和冷鋒（15%），其他類型較少。而由于在雷暴天氣過程中，飛機可以避開大多數雷暴以及其造成的下擊暴流引起的低空風切變，哈爾濱機場雷暴覆蓋時無飛機起降，因此在空中報告中未有雷暴型。由于逆溫多存在于冬季夜間到早晨，冬季機場風速較小，夜間航班量也相對較少，故遭遇逆溫型風切變的航班數也不多。

3.2 低空風切變逐月分布特征

哈爾濱機場接收到的低空風切變空中報告主要發生在冬末至夏初，其次為10月，盛夏和冬季偶有出現，其中4月和5月為接收報告的峰值，這與黑龍江省多春季大風相對應，如圖1所示，綜合以上特點可以看出，哈爾濱機場發生低空風切變多在過渡季節。值得注意的是，接收到報告較少的月份不代表無風切變的發生，如夏季雷暴云團覆蓋跑道期間，當哈爾濱機場停止起降后則不會接收到空中報告，但此期間多會有下沉氣流造成近地面風向風速的急劇變化。

圖1 累年逐月分布特征

3.3 低空風切變逐時分布特征

低空風切變發生時間多為11-15時，如圖2所示。此時段遭遇的風切變類型多為急流型，時間上多為一日之中溫度較高時段，由于近地面太陽輻射增溫，整個大氣層變得不再穩定，利于上下層風的動量交換，近地面風速相對較大，且此時航班量也較多，飛機起降易遭遇風切變。由于太陽落山后，近地面輻射降溫，大氣層結逐漸變得穩定，動量下傳均較弱，夜間低空風切變發生就相對較少。

圖2 累年逐時分布特征

表2 低空風切變發生位置分布特征

3.4 低空風切變發生位置分布特征

在飛機進近著陸過程中易遭遇風切變，其中在五邊位置占25.64%，占比最大，距離著陸跑道入口端1-5 km處占20.51%，著陸入口端處占15.38%，距離入口端5-10 km處占12.82%，由此可見，在飛機從五邊位置（機場跑道長3.2 km，五邊位于跑道延長線10 km左右處）對準跑道開始進近著陸，高度不斷降低過程中，均可遭受低空風切變的影響，在日常預報工作中不僅要對跑道上空風向風速變化做出預報，同時也應對五邊附近到跑道期間位置的風向風速變化做出提前預報，以保障飛行安全。

4 不同類型風切變的預報能力分析

4.1 急流型低空風切變可預報性分析

急流多為超低空急流，表現在地面為系統性大風天氣，即春秋季節的偏南大風和西北大風，大風天氣多伴有風速更大的陣風，加之局地地形的影響易造成風速的切變。由于機場系統性大風常持續數小時，在此期間飛機起降均可能遭遇風切變，查閱歷史數據可知此類型風切變多發生在起飛著陸滑跑，或剛剛接地或離地時。2021年5月12日，11:57南航6481在距離23端接地點1.2 km處、13:41海航7327在距離23端接地點1.5 km處、14:30夏航8093在23端接地點附近遭遇風切變，從11-15時，機場23端風速均在10 m/s以上，但偶爾出現15 m/s以上的陣風，風向為240-300°之間，為逆、側風風切變，風向相對穩定，如圖3。

圖3 2021年5月12日哈爾濱機場23號跑道端風向風速變化

通過分析此時的哈爾濱機場風廓線數據可以看出高低空均為一致的西南風，且風速達到20 m/s，同時也可根據其反演計算的風切變產品，判斷跑道上空500 m以下的風切變出現的頻率較高，即500 m以下的亮帶（圖略）。

急流型風切變地面多為大風天氣，可以提前預報其發生，但無法準確預報每次風切變的時間，在日常工作中可根據自動觀測系統陣風出現的頻率以及風向的變化，同時由于此類風切變多出現在跑道附近，可以結合風廓線雷達對其提前預報。

4.2 冷鋒型低空風切變可預報性分析

由于哈爾濱機場跑道為230°-050°方向，而冷鋒過境時多為偏南風轉西北風，即起降飛機由逆風轉為逆側風，風的水平切變較小，因此在鋒面過境天氣過程中，也較少接收到空中報告，但應注意強鋒面過境的預報，即鋒面兩側的溫差≥5℃,鋒面移速≥15 m/s時，對起降飛機影響較大。對于鋒面這種大尺度天氣系統，提前預報能力也可達2小時以上，對于冷鋒型風切變可參考上游風向風速變化，或根據多普勒天氣雷達速度圖判斷上游高低空風向風速的變化，推算哈爾濱機場風場突變的時間和強度。

4.3 對流云型低空風切變可預報性分析

對于較弱的對流云下的風向風速變化，日常工作中經常忽略其影響，2021年5月14日哈爾濱機場受大面層狀云隱嵌積狀云影響，雖未出現雷雨等強對流天氣，但成都航空1898在21:05，于05號跑道五邊，高度365.76 m處遭遇風切變，查詢此時多普勒雷達產品可知，此時系統風為西南風，但雷達中心到05號五邊處為東北風，飛機在05號五邊（雷達中心點西南15 km）飛行時遭遇風向的突變，如圖4，同時在300 m以下為東北風，300 m以上為西南風，穿過此高度的飛機也可遭遇風向的突變。對于此類天氣多普勒雷達多可探測到，因此在雷雨天氣過程保障中，應多注意觀察體掃速度圖的變化特征，達到提前預報。

圖4 2021年5月14日21:03多普勒雷達體掃速度1.5°仰角

4.4 陣風鋒型低空風切變可預報性分析

關于陣風鋒型低空風切變哈爾濱機場接收到的很少，但實際工作中飛機遭遇陣風鋒引起的不穩定進近并不少，因此也著重對其進行分析。2019年7月18日，哈爾濱機場受大面積雷雨云團影響，在雷雨到達哈爾濱機場前多架飛機遭遇不穩定進近，其中14:24，BJN1623由于不穩定進近，距23號跑道接地點8 km，真高450 m中止進近。14:30，CES5821同樣由于不穩定進近，距23號跑道接地點4 km，真高120 m中止進近。14:50 BJN1623由于不穩定進近，再次中止進近。14:56 CSN6258由于風向風速不穩，距05號跑道接地點9 km，真高800 m中止進近。觀察此時的雷達圖可明顯看到五邊位置有陣風鋒影響，由于哈爾濱機場風向為西南，而陣風鋒從北向南移動，風向為東北，且風速較大，因此飛機在五邊附近可遭遇風向風速的切變，如圖5。

圖5 2019年7月18日14:20多普勒雷達體掃強度產品（0.5°仰角）

5 結論

本文利用2016年1月-2021年6月的風切變航空器空中報告統計分析哈爾濱機場飛機遭遇風切變時的特征，雖資料有限，但也表現出一定的特征，統計結果具有一定參考意義。

（1）由于在雷暴等強風切變天氣下飛機停止起降，機場接收到的低空風切變空中報告多為“隱形”風切變，季節上多為冬末到夏初，同時10月也易遭遇，一日之中，11-15時，遭遇隱形風切變概率最大；

（2）飛機遭遇隱形風切變的位置多為跑道至五邊附近，因此對風切變的預報不應局限于跑道上空，也應多關注進近等過程中出現風切變的概率；

（3）影響哈爾濱機場起降的隱形風切變多為急流型、對流云型和冷鋒型。對于急流型可利用風廓線雷達和自動觀測系統等跑道附近的探測設備嘗試對其預報，對于對流云型應關注無雷暴活動時多普勒速度圖的變化特征，對于冷鋒型可結合上游風向風速的變化推斷本站風場變化時間，可達到提前預報。