大風天氣對飛行的影響及應對措施研究
——以內蒙古地區烏蘭察布機場為例

張 序

（中國國際航空股份有限公司運行控制中心西南分控中心，四川 成都 610225）

內蒙古自治區的烏蘭察布位于內蒙古中部地區，具有溫帶大陸性季風氣候的特點[1]。受地勢地貌、大氣環流、溫度、濕度等一系列因素影響，該區域常產生大風等惡劣天氣，對飛行安全造成影響。近年來隨著烏蘭察布集寧機場（IATA: UCB；ICAO: ZBUC，簡稱：烏蘭察布機場）航班量的不斷增加，對安全飛行的要求也越來越高。對烏蘭察布機場大風特征展開研究，對安全飛行的意義重大。

1 國內外研究現狀

大風天氣是影響飛行安全的惡劣天氣因素之一，對大風天氣的研究歷來是民航業學者的重點工作，很多學者在前期對機場區域內大風出現的過程和發展趨勢做過研究[2-4]，也有學者針對大風等機場天氣特點從新建機場的選址需求展開分析研究[5]。馬清霞、高晶[6]等專家的研究表明，東亞冬季風是氣象系統的重要組成成員，在臨近冬季的時候常常會因為阿留申低壓與西伯利亞高壓兩個氣壓團的相互作用，從而產生西北風，即冬季風，東亞冬季風偏強是內蒙古地區冬季氣溫偏低的主要原因之一；Matthew B. Vallis等[7]對環流影響的研究表明，西伯利亞高壓是在海陸熱力差異作用下導致的反氣旋環流現象。西伯利亞高壓還是亞洲季風環流的重要組成部分，冬季盛行加強，夏季逐漸消失，它也是影響亞洲大陸冬季氣候的重要環流因子之一。但前期的文獻中針對內蒙古區域，特別是烏蘭察布等旅游區域惡劣天氣下航班安全飛行的研究還偏少，因此課題組以烏蘭察布機場的大風天氣為例，挖掘出內蒙古區域大風天氣條件與航班安全飛行的關系，提高大風天氣對航班延誤影響的可預測性，降低大風天氣對航班延誤影響的不確定性，以期為烏蘭察布機場航班運行各部門的決策提供參考依據。

2 本課題研究樣本簡介

烏蘭察布機場跑道號碼為09號和27號（見表1），機場可用起飛滑跑距離為3200 m，跑道路面為水泥混凝土，機場屬于中溫帶大陸性季風氣候，月平均溫度四季分明（圖1），年平均風速為3.3 m/s，全年以西北、西、北風為主，最大風出現在3月，可以達到18 m/s（表2），年平均降水量349.8 mm，雷暴多發生在6至8月，年平均雷暴日數35.4天，能見度小于1000 m的天數年平均為0.3天，能見度在1000～10000 m間的天數年平均為4.3天，其余時間都在10000 m以上。本課題中所用的時間，除特別說明外，均為協調世界時。

表1 烏蘭察布機場的物理特性

表2 烏蘭察布機場日平均風速（以2021年3月29日為例）

圖1 烏蘭察布機場月平均最高溫度和最低溫度

3 大風天氣的定義及形成原因

在日常生活中我們常常可以感受到風的存在，它是一種普遍的天氣現象，風力變大的時候，甚至可能會對我們生存的家園產生非常強的破壞力，如摧殘樹木，損壞門窗。若風量足夠大，所形成的氣壓差足夠大或形成更強的對流，也將形成更加有破壞力的風，即龍卷風、颶風等，所以，需要對大風天氣及其發展趨勢有準確的判斷，才能確保飛行安全。

3.1 大風天氣的定義

風從概念上講是指空氣運動在水平方向上的分量，主要包含方向與大小，也可以稱之為風向與風速。我們民航業給予風的定義還包含在垂直方向上的分量，也就是通常所說的垂直或升降氣流。通常我們將風的等級共劃分為18級，從小到大依次不等，生活當中6～7級的風已經會給人們的出行帶來不便，但是對于民航業來說，風的等級劃分更為嚴謹，我們將10.8～13.8 m/s的風定義為強風，它對飛行的安全已經造成影響。而單一的風并不是影響飛行安全的主要因素，大風天氣時常還會伴隨著一些惡劣的天氣現象一同出現，例如雷暴、暴雨、冰雹等災害性天氣。在內蒙古地區大風主要體現為陣風，陣風持續的時間不等，有時發生突然，短的持續幾分鐘，長的時候甚至會持續幾個小時，并且覆蓋范圍很廣，嚴重時破壞力驚人，對人類生命和財產安全產生危害。

3.2 大風天氣的形成原因

空氣在地球上是時刻流動的，風的形成主要受到地面輻射、水平氣壓梯度力以及地轉偏向力的影響。

3.2.1 地面輻射因素

地面輻射因素主要是太陽光照射地面，地面吸收太陽輻射，溫度上升，導致地面與大氣之間有溫度差，地面不斷向大氣釋放熱量，加熱空氣，當近地面的空氣從地表接收足夠多的熱量就會膨脹，空氣會不斷上升，產生一股上升氣流，空氣密度減小，處于一個不穩定的狀態[8]，當氣流上升到一定高度時，空氣所攜帶的熱量不足，遇到冷空氣使空氣溫度降低，氣流不斷下降，當氣流下降到近地面時又會受到地面輻射的影響，加熱并上升運動，這種持續不斷的上升和下降運動形成了垂直空間內的運動，也就是我們常說的“熱空氣上升，冷空氣下降”。

3.2.2 水平氣壓梯度力和地轉偏向力因素

在水平空間內，由于大氣壓之間會有壓力差，產生使大氣由高氣壓流向低氣壓的力，這種力叫作水平氣壓梯度力，于是水平方向的風就形成了。可見，水平氣壓梯度力是形成風的直接原因。與此同時地球的自轉偏向力也是影響風形成的另一個因素，當地球在自轉的時候，可以產生一種水平方向的力，而這種力可以使大氣在北半球向左偏轉，南半球相反。風的形成主要是這兩個力共同作用的結果。

3.2.3 烏蘭察布地區形成風的原因

烏蘭察布機場全年以偏西風為主，春季相對多為偏北大風和低壓大風，地面受到太陽輻射吸收熱量較多，釋放到大氣中，同時高空溫度低，氣流下沉被重新加熱上升，會產生較為強烈的垂直氣流運動，形成明顯的地面與大氣的溫度差，這成為大風形成的重要條件。烏蘭察布的夏季和秋季由于氣壓梯度力的影響也會出現偏南風和偏東風，但風速普遍相對較小。冬季冷鋒過后氣溫降低，水平氣壓梯度力明顯增加，加上地球自轉偏向力的疊加，從而導致烏蘭察布在該季節容易出現西北偏北的大風天氣，風速偏大，最大風速在20～25 m/s，對飛行安全的影響就比較明顯了。

4 大風天氣對飛行安全的影響

大風對飛行的影響主要體現在兩個方面，一是穩定大風對飛行的影響，二是陣風形成的風切變對飛行的影響，特別是烏蘭察布阿爾泰山山脈和位于內蒙古中部的陰山山脈皆呈準東西向分布，兩條山脈之間的狹長地帶使近地面風形成“峽谷氣流”，同時山脈的阻擋作用迫使氣流沿山壁繞流，導致近地面氣流加強，形成地面大風，因此內蒙古西、中部地區易出現大風。而烏蘭察布市剛好位于內蒙古中部略偏西的位置，這樣的地形條件容易形成大陣風天氣，大陣風天氣條件下就容易導致風切變的發生。

4.1 穩定風對巡航飛行的影響

飛機不論在低空或高空飛行都會受到風的影響而改變飛機的性能。在每一次的飛行準備前，每個航班都會結合當天的氣象信息，規劃出一條屬于自己的最經濟、最安全的航行路線及航行高度層，在每一個高度層風的風量是不同的，方向也是不同的，有的是順風，有的則是逆風。順風相對于逆風可以提高航班的經濟性，節省燃油和飛行時間。飛行中，若遇到較大逆風情況會大大增加飛行的時間和油耗，所以我們在地面準備過程中應該提前查明天氣情況，確保油量充足，避免油量不足的事情發生。但當遇到較大順風天氣時，應在飛行中控制發動機轉速，避免發動機轉速過快導致發動機著火等事故發生。

4.2 風切變對巡航飛行的影響

風切變指的是風速和風向的突然改變，在航空領域它一直是一個科學難題，受多種因素影響，有時伴隨著惡劣天氣現象產生，有時根據地形特點產生，不易探查，具有難以預測、時間短、范圍小的特點。它有時會伴隨著特殊的天氣現象如莢狀云、山帽云等，代表著該地有強烈的垂直氣流運動，飛行員對此需要加以小心。風切變分為順風切變、逆風切變、側風切變及垂直風切變4類。順風切變是指飛機順風飛行時風速增大或者飛機逆風飛行時風速減小。當飛機從逆風區進入順風或靜風區時亦為順風切變。順風切變會對飛行產生不良影響，導致飛機空速減小，升力降低，飛機會產生下沉趨勢，是一種較危險的風切變。逆風切變是指當飛機逆風飛行時風速突然增大或者順風飛行時風速突然減小，以及飛機從順風區進入無風或逆風區。當飛機在逆風切變條件下飛行時，升力會增加，使飛機產生抬頭趨勢，高度會升高，相對于順風切變來說，危害不會特別嚴重。側風切變是當飛機在側風條件或者無風條件下飛行時，進入另一種明顯不同的側風狀態。側風切變容易導致飛機發生側滑、滾轉或偏航，若飛行員沒有注意從而偏離預定的航線，會使航程大大增加，產生更多的油耗，不利于巡航的經濟性。垂直風切變是指飛機從無風區域進入高強度垂直風區域時，飛機在垂直空間內受到的影響。由于內蒙古地區地形多山脈丘陵的特點，垂直風切變受地形因素影響較為嚴重，飛機靠近山地飛行，在大氣不穩定的情況下很容易被山地周圍的風切變所干擾，由于山脈干擾了氣流的流動為風切變提供了助力，垂直風切變極難被預測。由于靠近山地，飛行的高度與空速極為重要，垂直風切變很容易突然之間改變飛機的高度，使飛機瞬間下墜，對航空活動造成危險。若機場周圍有山地，或一些較高的建筑物阻礙氣流流動，會在機場近地面形成瞬時且強烈的垂直風切變，尤其對起飛和著陸階段產生很大的影響，嚴重時甚至可能引發事故，這主要取決于飛機的飛行高度和風切變的強度。

4.3 低空風切變對起飛著陸階段的影響

低空風切變一般是指近地面600 m以下的風切變。低空風切變對飛機起飛和著陸造成的主要影響有：改變飛機航跡；影響飛機穩定性和操作性；影響某些儀表的準確性。低空風切變難以預測，會給飛機的起飛、降落階段帶來不小的危害，飛行員稍有不慎就會造成飛行事故的發生。低空風切變需要在一定的天氣條件下形成，經常會伴隨雷暴、積雨云、龍卷風等較強對流天氣系統，可以產生強烈的下擊暴流。下擊暴流同時可分為垂直分量和水平分量，它們也就是垂直風切變和水平風切變的來源。低空垂直風切變是最危險的一種，經常伴隨著雷暴天氣，當飛機在下擊暴流的正下方時，會受到一股很強的向下的沖力，使飛機急速下降，若在低空時容易造成飛行事故。飛機在著陸階段進入順風切變，會因低空順風切變導致飛機突然下沉，由于升力下降，空速減小，所以飛行員應該在調節油門的同時增大空速，使飛機重新獲得升力，保證平穩的下降率。同時低空順風切變還會導致飛機著陸距離增大，剎車距離增大，甚至會有沖出跑道的危險。在飛行當中，飛機在起飛著陸階段，受到較強逆風切變影響時，飛機會被逆風切變突然吹起，由于相對風速增大，升力增加，產生一個瞬時的抬頭趨勢，易導致飛機失速。低空側風切變同樣會產生重要的影響，突然的側風會將飛機吹離航道，偏離跑道，使飛機側滑，阻力增大造成升力減小、空速減小的現象，容易造成飛機側輪接地，磨損輪胎，甚至折斷起落架。

5 大風天氣下飛行安全的應對措施

在我們日常飛行當中，除了航線規劃時盡量避免在山地、丘陵等崎嶇地形上空飛行，避開地形導致的湍流造成顛簸的情況，因為在顛簸中操控機動動作會導致阻力增大、空速降低，很容易造成飛機失速。同時，在每一次的飛行準備過程中飛行員要仔細查詢天氣狀況以及相應的氣象資料，確保所要飛行的高度層和地區的天氣條件在安全的范圍內，相關人員應按照飛行的整個環節，特別是著陸期間的要求，從嚴格規章制度、完善進近準備、牢固樹立穩定進近意識、扎實的拉平與著陸技術和果斷復飛決策五個方面展開。

5.1 嚴格規章制度

嚴格按照行業規章來執行操作既是飛行安全的基本要求，更是作為紅線、準線、底線筑牢飛行安全基石，因此，無論是執行飛行任務的機組還是簽派放行工作的飛行簽派員，首先就是要嚴格“按章辦事”。從1972年9月8日為貫徹落實飛行規則和有關規定，正確處理飛行中遇到的各種情況而提出的“八該一反對”[9]，到2020年4月民航局對“三個敬畏”的詮釋[10]，都是對規章嚴格要求的體現，所以，如何加強行業從業人員對規章的執行力是民航業的首要任務，不可抱有沖動心理、盲目心理和僥幸心理。

5.2 完善進近準備

進近過程的準備優劣直接關系到大風條件下飛機著陸的質量和飛行安全，飛機的進近過程越穩定，在大風條件下的飛行越安全，因此，在大風背景下適當增加進近速度對飛行的穩定有較好的效果。機組采用合力的襟翼著陸形態開始進近，這樣有利于飛機在大側風狀態安全著陸，避免小速度條件下的低能量引發撞地，但如果襟翼處于光潔形態，又會造成進近速度過大，著陸過程容易平飄過長或著陸跳躍，此時客艙乘務員應及時提示旅客做好松散物品的固定。

5.3 牢固樹立穩定進近意識

在進近過程中要做到穩定進近需要樹立六個方面的意識，如：穩定的航道跟蹤或著陸航向、穩定的下滑道跟蹤或下降率、穩定的目標速度、穩定的著陸形態、穩定的安定面配平和穩定的發動機功率，這六個穩定總結來說就是機組良好的心理素質、柔和的操作過程和平穩的飛行過程，建議機組在儀表規則進近在1000 ft時，目視規則進近在500 ft前建立穩定進近，否則及時復飛。

5.4 扎實的拉平與著陸技術

飛行員首先要保持航跡穩定，大風及亂流導致航跡不停變化時，對風的影響要及時、準確地判斷與修正，首先重點關注五邊飛行時飛機發動機基本轉速、飛機五邊的基準姿態、飛機進近速度趨勢、飛機下降率的控制和穩定下滑點控制。其次，在最后進近階段，特別是側風條件下，飛行員應使用偏航法進近直到拉平階段，進近過程中要保持機翼水平，飛機在跑道中心線的延長線上。第三，在拉平階段的橫測和方向控制的目標是將飛機落在跑道中線上，確保接地時飛機主起落架橫向載荷最小，如飛機一直未能處于正確位置上，飛行員應果斷復飛，一旦主輪安全接地，要盡快輕放前輪。飛機在較大的順、逆、側風時，飛行員要時刻關注周圍的環境以及空速表的指數，確保空速表的數值在安全的范圍中，防止出現飛機速度超過機體所能承受的速度造成機身損壞，或者低于臨界速度造成飛機失速的危險情況。

5.5 果斷復飛決策

復飛的果斷決策可以說是安全飛行的最后一道防線，因此，決定復飛的時機是關鍵，一般在持續不穩定進近、大側風條件下拉平高度高且持續時間長、接地跳躍后超過固定值和其他可能影響安全著陸的條件都是機組果斷復飛的決斷時機。

6 結論和展望

大風天氣給飛行帶來的影響主要體現在風切變的突發性、難以預測以及危害性大的方面。對于飛行的起飛著陸階段有著較大的危害,飛行員需要時刻保持警惕。大風天氣造成的不穩定大氣狀態對飛行的影響很嚴重，但是，飛行員良好的心理素質和優秀的駕駛技術是確保安全飛行的基礎。作為運行控制人員，在每一次簽派放行前要仔細查詢天氣狀況以及相應的氣象資料，對機組做準確詳細的放行講解，讓機組在飛行前做到“心中有數”。伴隨大風天氣，易出現浮塵、揚沙或沙暴天氣，不但對能見度造成影響，甚至對發動機造成損傷，在該背景下的安全飛行是課題組下一階段的研究目標。