低空风切 风切变是一种大气现象,是风速在水平和垂直方向的突然变化。风切变是导致飞行事故的大敌,特别是低空风切变。国际航空界公认低空风切变是飞机起飞和着陆阶段的一个重要危险因素,被人们称为“无形杀手”。

一、定义

      风切变是一种大气现象,是风速在水平和垂直方向的突然变化。风切变是导致飞行事故的大敌,特别是低空风切变。国际航空界公认低空风切变是飞机起飞和着陆阶段的一个重要危险因素,被人们称为“无形杀手”。

 

二、形成的原因

      产生风切变的原因主要有两大类,一类是大气运动本身的变化所造成的;另一类则是地理、环境因素所造成的。有时是两者综合而成。

 

      1、产生风切变的天气背景。能够产生有一定影响的低空风切变的天气背景主要有三类。   

      a、强对流天气。通常指雷暴、积雨云等天气。在这种天气条件影响下的一定空间范围内,均可产生较强的风切变。尤其是在雷暴云体中的强烈下降气流区和积雨云的前缘阵风锋区更为严重。对于特别强的下降气流称为微下冲气流,是对飞行危害最大的一种。它是以垂直风为主要特征的综合风切变区。

      b、锋面天气。无论是冷锋、暖锋或锢囚锋均可产生低空风切变。不过其强度和区域范围不尽相同。这种天气的风切变多以水平风的水平和垂直切变为主(但锋面雷暴天气除外)。一般来说其危害程度不如强对流天气的风切变。

      c、辐射逆温型的低空急流天气。秋冬季晴空的夜间,由于强烈的地面辐射降温而形成低空逆温层的存在,该逆温层上面有动量堆集,风速较大形成急流,而逆温层下面风速较小,近地面往往是静风,故有逆温风切变产生。该类风切变强度通常更小些,但它容易被人忽视,一旦遭遇若处置不当也会发生危险。

 

      2、地理、环境因素引起的风切变。这里的地理、环境因素主要是指山地地形、水陆界面、高大建筑物、成片树林与其它自然的和人为的因素。这些因素也能引起风切变现象。其风切变状况与当时的盛行风状况(方向和大小)有关,也与山地地形的大小、复杂程度,迎风背风位置,水面的大小和机场离水面的距离,建筑物的大小、外形等有关。一般山地高差大,水域面积大、建筑物高大,不仅容易产生风切变,而且其强度也较大。

 

三、带来的危害

      风切变对飞机的安全有危害:风切变特别是迎头风切变引起飞机攻角变小,在降落时容易触地。

 

四、产生这些危害的原因

      为什么低空风切变会有如此的危害性呢?这是由风切变的本身特性造成的。以危害性最大的微下冲气流为例,它是以垂直风切变为主要特征的综合风切变区。由于在水平方向垂直运动的气流存在很大的速度梯度,也就是说垂直运动的风速会出现突然的加剧,就产生了特别强的下降气流,被称为微下冲气流。这个强烈的下降气流存在一个有限的区域内,并且与地面撞击后转向与地面平行而变成为水平风,风向以撞击点为圆心四面发散,所以在一个更大一些的区域内,又形成了水平风切变。如果飞机在起飞和降落阶段进入这个区域,就有可能造成失事。比如,当飞机着陆时,下滑通道正好通过微下冲气流,那么飞机会突然的非正常下降,偏离原有的下滑轨迹,有可能高度过低造成危险。当飞机飞出微下冲气流后,又进入了顺风气流,使飞机与气流的相对速度突然降低,由于飞机在着陆过程中本来就在不断减速,我们知道飞机的飞行速度必须大于最小速度才能不失速,突然的减速就很可能使飞机进入失速状态,飞行姿态不可控,而在如此低的高度和速度下,根本不可能留给飞行员空间和时间来恢复控制,从而造成飞行事故。

      严重的低空风切变,常发生在低空急流即狭长的强风区,对飞行安全威胁极大。这种风切变气流常从高空急速下冲,像向下倾泻的巨型水龙头,当飞机进入该区域时,先遇强逆风,后遇猛烈的下沉气流,随后又是强顺风,飞机就像狂风中的树叶被抛上抛下而失去控制,因此,极易发生严重的坠落事件。

 

五、有什么预防措施

      由于风切变现象具有时间短、尺度小、强度大的特点,从而带来了探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列困难,是一个不易解决的航空气象难题。因此,目前对付风切变的最好办法就是避开它。因为某些强风切变是现有飞机的性能所不能抗拒的。进行风切变的飞行员培训和飞行操作程序设置,在机场安装风切变探测和报警系统,以及机载风切变探测、告警、回避系统,都是目前减轻和避免风切变危害的主要途径。

      风切变,又称风切或风剪,是指大气中两点间风速和风向的剧烈变化。根据两点高度之间的差异,风切变可分为水平和垂直两大类。风切变对航空飞行的危害极大。在起飞和降落的过程中,由于飞行速度低,风切变能够对航空器空速产生很大的影响,致使航空器的姿态和高度发生突然变化,在低高度上其结果有时是灾难性的。

      1985年,美国达拉斯-福斯机场飞机坠毁,137人死亡。 从此,风切变被当作一项国际课题开始研究。据美国博尔德全国大气研究中心的负责人科尔曼说,1985年以后,美国所有的飞机都安装了风切变检测仪。加拿大1990年代开始安装。上一次最严重的风切变飞机事故发生在2001年。美国航空公司587喷气式飞机在空中突然失速,冲进纽约一个居民区,造成265人死亡。

      垂直风切变是指垂直于地面方向上风速或风向随高度的剧烈变化,强烈的垂直风切变的存在会对桥梁、高层建筑、航空飞行等造成强烈的破坏作用,可造成桥梁楼房坍塌、飞机坠毁等恶性事故,给人类生活造成严重影响。

      水平风切变则指与地面平衡的方向上风向的急速转变。

 

六、风切变对飞机的影响

      在空中飞行的飞机所受到各种力的情况。假定飞机开始是顶风飞行的,这时空速、地速和流过机翼表面的气流和产生的升力都是恒定的。地速等于空速减去顶风分量。当飞机进入风切变后,如果原有的逆风突然降为零,空速就要降低,降低值与逆风分量变化相同。这时如果飞机迎角不变,升力也就随之要降低。升力降低的结果使飞机向不平横诸力的合力方向加速。当飞机的总重量变化不大时,由于升力不再与总重量平衡,飞机就要掉高度。显然,这时飞机要保持原有的升力,就必须增大推力,使飞机加速,如果飞机能在一瞬间就加到所需的速度,风切变就不会造成影响,然而问题在于飞机改变速度需要时间,这个时间主要是:飞行员的反应时间、发动机增加(或降低)功率的时间、飞行员操纵飞机改变飞行状态(增大或减小迎角、保持合适的升降速度等)的时间等等。美国曾计算过某大型喷气飞机在风切变条件下改变空速需用的时间。假设飞机在风速为36公里/小时(10M/S)的顶风中飞行,空速为180公里/小时,地速为144公里/小时,突然进入风速为零的区域,空速降低到144公里/小时,在这种情况下,增加地速,使飞机空速恢复到180公里/小时,最少也要176秒钟,而飞机穿过风切变时间只需几秒钟。如果飞行员不能在这几秒钟之内操纵飞机使其高度不致降低过多以便完成增速的话,飞机就有坠毁的危险。

 

七、飞机着陆遇低空风切变发生事故的原因

      1、飞机已经下降到接近地面,改变下滑航经角需要时间,而当遇到严重风切变条件时,等反映过来可能已经没有时间来改变了;

      2、在风切变情况下,一般天气都非常复杂,飞行员用手操作进行时,工作量很大,他的注意力一般都集中在飞行指引仪的指令,而顾不上其他指示,如垂直航径的仪表,因此,不能早期发现飞机偏离垂直航径;

      3、进近时逐步回收油门,可能掩盖空速降低的趋势;

      4、由于天气条件恶劣,飞行员集中精力考虑是否应该落地,而干扰了飞行员判断航径质量的能力。如没有经过有效的风切变训练,这些情况能分散飞行员对有关仪表的注意力;

      5、飞行员一般具有在颠簸天气飞行的成功经验,而且已经到达预定的落地机场,这种强烈的落地愿望很可能延迟他作出复飞的决定,等他决定时可能已经来不及了。

 

案例

低空风切变:飞机的杀手

      北京时间2005年8月24日凌晨4时12分,一架秘鲁客机在暴风雨中坠毁。秘鲁国家航空运输公司发言人称,他们初步掌握的材料表明,这架客机失事可能是由风切变引起的。对风切变这个词汇,普通人了解不多,但在航空界它恶名远扬。“风切变对飞行安全来说是最危险的大气现象,我们管它叫‘飞机杀手’”。民航大连空中交通管理中心航务部气象台台长吕环宇昨天接受记者采访时说。

      风切变(Wind shear)的名字非常形象,好比一把利刃突然斩断风,气流运动速度和方向发生骤变。

      它可以出现在垂直方向上,也可以出现在水平方向上;可以出现在高空,也可以出现在低空。它分为顺风切变、逆风切变、侧风切变、下冲气流四种形式。出现在600米以下的叫低空风切变,其产生的天气背景和环境条件是雷暴、锋面系统、辐射逆温和地形地物,其中雷暴型低空风切变对飞行安全的威胁最大。吕环宇说,高空风切变对飞机的影响是突然从数千米的高度往下骤降数百米,但低空风切变杀伤力可就大多了,由于气流运动的速度和方向变化时间短、范围小、强度大,正处于起飞或着陆阶段的飞机处境万分危险。

      1985年,美国达拉斯大众机场一架飞机坠毁,137人死亡。从此,风切变被当作一项国际课题开始研究。近年我国也曾数次遭遇过低空风切变,有的险些造成机毁人亡的严重飞行事故。有资料表明,在1970年1985年的16年间,在国际定期和非定期航班飞行以及一些任务飞行中,据不完全统计,至少发生过28起与低空风切变有关的飞行事故,其中一半以上与雷暴天气条件下的强风切变有关,绝大多数都发生在飞行高度低于300米的起飞和着陆阶段,其中尤以着陆为最多。上一次最严重的风切变飞机事故发生在2001年。美国航空公司587喷气式飞机在空中忽然失速,冲进纽约一个居民区,造成265人死亡。

      低空风切变为何如此危险?吕环宇说,其一是探测难、预测难,在天气晴朗状况下也会发生风切变,雷达根本扫描不到。虽然低空风切变多发生于暴雨等天气系统下,气象台可以根据对流、多普勒雷达扫描进行追踪,但难度相当大。其二,反应时间不够。在风切变条件下,在空中飞行的飞机由于升力不再与总重量平衡,飞机就要掉高度。显然,这时飞机要保持原有的升力,就必须增大推力,使飞机加速,如果飞机能在一瞬间就加到所需的速度,风切变就不会造成影响,然而问题在于飞机改变速度需要时间。美国曾计算过某大型喷气飞机在风切变条件下改变空速需用的时间。假设飞机在风速为36公里/小时(10M/S)的顶风中飞行,空速为180公里/小时,地速为144公里/小时,突然进入风速为零的区域,空速降低到144公里/小时,在这种情况下,增加地速,使飞机空速恢复到180公里/小时,最少也要176秒钟,而飞机穿过风切变时间只需几秒钟。如果飞行员不能在这几秒钟之内操纵飞机使其高度不致降低过多以便完成增速的话,飞机就有坠毁的危险。

      吕环宇说,作为航空气象部门要尽量作出低空风切变的预报,及时提醒机组做好应付风切变的各项准备;作为各航空公司和飞行人员,平时要加强培训,提高处置能力;当在航空飞行中遭遇风切变时,一定要按飞行操作程序办事,机智灵活,准确判断,果断处置,确保航空飞行安全。

京公网安备 11010802021143号     信息系统安全备案11019343088_17002