大风天气对飞行的影响及应对措施研究——以内蒙古地区乌兰察布机场为例

张 序

（中国国际航空股份有限公司运行控制中心西南分控中心，四川 成都 610225）

内蒙古自治区的乌兰察布位于内蒙古中部地区，具有温带大陆性季风气候的特点[1]。受地势地貌、大气环流、温度、湿度等一系列因素影响，该区域常产生大风等恶劣天气，对飞行安全造成影响。近年来随着乌兰察布集宁机场（IATA: UCB；ICAO: ZBUC，简称：乌兰察布机场）航班量的不断增加，对安全飞行的要求也越来越高。对乌兰察布机场大风特征展开研究，对安全飞行的意义重大。

1 国内外研究现状

大风天气是影响飞行安全的恶劣天气因素之一，对大风天气的研究历来是民航业学者的重点工作，很多学者在前期对机场区域内大风出现的过程和发展趋势做过研究[2-4]，也有学者针对大风等机场天气特点从新建机场的选址需求展开分析研究[5]。马清霞、高晶[6]等专家的研究表明，东亚冬季风是气象系统的重要组成成员，在临近冬季的时候常常会因为阿留申低压与西伯利亚高压两个气压团的相互作用，从而产生西北风，即冬季风，东亚冬季风偏强是内蒙古地区冬季气温偏低的主要原因之一；Matthew B. Vallis等[7]对环流影响的研究表明，西伯利亚高压是在海陆热力差异作用下导致的反气旋环流现象。西伯利亚高压还是亚洲季风环流的重要组成部分，冬季盛行加强，夏季逐渐消失，它也是影响亚洲大陆冬季气候的重要环流因子之一。但前期的文献中针对内蒙古区域，特别是乌兰察布等旅游区域恶劣天气下航班安全飞行的研究还偏少，因此课题组以乌兰察布机场的大风天气为例，挖掘出内蒙古区域大风天气条件与航班安全飞行的关系，提高大风天气对航班延误影响的可预测性，降低大风天气对航班延误影响的不确定性，以期为乌兰察布机场航班运行各部门的决策提供参考依据。

2 本课题研究样本简介

乌兰察布机场跑道号码为09号和27号（见表1），机场可用起飞滑跑距离为3200 m，跑道路面为水泥混凝土，机场属于中温带大陆性季风气候，月平均温度四季分明（图1），年平均风速为3.3 m/s，全年以西北、西、北风为主，最大风出现在3月，可以达到18 m/s（表2），年平均降水量349.8 mm，雷暴多发生在6至8月，年平均雷暴日数35.4天，能见度小于1000 m的天数年平均为0.3天，能见度在1000～10000 m间的天数年平均为4.3天，其余时间都在10000 m以上。本课题中所用的时间，除特别说明外，均为协调世界时。

表1 乌兰察布机场的物理特性

表2 乌兰察布机场日平均风速（以2021年3月29日为例）

图1 乌兰察布机场月平均最高温度和最低温度

3 大风天气的定义及形成原因

在日常生活中我们常常可以感受到风的存在，它是一种普遍的天气现象，风力变大的时候，甚至可能会对我们生存的家园产生非常强的破坏力，如摧残树木，损坏门窗。若风量足够大，所形成的气压差足够大或形成更强的对流，也将形成更加有破坏力的风，即龙卷风、飓风等，所以，需要对大风天气及其发展趋势有准确的判断，才能确保飞行安全。

3.1 大风天气的定义

风从概念上讲是指空气运动在水平方向上的分量，主要包含方向与大小，也可以称之为风向与风速。我们民航业给予风的定义还包含在垂直方向上的分量，也就是通常所说的垂直或升降气流。通常我们将风的等级共划分为18级，从小到大依次不等，生活当中6～7级的风已经会给人们的出行带来不便，但是对于民航业来说，风的等级划分更为严谨，我们将10.8～13.8 m/s的风定义为强风，它对飞行的安全已经造成影响。而单一的风并不是影响飞行安全的主要因素，大风天气时常还会伴随着一些恶劣的天气现象一同出现，例如雷暴、暴雨、冰雹等灾害性天气。在内蒙古地区大风主要体现为阵风，阵风持续的时间不等，有时发生突然，短的持续几分钟，长的时候甚至会持续几个小时，并且覆盖范围很广，严重时破坏力惊人，对人类生命和财产安全产生危害。

3.2 大风天气的形成原因

空气在地球上是时刻流动的，风的形成主要受到地面辐射、水平气压梯度力以及地转偏向力的影响。

3.2.1 地面辐射因素

地面辐射因素主要是太阳光照射地面，地面吸收太阳辐射，温度上升，导致地面与大气之间有温度差，地面不断向大气释放热量，加热空气，当近地面的空气从地表接收足够多的热量就会膨胀，空气会不断上升，产生一股上升气流，空气密度减小，处于一个不稳定的状态[8]，当气流上升到一定高度时，空气所携带的热量不足，遇到冷空气使空气温度降低，气流不断下降，当气流下降到近地面时又会受到地面辐射的影响，加热并上升运动，这种持续不断的上升和下降运动形成了垂直空间内的运动，也就是我们常说的“热空气上升，冷空气下降”。

3.2.2 水平气压梯度力和地转偏向力因素

在水平空间内，由于大气压之间会有压力差，产生使大气由高气压流向低气压的力，这种力叫作水平气压梯度力，于是水平方向的风就形成了。可见，水平气压梯度力是形成风的直接原因。与此同时地球的自转偏向力也是影响风形成的另一个因素，当地球在自转的时候，可以产生一种水平方向的力，而这种力可以使大气在北半球向左偏转，南半球相反。风的形成主要是这两个力共同作用的结果。

3.2.3 乌兰察布地区形成风的原因

乌兰察布机场全年以偏西风为主，春季相对多为偏北大风和低压大风，地面受到太阳辐射吸收热量较多，释放到大气中，同时高空温度低，气流下沉被重新加热上升，会产生较为强烈的垂直气流运动，形成明显的地面与大气的温度差，这成为大风形成的重要条件。乌兰察布的夏季和秋季由于气压梯度力的影响也会出现偏南风和偏东风，但风速普遍相对较小。冬季冷锋过后气温降低，水平气压梯度力明显增加，加上地球自转偏向力的叠加，从而导致乌兰察布在该季节容易出现西北偏北的大风天气，风速偏大，最大风速在20～25 m/s，对飞行安全的影响就比较明显了。

4 大风天气对飞行安全的影响

大风对飞行的影响主要体现在两个方面，一是稳定大风对飞行的影响，二是阵风形成的风切变对飞行的影响，特别是乌兰察布阿尔泰山山脉和位于内蒙古中部的阴山山脉皆呈准东西向分布，两条山脉之间的狭长地带使近地面风形成“峡谷气流”，同时山脉的阻挡作用迫使气流沿山壁绕流，导致近地面气流加强，形成地面大风，因此内蒙古西、中部地区易出现大风。而乌兰察布市刚好位于内蒙古中部略偏西的位置，这样的地形条件容易形成大阵风天气，大阵风天气条件下就容易导致风切变的发生。

4.1 稳定风对巡航飞行的影响

飞机不论在低空或高空飞行都会受到风的影响而改变飞机的性能。在每一次的飞行准备前，每个航班都会结合当天的气象信息，规划出一条属于自己的最经济、最安全的航行路线及航行高度层，在每一个高度层风的风量是不同的，方向也是不同的，有的是顺风，有的则是逆风。顺风相对于逆风可以提高航班的经济性，节省燃油和飞行时间。飞行中，若遇到较大逆风情况会大大增加飞行的时间和油耗，所以我们在地面准备过程中应该提前查明天气情况，确保油量充足，避免油量不足的事情发生。但当遇到较大顺风天气时，应在飞行中控制发动机转速，避免发动机转速过快导致发动机着火等事故发生。

4.2 风切变对巡航飞行的影响

风切变指的是风速和风向的突然改变，在航空领域它一直是一个科学难题，受多种因素影响，有时伴随着恶劣天气现象产生，有时根据地形特点产生，不易探查，具有难以预测、时间短、范围小的特点。它有时会伴随着特殊的天气现象如荚状云、山帽云等，代表着该地有强烈的垂直气流运动，飞行员对此需要加以小心。风切变分为顺风切变、逆风切变、侧风切变及垂直风切变4类。顺风切变是指飞机顺风飞行时风速增大或者飞机逆风飞行时风速减小。当飞机从逆风区进入顺风或静风区时亦为顺风切变。顺风切变会对飞行产生不良影响，导致飞机空速减小，升力降低，飞机会产生下沉趋势，是一种较危险的风切变。逆风切变是指当飞机逆风飞行时风速突然增大或者顺风飞行时风速突然减小，以及飞机从顺风区进入无风或逆风区。当飞机在逆风切变条件下飞行时，升力会增加，使飞机产生抬头趋势，高度会升高，相对于顺风切变来说，危害不会特别严重。侧风切变是当飞机在侧风条件或者无风条件下飞行时，进入另一种明显不同的侧风状态。侧风切变容易导致飞机发生侧滑、滚转或偏航，若飞行员没有注意从而偏离预定的航线，会使航程大大增加，产生更多的油耗，不利于巡航的经济性。垂直风切变是指飞机从无风区域进入高强度垂直风区域时，飞机在垂直空间内受到的影响。由于内蒙古地区地形多山脉丘陵的特点，垂直风切变受地形因素影响较为严重，飞机靠近山地飞行，在大气不稳定的情况下很容易被山地周围的风切变所干扰，由于山脉干扰了气流的流动为风切变提供了助力，垂直风切变极难被预测。由于靠近山地，飞行的高度与空速极为重要，垂直风切变很容易突然之间改变飞机的高度，使飞机瞬间下坠，对航空活动造成危险。若机场周围有山地，或一些较高的建筑物阻碍气流流动，会在机场近地面形成瞬时且强烈的垂直风切变，尤其对起飞和着陆阶段产生很大的影响，严重时甚至可能引发事故，这主要取决于飞机的飞行高度和风切变的强度。

4.3 低空风切变对起飞着陆阶段的影响

低空风切变一般是指近地面600 m以下的风切变。低空风切变对飞机起飞和着陆造成的主要影响有：改变飞机航迹；影响飞机稳定性和操作性；影响某些仪表的准确性。低空风切变难以预测，会给飞机的起飞、降落阶段带来不小的危害，飞行员稍有不慎就会造成飞行事故的发生。低空风切变需要在一定的天气条件下形成，经常会伴随雷暴、积雨云、龙卷风等较强对流天气系统，可以产生强烈的下击暴流。下击暴流同时可分为垂直分量和水平分量，它们也就是垂直风切变和水平风切变的来源。低空垂直风切变是最危险的一种，经常伴随着雷暴天气，当飞机在下击暴流的正下方时，会受到一股很强的向下的冲力，使飞机急速下降，若在低空时容易造成飞行事故。飞机在着陆阶段进入顺风切变，会因低空顺风切变导致飞机突然下沉，由于升力下降，空速减小，所以飞行员应该在调节油门的同时增大空速，使飞机重新获得升力，保证平稳的下降率。同时低空顺风切变还会导致飞机着陆距离增大，刹车距离增大，甚至会有冲出跑道的危险。在飞行当中，飞机在起飞着陆阶段，受到较强逆风切变影响时，飞机会被逆风切变突然吹起，由于相对风速增大，升力增加，产生一个瞬时的抬头趋势，易导致飞机失速。低空侧风切变同样会产生重要的影响，突然的侧风会将飞机吹离航道，偏离跑道，使飞机侧滑，阻力增大造成升力减小、空速减小的现象，容易造成飞机侧轮接地，磨损轮胎，甚至折断起落架。

5 大风天气下飞行安全的应对措施

在我们日常飞行当中，除了航线规划时尽量避免在山地、丘陵等崎岖地形上空飞行，避开地形导致的湍流造成颠簸的情况，因为在颠簸中操控机动动作会导致阻力增大、空速降低，很容易造成飞机失速。同时，在每一次的飞行准备过程中飞行员要仔细查询天气状况以及相应的气象资料，确保所要飞行的高度层和地区的天气条件在安全的范围内，相关人员应按照飞行的整个环节，特别是着陆期间的要求，从严格规章制度、完善进近准备、牢固树立稳定进近意识、扎实的拉平与着陆技术和果断复飞决策五个方面展开。

5.1 严格规章制度

严格按照行业规章来执行操作既是飞行安全的基本要求，更是作为红线、准线、底线筑牢飞行安全基石，因此，无论是执行飞行任务的机组还是签派放行工作的飞行签派员，首先就是要严格“按章办事”。从1972年9月8日为贯彻落实飞行规则和有关规定，正确处理飞行中遇到的各种情况而提出的“八该一反对”[9]，到2020年4月民航局对“三个敬畏”的诠释[10]，都是对规章严格要求的体现，所以，如何加强行业从业人员对规章的执行力是民航业的首要任务，不可抱有冲动心理、盲目心理和侥幸心理。

5.2 完善进近准备

进近过程的准备优劣直接关系到大风条件下飞机着陆的质量和飞行安全，飞机的进近过程越稳定，在大风条件下的飞行越安全，因此，在大风背景下适当增加进近速度对飞行的稳定有较好的效果。机组采用合力的襟翼着陆形态开始进近，这样有利于飞机在大侧风状态安全着陆，避免小速度条件下的低能量引发撞地，但如果襟翼处于光洁形态，又会造成进近速度过大，着陆过程容易平飘过长或着陆跳跃，此时客舱乘务员应及时提示旅客做好松散物品的固定。

5.3 牢固树立稳定进近意识

在进近过程中要做到稳定进近需要树立六个方面的意识，如：稳定的航道跟踪或着陆航向、稳定的下滑道跟踪或下降率、稳定的目标速度、稳定的着陆形态、稳定的安定面配平和稳定的发动机功率，这六个稳定总结来说就是机组良好的心理素质、柔和的操作过程和平稳的飞行过程，建议机组在仪表规则进近在1000 ft时，目视规则进近在500 ft前建立稳定进近，否则及时复飞。

5.4 扎实的拉平与着陆技术

飞行员首先要保持航迹稳定，大风及乱流导致航迹不停变化时，对风的影响要及时、准确地判断与修正，首先重点关注五边飞行时飞机发动机基本转速、飞机五边的基准姿态、飞机进近速度趋势、飞机下降率的控制和稳定下滑点控制。其次，在最后进近阶段，特别是侧风条件下，飞行员应使用偏航法进近直到拉平阶段，进近过程中要保持机翼水平，飞机在跑道中心线的延长线上。第三，在拉平阶段的横测和方向控制的目标是将飞机落在跑道中线上，确保接地时飞机主起落架横向载荷最小，如飞机一直未能处于正确位置上，飞行员应果断复飞，一旦主轮安全接地，要尽快轻放前轮。飞机在较大的顺、逆、侧风时，飞行员要时刻关注周围的环境以及空速表的指数，确保空速表的数值在安全的范围中，防止出现飞机速度超过机体所能承受的速度造成机身损坏，或者低于临界速度造成飞机失速的危险情况。

5.5 果断复飞决策

复飞的果断决策可以说是安全飞行的最后一道防线，因此，决定复飞的时机是关键，一般在持续不稳定进近、大侧风条件下拉平高度高且持续时间长、接地跳跃后超过固定值和其他可能影响安全着陆的条件都是机组果断复飞的决断时机。

6 结论和展望

大风天气给飞行带来的影响主要体现在风切变的突发性、难以预测以及危害性大的方面。对于飞行的起飞着陆阶段有着较大的危害,飞行员需要时刻保持警惕。大风天气造成的不稳定大气状态对飞行的影响很严重，但是，飞行员良好的心理素质和优秀的驾驶技术是确保安全飞行的基础。作为运行控制人员，在每一次签派放行前要仔细查询天气状况以及相应的气象资料，对机组做准确详细的放行讲解，让机组在飞行前做到“心中有数”。伴随大风天气，易出现浮尘、扬沙或沙暴天气，不但对能见度造成影响，甚至对发动机造成损伤，在该背景下的安全飞行是课题组下一阶段的研究目标。