浅析低空风切变及其影响

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　　摘 要：该文阐述了产生低空风切变的天气条件等基本知识，详细探讨低空风切变对起飞、着陆的影响和判别方法，简单介绍了处置低空风切变的方法。近年来中国经济增长势头迅猛，民航业随之发展迅速，运输量、航班量屡创新高。随之而来的是起飞、着陆时发生的安全问题越来越多，低空风切变是引起这些问题的主要原因之一，其具有时间短、强度大、尺度大、发生突然等主要特点，从目前的情况看，想要准确的探测和预报还很困难。因此，该文浅析低空风切变的有关知识，讨论如何有效规避低空风切变，使它对航空器飞行的影响变得最小。
　　关键词：低空风切变 影响 判定
　　中图分类号：V328.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（a）-0198-02
　　1 风切变的定义
　　风切变指的是空间中两点之间风的矢量差，即在同一高度或不同高度短距离内风向和（或）风速的变化。风切变可能发生在任何高度上，对航空器飞行影响最大的是发生在近地面层的风切变，发生在600 m高度以下的平均风矢量在空间两点之间的差值，我们称之为低空风切变[2]。
　　风切边根据航空器的运动相对于风矢量之间的不同情况，分为以下四种形式，即：
　　（1）顺风切变。
　　指的是水平风的变量对航空器来讲是顺风。例如，航空器由逆风区进入顺风区，由小顺风区进入大顺风区，由大逆风区进入小逆风区等，都属于顺风切变。顺风切变使得航空器的空速突然减小，升力也随之下降，航空器下沉，危害较大。
　　（2）逆风切变。
　　指的是水平风的变量对航空器来讲是逆风。例如，航空器由小逆风区进入大逆风区，由大顺风区进入小顺风区，由顺风区进入逆风区等，都属于逆风切变。逆风切变使得航空器空速突然增大，升力也随之增大，航空器抬升，危害相对较小。
　　（3）侧风切变。
　　指的是航空器从无侧风或一种侧风的状态进入另一种明显不同的侧风状态，这种形式的风切变使得航空器发生侧滑、滚转或偏转。
　　（4）垂直风切变。
　　指的是航空器从无明显的升降气流区域突然进入到强烈的升降气流区域的情形，特别是猝发的，强烈的下降气流，使得航空器突然下沉，危害很大。对起飞，着陆构成严重威胁的尤其以雷暴云下的下冲气流为甚，这种情况，在下冲气流强度较大时形成下击暴流[1]。而且下冲气流中不仅有强烈的垂直风切变，还有明显的水平风切变，常常会带来较为严重的后果。
　　2 低空风切变对航空器起飞及着陆的影响
　　低空风切变对航空器起飞、着陆的主要影响有以下几点：改变飞机航迹；影响某些仪表的准确性；影响飞机的稳定性和操纵性。这些都会给航空器的操纵带来困难，严重影响安全。这里我们重点讨论各种类型低空风切变对航空器着陆产生的影响。
　　2.1 顺风切变对航空器着陆的影响
　　航空器在着陆过程中进入顺风切变区域时（例如从逆风突然转为无风或顺风，或者从强逆风突然转为弱逆风），指示空速会迅速降低，升力随之明显减小，从而使得航空器不能保持应有的下滑曲线而掉高度。此时的修正动作是加油门，带杆使航空器增速，减小下降率，回到下滑曲线上后再稳杆，收油门以重新建立下滑姿态。但如果顺风切变的高度很低，飞行员来不及及时修正，将会造成大的偏差。
　　2.2 逆风切变对航空器着陆的影响
　　航空器着陆过程中进入逆风切变区域时（例如从顺风突然转为无风或逆风，或者从强顺风突然转为弱顺风），指示空速会迅速增大，升力随之明显增加，航空器被抬升，高于正常的下滑曲线。此时的修正动作是收油门松杆，使航空器减速，增加下降率，回到下滑曲线上后再加油门带杆以重新建立下滑姿态。
　　2.3 侧风切变对航空器着陆的影响
　　航空器在着陆过程中遭遇侧风切变，会产生侧滑，带坡度，使航空器偏离航向道，造成横侧向的偏差。
　　2.4 垂直风切变对航空器着陆的影响
　　当航空器在着陆过程中遭遇上升或下降气流时，其升力会发生改变，从而使得下降率改变。垂直风切变对航空器着陆危害巨大，在雷暴云下进近着陆过程中遇到严重的下降气流时，飞行员能做的就是复飞。
　　3 低空风切变的判定
　　低空风切变是难以抗拒的，免受其害的最好方法就是避开它。及时、有效地判断低空风切变的存在、强度和类型是飞行人员必须了解和掌握的技能。就目前而言其判断方法有以下三种：
　　3.1 目视判别法
　　（1）雷暴冷性外流气流的沙暴堤。
　　雷暴冷性外流气流前缘的强劲气流会将地面上的尘土吹起相当的高度，并随着气流快速移动，形成沙暴堤。它往往能显现出外流气流的范围和高度，其高度越高，外流气流的强度就越大。一旦观察到这种沙暴堤就应提高警惕并立即采取措施，因为紧跟在沙暴堤之后的就是强烈的风切变[3]。
　　（2）雷暴云下的雨幡。
　　雷暴云下的雨幡是强烈下降气流的重要征兆。雨幡的形状越大，下垂高度越低，色泽越暗，则风切变和下击暴流也越强。在雨幡周围一到两公里范围内，风场都比较复杂，常存在较强的风切变[2]。所以，在进近着陆过程中要与雨幡保持一定的距离，切记不可穿越。
　　（3）滚轴状云。
　　在强冷锋型和雷暴型风切变中，强烈的冷性外流往往有明显的涡旋运动结构，并伴有低空滚轴状云。这种云的出现，预示着有强烈的低空风切变。
　　（4）倒伏的庄稼和树林。
　　下击暴流和强风所吹倒的庄稼和树林会显现出气流的流动状况。
　　3.2 座舱仪表判别法
　　（1）空速表。
　　当航空器遇到风切变时空速表指示一般会发生急剧的变化。因此一旦发现空速表的异常指示，应立即警惕风切变的危害。波音公司规定，如果空速表指示突然改变15―20海里/h，应中断起飞或不作进近着陆。 　　（2）高度表和升降速率表。
　　当高度表大幅偏离正常值，升降速率表出现明显的下降率增大的情况时，航空器很可能遭遇了风切变或下击暴流，机组应充分注意。根据波音公司的建议，如果下降率短时变化达到每分钟500英尺，即认为遭遇强风切变，应立即复飞。
　　（3）俯仰姿态指示器。
　　风切变会瞬间改变飞机的俯仰姿态，以B737飞机为例，正常的着陆下滑角为3°，对应的姿态角在+2°左右，如果姿态角突然发生超过5°的改变时，即应该认为遭遇强风切变，应中止进近，立即复飞。
　　（4）利用机载专用设备探测风切变。
　　目前机载设备不断完善升级，普遍装备航空器的已经有增强型近地警告系统（EGPWS）的风切变警告和气象雷达（WXR）的前视风切变（PWS）探测。机组应熟知相应系统的使用方法和警告信息内容。
　　近地警告系统的风切变警告是进入式风切变警告，即航空器正进入风切变气流区域，其探测原理主要是利用空速，无线电高度等大气数据的变化，来判断是否进入了风切变区域，结合航空器姿态构型发出警告信息。主要的警告信息是视觉和听觉的“WINDSHEAR、WINDSHEAR”（风切变、风切变）[4]。
　　气象雷达系统的风切变警告是前视风切变警告，在飞机的起飞和进近阶段自动起作用。探测原理是多普勒频移现象，以气象雷达向前方发射的射频雷达波来探测飞机前方的气象条件，根据反射回波的频移判断前方是否有风切变气流，主要警告是听觉的“WINDSHEAR AHEAD、 WINDSHEAR AHEAD（前方风切变、前方风切变）；GO AROUND WINDSHEAR AHEAD（复飞、前方风切变）；MONITOR RADAR DISPLAY（监控雷达显示）”，视觉信息主要为显示“WINDSHEAR（风切变）”[4]。
　　4 低空风切变的处置方法
　　（1）要有思想准备。起飞之前，机组人员应认真详细的了解和研究天气预报和天气实况报告，对飞行中可能会遇到的风切变提高警惕。不能存在侥幸心理，不要有意识的穿过严重的风切变或者强下降气流区域，特别是当飞行高度低于200米或一台发动机失效的时候。
　　（2）起飞、着陆过程中与雷暴云和大的降水区保持适当距离。在雷暴云逼近机场15海里范围内时，应警惕风切变的出现；当雷雨在着陆航道5公里和复飞航道3公里时，考虑中止进近着陆[3]。
　　（3）一旦遇到风切变，应立即改出。以B737飞机为例，应脱开自动驾驶，按压任一TO/GA电门，迅速加油门至最大推力，柔和的操纵航空器俯仰，改平机翼并抬机头至俯仰角15°或起始抖振的上仰极限，必要时可以保持间歇性抖杆状态，但要防止过量而导致真正的失速。脱离风切变区域前不要改变起落架或襟翼形态，不要试图重新获取失去的空速，对航空器的垂直速度和高度进行监控。当遭遇风切变并改出后，应将风切变的区域、强度、高度等信息及时报告空管部门，以免其它航空器误入其中。
　　（4）在模拟机训练中，加强机组正确应对和处置各种风切变的能力。虽然低空风切变对航空器的飞行危害巨大，但是我们通过研究能够对其增加了解，可以判明它的类型，位置，强度。只要合理利用知识，正确使用机载设备，熟练掌握操作技巧，就能把风切变的不利影响降低到最小。
　　参考文献
　　[1] 藤田（美）.《下击暴流》[M].北京：气象出版社，1981.
　　[2] 谭壁光.《航空气象学》 [M].北京：中国民航飞行学院，1993.
　　[3] 王学永.《低空风切变与飞行》[M].北京：空军第七研究所，1985.
　　[4] 何晓薇.《航空电子设备》[M].成都：西南交大出版社，2002.
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