从青少年角度浅谈风切变现象

薛清文

（北京市第六十五中学 北京 100000）

一、事例一

根据首都航空官方微博信息：2018年8月28日8：17，首都航空 JD5759在执行北京首都——澳门（PEK-MFM）这一航线时，航班正常在北京首都起飞，在澳门机场降落时疑似遭遇风切变，机组判断可能起落架有损伤，并立即复飞并启动应急程序，决定备降深圳宝安。当天11：58，该航班安全降落在深圳宝安。

随后，深圳机场也通过官方微博发布消息，称 8月28日11：40，深圳机场运行指挥中心接空管塔台通报，首都航空北京首都—澳门的 JD5759航班因机械故障需备降深圳机场。深圳机场随即启动航空器突发事件应急处置预案。

根据当时深圳机场的通报可以得知，在此次事件中，有5 名旅客轻伤，其余旅客和机组均安全撤离。受此影响，深圳机场16/34 跑道于12：30 -15：30临时关闭。15：33 跑道运行正常。此外，因该事件影响，深圳机场部分航班有不同程度延误[1]。

二、事例二

从1964年到1985年，某国境内因为风切变共摔掉了26架民航客机，造成600多人丧生。

从上世纪90年代开始，更强大的机载和地面多普勒气象雷达，以及综合的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。自从这些技术普及后，因为风切变造成机毁人亡的事故已经从过去几乎年年发生，减少到十年一遇的水平。然而，就像夏季的强对流天气一样，小尺度的类似于“微下击暴流”的风切变，依然难以准确预测。

特别是夏季，强对流天气多发，机场有时候会在运行条件的边缘徘徊。就像澳门机场，实际整个珠三角都笼罩在一片雷雨区里。正常起降，会积累一定的安全风险。暂停起降，在日常的航班密度下，压力本身就很大再加上因为降落机场种种气象因素导致备降的情况出现时，这就考验着空管、机场、航空公司和飞行员四方面的能力和魄力。

通过对具体事例阅读，了解了关于风切变的具体现象后，接下来我将从青少年的角度浅谈对于风切变现象的认识。

首先我们需要知道“风切变”的定义是什么。其实风切变是指在高空中风力的矢量差。也就是说在相同高度或各个高度区间距离内，风速或风向所发生的改变。风切变可以影响航空器迎角与速度，从而影响航空器的升力，最终造成航空器的航径变化，下面三种情况会使得航径发生改变。

（1）顺风切变的变化是将航径降低；

（2）逆风切变的变化是将航径升高；

（3）侧风切变的变化是会产生偏航、侧滑、滚转等产生多种飞行过程中的安全问题。

其次我们再来了解一下风切变的成因和大致分类。

风切变一般是在以下三种情况出现时所产生的：

1.地球在大气运动过程中因自身改变而产生的。

强对流时产生的强烈锋面气候，辐射逆温型的低空急流气候。

2.由于不同的地域环境或是不同的地理因素引起的。

风切变的状况既与当时的盛行风力状况（方位和强弱）相关，也与山地地形的高低、复杂化发展程度，以及迎风背风的状况，航空器在海面的高低和飞行地点距海面的距离，以及建筑的高低、形状等因素相关。通常由于山地高度大，且水域面积大、构筑物高，不但易于形成强烈风切变，同时也可使其强度发生很大的变化。

3.有的时候是由于上述两种因素综合而成的。

在空中对于航空器威胁最大的是出现于近地层的风切变，正因如此人们将在高空500m以内，风速或风向在空中一定距离上所出现的改变叫做低空风切变，同时又将低空风切变细分成四类，分别是：①顺风的切割、②逆风的切离、③双侧风的切变、④垂直风向的切割；从风场情况进行分析，可以得知风切变的情况大致可以按以下形式进行描述：①水平风的垂直风切变、②水平风的水平风切变、③垂直风的水平风切变。有一点值得我们注意的是风切变可在周围空气的任意方位发生。

作为一名航空爱好者关注的重点自然也就是放在风切变对于航空器和机场的影响上了，首先我们先来说说风切变对于航空器的影响。

当航空器处于逆风状态时机长会为了增加其升力从而骤然大幅度地增加其空速，进而使航空器的飞行高度被迫上升，当下沉的气流出现时会使得航空器迎角度数增加，从而迫使其速度下降，并且改变了航空器的飞行路线和巡航高度，顺风的气流同样也是会降低航空器的空速，并减少其升力，从而使得航空器的飞行路线降低并且飞行速度减缓。晴空湍流、地形波和锋面有关的风切变现象往往会出现在较高空域的地方；而下击暴流则由于出现在近地附近（或者可以理解成处在进近模式时），所以往往会对空域安全形成很大的影响。飞行员关于风切变的天气报告应在位于机场标高不到FL10的空域，并且有大于20kts的风切变或500ft/min内的下滑气流或上升气流时，雷阵雨冷性外流气流的沙暴堤、雷阵雨云体下的雨幡、滚轴状云、飞行员可以在空中观察地面风力与地速变化和大风吹倒果树和农作物。处于进近状态时，机组可以透过对比高空的顶风或顺风份量和低空的顶风或顺风分量，了解潜在的低空风切变的大体力度。这一监测系统能够有效增强飞行员的意识。总的来说，及早地发现风切变有利于机组顺利航行或者是更快地规避存在的飞行隐患，当航空器出现了下面的误差时，机组就应该将其视为发生风切变的前兆：①当仪表指示速度变化差值大于15kts；②地速变化，当垂直速度变化量超过500ft/min；③俯仰姿态变化量超过5°；④下滑道偏移一个点；⑤航空器航向左（右）转向超过10°；⑥自动油门的出现状况或者是油门杆位置异常。

同时，机组可以通过使用可预测式风切变警告控制系统和反射式风切变警告控制系统，来增加机载系统对风切变的辨识率。大多数机型都可以使用wind shear 进行预警提示。风切变警示控制系统和航空器导航的速度基准系统模式是有关联的，所以可以理解成“风切变警示控制系统”和“飞机导航的速度基准系统模式”这二者共同构成了RWS（即：反应式风切变控制系统）。

为了让机组可以克服反应式风切变系统的缺陷，及时预警风力切变的活动，新一代天气雷达已具有监测航空器前方风力变化区域的能力。这种新型设备称之为PWS（即：预测式风切变系统）。这种新型预测系统（PWS）相比反应式风切变控制系统（RWS）要提早几分钟对机组进行风切变的预警提示。对于机场方面来说机载天气雷达和机载风切变的预警系统方面：部分机场已经装备了在中低空域强风切变预警系统（高度在FL180/18000英尺），并且配有多普勒气象雷达进行辅助预警。我认为标准的运行措施应当强调下列关于风切变的意识项目：①对于风切变的意识与规避：当机组正在执行进（离）场与进近/复飞的指令和进近的危险意识（例如：低空风切变等）；②对于风切变的确定：根据机组分配，以确保合理的交叉检查和配合，并且在PWS发出预警后要特别注意参数的误差是否存在数值异常的情况；在进近流程中的能量控制和管理；安全进近和进近关口的各要求；③风切变改出程序：及时提供并果断地处理反射式或预测型风切变询问及预警信号。

关于低空风切变的探测，低空状态下航空器一般是在执行进（离）场与进近/复飞的指令，正因如此飞行员的目视探测变得尤为重要，目视探测风切变现象应有以下十种方式进行探测；

①通过观察空中向不同方向移动的邻近云层；

②观察飑线前面的滚轴云（滚轴云可以按照它的字面进行描述，“滚轴”就是像管子形状一样的云彩，滚轴云的出现预示着暴风雨的到来，因为它这种下沉气流的威力是十分之巨大的，它不但能够袭击陆地表面而且所形成的强烈气流能够抵达非常远的距离）；

③风感探测的强地面阵风；

④机场跑道四周指示不同方向的风袋飘动情况（风袋就是常设在机场的指示风向和大致表示风速的装置；有风时风吹进袋内，风袋的锥底指示风的去向；布袋的倾角越小，表示风速越大；当风袋被风吹平时，风速大约为6m/s-10m/s左右）；

⑤观察处在对流云下方的下沉气流所扬起的微尘；

⑥在阵风锋里扬起的微尘（阵风锋就是当下沉冷气流作为一股冷空气的时候在近地面的底层由内向外扩展，与单体运动前方的暖湿气流交汇而形成飑锋）；

⑦雨幡，特别是伴随对流云的（雨幡就是雨滴在下落过程中由于不断蒸发，而在云层底部形成的丝缕状悬垂物）；

⑧标示驻波的荚状云（其荚状云经常会在湿润空气经过山脉上空时出现，如果空气在经过山脉上空时温度下降，空气中的水分就会凝结成荚状云）；

⑨漏斗云（在水龙卷或陆龙卷的涡旋中心形成的云，它本身具有迅速旋转的漏斗形结构，有时由于涡旋中心气压的降低，云可直接向下伸展至地面）；

⑩龙卷风

金城银行与圣弥厄尔教堂位于肥城路两端，相距不足300 m(图6)，分别采用正对对景和侧对对景进行设计.因彼此邻近，又通过对景与隔景结合的手法将它们联系起来.

下沉气流

下沉气流是因为大气层的结构不稳定从而引起的对流现象，在对流运动发生的过程中，和周围环境中大气所发生的热量、动量、质量（含水汽）进行了交换，因而改变了环境大气的状态。

因为我们不能完全依赖目视探测，所以也需要仪器探测来辅助飞行员对于风切变现象的发现与探测。

①可以通过低空风切变的警告系统进行探测；

②在终端区多普勒天气雷达可以对风切变进行探测；

③可以通过激光雷达来探测风切变现象；

④可以通过风廓线雷达来对风切变现象进行探测；

⑤可以通过集成式低空风切变告警系统进行风切变现象的探测。

下击暴流

下击暴流，是一种在雷暴云中发生的局部性强下沉气流，当该气流到达地面后会产生一股直线型大风，越接近地面风速会越大，最大地面风力可达十五级，可以完全将其概括成“突发”“局地”“小概率”“强对流”。

（1）空间尺寸特别小，用常规检测系统根本无法检测；

（2）风切变的生命史很短，一般将会在10分钟内达到最强；

（3）强度大；

（4）伴有或不伴有降水；

（5）常和强烈雷阵雨有关，但所有对流性云都可以形成微下击暴流；

关于飞行员报告风切变的情况：

在任何情形下，在经过风切变之后，每个当值机组都必须要把有关风切变问题的详细情况向ATC（空中交通管制）做出一个详尽的汇报，从而可以增强ATC（空中交通管制）对于该空域情况的掌握并且可以及时通知通过此空域的机组提前进行预见以便于机组提前做好准备，最大程度地将安全隐患降至最低。我认为在关于风切变的汇报过程中应该包含以下三类内容：

（1）ATC（空中交通管制）向该空域内或同航向的机组汇报信息。

（2）此次风切变强度。

对于飞行员而言，在空中航行过程中最常使用且最为依赖的便是雷达，同时雷达对于风切变现象预警与发现也有着重要的作用：①终端区多普勒天气雷达（TDWR）；②在晴空探测的条件下进行风切变探测时可以用激光雷达；③风廓线雷达。

关于风廓线雷达

①风廓线雷达可以提供高时空分辨率的探空资料；

②风廓线雷达可以探测和监视与低空急流有关的风切变；

③风廓线雷达可以探测地形诱导的风切变。

（3）此次风切变的垂直度数和水平位置。

写在最后：

对于一个国家来说，科技能够引领社会的进步，经济的发展，科技是立国之本，一个国家的科技发展程度直接决定了一个国家的强盛与否。

对于一个社会来说，科技发展推动了社会的前进和人类进步，如第一次工业革命中蒸汽将人类推进到了蒸汽时代；第二次工业革命中电力的应用使人类进入到电气时代：如电话，促进了人类电子通讯事业的发展，让人们的交流变得更加便捷，同时也促进了社会经济的发展；第三次科技革命中电子计算机的发明应用、信息技术的应用，使人类进入了信息时代。

对于一个中学生来说，可以通过这样一句话来概括：“科技点燃梦想，创新成就未来。”我们只有不断地进取，努力地创新，才能够通过自己的努力为国家的发展贡献出一份微薄之力。

结语

这篇文章虽然选题是我自己选择，但是具体的写作过程中，王慧老师多次为我解答疑问，帮助我开拓研究的思路，在此对王慧老师深表感谢。