風(fēng)切變

風(fēng)切變又稱風(fēng)切或風(fēng)剪,是一種大氣現(xiàn)象。指大氣中兩點間風(fēng)速和風(fēng)向的劇烈變化,例如逆風(fēng)或順風(fēng)出現(xiàn)持續(xù)多于幾秒的轉(zhuǎn)變而引致浮力產(chǎn)生變化。根據(jù)兩點高度之間的差異,風(fēng)切變可分為水平和垂直兩大類。 風(fēng)切變是導(dǎo)致飛行事故的大敵,特別是低空風(fēng)切變。國際航空界公認低空風(fēng)切變是飛機起飛和著陸階段的一個重要危險因素。

風(fēng)切變簡單的定義是空間任意兩點之間風(fēng)向和風(fēng)速的突然變化,屬于氣象學(xué)范疇的一種大氣現(xiàn)象,是矢量風(fēng)(風(fēng)向、風(fēng)速)在空中水平和(或)垂直距離上的變化。由于風(fēng)切變對飛機飛行的危害,世界各國都十分重視對它的研究。
風(fēng)切變常分為以下幾種:
(1) 風(fēng)的水平切變是水平風(fēng)向和(或)風(fēng)速在水平距離上的變化;
(2) 風(fēng)的垂直切變是水平風(fēng)向和(或)風(fēng)速在垂直距離上的變化;
(3) 垂直風(fēng)的切變是垂直風(fēng)(即升降氣流)在水平或航跡方向上的變化,下沖氣流是垂直風(fēng)的切變的一種形式,呈現(xiàn)為一股強烈的下降氣流。由于在水平方向垂直運動的氣流存在很大的速度梯度,也就是說垂直運動的風(fēng)速會出現(xiàn)突然的加劇,就產(chǎn)生了特別強的下降氣流,被稱為微下沖氣流。

天氣背景
強對流天氣。通常指雷暴、積雨云等天氣。在這種天氣條件影響下的一定空間范圍內(nèi),均可產(chǎn)生較強的風(fēng)切變。尤其是在雷暴云體中的強烈下降氣流區(qū)和積雨云的前緣陣風(fēng)鋒區(qū)更為嚴(yán)重。對于特別強的下降氣流稱為微下沖氣流,是對飛行危害最大的一種。
鋒面天氣。無論是冷鋒、暖鋒或錮囚鋒均可產(chǎn)生低空風(fēng)切變,其強度和區(qū)域范圍不盡相同。這種天氣的風(fēng)切變多以水平風(fēng)的水平和垂直切變?yōu)橹鳎ǖh面雷暴天氣除外)。一般來說其危害程度不如強對流天氣的風(fēng)切變。
輻射逆溫型的低空急流天氣。秋冬季睛空的夜間,由于強烈的地面輻射降溫而形成低空逆溫層的存在,該逆溫層上面有動量堆集,風(fēng)速較大形成急流,而逆溫層下面風(fēng)速較小,近地面往往是靜風(fēng),故有逆溫風(fēng)切變產(chǎn)生。該類風(fēng)切變強度通常更小些,但它容易被人忽視,一旦遭遇若處置不當(dāng)也會發(fā)生危險。
地理、環(huán)境因素
這里的地理、環(huán)境因素主要是指山地地形、水陸界面、高大建筑物、成片樹林與其它自然的和人為的因素。這些因素也能引起風(fēng)切變現(xiàn)象。其風(fēng)切變狀況與當(dāng)時的盛行風(fēng)狀況(方向和大小)有關(guān),也與山地地形的大小、復(fù)雜程度,迎風(fēng)背風(fēng)位置,水面的大小和機場離水面的距離,建筑物的大小、外形等有關(guān)。一般山地高差大,水域面積大、建筑物高大,不僅容易產(chǎn)生風(fēng)切變,而且其強度也較大。

風(fēng)切變的強度表示了對飛行的危害程度,目前推出使用的有下列三種:
(1) 水平風(fēng)的垂直切變強度標(biāo)準(zhǔn)。國際民航組織頒布這一標(biāo)準(zhǔn)。一般認為0.1米/秒以上的垂直切變會對噴氣運輸機帶來威脅。
(2) 水平風(fēng)的水平切變強度標(biāo)準(zhǔn)。美國在機場低空風(fēng)切變警報系統(tǒng)中采用了一個水平風(fēng)切變強度報警標(biāo)準(zhǔn)值,規(guī)定每一分鐘與中央站的風(fēng)向量差達7.7米/秒以上時系統(tǒng)即發(fā)出報警信號,以此推算,2.6米/秒/公里可作為能對飛行構(gòu)成危害的水平風(fēng)的水平切變強度標(biāo)準(zhǔn)。
(3) 垂直風(fēng)的切變強度標(biāo)準(zhǔn)。垂直風(fēng)的切變強度,在相同的空間距離內(nèi)主要由垂直風(fēng)本身的大小變化來決定。
強烈的垂直風(fēng)切變的存在會對橋梁、高層建筑、航空飛行等造成強烈的破壞作用,可造成橋梁樓房坍塌、飛機墜毀等惡性事故,給人類生活造成嚴(yán)重影響。
低空風(fēng)切變對飛機和著陸安全的威脅最大,不僅能使飛機航跡偏離,而且可能使飛機失去穩(wěn)定。如果駕駛員判斷失誤和處置不當(dāng),則常會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。世界上曾因此發(fā)生多起機毀人亡的。風(fēng)切變還嚴(yán)重影響火箭飛行的穩(wěn)定性,火箭設(shè)計和發(fā)射時的環(huán)境限制條件包括風(fēng)切變。
微下沖氣流危害性最大,它是以垂直風(fēng)切變?yōu)橹饕卣鞯木C合風(fēng)切變區(qū)。如果飛機在起飛和降落階段進入這個區(qū)域,就有可能造成失事。比如,當(dāng)飛機著陸時,下滑通道正好通過微下沖氣流,那么飛機會突然的非正常下降,偏離原有的下滑軌跡,有可能高度過低造成危險。
風(fēng)切變飛行事故都發(fā)生在300米以下的起飛和著陸飛行階段,尤其以著陸階段為甚,占78%。如當(dāng)遇到使飛機性能降低的風(fēng)切變時,飛機如具有機動的能量能加速以克服風(fēng)切變而改出,就可以轉(zhuǎn)危為安。若飛行高度很低,機動能量余量不足,飛機抗拒不了突然襲來的風(fēng)切變,則只能失速掉高度以致墜機。反之,飛行高度較高,飛機機動能量余量較大,則往往不易發(fā)生不可抗拒的機毀人亡事故。

據(jù)不完全統(tǒng)計,1970-1985年的16年間,在航班飛行中,至少發(fā)生了28起與地空風(fēng)切變有關(guān)的飛行事故。
1985年,美國達拉斯-福斯機場飛機墜毀,137人死亡。從此風(fēng)切變被當(dāng)作一項國際課題開始研究。據(jù)美國博爾德全國大氣研究中心的負責(zé)人科爾曼說,1985年以后,美國所有的飛機都安裝了風(fēng)氣變檢測儀,加拿大1990年代開始安裝。
2001年,美國航空公司587噴氣式飛機在空中忽然失速,沖進紐約一個居民區(qū),造成265人死亡。