張秋實(shí)，張欣慰，劉宇龍

（民航黑龍江空管分局，黑龍江 哈爾濱150000）

1 引言

2021年3月30日烏魯木齊至喀什航班在著陸復(fù)飛過(guò)程中左翼尖擦地，再次進(jìn)近后正常落地，構(gòu)成一起遭遇低空風(fēng)切變天氣意外原因的運(yùn)輸航空嚴(yán)重征候。1980-1996年間全世界共發(fā)生重大臨近著陸事故287起，事故的主要原因就是低空風(fēng)切變，1964-1985年間,在國(guó)際定期和不定期航班以及其他飛行任務(wù)中,至少發(fā)生與低空風(fēng)切變有關(guān)的飛行事故31起和事故征候3起,死亡總?cè)藬?shù)703人,受傷總?cè)藬?shù)267人[1]。關(guān)于低空風(fēng)切變對(duì)飛行的危害本文不再贅述。

根據(jù)國(guó)際民航組織的有關(guān)文件和文獻(xiàn)約定，低空風(fēng)切變是距地面500 m以下的空氣層中，在同一高度或不同高度上風(fēng)向和風(fēng)速的突變現(xiàn)象[3-4]，而在哈爾濱機(jī)場(chǎng)，飛機(jī)由進(jìn)近移交塔臺(tái)指揮飛機(jī)著陸的高度為真高510 m，距跑道中心點(diǎn)約10 km處，易遭遇風(fēng)切變。由于低空風(fēng)切變嚴(yán)重影響航空安全，并具有持續(xù)時(shí)間短，尺度小，高度低，強(qiáng)度大，發(fā)生突然，預(yù)測(cè)難等特點(diǎn)，因此被稱為“航空飛行的惡魔”[5]。

2 方法與資料

為充分掌握哈爾濱機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變的天氣特征，本文統(tǒng)計(jì)分析了2016年1月-2021年6月黑龍江空管預(yù)報(bào)室接收到的39份低空風(fēng)切變航空器空中報(bào)告（以下簡(jiǎn)稱空中報(bào)告），并對(duì)直接導(dǎo)致其發(fā)生的天氣類型和條件進(jìn)行分類，之后利用不同探測(cè)設(shè)備對(duì)部分具有代表性的風(fēng)切變天氣類型進(jìn)行診斷分析，探討其提前預(yù)報(bào)的方法。

2016年1月-2021年6月，機(jī)場(chǎng)共接收到39份低空風(fēng)切變報(bào)告。值得注意的是，接收到風(fēng)切變報(bào)告時(shí)代表此時(shí)有航班遭遇或飛機(jī)探測(cè)設(shè)備有風(fēng)切變告警，按照機(jī)組程序，只有設(shè)備告警后才通報(bào)管制其遇到風(fēng)切變，而其自身飛機(jī)遭遇氣流，狀態(tài)不穩(wěn)多通報(bào)為不穩(wěn)定進(jìn)近。預(yù)報(bào)室收到報(bào)告后會(huì)發(fā)布風(fēng)切變警報(bào)，且塔臺(tái)也會(huì)轉(zhuǎn)告后續(xù)起降機(jī)組，相應(yīng)航班在此時(shí)段也會(huì)視情況起降。同時(shí)在特定天氣下，例如雷暴等可明顯探測(cè)到的天氣，飛機(jī)停止起降，此時(shí)即便有風(fēng)切變也不會(huì)收到空中報(bào)告。因此低空風(fēng)切變的航空器空中報(bào)告只有部分代表意義，而由于雷暴、下?lián)舯┝骱妄埦淼葟?qiáng)風(fēng)切變天氣下飛機(jī)可通過(guò)目視或雷達(dá)等進(jìn)行繞飛，多不會(huì)遇到風(fēng)切變[6]，故將本文中收到報(bào)告時(shí)遭遇的風(fēng)切變稱之為“隱形”風(fēng)切變。

表1 遭遇風(fēng)切變時(shí)的天氣類型

3 低空風(fēng)切變統(tǒng)計(jì)特征

3.1 低空風(fēng)切變發(fā)生時(shí)對(duì)應(yīng)的天氣類型分布特征

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)生在哈爾濱機(jī)場(chǎng)的有關(guān)低空風(fēng)切變的空中報(bào)告，依據(jù)天氣學(xué)原理相關(guān)知識(shí)進(jìn)行分類，在哈爾濱機(jī)場(chǎng)起降的航空器遭遇風(fēng)切變的天氣類型多為急流（41%）、對(duì)流云（20%）和冷鋒（15%），其他類型較少。而由于在雷暴天氣過(guò)程中，飛機(jī)可以避開(kāi)大多數(shù)雷暴以及其造成的下?lián)舯┝饕鸬牡涂诊L(fēng)切變，哈爾濱機(jī)場(chǎng)雷暴覆蓋時(shí)無(wú)飛機(jī)起降，因此在空中報(bào)告中未有雷暴型。由于逆溫多存在于冬季夜間到早晨，冬季機(jī)場(chǎng)風(fēng)速較小，夜間航班量也相對(duì)較少，故遭遇逆溫型風(fēng)切變的航班數(shù)也不多。

3.2 低空風(fēng)切變逐月分布特征

哈爾濱機(jī)場(chǎng)接收到的低空風(fēng)切變空中報(bào)告主要發(fā)生在冬末至夏初，其次為10月，盛夏和冬季偶有出現(xiàn)，其中4月和5月為接收?qǐng)?bào)告的峰值，這與黑龍江省多春季大風(fēng)相對(duì)應(yīng)，如圖1所示，綜合以上特點(diǎn)可以看出，哈爾濱機(jī)場(chǎng)發(fā)生低空風(fēng)切變多在過(guò)渡季節(jié)。值得注意的是，接收到報(bào)告較少的月份不代表無(wú)風(fēng)切變的發(fā)生，如夏季雷暴云團(tuán)覆蓋跑道期間，當(dāng)哈爾濱機(jī)場(chǎng)停止起降后則不會(huì)接收到空中報(bào)告，但此期間多會(huì)有下沉氣流造成近地面風(fēng)向風(fēng)速的急劇變化。

圖1 累年逐月分布特征

3.3 低空風(fēng)切變逐時(shí)分布特征

低空風(fēng)切變發(fā)生時(shí)間多為11-15時(shí)，如圖2所示。此時(shí)段遭遇的風(fēng)切變類型多為急流型，時(shí)間上多為一日之中溫度較高時(shí)段，由于近地面太陽(yáng)輻射增溫，整個(gè)大氣層變得不再穩(wěn)定，利于上下層風(fēng)的動(dòng)量交換，近地面風(fēng)速相對(duì)較大，且此時(shí)航班量也較多，飛機(jī)起降易遭遇風(fēng)切變。由于太陽(yáng)落山后，近地面輻射降溫，大氣層結(jié)逐漸變得穩(wěn)定，動(dòng)量下傳均較弱，夜間低空風(fēng)切變發(fā)生就相對(duì)較少。

圖2 累年逐時(shí)分布特征

表2 低空風(fēng)切變發(fā)生位置分布特征

3.4 低空風(fēng)切變發(fā)生位置分布特征

在飛機(jī)進(jìn)近著陸過(guò)程中易遭遇風(fēng)切變，其中在五邊位置占25.64%，占比最大，距離著陸跑道入口端1-5 km處占20.51%，著陸入口端處占15.38%，距離入口端5-10 km處占12.82%，由此可見(jiàn)，在飛機(jī)從五邊位置（機(jī)場(chǎng)跑道長(zhǎng)3.2 km，五邊位于跑道延長(zhǎng)線10 km左右處）對(duì)準(zhǔn)跑道開(kāi)始進(jìn)近著陸，高度不斷降低過(guò)程中，均可遭受低空風(fēng)切變的影響，在日常預(yù)報(bào)工作中不僅要對(duì)跑道上空風(fēng)向風(fēng)速變化做出預(yù)報(bào)，同時(shí)也應(yīng)對(duì)五邊附近到跑道期間位置的風(fēng)向風(fēng)速變化做出提前預(yù)報(bào)，以保障飛行安全。

4 不同類型風(fēng)切變的預(yù)報(bào)能力分析

4.1 急流型低空風(fēng)切變可預(yù)報(bào)性分析

急流多為超低空急流，表現(xiàn)在地面為系統(tǒng)性大風(fēng)天氣，即春秋季節(jié)的偏南大風(fēng)和西北大風(fēng)，大風(fēng)天氣多伴有風(fēng)速更大的陣風(fēng)，加之局地地形的影響易造成風(fēng)速的切變。由于機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)性大風(fēng)常持續(xù)數(shù)小時(shí)，在此期間飛機(jī)起降均可能遭遇風(fēng)切變，查閱歷史數(shù)據(jù)可知此類型風(fēng)切變多發(fā)生在起飛著陸滑跑，或剛剛接地或離地時(shí)。2021年5月12日，11:57南航6481在距離23端接地點(diǎn)1.2 km處、13:41海航7327在距離23端接地點(diǎn)1.5 km處、14:30夏航8093在23端接地點(diǎn)附近遭遇風(fēng)切變，從11-15時(shí)，機(jī)場(chǎng)23端風(fēng)速均在10 m/s以上，但偶爾出現(xiàn)15 m/s以上的陣風(fēng)，風(fēng)向?yàn)?40-300°之間，為逆、側(cè)風(fēng)風(fēng)切變，風(fēng)向相對(duì)穩(wěn)定，如圖3。

圖3 2021年5月12日哈爾濱機(jī)場(chǎng)23號(hào)跑道端風(fēng)向風(fēng)速變化

通過(guò)分析此時(shí)的哈爾濱機(jī)場(chǎng)風(fēng)廓線數(shù)據(jù)可以看出高低空均為一致的西南風(fēng)，且風(fēng)速達(dá)到20 m/s，同時(shí)也可根據(jù)其反演計(jì)算的風(fēng)切變產(chǎn)品，判斷跑道上空500 m以下的風(fēng)切變出現(xiàn)的頻率較高，即500 m以下的亮帶（圖略）。

急流型風(fēng)切變地面多為大風(fēng)天氣，可以提前預(yù)報(bào)其發(fā)生，但無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)每次風(fēng)切變的時(shí)間，在日常工作中可根據(jù)自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)陣風(fēng)出現(xiàn)的頻率以及風(fēng)向的變化，同時(shí)由于此類風(fēng)切變多出現(xiàn)在跑道附近，可以結(jié)合風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)其提前預(yù)報(bào)。

4.2 冷鋒型低空風(fēng)切變可預(yù)報(bào)性分析

由于哈爾濱機(jī)場(chǎng)跑道為230°-050°方向，而冷鋒過(guò)境時(shí)多為偏南風(fēng)轉(zhuǎn)西北風(fēng)，即起降飛機(jī)由逆風(fēng)轉(zhuǎn)為逆?zhèn)蕊L(fēng)，風(fēng)的水平切變較小，因此在鋒面過(guò)境天氣過(guò)程中，也較少接收到空中報(bào)告，但應(yīng)注意強(qiáng)鋒面過(guò)境的預(yù)報(bào)，即鋒面兩側(cè)的溫差≥5℃,鋒面移速≥15 m/s時(shí)，對(duì)起降飛機(jī)影響較大。對(duì)于鋒面這種大尺度天氣系統(tǒng)，提前預(yù)報(bào)能力也可達(dá)2小時(shí)以上，對(duì)于冷鋒型風(fēng)切變可參考上游風(fēng)向風(fēng)速變化，或根據(jù)多普勒天氣雷達(dá)速度圖判斷上游高低空風(fēng)向風(fēng)速的變化，推算哈爾濱機(jī)場(chǎng)風(fēng)場(chǎng)突變的時(shí)間和強(qiáng)度。

4.3 對(duì)流云型低空風(fēng)切變可預(yù)報(bào)性分析

對(duì)于較弱的對(duì)流云下的風(fēng)向風(fēng)速變化，日常工作中經(jīng)常忽略其影響，2021年5月14日哈爾濱機(jī)場(chǎng)受大面層狀云隱嵌積狀云影響，雖未出現(xiàn)雷雨等強(qiáng)對(duì)流天氣，但成都航空1898在21:05，于05號(hào)跑道五邊，高度365.76 m處遭遇風(fēng)切變，查詢此時(shí)多普勒雷達(dá)產(chǎn)品可知，此時(shí)系統(tǒng)風(fēng)為西南風(fēng)，但雷達(dá)中心到05號(hào)五邊處為東北風(fēng)，飛機(jī)在05號(hào)五邊（雷達(dá)中心點(diǎn)西南15 km）飛行時(shí)遭遇風(fēng)向的突變，如圖4，同時(shí)在300 m以下為東北風(fēng)，300 m以上為西南風(fēng)，穿過(guò)此高度的飛機(jī)也可遭遇風(fēng)向的突變。對(duì)于此類天氣多普勒雷達(dá)多可探測(cè)到，因此在雷雨天氣過(guò)程保障中，應(yīng)多注意觀察體掃速度圖的變化特征，達(dá)到提前預(yù)報(bào)。

圖4 2021年5月14日21:03多普勒雷達(dá)體掃速度1.5°仰角

4.4 陣風(fēng)鋒型低空風(fēng)切變可預(yù)報(bào)性分析

關(guān)于陣風(fēng)鋒型低空風(fēng)切變哈爾濱機(jī)場(chǎng)接收到的很少，但實(shí)際工作中飛機(jī)遭遇陣風(fēng)鋒引起的不穩(wěn)定進(jìn)近并不少，因此也著重對(duì)其進(jìn)行分析。2019年7月18日，哈爾濱機(jī)場(chǎng)受大面積雷雨云團(tuán)影響，在雷雨到達(dá)哈爾濱機(jī)場(chǎng)前多架飛機(jī)遭遇不穩(wěn)定進(jìn)近，其中14:24，BJN1623由于不穩(wěn)定進(jìn)近，距23號(hào)跑道接地點(diǎn)8 km，真高450 m中止進(jìn)近。14:30，CES5821同樣由于不穩(wěn)定進(jìn)近，距23號(hào)跑道接地點(diǎn)4 km，真高120 m中止進(jìn)近。14:50 BJN1623由于不穩(wěn)定進(jìn)近，再次中止進(jìn)近。14:56 CSN6258由于風(fēng)向風(fēng)速不穩(wěn)，距05號(hào)跑道接地點(diǎn)9 km，真高800 m中止進(jìn)近。觀察此時(shí)的雷達(dá)圖可明顯看到五邊位置有陣風(fēng)鋒影響，由于哈爾濱機(jī)場(chǎng)風(fēng)向?yàn)槲髂希囷L(fēng)鋒從北向南移動(dòng)，風(fēng)向?yàn)闁|北，且風(fēng)速較大，因此飛機(jī)在五邊附近可遭遇風(fēng)向風(fēng)速的切變，如圖5。

圖5 2019年7月18日14:20多普勒雷達(dá)體掃強(qiáng)度產(chǎn)品（0.5°仰角）

5 結(jié)論

本文利用2016年1月-2021年6月的風(fēng)切變航空器空中報(bào)告統(tǒng)計(jì)分析哈爾濱機(jī)場(chǎng)飛機(jī)遭遇風(fēng)切變時(shí)的特征，雖資料有限，但也表現(xiàn)出一定的特征，統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有一定參考意義。

（1）由于在雷暴等強(qiáng)風(fēng)切變天氣下飛機(jī)停止起降，機(jī)場(chǎng)接收到的低空風(fēng)切變空中報(bào)告多為“隱形”風(fēng)切變，季節(jié)上多為冬末到夏初，同時(shí)10月也易遭遇，一日之中，11-15時(shí)，遭遇隱形風(fēng)切變概率最大；

（2）飛機(jī)遭遇隱形風(fēng)切變的位置多為跑道至五邊附近，因此對(duì)風(fēng)切變的預(yù)報(bào)不應(yīng)局限于跑道上空，也應(yīng)多關(guān)注進(jìn)近等過(guò)程中出現(xiàn)風(fēng)切變的概率；

（3）影響哈爾濱機(jī)場(chǎng)起降的隱形風(fēng)切變多為急流型、對(duì)流云型和冷鋒型。對(duì)于急流型可利用風(fēng)廓線雷達(dá)和自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)等跑道附近的探測(cè)設(shè)備嘗試對(duì)其預(yù)報(bào)，對(duì)于對(duì)流云型應(yīng)關(guān)注無(wú)雷暴活動(dòng)時(shí)多普勒速度圖的變化特征，對(duì)于冷鋒型可結(jié)合上游風(fēng)向風(fēng)速的變化推斷本站風(fēng)場(chǎng)變化時(shí)間，可達(dá)到提前預(yù)報(bào)。