风切变是一种
大气现象,
风矢量(
风向、
风速)在空中水平和(或)垂直距离上的变化。
形成原因
产生风切变的原因主要有两大类,一类是
大气运动本身的变化所造成的;另一类则是
地理、
环境因素所造成的。有时是两者综合而成。
天气因素
产生风切变的天气背景。能够产生有一定影响的低空风切变的天气背景主要有三类。
a.
强对流天气。通常指
雷暴、
积雨云等天气。在这种天气条件影响下的一定空间范围内,均可产生较强的风切变。尤其是在
雷暴云体中的强烈下降气流区和积雨云的前缘阵风锋区更为严重。对于特别强的下降气流称为微下冲气流,是对飞行危害最大的一种。它是以垂直风为主要特征的综合风切变区。
b.
锋面天气。无论是
冷锋、
暖锋或
锢囚锋均可产生
低空风切变。不过其强度和区域范围不尽相同。这种天气的风切变多以水平风的水平和
垂直切变为主(但锋面
雷暴天气除外)。一般来说其危害程度不如强对流天气的风切变。
c.
辐射逆温型的
低空急流天气。秋冬季
晴空的夜间,由于强烈的
地面辐射降温而形成低空逆温层的存在,该逆温层上面有动量堆集,风速较大形成急流,而
逆温层下面风速较小,近地面往往是
静风,故有逆温风切变产生。该类风切变强度通常更小些,但它容易被人忽视,一旦遭遇若处置不当也会发生危险。
地理、环境因素
地理、环境因素引起的风切变。这里的地理、环境因素主要是指山地地形、水陆界面、高大建筑物、成片树林与其它自然的和人为的因素。这些因素也能引起风切变现象。其风切变状况与当时的盛行风状况(方向和大小)有关,也与山地地形的大小、复杂程度,迎风背风位置,水面的大小和机场离水面的距离,建筑物的大小、外形等有关。一般山地高差大,水域面积大、建筑物高大,不仅容易产生风切变,而且其强度也较大。
类别划分
根据风向分
为了确保安全,国际航空、航天和气象界都积极开展低空风切变的研究。风切变常分为以下几种:
①水平风的
水平切变(又称
水平风切变)是风向和(或)风速在
水平距离上的变化;
②水平风的
垂直切变(又称垂直风切变)是风向和(或)风速在
垂直距离上的变化;
③垂直风的切变是垂直风(即升降气流)在水平或航迹方向上的变化。下冲气流是垂直风的切变的一种形式,呈现为一股强烈的下降气流。范围小而强度很大的下冲气流称为微下冲气流。
根据高度分
风切变可以出现在高空,也可以出现在低空。出现在600米以下的叫低空风切变。
强度标准
低空风切变的强度直接关系到飞行安全。它表示了对飞行的危害程度,目前推出使用的有下列三种。
水平风的垂直切变强度标准
国际民航组织颁布标准:一般认为0.1米/秒以上的垂直切变会对喷气运输机带来威胁。
水平风的水平切变强度标准
该项尚无统一标准。但
美国在机场低空风切变警报系统中采用了一个
水平风切变强度报警标准值。该系统在机场平面有六个测风站,即中央站和五个外站。各外站和中央站间距离平均约为3公里。系统规定每一分钟与中央站的风向量差达7.7米/秒以上时系统即发出报警信号,以此推算,2.6米/秒/公里可作为能对飞行构成危害的水平风的水平切变强度标准。
垂直风的切变强度标准
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变化来决定。对飞行安全危害最大的是强下降气流。根据著名气象学家藤田和科尔斯的建议,提出了一种称之为下冲气流数值的标准。它以下降气流速度和到达地面的辐散值来确定。后来对于危害最大的直径小于4公里的下冲气流称之为微下冲气流。
危害浅析
原理
对飞机起飞和着陆安全威胁最大的是
低空风切变,即发生在着陆进场或起飞爬升阶段的风切变。它不仅能使飞机航迹偏离,而且可能使飞机失去稳定。如果驾驶员判断失误和处置不当,则常会产生严重后果。世界上曾因此发生多起机毁人亡的事故。风切变还严重影响火箭飞行的稳定性,火箭设计和发射时的环境限制条件包括风切变。风切变主要由
锋面(冷暖空气的交界面)、
逆温层、
雷、复杂地形地物和地面摩擦效应等因素引起。
低空风切变的
危害性是由风切变的本身特性造成的。以微下冲气流危害性最大,它是以垂直风切变为主要特征的综合风切变区。由于在水平方向
垂直运动的气流存在很大的
速度梯度,也就是说垂直运动的风速会出现突然的加剧,就产生了特别强的下降气流,被称为微下冲气流。这个强烈的下降气流存在一个有限的区域内,并且与地面撞击后转向与地面平行而变成为水平风,风向以撞击点为圆心四面发散,所以在一个更大一些的区域内,又形成了
水平风切变。如果飞机在起飞和降落阶段进入这个区域,就有可能造成失事。比如,当飞机着陆时,下滑通道正好通过微下冲气流,那么飞机会突然的非正常下降,偏离原有的下滑轨迹,有可能高度过低造成危险。当飞机飞出微下冲气流后,又进入了顺风气流,使飞机与气流的
相对速度突然降低,由于飞机在着陆过程中本来就在不断减速,我们知道飞机的
飞行速度必须大于最小速度才能不失速,突然的减速就很可能使飞机进入失速状态,
飞行姿态不可控,而在如此低的高度和速度下,根本不可能留给飞行员
空间和时间来恢复控制,从而造成飞行事故。
严重的低空风切变,常发生在
低空急流即狭长的强风区,对飞行安全威胁极大。这种风切变气流常从高空急速下冲,像向下倾泻的巨型水龙头,当飞机进入该区域时,先遇强逆风,后遇猛烈的
下沉气流,随后又是强顺风,飞机就像狂风中的树叶被抛上抛下而失去控制,因此,极易发生严重的坠落事件。
特点
强烈的垂直风切变的存在会对桥梁、高层建筑、航空飞行等造成强烈的破坏作用,可造成桥梁楼房坍塌、飞机坠毁等恶性事故,给人类生活造成严重影响。低空风切变对飞机起飞和着陆安全威胁最大。
在1970年-1985年的16年间,在国际定期和非定期航班飞行以及一些任务飞行中,据不完全统计,至少发生过28起与低空风切变有关的飞行事故,绝大多数都发生在飞行高度低于300米的起飞和着陆阶段,其中尤以着陆为最多。通过对这28起飞行事故的分析,可以发现低空风切变飞行事故有如下特点:
1.风切变飞行事故都发生在飞行高度低于300m的起飞和着陆阶段,其中尤以着陆为最多。
2.现代中、大型喷气运输机的风切变飞行事故比重较大。
3.风切变飞行事故与雷暴天气条件关系密切。
4.风切变飞行事故的出现时间和季节无一定的规律。
研究进展
1985年,美国达拉斯-福斯机场飞机坠毁,137人死亡。从此,风切变被当作一项国际课题开始研究。
由于风切变现象具有时间短、尺度小、强度大的特点,从而带来了探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列困难,是一个不易解决的
航空气象难题。因此,目前对付风切变得最好办法就是避开它。因为某些强风切变是现有飞机的性能所不能抗拒的。进行风切变的飞行员培训和飞行操作程序设置,在机场安装风切变探测和报警系统,以及机载风切变探测、告警、回避系统,都是目前减轻和避免风切变危害的主要途径。1985年以后,美国所有的飞机都安装了风切变检测仪。加拿大1990年代开始安装。
判断防范
判断方法
目视判别法
1.雷暴冷性外流气流的尘云。雷暴冷性外流气流前缘的强劲气流吹起的尘云随气流移动,通常紧跟在尘云之后就是强烈的风切变。
2.雷暴云体下垂的雨幡是有强烈下冲气流的重要征兆,雨幡下垂高度越低、个体形状越大,色泽越暗,预示着风切变下击暴流越强。
3.滚轴状云。在冷锋性雷暴中,强冷性外流气流会有涡旋运动结构,并伴有低空滚轴状云。这种云的出现,预示着强低空风切变的存在。
座舱仪表判别法
1.空速表
空速表是飞机遭遇风切变时,反映最灵敏的仪表之一,一旦出现异常指示,即应警惕风切变的危害。波音公司规定空速表指示突然改变15-20海里/小时,应视为风切变,不作进近着陆。这种大幅度波动的指示空速,往往带来判断和操纵上的失误。在地面时,则应中止起飞。
2.高度表
高度表指示的正常下滑高度是飞机进近着陆的重要数据。在下滑过程中,高度表短时间大幅偏离正常值时,必须立即采取措施复飞。
3.升降速率表
升降速率表与高度表关系密切,在遭遇风切变时反应明显。波音公司建议在下降速度短时间内改变值达500Ft/m,即认为遇到强风切变。驾驶员应当采取相应措施。
4.俯仰姿态指示器
俯仰角是飞机起飞、着陆时飞行员掌握的重要参数。遭遇风切变时,俯仰角指示迅速发生变化,改变突然超过5度时,即认为遭遇到风切变,飞行员应中止进近。
防范措施
飞行中遭遇风切变是一个极为困难和复杂的问题。能给飞行员做出反应,采取措施,控制飞行轨迹直到改出的时间非常短促,为了迅速而准确地作出反应,飞行员应:
1.认真了解天气预报,对风切变可能出现的位置、高度、强度要有心理上的准备。
2.注意收听地面气象报告和别的飞机在起飞,进近过程中的报告,了解风切变的存在及其性质,对自己所驾飞机能否通过风切变进行风险评估,做出正确的决断。通常应采取避开,等待,备降等措施。
3.加强机组协同,充分利用驾驶舱资源。复杂天气飞行时,机长要组织机组人员分工负责。起飞、进近中各种口令要清晰到位。机组人员应不间断地扫视仪表,密切注意有无异常现象,对跑道环境,风向风速,复飞程序等要了如指掌。做到一旦有异常情况就能及时发现,立即采取对策。
4.不要有意识地作穿越严重风切变或强下降气流区域的尝试,特别是在山区,低高度,或一发失效时更是如此。
5.要与雷暴的强下击气流区保持距离。雷暴的外流气流可超越雷暴之前20一30公里。不要侥幸抢飞这一区域。
6.在最后进近阶段如遇到风切变时,只要无法重建稳定着陆剖面,就应立即采取有关程序,脱离切变区进行复飞,加入等待或到备降场着陆。坚决反对盲目蛮干。
7.飞机遭遇风切变时,在完成脱离程序后,应立即将风切变出现的区域、高度、空速变化范围等报告飞行管制部门,以避免其他飞机误人其中。
相关事件
1985年8月2日,
达美航空191号航班在
美国达拉斯-
沃斯堡国际机场坠毁,造成137人
死亡。
2009年3月23日,
联邦快递80号班机在日本
成田国际机场降落时,因风切变坠毁,2名驾驶员
遇难。
2014年7月,
台湾失事飞机2个黑匣子找到,怀疑风切变是元凶。