銀川河東機場低空風切變氣候特征統計及分型研究

杜 星，王海霞，梁希豪，趙云鵬

（民航寧夏空管分局氣象臺，寧夏 銀川 750009）

銀川河東機場處于銀川平原東部，是蒙古高原和黃土高原交匯地帶，全年大部分時間受西風環流的控制，北方大陸氣團影響的時間很長。銀川河東機場地處黃河東側，其東邊、東北邊與毛烏素沙漠、烏蘭布和沙漠相連，西距賀蘭山山脈50 km，銀川河東機場地理位置如圖1 所示。四周大范圍開闊，西風環流和特殊的地理環境，銀川河東機場每年春季多大風天氣，易出現低空風切變。低空風切變[1]通常是指600 m 以下的風切變，具有變化時間短、范圍小、強度大等特點，常常導致飛機航跡偏離，破壞飛機的穩定性，造成飛機速度、姿態不可控，被公認為是飛機起飛、降落過程中的重要危險因素。近年來，楊建華[2]、強曉西[3]、黃軒等[4]、張亞男等[5]分別對蘭州、西安、西寧和貴陽機場的低空風切變個例和氣候特征做了分析研究，張曦等[6]利用激光測風雷達對低空風切變的探測和識別做了深入研究，王海霞等[7]統計分析了銀川河東機場2002-2010 年航空器報告的低空風切變，總結了關于低空風切變發生對應的5 種高空形勢和3 種地面形勢，近來銀川河東機場氣象臺通過對機場周邊低空風場變化的長期統計和研究，對其成因進行研究做了大量工作。本文繼續統計了2010-2021 年銀川河東機場航空器報告的低空風切變，統計氣候特征，與以往環流分型不同角度分型研究，以期為日后低空風切變的預報和預警起到幫助作用。

圖1 銀川河東機場地理位置

1 大風氣候特征

根據銀川河東機場2010-2020 年的觀測報告統計風向分布如圖2 所示，從16 個方位的各風向頻率來看，全年盛行風向為北到東北風和西南風，這主要是因為西風氣流受南北走向的賀蘭山山脈阻擋，在此分流后，從南邊的青銅峽和北邊的石嘴山繞流影響本場的原因。2011 年后啟用自動觀測系統，年平均風速明顯增大，1998-2004 年平均風速為2.1 m/s，2005-2018 年平均風速為2.3 m/s。全年春季平均風速最大，冬季平均風速最小。二十年間銀川河東機場最大風速極值為24 m/s（風向280°），出現在2017 年6 月22 日。

圖2 銀川河東機場大風風向統計

銀川河東機場大風（10 min 平均風速大于等于8 m/s）集中出現在4-6 月，主要由于春季強冷鋒過境引起的，其次是夏季強雷暴造成的。春季冷暖空氣活動頻繁，大風出現時間與冷鋒過境時間基本吻合，風向一般以290～320°居多，由強西北氣流直接翻越賀蘭山山脈所致。而夏季出現大風時的風向不定，夏季銀川河東機場的大風主要是由積雨云所產生的下沉氣流導致的地面陣風鋒引起的，特點為強度大，持續時間短。由于河東機場大風主要集中在春季和夏季，低空風切變主要集中在春夏兩季，據業務統計發現，當風向往西北風轉且風速明顯增大時最易出現低空風切變。

2 低空風切變氣候特征

據2010-2020 年銀川河東機場低空風切變報告記錄統計，共有123 次出現低空風切統計分析發現，造成58 架航班復飛。據圖3 可知，本場發生的風切變導致的復飛或返航事件呈明顯上升趨勢，2018-2020 年增量明顯，均超過了18 次，這與銀川河東機場航班量的迅速增加有關，隨著航班量和旅客吞吐量的增加，每年航班遭遇低空風切變而低高度復飛的時間就隨之攀升，因此也表現出了非常明顯的氣候變化特征。圖4 表明低空風切變易發生在3-5 月，達57 次，占全年的46.3%，其中5 月發生次數最多，達27 次，據統計3-5月份是銀川河東機場大風最集中的季節，而低空風切變的發生和大風發生呈正相關，因此低空風切變和機場大風呈現了較為一致的氣候特征，低空風切變的報告次數與航班量成正比，低空風切變次數和復飛次數成正比，其中47.2%的低空風切變伴隨著飛機的復飛，根據航空器報告統計，大多數的復飛都是低高度復飛，因此，低空風場變化已成為銀川河東機場威脅飛行器起降安全不容忽視的重要因素，開展低空風切變的深入研究工作十分迫切。

圖3 低空風切變及其引起的復飛次數統計

圖4 低空風切變及其引起的復飛次數月統計

2019-2021 年銀川河東機場低空風切變的月變化如圖5 所示，發現與過去十來年的變化基本一致，2019-2021 年仍然集中在3-5 月和7-10 月，3-5 月是機場大風季節易出現低空風切變，占總數的60.0%，7-10 月是對流性天氣頻發季節，對流性天氣有攜帶低空風切變的必然屬性，因此也是易發季節，占總數的25.0%，對流性天氣消散階段的下沉氣流形成的下擊暴流更是對飛行安全有嚴重的威脅，到達地面形成的輻散性大風會形成強烈的低空風切變。

圖5 2019-2021 年低空風切變月變化

3 風切變典型個例匯總

根據形成低空風切變的直接系統或天氣，從近幾年航空器報告的低空風切變事件中選取了以下10 起典型事例作為分型研究樣本，10 起低空風切變概述如下：

（1）2013 年4 月29 日14:46，某航班，在使用03 號跑道時，在距離本場2 海里的距離，91～122 m 的高度遇到風切變而復飛。

（2）2019 年4 月29 日17:38，某航班，使用03 號跑道時，距跑道頭1～2 海里，152.4 m 高度遇風切變復飛。

（3）2021 年4 月29 日12:18，某航班，在銀川河東機場距03 號跑道入口1～2 海里，高度約130 m 出遇到風切變復飛。

（4）2022 年3 月6 日15:03，某航班，在03 號跑道著陸過程中幾乎接地時遇到風切變而復飛。

（5）2016 年7 月2 日14:54，某航班，在銀川河東機場復飛點位置，決斷高30 m 處遇到風切變而復飛。

（6）2017 年6 月18 日07:30 和07:33，某航班A和B，分別使用21 號跑道起飛時，在122～244 m 處遇到中度風切變和遇到20 節風切變。

（7）2017 年9 月21 日11:05，某航班在使用03 號跑道落地過程中跑道口遇到風切變復飛。

（8）2015 年5 月18 日21:45，某航班在使用03 號跑道時，在152 m 的高度遇到風切變而復飛。

（9）2018 年5 月18 日11:34-13:13 塵卷風天氣，近兩小時內銀川河東國際機場有5 架航班因遭遇不穩定氣流或風切變復飛，直到13:20 許才恢復正常。

（10）2019 年5 月18 日20：04，某航班，在03 號跑道入口3～4 海里處，高度213.36～243.84 m 遇到風切變復飛。

4 低空風切變分型研究

以上多個實例可以看出，機場跑道及周邊區域低空風場變化對于飛行的影響很大，會導致飛機復飛、備降甚至返航，因此對低空風切變成因進行精細化研究有迫切的實際意義，將低空風切變分為不同的類型，提煉相應的預報指標，總結不同的影響系統有助于預報員在實際工作中有參考依據，從而提高預報準確率，提升服務水平。而以往的研究大多以500 hPa 環流為依據進行分型探討，本文以造成低空風切變的直接原因入手，分為以下4 種，分別為動量下傳型、鋒面過境型、對流性天氣型和局地湍流型。

4.1 動量下傳型

500 hPa 以上的中高空，銀川河東機場均處在槽后西北氣流之中，在200 hPa 附近有明顯的急流配合，往往溫度槽落后高度槽，迫使槽發展加深，槽后西北氣流加強。700 hPa 以下的低層往往配合有弱的切變或短波槽過境，低空風切變發生前銀川河東機場往往處在偏南氣流之中，午后高空動量下傳風到達地面引起風向變化從而出現低空風切變。而地面形勢配合有低壓或倒槽，近地面層較不穩定，易引起湍流發展，此類型低空風切變在銀川河東機場出現次數最多，其中個例（1）、（2）、（3），即2013 年4 月29 日，2019 年4 月29日，2021 年4 月29 日是典型的動量下傳型低空風切變。

4.2 鋒面過境型

500 hPa 的高空圖上，在低空風切變發生前為偏西氣流控制，而中低空有弱槽過境，并沒有明顯的冷暖平流，鋒區結構也不明顯，水汽條件較差，而此時地面有清楚的冷鋒結構，鋒線壓在河西走廊，以上系統相互作用并不會給相應的地區帶來降水，雷暴等天氣，往往是大風沙塵天氣，隨著500 hPa 及其以上轉為強西北氣流控制，從而帶動低層偏北氣流灌入河套地區，隨之地面鋒線東移到寧夏西部，銀川河東機場地面風出現突變，風速急轉，風速猛增，而此時若有進近著陸或開車離港的航班就會遭遇中度以上的低空風切變。個例（4），即2022 年3 月6 日是典型的鋒面過境型低空風切變。

4.3 對流性天氣型

由于對流性天氣在發展階段雷暴云中有強上升氣流，從而造成周圍區域減壓，在雷暴云消散階段有強下沉氣流，即下擊暴流，在地面輻散開來造成的地面大風會造成強低空風切變，因此對流性天氣有攜帶低空風切變的必然性，所以對流性天氣發生時少有飛機著陸或起飛，從而失去了驗證低空風切變的機會，但是對流性天氣包括雷暴、閃電、冰雹等天氣現象，同時積雨云也屬于雷暴，因此雖然沒有明顯的對流性天氣現象發生，但是有積雨云時也會出現低空風切變，特別是其消散階段。個例（5）、（6）、（7）是典型的對流性天氣型低空風切變，當天均有積雨云發展。

4.4 局地湍流型

由于銀川河東機場所處的地理位置三邊有毛烏素沙漠、巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠環繞，西北方向有賀蘭山的繞流作用，另外緊靠黃河，獨特的地形地貌造成銀川河東機場近地面熱力屬性有很大的差異，加之近年來隨著銀川河東機場三期和四期擴展項目的推進，跑道兩側的植被也發生了變化，以上條件造成跑道周圍多亂流發生，當亂流強度較強時可造成明顯低空風切變。個例（9），即2018 年5 月18 日，銀川河東機場出現了長時間間斷性的塵卷風，造成多架次航班因低空風切變而低高度復飛，個例（10），即2019 年5 月18 日也發生了因地面湍流引起的低空風切變。

5 結束語

（1）銀川河東機場大風主要集中在西北風，東北風和西南風，尤其以西北風為主，當風向往西北風轉變且風速增大時往往有低空風切變。

（2）銀川河東機場低空風切變主要發生在3-5 月，其次是7-10 月，并且呈逐年增長的趨勢，在以上月份需要高度關注。

（3）銀川河東機場復飛航班的時空特征和低空風切變成正相關。

（4）通過挑選的典型個例比較發現，不同年份的同一日發生風切變的可能性相當，如2018 和2019 年5月18 日，2013 年、2019 年和2022 年的4 月29 日均出現了低空風切變。

（5）分型研究發現：當銀川河東機場滿足強烈的動量下傳條件時往往有低空風切變；當水汽條件配合較差的鋒面過境時更應該關注大風沙塵天氣是否發生，鋒面過境引起地面風場突變時易出現低空風切變；對對流性天氣的研究不應該僅停留在天氣現象上，看似影響較小的積雨云消散也會造成地面輻散性大風，從而出現低空風切變；由于地面熱力差異造成的亂流，最為典型的是塵卷風的出現肯定伴隨有強烈的超低高度風切變。

（6）通過分型研究發現，動量下傳型低空風切變是銀川河東機場最主要的類型，值班人員在滿足動量下傳的天氣背景下應高度關注出現低空風切變的可能性。