淺析低空風切變及其影響

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摘 要：該文闡述了產生低空風切變的天氣條件等基本知識，詳細探討低空風切變對起飛、著陸的影響和判別方法，簡單介紹了處置低空風切變的方法。近年來中國經濟增長勢頭迅猛，民航業隨之發展迅速，運輸量、航班量屢創新高。隨之而來的是起飛、著陸時發生的安全問題越來越多，低空風切變是引起這些問題的主要原因之一，其具有時間短、強度大、尺度大、發生突然等主要特點，從目前的情況看，想要準確的探測和預報還很困難。因此，該文淺析低空風切變的有關知識，討論如何有效規避低空風切變，使它對航空器飛行的影響變得最小。

關鍵詞：低空風切變 影響 判定

中圖分類號：V328.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（a）-0198-02

1 風切變的定義

風切變指的是空間中兩點之間風的矢量差，即在同一高度或不同高度短距離內風向和（或）風速的變化。風切變可能發生在任何高度上，對航空器飛行影響最大的是發生在近地面層的風切變，發生在600 m高度以下的平均風矢量在空間兩點之間的差值，我們稱之為低空風切變[2]。

風切邊根據航空器的運動相對于風矢量之間的不同情況，分為以下四種形式，即：

（1）順風切變。

指的是水平風的變量對航空器來講是順風。例如，航空器由逆風區進入順風區，由小順風區進入大順風區，由大逆風區進入小逆風區等，都屬于順風切變。順風切變使得航空器的空速突然減小，升力也隨之下降，航空器下沉，危害較大。

（2）逆風切變。

指的是水平風的變量對航空器來講是逆風。例如，航空器由小逆風區進入大逆風區，由大順風區進入小順風區，由順風區進入逆風區等，都屬于逆風切變。逆風切變使得航空器空速突然增大，升力也隨之增大，航空器抬升，危害相對較小。

（3）側風切變。

指的是航空器從無側風或一種側風的狀態進入另一種明顯不同的側風狀態，這種形式的風切變使得航空器發生側滑、滾轉或偏轉。

（4）垂直風切變。

指的是航空器從無明顯的升降氣流區域突然進入到強烈的升降氣流區域的情形，特別是猝發的，強烈的下降氣流，使得航空器突然下沉，危害很大。對起飛，著陸構成嚴重威脅的尤其以雷暴云下的下沖氣流為甚，這種情況，在下沖氣流強度較大時形成下擊暴流[1]。而且下沖氣流中不僅有強烈的垂直風切變，還有明顯的水平風切變，常常會帶來較為嚴重的后果。

2 低空風切變對航空器起飛及著陸的影響

低空風切變對航空器起飛、著陸的主要影響有以下幾點：改變飛機航跡；影響某些儀表的準確性；影響飛機的穩定性和操縱性。這些都會給航空器的操縱帶來困難，嚴重影響安全。這里我們重點討論各種類型低空風切變對航空器著陸產生的影響。

2.1 順風切變對航空器著陸的影響

航空器在著陸過程中進入順風切變區域時（例如從逆風突然轉為無風或順風，或者從強逆風突然轉為弱逆風），指示空速會迅速降低，升力隨之明顯減小，從而使得航空器不能保持應有的下滑曲線而掉高度。此時的修正動作是加油門，帶桿使航空器增速，減小下降率，回到下滑曲線上后再穩桿，收油門以重新建立下滑姿態。但如果順風切變的高度很低，飛行員來不及及時修正，將會造成大的偏差。

2.2 逆風切變對航空器著陸的影響

航空器著陸過程中進入逆風切變區域時（例如從順風突然轉為無風或逆風，或者從強順風突然轉為弱順風），指示空速會迅速增大，升力隨之明顯增加，航空器被抬升，高于正常的下滑曲線。此時的修正動作是收油門松桿，使航空器減速，增加下降率，回到下滑曲線上后再加油門帶桿以重新建立下滑姿態。

2.3 側風切變對航空器著陸的影響

航空器在著陸過程中遭遇側風切變，會產生側滑，帶坡度，使航空器偏離航向道，造成橫側向的偏差。

2.4 垂直風切變對航空器著陸的影響

當航空器在著陸過程中遭遇上升或下降氣流時，其升力會發生改變，從而使得下降率改變。垂直風切變對航空器著陸危害巨大，在雷暴云下進近著陸過程中遇到嚴重的下降氣流時，飛行員能做的就是復飛。

3 低空風切變的判定

低空風切變是難以抗拒的，免受其害的最好方法就是避開它。及時、有效地判斷低空風切變的存在、強度和類型是飛行人員必須了解和掌握的技能。就目前而言其判斷方法有以下三種：

3.1 目視判別法

（1）雷暴冷性外流氣流的沙暴堤。

雷暴冷性外流氣流前緣的強勁氣流會將地面上的塵土吹起相當的高度，并隨著氣流快速移動，形成沙暴堤。它往往能顯現出外流氣流的范圍和高度，其高度越高，外流氣流的強度就越大。一旦觀察到這種沙暴堤就應提高警惕并立即采取措施，因為緊跟在沙暴堤之后的就是強烈的風切變[3]。

（2）雷暴云下的雨幡。

雷暴云下的雨幡是強烈下降氣流的重要征兆。雨幡的形狀越大，下垂高度越低，色澤越暗，則風切變和下擊暴流也越強。在雨幡周圍一到兩公里范圍內，風場都比較復雜，常存在較強的風切變[2]。所以，在進近著陸過程中要與雨幡保持一定的距離，切記不可穿越。

（3）滾軸狀云。

在強冷鋒型和雷暴型風切變中，強烈的冷性外流往往有明顯的渦旋運動結構，并伴有低空滾軸狀云。這種云的出現，預示著有強烈的低空風切變。

（4）倒伏的莊稼和樹林。

下擊暴流和強風所吹倒的莊稼和樹林會顯現出氣流的流動狀況。

3.2 座艙儀表判別法

（1）空速表。

當航空器遇到風切變時空速表指示一般會發生急劇的變化。因此一旦發現空速表的異常指示，應立即警惕風切變的危害。波音公司規定，如果空速表指示突然改變15—20海里/h，應中斷起飛或不作進近著陸。

（2）高度表和升降速率表。

當高度表大幅偏離正常值，升降速率表出現明顯的下降率增大的情況時，航空器很可能遭遇了風切變或下擊暴流，機組應充分注意。根據波音公司的建議，如果下降率短時變化達到每分鐘500英尺，即認為遭遇強風切變，應立即復飛。

（3）俯仰姿態指示器。

風切變會瞬間改變飛機的俯仰姿態，以B737飛機為例，正常的著陸下滑角為3°，對應的姿態角在+2°左右，如果姿態角突然發生超過5°的改變時，即應該認為遭遇強風切變，應中止進近，立即復飛。

（4）利用機載專用設備探測風切變。

目前機載設備不斷完善升級，普遍裝備航空器的已經有增強型近地警告系統（EGPWS）的風切變警告和氣象雷達（WXR）的前視風切變（PWS）探測。機組應熟知相應系統的使用方法和警告信息內容。

近地警告系統的風切變警告是進入式風切變警告，即航空器正進入風切變氣流區域，其探測原理主要是利用空速，無線電高度等大氣數據的變化，來判斷是否進入了風切變區域，結合航空器姿態構型發出警告信息。主要的警告信息是視覺和聽覺的“WINDSHEAR、WINDSHEAR”（風切變、風切變）[4]。

氣象雷達系統的風切變警告是前視風切變警告，在飛機的起飛和進近階段自動起作用。探測原理是多普勒頻移現象，以氣象雷達向前方發射的射頻雷達波來探測飛機前方的氣象條件，根據反射回波的頻移判斷前方是否有風切變氣流，主要警告是聽覺的“WINDSHEAR AHEAD、 WINDSHEAR AHEAD（前方風切變、前方風切變）；GO AROUND WINDSHEAR AHEAD（復飛、前方風切變）；MONITOR RADAR DISPLAY（監控雷達顯示）”，視覺信息主要為顯示“WINDSHEAR（風切變）”[4]。

4 低空風切變的處置方法

（1）要有思想準備。起飛之前，機組人員應認真詳細的了解和研究天氣預報和天氣實況報告，對飛行中可能會遇到的風切變提高警惕。不能存在僥幸心理，不要有意識的穿過嚴重的風切變或者強下降氣流區域，特別是當飛行高度低于200米或一臺發動機失效的時候。

（2）起飛、著陸過程中與雷暴云和大的降水區保持適當距離。在雷暴云逼近機場15海里范圍內時，應警惕風切變的出現；當雷雨在著陸航道5公里和復飛航道3公里時，考慮中止進近著陸[3]。

（3）一旦遇到風切變，應立即改出。以B737飛機為例，應脫開自動駕駛，按壓任一TO/GA電門，迅速加油門至最大推力，柔和的操縱航空器俯仰，改平機翼并抬機頭至俯仰角15°或起始抖振的上仰極限，必要時可以保持間歇性抖桿狀態，但要防止過量而導致真正的失速。脫離風切變區域前不要改變起落架或襟翼形態，不要試圖重新獲取失去的空速，對航空器的垂直速度和高度進行監控。當遭遇風切變并改出后，應將風切變的區域、強度、高度等信息及時報告空管部門，以免其它航空器誤入其中。

（4）在模擬機訓練中，加強機組正確應對和處置各種風切變的能力。雖然低空風切變對航空器的飛行危害巨大，但是我們通過研究能夠對其增加了解，可以判明它的類型，位置，強度。只要合理利用知識，正確使用機載設備，熟練掌握操作技巧，就能把風切變的不利影響降低到最小。

參考文獻

[1] 藤田（美）.《下擊暴流》[M].北京：氣象出版社，1981.

[2] 譚壁光.《航空氣象學》 [M].北京：中國民航飛行學院，1993.

[3] 王學永.《低空風切變與飛行》[M].北京：空軍第七研究所，1985.

[4] 何曉薇.《航空電子設備》[M].成都：西南交大出版社，2002.