通航大讲堂

危险天气之低空风切变

发布时间:2021-03-18文字:[小] [中] [大]打印本页

      在我国大力发展通用航空产业的背景下,活跃于中低空空域的通用航空器与日俱增,然而通航的飞行无时无刻不受到大气环境的影响。大量研究表明,航空事故与危及飞行安全的天气密切相关,而低空风切变是引起航空器事故的主要原因之一,因此,通航从业人员必须具备低空风切变的有关知识,以确保航空器运行安全。

       一、低空风切变的基本知识

     (一)低空风切变

      在气象学上,通常把空气的水平运动称为风,把空气的升降运动称为垂直运动,考虑到航空方面的习惯用法,在讨论风切变时,将水平和垂直方向上的空气运动都称之为风。

      风切变是指空间两点之间风的矢量差,即在同一高度或者不同高度短距离内风向和风速的变化。我们把在高度600米以下,风向和风速在空间一定距离上的变化称为低空风切变。由于通用航空器活动的范围一般都处在中低空区域,因此低空风切变是通航飞行的“隐形杀手”。

     (二)低空风切变的种类

      在航空气象学中,根据飞机的运动相对于风矢量之间的各种不同情况,把风切变分为顺风切变、逆风切变、侧风切变和垂直风切变。

      1.顺风切变

      顺风切变是指水平风的变量对飞机来说是顺风。例如,飞机从逆风区进入顺风区、从大逆风区进入小逆风区或无风区等情况。顺风切变使飞机空速减小,升力下降,飞机下沉,
运行轨迹低于计划轨迹。如图1所示。


1 顺风切变示意图

      2.逆风切变


      逆风切变是指水平风的变量对飞机来说是逆风。例如,从顺风区进入逆风区、从大顺风区进入小顺风区、小逆风区进入大逆风区等情况。逆风切变使飞机空速突然增大,升力也增大,飞机抬升,运行轨迹高于计划轨迹。如图2所示。




2 逆风切变示意图

      3.侧风切变

     侧风切变指飞机从一种侧风或无侧风状态进入另一种侧风状态,会使飞机发生侧滑、滚转或偏转。如图3所示。



3 侧风切变示意图

      4.垂直风切变

     垂直风切变是指飞机从无明显的升降气流区进入强烈的升降气流区域的情形,强烈的下降气流往往有很强的猝发性,会使飞机突然下沉、难以保持稳定姿态。如图4所示。


4 垂直风切变示意图

     (三)低空风切变的强度

     低空风切变强度的标准以对飞行的危害程度,分为水平风的垂直切变强度、水平风的水平切变强度、垂直风切变的强度。

     1. 水平风的垂直切变强度标准

     国际民航组织所建议采用的水平风的垂直切变强度标准如表1所示。在起飞着陆过程中,水平风随高度的变化可能会影响飞行,一般空气层垂直厚度取30米,风资料取2分钟左右的平均值。

1 水平风垂直切变强度标准

强度等级

数值标准

对飞行的影响

m/s/30m

1/s

轻度

0-2

0-0.07

飞机航迹和空速稍有变化

中度

2.1-4

0.08-0.13

对飞机的操纵有较大困难

强烈

4.1-6

0.14-0.20

对飞机的操纵有很大困难

严重

>6

>0.20

对飞机失去操纵,会造成严重危害

     2. 水平风的垂直切变强度标准

     本文介绍的是美国在机场低空风切变报警系统中采用的报警标准(该系统的原理这里不再赘述),即水 平风的切变值2.6m/skm作为能对飞行构成危害的强度标准。

     3.垂直风切变的强度标准

     垂直风的切变强度,在相同的空间距离内主要由垂直风本身的大小来决定。其强度标准如表2所示。

2 下降气流和下冲气流的强度标准

 

下降气流

下冲气流

91m高度以上的下降速度

<3.6m/s

3.6m/s

800m直径内的辐射值

<144/h

144/h

      二、产生低空风切变的天气条件

     低空风切变是在一定的天气背景和环境条件下形成的。一般说来以下几种情况容易产生较强的低空风切变。

     (一)雷暴

     雷暴是产生风切变的重要天气条件。现在一般认为雷暴的下降气流在不同的区域可造成两种不同的风切变。一种是发生在雷暴单体下面,由下击暴流造成的风切变,这种风切变的特点是范围小、寿命短、强度大,如图5所示;另一种是雷雨中的下冲气流到达地面后,形成强烈的冷性气流向四处传播,这股气流可传到离雷暴云20千米处。由于它离开雷暴主体,并且不伴随其他可见的天气现象,所以往往不易发现,对飞行威胁较大。


(二)锋面(冷暖空气块的交汇面)


5与雷暴有关的低空风切变

      锋面是产生风切变最多的气象条件。锋两侧气象要素有很大差异,穿过锋面时,将碰到突然的风速和风向变化,对飞行造成极大威胁。

     (三)辐射逆温型的低空急流

      当晴夜产生强辐射逆温时,在逆温层顶附近有低空急流,高度一般为几百米,有时可在100米以下。它的形成是因为逆温层阻挡了在其上的大尺度气流运动与地面附近气层之间的混合作用和动量传递,因而在逆温层以上形成了最大风速区,即低空急流。

     (四)地形和地物

      当机场周围山脉较多或地形、地物复杂时,常有由于环境条件产生的低空风切变。例如,如果机场一侧靠山,另一侧地势开阔,在某种盛行风情况下,可以产生明显的水平风的水平切变。

      三、低空风切变的判断和预防

     目前,强低空风切变还是难以抗拒的,只有避开它才是最有效的办法。及时、准确的判断低空风切变的存在、类型和强度,是减轻和避免低空风切变危害,确保飞行安全的重要措施。

     (一)知已知彼,远离低空风切变

      通航保障人员要熟悉了解低空风切变的特点、危害和判断防范的应对措施;要经常组织飞行人员进行各种低空风切变的模拟训练,熟悉共同应对低空风切变的应急处置能力,远离危及飞行安全的危险天气。

     (二)提高认识,预防低空风切变

      通航保障人员,尤其是飞行员,应提前研究好天气实况和天气变化趋势,警惕在飞行中可能会遇到的风切变及其可能出现的位置、强度。注意收听有关风切变信息的报道,当收到有危险天气预报或警报时,要提高警惕,做好预防措施。

     (三)主动判别,防范低空风切变

     飞行人员在飞行中应注意主动判别可能存在的低空风切变,比如出现雷暴云体下的雨幡、滚轴状云、强风吹到树木和庄稼等情况,这些都预示着可能会出现风切变,飞行人员应提前做好心理准备,做好飞行预案。

     (四)共同预防,规避低空风切变

     气象人员应认真分析可能出现低空风切变的天气形势,尽可能做准预报;管制人员应主动向飞行人员询问天气状况,及时了解可能出现风切变的位置,并通报给其他相关机组。通航从业人员之间应加强信息沟通、密切配合,共同预防和减少风切变对飞行的危害。

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