飛行氣象學(xué)：第六章 低空風(fēng)切變

第六章低空風(fēng)切變2000年6月22日，武漢航空公司Y7/B3479號(hào)飛機(jī)執(zhí)行恩施—武漢（漢口）航班任務(wù)。13時(shí)37分飛機(jī)從恩施起飛。因遇雷雨天氣，飛機(jī)在漢口機(jī)場(chǎng)第一次降落不成功，復(fù)飛拉升，于14時(shí)54分失去聯(lián)系。16時(shí)左右接到報(bào)告，該機(jī)在武漢市漢陽(yáng)區(qū)永豐鄉(xiāng)四臺(tái)村附近墜毀失事，機(jī)組4人，乘客38人全部遇難。事故經(jīng)過(guò)武航6.22空難

6月25日上午，武航6.22空難事故原因調(diào)查組請(qǐng)湖北省氣象局和民航局六位專家趕赴現(xiàn)場(chǎng)對(duì)空難事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了物象考察。中新社照片

6月22日13:46時(shí)武漢天河機(jī)場(chǎng)氣象雷達(dá)顯示的雷暴云平面圖象

6月22日14:33時(shí)武漢天河機(jī)場(chǎng)氣象雷達(dá)顯示的雷暴云高度圖象據(jù)現(xiàn)場(chǎng)物象考察，并結(jié)合氣象資料初步分析認(rèn)為，此處是風(fēng)力最強(qiáng)之地，最大風(fēng)速達(dá)25m/s以上。飛機(jī)墜毀前40秒的高度曲線圖

綜合分析各種氣象資料，并參考物象情況，初步認(rèn)為22日14時(shí)至15時(shí)30分在飛機(jī)空難現(xiàn)場(chǎng)曾出現(xiàn)微下?lián)舯┝?，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的低空風(fēng)切變。一、什么是低空風(fēng)切變

1.風(fēng)切變：

在同一高度或不同高度的短距離內(nèi)空間兩點(diǎn)間的風(fēng)向和（或）風(fēng)速的變化。2.低空風(fēng)切變：

在高度600米以下，同一高度或不同高度的短距離的空間兩點(diǎn)風(fēng)向和（或）風(fēng)速的變化。風(fēng)切變的空間表現(xiàn)形式

（一）水平風(fēng)的垂直切變

（二）水平風(fēng)的水平切變（三）垂直風(fēng)的切變水平風(fēng)的垂直切變

指在垂直方向上，一定距離內(nèi)兩點(diǎn)之間的水平風(fēng)速和（或）風(fēng)向的改變。水平風(fēng)的水平切變水平風(fēng)的水平切變：在水平方向上兩點(diǎn)之間的水平風(fēng)速和（或）風(fēng)向的改變

垂直風(fēng)的切變指上升或下降氣流（垂直風(fēng)）在水平方向上兩點(diǎn)之間的改變。二、低空風(fēng)切變的強(qiáng)度

1.水平風(fēng)的垂直切變強(qiáng)度

2.水平風(fēng)的水平切變強(qiáng)度3.垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

水平風(fēng)的垂直切變空氣層垂直厚度取30米，風(fēng)資料取2分鐘左右的平均值0.1以上的垂直切變就會(huì)對(duì)噴氣式運(yùn)輸機(jī)帶來(lái)威脅。1.水平風(fēng)的垂直切變強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

強(qiáng)度等級(jí)

數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)

米/秒/30米1/秒輕度0-20-0.07中度2.1-40.08-0.13強(qiáng)烈4.1-60.14-0.2嚴(yán)重>6>0.2

2.水平風(fēng)的水平切變水平風(fēng)水平切變值2.6（米·秒-1）／千米可作為能對(duì)飛行構(gòu)成危害的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)3.垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)垂直風(fēng)的切變強(qiáng)度，在相同的空間距離內(nèi)主要由垂直風(fēng)本身的大小來(lái)決定是以下降氣流速度和到達(dá)地區(qū)的輻散值來(lái)確定的對(duì)飛行安全危害最大的是強(qiáng)下降氣流

垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)下降氣流下沖氣流91米高度上的下降速度<3.6米/秒>3.6米/秒800米直徑內(nèi)的輻散值<144/時(shí)>144/時(shí)各類低空風(fēng)切變的時(shí)空尺度特征及其對(duì)飛行的危害程度類型水平尺度(km)時(shí)間尺度(h)對(duì)飛行危害程度微下沖氣流0.04～4.00.1～0.3大下沖氣流4～100.3～0.7大雷暴陣風(fēng)鋒101100中冷鋒102101中暖鋒102101中逆溫層附近急流10-1～100100中地形風(fēng)切變10-1～100100小水陸界面風(fēng)切變10-1～100100小三、產(chǎn)生低空風(fēng)切變的天氣條件（一）雷暴

（二）鋒面

（三）輻射逆溫型的低空急流（四）地形地物

（一）雷暴雷暴的下降氣流在不同的區(qū)域可造成兩種不同的風(fēng)切變：1.雷暴單體下面，由下?lián)舯┝髟斐傻娘L(fēng)切變2.下沖氣流到達(dá)地面后形成強(qiáng)烈的冷性外流（二）鋒面在鋒面系統(tǒng)的兩側(cè),除了有明顯的溫度差異,還有氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等的差異。風(fēng)向、風(fēng)速的差異就形成了風(fēng)切變,暖空氣沿著冷空氣方向爬升會(huì)形成許多云系。因此在這種情況下飛行,飛機(jī)除遭遇風(fēng)切變外,還會(huì)遇到低云和低能見(jiàn)度。鋒兩側(cè)的溫度差≥5℃或鋒面移速≥15km?h,都會(huì)有影響飛行的低空風(fēng)切變的產(chǎn)生。強(qiáng)冷鋒及鋒后大風(fēng)區(qū)存在嚴(yán)重的低空風(fēng)切變。（三）輻射逆溫型的低空急流秋冬季晴空的夜晚,由強(qiáng)烈的地面輻射而形成的低空逆溫層的存在,其上有動(dòng)量堆集,風(fēng)速較大而形成急流,而逆溫層下風(fēng)速又較小,近地層往往又是靜風(fēng),故有逆溫風(fēng)切變產(chǎn)生。這種風(fēng)切變強(qiáng)度較小,容易被人忽視,一旦處置不當(dāng),也會(huì)給飛行造成危害。其次地形、地物也可能造成風(fēng)切變。輻射逆溫與夜間急流逆溫層阻擋了風(fēng)速向下的動(dòng)量傳遞，使地面風(fēng)很弱，而且風(fēng)向多變，這樣就在地面附近與上層氣流之間形成了較大的風(fēng)切變

低空急流（四）地形地物機(jī)場(chǎng)周圍山脈較多或地形地物復(fù)雜處于盆地的機(jī)場(chǎng)大風(fēng)吹過(guò)跑道附近的高大建筑物時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生局地性風(fēng)切變。機(jī)場(chǎng)正處在山脊的背風(fēng)一側(cè)地形復(fù)雜情況下的風(fēng)切變處于盆地的機(jī)場(chǎng)機(jī)場(chǎng)正處在山脊的背風(fēng)一側(cè)一、低空風(fēng)切變的事故特征1.風(fēng)切變事故都發(fā)生在飛行高度低于300米的起飛和著陸飛行階段，其中尤以著陸為最多。2.現(xiàn)代大、中型噴氣運(yùn)輸機(jī)的風(fēng)切變飛行事故比重較大。3.風(fēng)切變事故與雷暴天氣條件關(guān)系密切。4.大雨風(fēng)切變飛行事故也不容忽視。5.風(fēng)切變飛行事故的出現(xiàn)時(shí)間和季節(jié)無(wú)一定的規(guī)律。

低空風(fēng)切變對(duì)飛行的影響二、風(fēng)切變對(duì)飛行的影響分析風(fēng)切變對(duì)噴氣飛機(jī)的影響要比對(duì)螺旋槳飛機(jī)的影響大飛機(jī)的重量越大，受風(fēng)切變的影響也越大風(fēng)切變對(duì)飛機(jī)的起飛著陸的影響最大，但以著陸影響最嚴(yán)重風(fēng)切變發(fā)生的高度越低，對(duì)飛行的危害就越大三、低空風(fēng)切變對(duì)飛機(jī)起飛著陸的影響

根據(jù)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)于風(fēng)矢量之間的各種不同情況，把風(fēng)切變分為：

順風(fēng)切變逆風(fēng)切變側(cè)風(fēng)切變垂直風(fēng)的切變

影響飛機(jī)升力的因素設(shè)為空氣密度，為飛機(jī)的空速為機(jī)翼面積，飛機(jī)的升力為，則

這里是升力系數(shù)。（一）順風(fēng)切變及其對(duì)著陸的影響1、順風(fēng)切變飛機(jī)在起飛或著陸過(guò)程中，水平風(fēng)的變量對(duì)飛機(jī)來(lái)說(shuō)是順風(fēng)例如：從小順風(fēng)進(jìn)入大順風(fēng)從逆風(fēng)進(jìn)入無(wú)風(fēng)或順風(fēng)從大逆風(fēng)進(jìn)入小逆風(fēng)1.順風(fēng)切變順風(fēng)切變使飛機(jī)空速減小，升力下降，飛機(jī)下沉。順風(fēng)切變示意圖不同高度的順風(fēng)切變著陸2、順風(fēng)切變對(duì)著陸的影響（二）逆風(fēng)切變及其對(duì)著陸的影響1、逆風(fēng)切變水平風(fēng)的變量對(duì)飛機(jī)來(lái)說(shuō)是逆風(fēng)例如：飛機(jī)從小逆風(fēng)進(jìn)入大逆風(fēng)從順風(fēng)進(jìn)入無(wú)風(fēng)或逆風(fēng)從大順風(fēng)進(jìn)入小順風(fēng)1.逆風(fēng)切變飛機(jī)的空速突然增大，升力也增大，飛機(jī)抬升。逆風(fēng)切變示意圖不同高度的逆風(fēng)切變著陸2、逆風(fēng)切變對(duì)著陸的影響（三）側(cè)風(fēng)切變及其對(duì)飛行的影響1、側(cè)風(fēng)切變指的是飛機(jī)從一種側(cè)風(fēng)或無(wú)側(cè)風(fēng)狀態(tài)進(jìn)入另一種明顯不同的側(cè)風(fēng)狀態(tài)側(cè)風(fēng)切變示意圖2、側(cè)風(fēng)切變對(duì)著陸的影響飛機(jī)發(fā)生側(cè)滑、滾轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)而對(duì)不準(zhǔn)跑道（四）垂直風(fēng)的切變飛機(jī)從無(wú)明顯的升降氣流區(qū)進(jìn)入強(qiáng)烈的升降氣流區(qū)域的情形垂直風(fēng)切變示意圖垂直風(fēng)切變 飛機(jī)突然下沉容易發(fā)生事故下?lián)舯┝髦械娘L(fēng)切變對(duì)起落構(gòu)成嚴(yán)重威脅的是雷暴云下的下?lián)舯┝?，其中不僅有明顯的垂直風(fēng)切變，還有強(qiáng)烈的水平風(fēng)切變，常出現(xiàn)嚴(yán)重事故。雷暴云下的著陸昆明機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變事故1991年4月25日,B757/2801號(hào)飛機(jī)在昆明機(jī)場(chǎng)著陸過(guò)程中,因遇到低空風(fēng)切變,導(dǎo)致飛機(jī)重著陸,飛機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，修復(fù)費(fèi)用達(dá)330萬(wàn)美元。風(fēng)切變舉例低空風(fēng)切變的判斷和應(yīng)采取的措施

一、低空風(fēng)切變的判斷1.目視判別2.進(jìn)近中的風(fēng)切變預(yù)測(cè)3.座艙儀表判別4.用專用設(shè)備探測(cè)低空風(fēng)切變目視判別

（1）雷暴冷性外流氣流的沙暴堤（2）雷暴云體下的雨幡（3）滾軸狀云（4）強(qiáng)風(fēng)吹倒樹(shù)木和莊稼雷暴冷性外流氣流的沙暴堤雷暴冷性外流氣流前緣的強(qiáng)勁氣流會(huì)把地面的塵土吹起相當(dāng)?shù)母叨?，并隨氣流移動(dòng)。陣風(fēng)鋒，比微下?lián)舯┝鞣秶鷱V，常?？蓴U(kuò)展到數(shù)十公里雷暴云體下的雨幡雷暴云體下的雨幡是有強(qiáng)烈下降氣流的征兆。雨幡下垂高度越低，個(gè)體形狀越大，色澤越暗，預(yù)示著風(fēng)切變和下?lián)舯┝饕苍綇?qiáng)雷暴云下的雨幡adownburstdevelopmentassociatedwithanheavyrainshowerisclearlyvisibleonthisserialofthreesuccessivepictures滾軸狀云在雷暴型和強(qiáng)冷鋒型風(fēng)切變中，強(qiáng)的冷性外流往往有明顯的渦旋運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，并伴有低空滾軸狀云。滾軸狀云的形成滾軸狀云強(qiáng)風(fēng)吹倒樹(shù)木和莊稼

強(qiáng)風(fēng)或下?lián)舯┝魉档沟某善瑯?shù)林和莊稼，其倒伏方向會(huì)呈現(xiàn)出氣流的流動(dòng)狀況強(qiáng)風(fēng)吹倒樹(shù)木和莊稼座艙儀表判別

（1）空速表（2）高度表（3）升降速率表（4）俯仰角度指示器空速表

飛機(jī)遭遇風(fēng)切變時(shí)空速表指示一般都會(huì)發(fā)生急劇變化。美國(guó)波音公司規(guī)定，當(dāng)空速表指示值突然改變28～37千米／小時(shí)，應(yīng)中止起飛或不作進(jìn)近著陸。

高度表飛機(jī)在下滑過(guò)程中高度表指示出現(xiàn)異常，大幅度偏離正常高度值時(shí)，必須立即采取措施，及時(shí)拉起。

升降速率表如果見(jiàn)到升降速率表指示異常，特別是下沉速率明顯加大時(shí)，必須充分注意。美國(guó)波音公司建議在下降速度短時(shí)內(nèi)改變值達(dá)164米／分（500英尺／分）時(shí)，即認(rèn)為遇到強(qiáng)風(fēng)切變，飛行員應(yīng)采取復(fù)飛等相應(yīng)措施。俯仰角度指示器一旦遭遇風(fēng)切變，俯仰角指示將迅速發(fā)生變化，變化越快、越大，則危害越大。美國(guó)波音公司規(guī)定，俯仰角指示突然改變超過(guò)5°時(shí)，即認(rèn)為遭遇強(qiáng)風(fēng)切變，應(yīng)停止進(jìn)近而復(fù)飛。

用機(jī)載專用設(shè)備探測(cè)機(jī)載風(fēng)切變警報(bào)系統(tǒng)紅外輻射計(jì)機(jī)載風(fēng)切變探測(cè)系統(tǒng)機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)機(jī)載風(fēng)切變警報(bào)系統(tǒng)

（the?LowLevelWindshearAlertSystem?socalledLLWAS）使用垂直、縱向加速度計(jì)，把風(fēng)切變對(duì)飛機(jī)影響的垂直部分和縱向部分結(jié)合起來(lái)，結(jié)合機(jī)上可供使用的其他數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算飛機(jī)的推力余量。當(dāng)推力余量下降到規(guī)定值以下時(shí)，該系統(tǒng)就發(fā)出警報(bào)。紅外輻射計(jì)機(jī)載風(fēng)切變探測(cè)系統(tǒng)利用裝在機(jī)頭部位的前視紅外輻射計(jì)和側(cè)視紅外輻射計(jì)，分別探測(cè)出前方10～20

km和側(cè)方200

m范圍內(nèi)的溫度值加以比較，根據(jù)兩者的溫度差確定風(fēng)切變的大小。它可用于測(cè)定雷暴外流氣流的陣風(fēng)鋒。

機(jī)載脈沖多普勒雷達(dá)用于強(qiáng)風(fēng)暴研究時(shí)的空中測(cè)風(fēng)。雷達(dá)可以探測(cè)到風(fēng)暴中降水粒子的運(yùn)動(dòng)方向和速度。二、遭遇低空風(fēng)切變時(shí)應(yīng)采取的措施

1．首先要有思想準(zhǔn)備2．要與雷暴云和大的降水區(qū)保持適當(dāng)距離。3．不要有意識(shí)地穿過(guò)嚴(yán)重風(fēng)切變區(qū)或強(qiáng)下降氣流區(qū)4．在著陸時(shí)刻遇到風(fēng)切變，只要難以改出，就應(yīng)立即復(fù)飛5．飛機(jī)遭遇風(fēng)切變時(shí)，應(yīng)報(bào)告飛行管制部門進(jìn)近中的風(fēng)切變預(yù)測(cè)用飛機(jī)上觀測(cè)到的溫度和風(fēng)向風(fēng)速，與地面觀測(cè)的實(shí)際溫度和風(fēng)向風(fēng)速進(jìn)行比較，從而來(lái)預(yù)測(cè)在下滑過(guò)程中是否有風(fēng)切變出現(xiàn)。二者數(shù)值差別較大，就有可能有切變。差值越大切變就越嚴(yán)重。Anemometer(風(fēng)速計(jì))Weatherbuoy(氣象浮標(biāo))Windprofiler(氣流剖析儀)TDWR