從青少年角度淺談風切變現象

薛清文

（北京市第六十五中學 北京 100000）

一、事例一

根據首都航空官方微博信息：2018年8月28日8：17，首都航空 JD5759在執行北京首都——澳門（PEK-MFM）這一航線時，航班正常在北京首都起飛，在澳門機場降落時疑似遭遇風切變，機組判斷可能起落架有損傷，并立即復飛并啟動應急程序，決定備降深圳寶安。當天11：58，該航班安全降落在深圳寶安。

隨后，深圳機場也通過官方微博發布消息，稱 8月28日11：40，深圳機場運行指揮中心接空管塔臺通報，首都航空北京首都—澳門的 JD5759航班因機械故障需備降深圳機場。深圳機場隨即啟動航空器突發事件應急處置預案。

根據當時深圳機場的通報可以得知，在此次事件中，有5 名旅客輕傷，其余旅客和機組均安全撤離。受此影響，深圳機場16/34 跑道于12：30 -15：30臨時關閉。15：33 跑道運行正常。此外，因該事件影響，深圳機場部分航班有不同程度延誤[1]。

二、事例二

從1964年到1985年，某國境內因為風切變共摔掉了26架民航客機，造成600多人喪生。

從上世紀90年代開始，更強大的機載和地面多普勒氣象雷達，以及綜合的機上風切變預警系統，已經讓飛行員比以往更容易避開危險的風切變。自從這些技術普及后，因為風切變造成機毀人亡的事故已經從過去幾乎年年發生，減少到十年一遇的水平。然而，就像夏季的強對流天氣一樣，小尺度的類似于“微下擊暴流”的風切變，依然難以準確預測。

特別是夏季，強對流天氣多發，機場有時候會在運行條件的邊緣徘徊。就像澳門機場，實際整個珠三角都籠罩在一片雷雨區里。正常起降，會積累一定的安全風險。暫停起降，在日常的航班密度下，壓力本身就很大再加上因為降落機場種種氣象因素導致備降的情況出現時，這就考驗著空管、機場、航空公司和飛行員四方面的能力和魄力。

通過對具體事例閱讀，了解了關于風切變的具體現象后，接下來我將從青少年的角度淺談對于風切變現象的認識。

首先我們需要知道“風切變”的定義是什么。其實風切變是指在高空中風力的矢量差。也就是說在相同高度或各個高度區間距離內，風速或風向所發生的改變。風切變可以影響航空器迎角與速度，從而影響航空器的升力，最終造成航空器的航徑變化，下面三種情況會使得航徑發生改變。

（1）順風切變的變化是將航徑降低；

（2）逆風切變的變化是將航徑升高；

（3）側風切變的變化是會產生偏航、側滑、滾轉等產生多種飛行過程中的安全問題。

其次我們再來了解一下風切變的成因和大致分類。

風切變一般是在以下三種情況出現時所產生的：

1.地球在大氣運動過程中因自身改變而產生的。

強對流時產生的強烈鋒面氣候，輻射逆溫型的低空急流氣候。

2.由于不同的地域環境或是不同的地理因素引起的。

風切變的狀況既與當時的盛行風力狀況（方位和強弱）相關，也與山地地形的高低、復雜化發展程度，以及迎風背風的狀況，航空器在海面的高低和飛行地點距海面的距離，以及建筑的高低、形狀等因素相關。通常由于山地高度大，且水域面積大、構筑物高，不但易于形成強烈風切變，同時也可使其強度發生很大的變化。

3.有的時候是由于上述兩種因素綜合而成的。

在空中對于航空器威脅最大的是出現于近地層的風切變，正因如此人們將在高空500m以內，風速或風向在空中一定距離上所出現的改變叫做低空風切變，同時又將低空風切變細分成四類，分別是：①順風的切割、②逆風的切離、③雙側風的切變、④垂直風向的切割；從風場情況進行分析，可以得知風切變的情況大致可以按以下形式進行描述：①水平風的垂直風切變、②水平風的水平風切變、③垂直風的水平風切變。有一點值得我們注意的是風切變可在周圍空氣的任意方位發生。

作為一名航空愛好者關注的重點自然也就是放在風切變對于航空器和機場的影響上了，首先我們先來說說風切變對于航空器的影響。

當航空器處于逆風狀態時機長會為了增加其升力從而驟然大幅度地增加其空速，進而使航空器的飛行高度被迫上升，當下沉的氣流出現時會使得航空器迎角度數增加，從而迫使其速度下降，并且改變了航空器的飛行路線和巡航高度，順風的氣流同樣也是會降低航空器的空速，并減少其升力，從而使得航空器的飛行路線降低并且飛行速度減緩。晴空湍流、地形波和鋒面有關的風切變現象往往會出現在較高空域的地方；而下擊暴流則由于出現在近地附近（或者可以理解成處在進近模式時），所以往往會對空域安全形成很大的影響。飛行員關于風切變的天氣報告應在位于機場標高不到FL10的空域，并且有大于20kts的風切變或500ft/min內的下滑氣流或上升氣流時，雷陣雨冷性外流氣流的沙暴堤、雷陣雨云體下的雨幡、滾軸狀云、飛行員可以在空中觀察地面風力與地速變化和大風吹倒果樹和農作物。處于進近狀態時，機組可以透過對比高空的頂風或順風份量和低空的頂風或順風分量，了解潛在的低空風切變的大體力度。這一監測系統能夠有效增強飛行員的意識。總的來說，及早地發現風切變有利于機組順利航行或者是更快地規避存在的飛行隱患，當航空器出現了下面的誤差時，機組就應該將其視為發生風切變的前兆：①當儀表指示速度變化差值大于15kts；②地速變化，當垂直速度變化量超過500ft/min；③俯仰姿態變化量超過5°；④下滑道偏移一個點；⑤航空器航向左（右）轉向超過10°；⑥自動油門的出現狀況或者是油門桿位置異常。

同時，機組可以通過使用可預測式風切變警告控制系統和反射式風切變警告控制系統，來增加機載系統對風切變的辨識率。大多數機型都可以使用wind shear 進行預警提示。風切變警示控制系統和航空器導航的速度基準系統模式是有關聯的，所以可以理解成“風切變警示控制系統”和“飛機導航的速度基準系統模式”這二者共同構成了RWS（即：反應式風切變控制系統）。

為了讓機組可以克服反應式風切變系統的缺陷，及時預警風力切變的活動，新一代天氣雷達已具有監測航空器前方風力變化區域的能力。這種新型設備稱之為PWS（即：預測式風切變系統）。這種新型預測系統（PWS）相比反應式風切變控制系統（RWS）要提早幾分鐘對機組進行風切變的預警提示。對于機場方面來說機載天氣雷達和機載風切變的預警系統方面：部分機場已經裝備了在中低空域強風切變預警系統（高度在FL180/18000英尺），并且配有多普勒氣象雷達進行輔助預警。我認為標準的運行措施應當強調下列關于風切變的意識項目：①對于風切變的意識與規避：當機組正在執行進（離）場與進近/復飛的指令和進近的危險意識（例如：低空風切變等）；②對于風切變的確定：根據機組分配，以確保合理的交叉檢查和配合，并且在PWS發出預警后要特別注意參數的誤差是否存在數值異常的情況；在進近流程中的能量控制和管理；安全進近和進近關口的各要求；③風切變改出程序：及時提供并果斷地處理反射式或預測型風切變詢問及預警信號。

關于低空風切變的探測，低空狀態下航空器一般是在執行進（離）場與進近/復飛的指令，正因如此飛行員的目視探測變得尤為重要，目視探測風切變現象應有以下十種方式進行探測；

①通過觀察空中向不同方向移動的鄰近云層；

②觀察颮線前面的滾軸云（滾軸云可以按照它的字面進行描述，“滾軸”就是像管子形狀一樣的云彩，滾軸云的出現預示著暴風雨的到來，因為它這種下沉氣流的威力是十分之巨大的，它不但能夠襲擊陸地表面而且所形成的強烈氣流能夠抵達非常遠的距離）；

③風感探測的強地面陣風；

④機場跑道四周指示不同方向的風袋飄動情況（風袋就是常設在機場的指示風向和大致表示風速的裝置；有風時風吹進袋內，風袋的錐底指示風的去向；布袋的傾角越小，表示風速越大；當風袋被風吹平時，風速大約為6m/s-10m/s左右）；

⑤觀察處在對流云下方的下沉氣流所揚起的微塵；

⑥在陣風鋒里揚起的微塵（陣風鋒就是當下沉冷氣流作為一股冷空氣的時候在近地面的底層由內向外擴展，與單體運動前方的暖濕氣流交匯而形成颮鋒）；

⑦雨幡，特別是伴隨對流云的（雨幡就是雨滴在下落過程中由于不斷蒸發，而在云層底部形成的絲縷狀懸垂物）；

⑧標示駐波的莢狀云（其莢狀云經常會在濕潤空氣經過山脈上空時出現，如果空氣在經過山脈上空時溫度下降，空氣中的水分就會凝結成莢狀云）；

⑨漏斗云（在水龍卷或陸龍卷的渦旋中心形成的云，它本身具有迅速旋轉的漏斗形結構，有時由于渦旋中心氣壓的降低，云可直接向下伸展至地面）；

⑩龍卷風

金城銀行與圣彌厄爾教堂位于肥城路兩端，相距不足300 m(圖6)，分別采用正對對景和側對對景進行設計.因彼此鄰近，又通過對景與隔景結合的手法將它們聯系起來.

下沉氣流

下沉氣流是因為大氣層的結構不穩定從而引起的對流現象，在對流運動發生的過程中，和周圍環境中大氣所發生的熱量、動量、質量（含水汽）進行了交換，因而改變了環境大氣的狀態。

因為我們不能完全依賴目視探測，所以也需要儀器探測來輔助飛行員對于風切變現象的發現與探測。

①可以通過低空風切變的警告系統進行探測；

②在終端區多普勒天氣雷達可以對風切變進行探測；

③可以通過激光雷達來探測風切變現象；

④可以通過風廓線雷達來對風切變現象進行探測；

⑤可以通過集成式低空風切變告警系統進行風切變現象的探測。

下擊暴流

下擊暴流，是一種在雷暴云中發生的局部性強下沉氣流，當該氣流到達地面后會產生一股直線型大風，越接近地面風速會越大，最大地面風力可達十五級，可以完全將其概括成“突發”“局地”“小概率”“強對流”。

（1）空間尺寸特別小，用常規檢測系統根本無法檢測；

（2）風切變的生命史很短，一般將會在10分鐘內達到最強；

（3）強度大；

（4）伴有或不伴有降水；

（5）常和強烈雷陣雨有關，但所有對流性云都可以形成微下擊暴流；

關于飛行員報告風切變的情況：

在任何情形下，在經過風切變之后，每個當值機組都必須要把有關風切變問題的詳細情況向ATC（空中交通管制）做出一個詳盡的匯報，從而可以增強ATC（空中交通管制）對于該空域情況的掌握并且可以及時通知通過此空域的機組提前進行預見以便于機組提前做好準備，最大程度地將安全隱患降至最低。我認為在關于風切變的匯報過程中應該包含以下三類內容：

（1）ATC（空中交通管制）向該空域內或同航向的機組匯報信息。

（2）此次風切變強度。

對于飛行員而言，在空中航行過程中最常使用且最為依賴的便是雷達，同時雷達對于風切變現象預警與發現也有著重要的作用：①終端區多普勒天氣雷達（TDWR）；②在晴空探測的條件下進行風切變探測時可以用激光雷達；③風廓線雷達。

關于風廓線雷達

①風廓線雷達可以提供高時空分辨率的探空資料；

②風廓線雷達可以探測和監視與低空急流有關的風切變；

③風廓線雷達可以探測地形誘導的風切變。

（3）此次風切變的垂直度數和水平位置。

寫在最后：

對于一個國家來說，科技能夠引領社會的進步，經濟的發展，科技是立國之本，一個國家的科技發展程度直接決定了一個國家的強盛與否。

對于一個社會來說，科技發展推動了社會的前進和人類進步，如第一次工業革命中蒸汽將人類推進到了蒸汽時代；第二次工業革命中電力的應用使人類進入到電氣時代：如電話，促進了人類電子通訊事業的發展，讓人們的交流變得更加便捷，同時也促進了社會經濟的發展；第三次科技革命中電子計算機的發明應用、信息技術的應用，使人類進入了信息時代。

對于一個中學生來說，可以通過這樣一句話來概括：“科技點燃夢想，創新成就未來。”我們只有不斷地進取，努力地創新，才能夠通過自己的努力為國家的發展貢獻出一份微薄之力。

結語

這篇文章雖然選題是我自己選擇，但是具體的寫作過程中，王慧老師多次為我解答疑問，幫助我開拓研究的思路，在此對王慧老師深表感謝。