飞行杀手——风切变

文/Dumbo

2018年8月28日早上8点17分,首都航空JD5759航班从北京首都机场起飞前往目的地——澳门。这架航班由空客A320执飞,机上搭载乘客和机组人员共166名。像往常一样,此次航班一路飞行平稳,3个小时便飞到了澳门上空,比预计时间还早了一点儿。广播里播报着降落准备通知,乘客们照例系好安全带、收起小桌板、打开遮光板,等待着飞机降落澳门机场。突然,乘客们感到飞机在落地的瞬间与地面发生了剧烈的撞击,随后飞机弹起又再次重重落地。正当大家恐慌之际,飞机复飞升空,空乘人员来到机舱内,开始为大家讲解示范无起落架迫降以及紧急滑梯的使用方法。此时,乘客们预感大事不妙。而另一边,驾驶室内,机组人员已申请备降深圳机场,宣布MAYDAY状态、开应答机7700(遇险),报告左发动机和起落架故障。11点58分,飞机在澳门至深圳的上空盘旋了90多圈后,最终成功备降在深圳机场的34号跑道上。此次降落,比预想的平稳,飞机落地后,紧急滑梯开启,乘客在乘务人员的指挥下一个接一个地从滑梯上滑下,并跑至安全区域,撤离现场。事后,调查人员发现飞机前起落架2个轮胎已全部缺失,仅依靠液压动作筒支撑前机身。在起落架严重受损、左发动机故障、通信系统失灵的情况下,能够成功备降,这是非常不容易的。目前,此次事故正在调查中,但根据航空公司的通报,人们猜测此次事故很大程度上与一种飞行灾难性天气现象——风切变有关。

◎仅剩液压动作筒的前起落

MAYDAY是什么意思?

MAYDAY是国际通用的无线电通话遇难求救信号。1923年,英国一个机场要求无线电技术人员费德瑞克为所有机师和地勤工作人员设定一个紧急求救信号,因为当时航班多数往来巴黎,因此费德瑞克取了法文m'aider(救我)作为求救信号。而这个词的谐音英文单词即是“MAYDAY”。发出“MAYDAY”时必须连续呼叫三次(“MAYDAY,MAYDAY,MAYDAY”),以免误听,或被噪声盖过。“MAYDAY”作为呼救信号,其声音便于识别,很适合用于杂音较大的远距离无线电传播中。在民航界,飞行员大喊三声“MAYDAY”之后,说明机组已经遇到了十分危急的情况。

“风切变”是什么？

风切变的英文名叫作wind shear,意思就是风的突然改变。具体来说,就是在同一高度或不同高度短距离内风向和风速的变化。这种大气现象被称为“飞行杀手”,这是因为飞机靠相对空气运动产生的升力才能在天空中不坠落,而风切变就是支撑飞机的空气流动本身发生了剧变。同学们可以想一想,这时飞机还能平稳地飞行吗?如果你正在操场上跑得好好的,忽然一阵巨大的风袭来,你会怎么样呢,是不是也会打打晃?同样的,飞机遇上风切变,跟海上的航船遇到大风浪、操场上奔跑的我们遇到一阵大风,情况是相似的,就是飞机会突然失去平衡,升力会突然减小,飞机会骤然下降。

如果在巡航阶段发生风切变,一般情况下对飞行安全的影响并不是太大,因为这时飞机飞行高度会在7 000米～12 000米,由于风切变,下坠几十米甚至几百米对飞机来说并不成问题,只是会产生比较大的颠簸,引起乘客不适而已。此时,飞机会自动或飞行员手动调节至新的平衡状态,继续飞行。此外,在巡航阶段,飞机的飞行速度大约在800千米/时,一般的风切变速度远低于此时的飞行速度,不会对飞机造成太大的影响。当然,如果此时冒出一个时速超过飞机速度的“风切变”,那么飞机当然也会有危险。这种很猛烈的风切变很可能产生“晴空湍流”,因晴空湍流不伴有明显的天气现象,机载雷达难以探测,所以对飞行安全具有较大的威胁。

其实,我们说了,风切变会导致飞机升力减小、骤然下降,那么大家可能已经想到,对飞机来说风切变出现在什么时候最危险?没错,就是起飞和降落的阶段。因为这两个阶段飞机飞行的高度较低,骤然下降几十米甚至几百米后极有可能直接砸向地面。砸向地面的结果,轻则像首都航空JD5759航班这样,一些设备被损坏,更严重的很可能当场机毁人亡。

“风切变”从哪里来？

1 雷暴

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最容易产生风切变。因为雷雨中的下降气流到达地面后,会形成强烈的冷性气流向四处传播,有时可到达离雷暴云20千米以外的地方,再形成阵风锋区风切变。

2 锋面

在气象学中,冷气团主动向暖气团移动时产生的锋面称为冷锋,反之则称为暖锋。无论冷锋还是暖锋,在锋面两侧温差较大(≥5℃)或移动速度较快(≥55千米/时)的锋面附近容易产生较强的风切变。不过,这种天气的风切变一般来说其危害程度不如雷暴天气(强对流天气)的风切变。

3 辐射逆温型的低空急流

秋冬季晴朗的夜晚,强烈的地面辐射降温会形成低空逆温层,而在逆温层顶附近常有低空急流,逆温层阻挡了风速向下的动量传递,使地面风很弱,而且风向多变,这样就在地面附近与上层气流之间形成了较大的风切变。这类风切变强度较前两种通常更小些,而且比较有规律,一般秋冬季节较易发生。低空急流往往在日落以后开始形成,日出之前达到最强,日出后随逆温层的解体而消失,因此会对夜间和拂晓时分的飞行活动有一定的影响。

4 复杂的地形

当机场周围山脉较多或地形复杂时,较容易产生风切变。如在高山的背风面常会有冷空气滞留在平地上,若起降场地正好处在高山背风面时,当飞机从上空进入这种停滞的冷空气时,就会遇到严重的低空风切变。由地理、环境因素导致的风切变还会与当时的盛行风状况,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,可以说形成条件较为复杂,但总的来说,一般飞机在高度差较大的山地,面积较大的水域以及有高大建筑物的地方飞行时,会比较容易遭遇风切变,而且强度较大。

不同的“风切变”，不同的影响

风切变根据风场的空间结构不同,可以分为三种类型:垂直风切变,即在垂直方向上,一定距离(通常为30米)内两点之间的风向、风速的改变;水平风切变,即在水平方向上两点之间的风向、风速的改变;垂直风的水平切变,即上升或下降气流在水平方向上两点之间的改变,多发生在雷暴云当中。除此之外,根据风切变发生的高度还可以分为:高空风切变和低空风切变,出现在600米以下的即为低空风切变。我们之前已经讲到,相较于高空风切变,低空风切变危害更大。

除了以上三种类型外,风切变还有四种不同的表现形式,即顺风切变、逆风切变、侧风切变以及垂直风切变。当飞机进入顺风切变区时,空气流动速度会迅速降低,升力减小,导致飞机不能保持高度,骤然下降;若飞机进入逆风切变区,空气流动速度会迅速增大,升力增加,此时的飞机就会被迫抬升,偏离预定方向;若飞机遇到侧风切变,会导致飞机侧滑、滚转或偏离预定下滑方向;如果飞机遇到垂直风切变,飞机就有可能被垂直而来的风“拍”向地面。

从20世纪90年代开始,更强大的多普勒气象雷达以及机上风切变预警系统,已经让飞行员比以往更容易避开危险的风切变。然而,就像夏季的强对流天气这种难以预测的天气现象,预警系统也并不能保证万无一失,所以,飞行员的经验也是很重要的。其实,作为较常见且危险性高的天气现象,应对风切变一直是飞行员训练和半年一次的复训中的必考科目。对于飞行员来说,这种天气虽然堪称“杀手”,但他们也早已熟练掌握应对这个“杀手”的技巧。所以,同学们不必太害怕,相信经过多年专业训练的飞行员们一定会安全带领大家飞越天际的!