淺談低空風(fēng)切變對(duì)起飛著陸的影響

　　摘要：本文根據(jù)低空風(fēng)切變的基本知識(shí)闡述了產(chǎn)生低空風(fēng)切變的天氣條件，對(duì)于低空風(fēng)切變對(duì)起飛、著陸的影響和判別方法做出了詳細(xì)的探討，介紹了處置低空風(fēng)切變的方法。

　　低空風(fēng)切變是引起飛機(jī)起飛、著陸安全問題的主要原因之一。根據(jù)山東航空公司SMS系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2010年全年山航發(fā)生的起飛、著陸不安全事件的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，與低空風(fēng)切變相關(guān)的事件共16起，占起飛、著陸不安全事件比例為10.67%。低空風(fēng)切變具有時(shí)間短、尺度大、強(qiáng)度大、發(fā)生突然等特點(diǎn)，要準(zhǔn)確的探測(cè)和預(yù)報(bào)還很困難。因此，本文淺談低空風(fēng)切變的有關(guān)知識(shí)，討論如何規(guī)避低空風(fēng)切變，使它對(duì)飛行的影響變得最小。

　　一、低空風(fēng)切變的基本知識(shí)

　　1、低空風(fēng)切變的定義

　　風(fēng)切變是指空間兩點(diǎn)之間風(fēng)的矢量差，即在同一高度或不同高度短距離內(nèi)風(fēng)向和（或）風(fēng)速的變化。在任何高度上都可能產(chǎn)生風(fēng)切變，對(duì)飛行影響最大的是發(fā)生在近地面層的風(fēng)切變，我們把發(fā)生在600米高度以下的平均風(fēng)矢量在空間兩點(diǎn)之間的差值稱為低空風(fēng)切變。

　　風(fēng)切變根據(jù)風(fēng)場(chǎng)空間結(jié)構(gòu)不同分為三種類型。即：

　?。?）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（“一定距離”通常取30米）。

　　（2）水平風(fēng)的水平切變，指在水平方向上兩點(diǎn)之間的水平風(fēng)向和（或）風(fēng)速的改變。

　?。?）垂直風(fēng)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，這類風(fēng)切變多發(fā)生在雷暴云的影響范圍里。

　　2、低空風(fēng)切變的表現(xiàn)形式

　　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)切變分為四種形式：

　?。?）順風(fēng)切變

　　指飛機(jī)在起飛、著陸過程中，水平風(fēng)的變量對(duì)飛機(jī)來說是順風(fēng)。例如，飛機(jī)由逆風(fēng)區(qū)進(jìn)入順風(fēng)區(qū)，由大逆風(fēng)區(qū)進(jìn)入小逆風(fēng)區(qū)，由小順風(fēng)區(qū)進(jìn)入大順風(fēng)區(qū)。順風(fēng)切變使飛機(jī)空速減小，升力下降，飛機(jī)下沉，危害較大。

　　（2）逆風(fēng)切變

　　指的是水平風(fēng)的變量對(duì)飛機(jī)來說是逆風(fēng)。例如飛機(jī)由小逆風(fēng)區(qū)進(jìn)入大逆風(fēng)區(qū)，由順風(fēng)區(qū)進(jìn)入逆風(fēng)區(qū)，由大順風(fēng)區(qū)進(jìn)入小順風(fēng)區(qū)等，都是逆風(fēng)切變。逆風(fēng)切變使飛機(jī)空速突然增大，外力也增大，飛機(jī)抬升，危害相對(duì)要小。

　?。?）側(cè)風(fēng)切變

　　指的是飛機(jī)從一種側(cè)風(fēng)或無側(cè)風(fēng)狀態(tài)進(jìn)入另一種明顯不同的側(cè)風(fēng)狀態(tài)，它使飛機(jī)發(fā)生側(cè)滑、滾轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)。

　?。?）垂直風(fēng)切變

　　指的是飛機(jī)從無明顯的升降氣流區(qū)進(jìn)入強(qiáng)烈的升降氣流區(qū)域的情形，特別是強(qiáng)烈的下降氣流，往往有很強(qiáng)的猝發(fā)性，強(qiáng)度很大，使飛機(jī)突然下沉，危害很大。對(duì)起飛、著陸構(gòu)成嚴(yán)重威脅的是雷暴云下的下沖氣流，在下沖氣流強(qiáng)度較大時(shí)形成下?lián)舯┝?。下沖氣流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。

　　3、低空風(fēng)切變的強(qiáng)度

　　低空風(fēng)切變的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，涉及的因素很多，它同氣象條件，飛機(jī)性能以及飛行員的技術(shù)水平等有關(guān)。但是，以對(duì)飛行的危害程度作為出發(fā)點(diǎn)來進(jìn)行強(qiáng)度分類，則是較為一致的。目前的標(biāo)準(zhǔn)有以下三種：

　?。?）水平風(fēng)的垂直切變強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)國際民航組織所建議采用的水平風(fēng)的垂直切變強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，如下表1所示。這里的空氣層垂直厚度取30米，用于計(jì)算的風(fēng)資料取2分鐘左右的平均值，一般認(rèn)為0.1（1米/秒）以上的垂直切變就會(huì)對(duì)噴氣式運(yùn)輸機(jī)帶來威脅。

表1：水平風(fēng)的垂直切變強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

　　（2）水平風(fēng)的水平切變強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)：

　　美國機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變報(bào)警系統(tǒng)所采用此標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)平面有六個(gè)測(cè)風(fēng)站，即中央站和五個(gè)分站，各分站距中央站平均約為3公里左右。系統(tǒng)規(guī)定任一分站與中央站的風(fēng)向風(fēng)速向量差達(dá)到7.7米/秒以上時(shí)即發(fā)生報(bào)警信號(hào)。所以，上述情況中相當(dāng)?shù)乃斤L(fēng)水平切變值2.6（米/秒）/公里，可作為能對(duì)飛行構(gòu)成危害的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

　?。?）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)本身的大小來決定，對(duì)飛行安全危害最大的是強(qiáng)下降氣流。根據(jù)藤田和拜爾斯（1978年）的建議，提出一種稱之為下沖氣流的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，它從下降氣流速度和到達(dá)地區(qū)的輻散值來確定。表2列出了下降氣流的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。后來對(duì)下沖氣流又分為微下沖氣流和宏下沖氣流兩類。其中，微下沖氣流的水平尺度小于4公里，下降氣流速度更大些，但并沒有給出一個(gè)具體的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

表2：下降氣流和下沖氣流的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

　　二、產(chǎn)生低空風(fēng)切變的天氣條件

　　1、雷暴

　　雷暴是產(chǎn)生風(fēng)切變的重要天氣條件。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。一種是發(fā)生在雷暴單體下面，由下沖氣流造成的風(fēng)切變，這種風(fēng)切變的特點(diǎn)是范圍小，壽命短、強(qiáng)度大。另一種是雷雨中的下沖氣流到達(dá)地面后，形成強(qiáng)烈的冷性氣流向四外傳播，這股氣流可傳到離風(fēng)暴20公里處，由于它離開雷暴主體，并且不伴隨其它可見的天氣現(xiàn)象，所以往往不易發(fā)現(xiàn)，對(duì)飛行威脅較大。

　　2、鋒面

　　鋒面是產(chǎn)生風(fēng)切變最多的氣象條件。 鋒兩側(cè)氣象要素有很大差異，鋒面過渡區(qū)的垂直結(jié)構(gòu)，是產(chǎn)生風(fēng)切變的重要條件。一般說來，在鋒兩側(cè)溫差大（≥5℃）和（或）移動(dòng)快（≥55千米/小時(shí)）的鋒面附近，都會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的風(fēng)切變。

　　3、輻射逆溫型的低空氣流

　　當(dāng)晴夜產(chǎn)生強(qiáng)輻射逆溫時(shí)，在逆溫層頂附近常有低空氣流，高度一般為幾百米，有時(shí)可在100米以下，與逆溫層的高度相聯(lián)系，有時(shí)也稱它為夜間急流。它的形成是因?yàn)槟鏈貙幼钃趿嗽谄渖系拇蟪叨葰饬鬟\(yùn)動(dòng)與地面氣層之間的混合作用和動(dòng)量傳遞，因而在逆溫層以上形成了最大風(fēng)速區(qū)，即低空急流。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。從總體上說，這種風(fēng)切變強(qiáng)度比雷暴或鋒面的風(fēng)切變要小得多，但比較有規(guī)律，一般秋冬季較多。低空急流在日落后開始形成，日出前達(dá)到最強(qiáng)，日出后隨逆溫層的解體而消失，在夜間和拂曉對(duì)飛行有一定影響。

　　4、地形和地物

　　當(dāng)機(jī)場(chǎng)周圍山脈較多或地形、地物復(fù)雜時(shí)，常有由于環(huán)境條件產(chǎn)生的低空風(fēng)切變。當(dāng)陣風(fēng)風(fēng)速比其平均值增減5米/秒以上時(shí)，或大風(fēng)吹過跑道附近的高大建筑物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生局地性風(fēng)切變。

　　三、低空風(fēng)切變對(duì)起飛著陸的影響

　　低空風(fēng)切變對(duì)起飛、著陸的主要影響有：改變飛機(jī)航跡；影響飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性；影響某些儀表的準(zhǔn)確性。這些影響都會(huì)對(duì)飛機(jī)的操縱帶來困難，嚴(yán)重影響安全。這里重點(diǎn)討論各種類型低空風(fēng)切變對(duì)著陸的影響。

　　1、順風(fēng)切變對(duì)著陸的影響

　　飛機(jī)著陸過程中進(jìn)入順風(fēng)切變區(qū)時(shí)（例如從強(qiáng)逆風(fēng)突然轉(zhuǎn)為弱逆風(fēng)，或從逆風(fēng)突然轉(zhuǎn)為無風(fēng)或順風(fēng)），指示空速會(huì)迅速降低，升力就會(huì)明顯減小，從而使飛機(jī)不能保持下滑線而向下掉高度。此時(shí)的修正動(dòng)作是加油門帶桿使飛機(jī)增速，減小下降率，回到下滑線上后再穩(wěn)桿收油門重新建立下滑姿態(tài)。但如果順風(fēng)切變的高度很低，飛行員來不及及時(shí)修正，將會(huì)造成大的偏差。

　　2、逆風(fēng)切變對(duì)著陸的影響

　　飛機(jī)著陸下滑進(jìn)入逆風(fēng)切變區(qū)時(shí)（例如從強(qiáng)的順風(fēng)，突然轉(zhuǎn)為弱順風(fēng)，或從順風(fēng)突然轉(zhuǎn)為無風(fēng)或逆風(fēng)），指示空速迅速增大，升力明顯增加，飛機(jī)被抬升，脫離正常下滑線。飛行員的修正動(dòng)作是收油門松桿，使飛機(jī)減速，增加下降率，回到下滑線上后再加油門帶桿使飛機(jī)重新建立下滑姿態(tài)。

　　3、側(cè)風(fēng)切變對(duì)著陸的影響

　　側(cè)風(fēng)切變會(huì)使著陸過程中的飛機(jī)產(chǎn)生側(cè)滑，帶坡度，使飛機(jī)偏離預(yù)定下滑著陸方向，造成橫側(cè)偏差。

　　4、垂直風(fēng)切變對(duì)著陸的影響

　　當(dāng)飛機(jī)在著陸過程中遇到升降氣流時(shí)，飛機(jī)的升力會(huì)發(fā)生變化，從而使下降率發(fā)生變化。垂直風(fēng)對(duì)飛機(jī)著陸危害巨大，飛機(jī)在雷暴云下進(jìn)近著陸時(shí)常遇到嚴(yán)重的下降氣流，對(duì)于這種情況，飛行員能做的就是復(fù)飛。

　　四、低空風(fēng)切變的判定

　　低空風(fēng)切變是難以抗拒的，最好的方法是避開它。及時(shí)、有效地判斷低空風(fēng)切變的存在、類型和強(qiáng)度是飛行人員必須了解和掌握的技能。目前判斷方法有以下三種：

　　1、目視判別法

　　（1）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)。它能顯現(xiàn)出外流氣流的范圍和高度，其高度越高，強(qiáng)度愈大。一旦見到這種沙暴堤出現(xiàn)就應(yīng)高度警惕，立即采取措施，因?yàn)榫o跟在沙暴堤之后的就是強(qiáng)烈的風(fēng)切變。

　?。?）雷暴云體下的雨幡

　　雷暴云體下的雨幡是有強(qiáng)烈下降氣流的重要征兆。通常雨幡的下垂高度越低，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)。雨幡周圍1-2公里范圍內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)都比較復(fù)雜，常有強(qiáng)的風(fēng)切變。所以，不能穿越雨幡，要與它保持一定的距離。

　?。?）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。這種云的出現(xiàn)，預(yù)示著有強(qiáng)烈的低空風(fēng)切變。

　?。?）強(qiáng)風(fēng)吹倒的樹林和莊稼

　　強(qiáng)風(fēng)和下?lián)舯┝魉档沟臉淞趾颓f稼，其倒伏方向會(huì)顯現(xiàn)出氣流的流動(dòng)狀況。

　　2、座艙儀表判別法

　?。?）空速表

　　空速表是飛機(jī)遇到風(fēng)切變時(shí)反映最靈敏的儀表之一。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。所以，一旦出現(xiàn)空速表的異常指示，應(yīng)立即警惕風(fēng)切變的危害。波音公司規(guī)定，空速表指示突然改變15—20海里/小時(shí)，應(yīng)中止起飛或不作進(jìn)近著陸。

　?。?）高度表和升降速度表

　　在飛機(jī)遭遇風(fēng)切變或微下?lián)舯┝鲿r(shí)，高度表和升降速度表會(huì)出現(xiàn)指示異常，當(dāng)高度表大幅偏離正常值，升降速度表出現(xiàn)明顯的下沉速率增大時(shí)，機(jī)組應(yīng)充分注意。波音公司建議在下降率短時(shí)改變達(dá)500英尺/分時(shí)，即認(rèn)為遇到強(qiáng)風(fēng)切變，機(jī)組應(yīng)立即復(fù)飛。

　?。?）俯仰姿態(tài)指示器

　　風(fēng)切變會(huì)瞬間改變飛機(jī)的俯仰姿態(tài)，正常的著陸下滑角為3°，對(duì)應(yīng)的姿態(tài)角（以B737為例）在+2°左右，如果姿態(tài)角突然改變超過5°時(shí)，即應(yīng)認(rèn)為遭遇強(qiáng)風(fēng)切變，應(yīng)中止進(jìn)近，立即復(fù)飛。

　　3、機(jī)載專用設(shè)備探測(cè)低空風(fēng)切變

　　目前機(jī)載設(shè)備不斷完善升級(jí)，已經(jīng)有近地警告系統(tǒng)（EGPWS）風(fēng)切變警告系統(tǒng)和氣象雷達(dá)（WXR）的前視風(fēng)切變（PWS）探測(cè)系統(tǒng)裝備飛機(jī)。機(jī)組應(yīng)了解相應(yīng)系統(tǒng)的使用方法和警告信息內(nèi)容。

　?。?）近地警告系統(tǒng)的風(fēng)切變警告是進(jìn)入式風(fēng)切變警告，即飛機(jī)正進(jìn)入風(fēng)切變氣流區(qū)域，其探測(cè)原理主要是結(jié)合無線電高度及當(dāng)時(shí)的空速和襟翼構(gòu)型等情況，敏感大氣數(shù)據(jù)的變化來判斷是否進(jìn)入了風(fēng)切變區(qū)域。主要的警告信息是視覺和聽覺的“WINDSHEAR、WINDSHEAR”（風(fēng)切變、風(fēng)切變）。

　　（2）氣象雷達(dá)的風(fēng)切變警告是前視風(fēng)切變警告，在飛機(jī)的起飛和進(jìn)近階段自動(dòng)起作用。探測(cè)原理是多普勒頻移，以氣象雷達(dá)T/R本身發(fā)向前方的雷達(dá)波來探測(cè)飛機(jī)前方的氣象條件，根據(jù)反射回波的頻移確定前方是否有風(fēng)切變氣流，主要警告是聽覺的“WINDSHEAR AHEAD、 WINDSHEAR AHEAD（前方風(fēng)切變、前方風(fēng)切變）；GO AROUND WINDSHEAR AHEAD（復(fù)飛、前方風(fēng)切變）；MONITOR RADAR DISPLAY（監(jiān)控雷達(dá)顯示）”，視覺信息主要顯示“WINDSHEAR（風(fēng)切變）”。

　　五、低空風(fēng)切變的處置方法

　　1、要有思想準(zhǔn)備。起飛前，機(jī)組應(yīng)認(rèn)真了解和研究天氣預(yù)報(bào)和天氣實(shí)況報(bào)告，時(shí)刻警惕飛行中會(huì)遇到風(fēng)切邊。

　　2、不要有意識(shí)的穿過嚴(yán)重風(fēng)切變或強(qiáng)下降氣流區(qū)，特別是飛行高度低于200米真高或一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效時(shí)。

　　3、起飛、著陸時(shí)與雷暴云和大的降水區(qū)保持適當(dāng)距離。在雷暴云逼近機(jī)場(chǎng)15海里范圍時(shí)，應(yīng)警惕風(fēng)切變的出現(xiàn)；當(dāng)雷雨在著陸航道5公里和復(fù)飛航道3公里時(shí)，考慮中止進(jìn)近著陸。

　　4、一旦遇到風(fēng)切變，應(yīng)立即改出。以B737為例，應(yīng)脫開自動(dòng)駕駛，按壓任一TO/GA電門，迅速加油門至最大推力并脫開自動(dòng)油門，改平機(jī)翼并抬機(jī)頭至俯仰角15度或起始抖振的上仰極限，必要時(shí)可保持間歇性抖桿狀態(tài)，但要防止過量而導(dǎo)致真正的失速。脫離風(fēng)切變之前不要改變起落架或襟翼形態(tài)，不要試圖重新獲取失去的空速，監(jiān)控垂直速度和高度。

　　5、當(dāng)遭遇風(fēng)切變并改出后，應(yīng)及時(shí)將風(fēng)切變的區(qū)域、高度、強(qiáng)度等報(bào)告空管部門，以避免其它飛機(jī)誤入其中。

　　6、強(qiáng)化模擬機(jī)訓(xùn)練中機(jī)組應(yīng)付各種風(fēng)切變的能力，良好的訓(xùn)練是機(jī)組能正確處置風(fēng)切變得保障。

　　低空風(fēng)切變雖然危害巨大，但是我們通過對(duì)它的研究能夠?qū)λ兴私猓梢耘忻魉奈恢?、類型、?qiáng)度。只要我們合理的利用知識(shí)，正確的使用機(jī)載設(shè)備，熟練的掌握操作技巧，就能把風(fēng)切變對(duì)飛行的影響降低到最小。低空風(fēng)切變這個(gè)飛行的大敵，必將被我們攻克。

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