飞行气象学：第6章 低空风切变

第六章 低空风切变,2000年6月22日，武汉航空公司Y7/B3479号飞机执行恩施武汉（汉口）航班任务。13时37分飞机从恩施起飞。因遇雷雨天气，飞机在汉口机场第一次降落不成功，复飞拉升，于14时54分失去联系。16时左右接到报告，该机在武汉市汉阳区永丰乡四台村附近坠毁失事，机组4人，乘客38人全部遇难。,事故经过,武航6.22空难,6月25日上午，武航6.22空难事故原因调查组请湖北省气象局和民航局六位专家赶赴现场对空难事故现场进行了物象考察。,中新社照片,6月22日13:46时武汉天河机场气象雷达显示的雷暴云平面图象,6月22日14:33时 武汉天河机场气象雷达显示的雷暴云高度图象,据现场物象考察，并结合气象资料初步分析认为，此处是风力最强之地，最大风速达25m/s以上。,飞机坠毁前40秒的高度曲线图,综合分析各种气象资料，并参考物象情况，初步认为22日14时至15时30分在飞机空难现场曾出现微下击暴流，产生了强烈的低空风切变。,一、什么是低空风切变,1.风切变： 在同一高度或不同高度的短距离内空间两点间的风向和（或）风速的变化。 2.低空风切变： 在高度600米以下，同一高度或不同高度的短距离的空间两点风向和（或）风速的变化。,风切变的空间表现形式,（一）水平风的垂直切变 （二）水平风的水平切变 （三）垂直风的切变,水平风的垂直切变,指在垂直方向上，一定距离内两点之间的水平风速和（或）风向的改变 。,水平风的水平切变,水平风的水平切变： 在水平方向上两点之间的水平风速和（或）风向的改变,垂直风的切变,指上升或下降气流（垂直风）在水平方向上两点之间的改变。,二、低空风切变的强度,1.水平风的垂直切变强度 2.水平风的水平切变强度 3.垂直风切变的强度标准,水平风的垂直切变,空气层垂直厚度取30米，风资料取2分钟左右的平均值 0.1以上的垂直切变就会对喷气式运输机带来威胁。,1.水平风的垂直切变强度标准,2.水平风的水平切变,水平风水平切变值 2.6（米秒-1）千米 可作为能对飞行构成危害的强度标准,3.垂直风切变的强度标准,垂直风的切变强度，在相同的空间距离内主要由垂直风本身的大小来决定 是以下降气流速度和到达地区的辐散值来确定的 对飞行安全危害最大的是强下降气流,垂直风切变的强度标准,各类低空风切变的时空尺度特征及其对飞行的危害程度,三、产生低空风切变的天气条件,（一）雷暴 （二）锋面 （三）辐射逆温型的 低空急流 （四）地形地物,（一）雷暴,雷暴的下降气流在不同的区域可造成两种不同的风切变 ：,1.雷暴单体下面，由下击暴流造成的风切变 2.下冲气流到达地面后形成强烈的冷性外流,（二）锋面,在锋面系统的两侧, 除了有明显的温度差异,还有气压、风速、风向等的差异。风向、风速的差异就形成了风切变, 暖空气沿着冷空气方向爬升会形成许多云系。因此在这种情况下飞行, 飞机除遭遇风切变外, 还会遇到低云和低能见度。 锋两侧的温度差5或锋面移速15kmh , 都会有影响飞行的低空风切变的产生。 强冷锋及锋后大风区存在严重的低空风切变。,（三）辐射逆温型的低空急流,秋冬季晴空的夜晚, 由强烈的地面辐射而形成的低空逆温层的存在, 其上有动量堆集, 风速较大而形成急流, 而逆温层下风速又较小, 近地层往往又是静风, 故有逆温风切变产生。这种风切变强度较小,容易被人忽视,一旦处置不当,也会给飞行造成危害。其次地形、地物也可能造成风切变。,辐射逆温与夜间急流,逆温层阻挡了风速向下的动量传递，使地面风很弱，而且风向多变，这样就在地面附近与上层气流之间形成了较大的风切变,低空急流,（四）地形地物,机场周围山脉较多或地形地物复杂 处于盆地的机场 大风吹过跑道附近的高大建筑物时，会产生局地性风切变。 机场正处在山脊的背风一侧,地形复杂情况下的风切变,处于盆地的机场,机场正处在山脊的背风一侧,一、低空风切变的事故特征,1.风切变事故都发生在飞行高度低于300米的起飞和着陆飞行阶段，其中尤以着陆为最多。 2.现代大、中型喷气运输机的风切变飞行事故比重较大。 3.风切变事故与雷暴天气条件关系密切。 4.大雨风切变飞行事故也不容忽视。 5.风切变飞行事故的出现时间和季节无一定的规律。,低空风切变对飞行的影响,二、风切变对飞行的影响分析,风切变对喷气飞机的影响要比对螺旋桨飞机的影响大 飞机的重量越大，受风切变的影响也越大 风切变对飞机的起飞着陆的影响最大，但以着陆影响最严重 风切变发生的高度越低，对飞行的危害就越大,三、低空风切变对飞机起飞着陆的影响,根据飞机的运动相对于风矢量之间的各种不同情况，把风切变分为： 顺风切变 逆风切变 侧风切变 垂直风的切变,影响飞机升力的因素,设 为空气密度， 为飞机的空速 为机翼面积，飞机的升力为 ，则 这里 是升力系数。,（一）顺风切变及其对着陆的影响,1、顺风切变 飞机在起飞或着陆过程中，水平风的变量对飞机来说是顺风 例如： 从小顺风进入大顺风 从逆风进入无风或顺风 从大逆风进入小逆风,1.顺风切变,顺风切变使飞机空速减小，升力下降，飞机下沉。,顺风切变示意图,不同高度的顺风切变着陆,2、顺风切变对着陆的影响,（二）逆风切变及其对着陆的影响,1、逆风切变 水平风的变量对飞机来说是逆风 例如： 飞机从小逆风进入大逆风 从顺风进入无风或逆风 从大顺风进入小顺风,1.逆风切变,飞机的空速突然增大，升力也增大，飞机抬升。,逆风切变示意图,不同高度的逆风切变着陆,2、逆风切变对着陆的影响,（三）侧风切变及其对飞行的影响,1、侧风切变 指的是飞机从一种侧风或无侧风状态进入另一种明显不同的侧风状态,侧风切变示意图,2、侧风切变对着陆的影响,飞机发生侧滑、滚转或偏转而对不准跑道,（四）垂直风的切变,飞机从无明显的升降气流区进入强烈的升降气流区域的情形,垂直风切变示意图,垂直风切变,飞机突然下沉容易发生事故,下击暴流中的风切变,对起落构成严重威胁的是雷暴云下的下击暴流，其中不仅有明显的垂直风切变，还有强烈的水平风切变，常出现严重事故。,雷暴云下的着陆,昆明机场低空风切变事故 1991年4月25日,B757/2801号飞机在昆明机场着陆过程中,因遇到低空风切 变,导致飞机重着陆,飞机严重损坏，修 复费用达330万美元。,风切变举例,低空风切变的判断和应采取的措施,一、低空风切变的判断 1.目视判别 2.进近中的风切变预测 3.座舱仪表判别 4.用专用设备探测低空风切变,目 视 判 别,（1）雷暴冷性外流气流的沙暴堤 （2）雷暴云体下的雨幡 （3）滚轴状云 （4）强风吹倒树木和庄稼,雷暴冷性外流气流的沙暴堤,雷暴冷性外流气流前缘的强劲气流会把地面的尘土吹起相当的高度，并随气流移动 。,阵风锋，比微下击暴流范围广，常常可扩展到数十公里,雷暴云体下的雨幡,雷暴云体下的雨幡是有强烈下降气流的征兆。 雨幡下垂高度越低，个体形状越大，色泽越暗，预示着风切变和下击暴流也越强,雷暴云下的雨幡,a downburst development associated with an heavy rain shower is clearly visible on this serial of three successive pictures,滚轴状云,在雷暴型和强冷锋型风切变中，强的冷性外流往往有明显的涡旋运动结构，并伴有低空滚轴状云。,滚轴状云的形成,滚轴状云,强风吹倒树木和庄稼,强风或下击暴流所吹倒的成片树林和庄稼，其倒伏方向会呈现出气流的流动状况,强风吹倒树木和庄稼,座舱仪表判别,（1）空速表 （2）高度表 （3）升降速率表 （4）俯仰角度指示器,空速表,飞机遭遇风切变时空速表指示一般都会发生急剧变化。 美国波音公司规定，当空速表指示值突然改变2837千米小时，应中止起飞或不作进近着陆。,高度表,飞机在下滑过程中高度表指示出现异常，大幅度偏离正常高度值时，必须立即采取措施，及时拉起。,升降速率表,如果见到升降速率表指示异常，特别是下沉速率明显加大时，必须充分注意。 美国波音公司建议在下降速度短时内改变值达164米分（500英尺分）时，即认为遇到强风切变，飞行员应采取复飞等相应措施。,俯仰角度指示器,一旦遭遇风切变，俯仰角指示将迅速发生变化，变化越快、越大，则危害越大。 美国波音公司规定，俯仰角指示突然改变超过5时，即认为遭遇强风切变，应停止进近而复飞。,用机载专用设备探测,机载风切变警报系统 红外辐射计机载风切变探测系统 机载脉冲多普勒雷达,机载风切变警报系统（ the Low Level Windshear Alert System so called LLWAS ）,使用垂直、纵向加速度计，把风切变对飞机影响的垂直部分和纵向部分结合起来，结合机上可供使用的其他数据来计算飞机的推力余量。当推力余量下降到规定值以下时，该系统就发出警报。,红外辐射计机载风切变探测系统,利用装在机头部位的前视红外辐射计和侧视红外辐射计，分别探测出前方1020km和侧方200m范围内的温度值加以比较，根据两者的温度差确定风切变的大小。它可用于测定雷暴外流气流的阵风锋。,机载脉冲多普勒雷达,用于强风暴研究时的空中测风。雷达可以探测到风暴中降水粒子的运动方向和速度。,二、遭遇低空风切变时应采取的措施,1首先要有思想准备 2要与雷暴云和大的降水区保持适当距离。 3不要有意识地穿过严重风切变 区或强下降气流区 4在着陆时刻遇到风切变，只要难以改出，就应立即复飞 5飞机遭遇风切变时，应报告飞行管制部门,进近中的风切变预测,用飞机上观测到的温度和风向风速，与地面观测的实际温度和风向风速进行比较，从而来预测在下滑过程中是否有风切变出现。二者数值差别较大，就有可能有切变。差值越大切变就越严重。,Anemometer (风速计),Weather buoy (气象浮标),Wind profiler (气流剖析仪),TDWR (机场多普勒雷达),LIDAR (激光雷达),香港机场建成的包括多种探测手段的集成式低空风切变业务警报系统，是全球为数不多的先进系统；我国台湾的中正机场和松山机场也建成符合美国联邦航空安全管理局的第三代机场低空风切变警报系统；广州新白云机场虽然尚未建成低空风切变警报系统，但有一套多普勒天气雷达、机场跑道自动化观测系统和位于机场周边1525KM的4个自动化气象观测站，未来还将引进风温廓线雷达项目以及将在机场跑道的延长线上或附近安装地面风的传感器以建立集成式低空风切变业务警报系统。,