風切變(Wind Shear)是一種大氣現象,指風矢量(風向、風速)在空中水平和(或)垂直距離上的變化。
產生風切變的原因主要有兩大類,一類是大氣運動本身的變化所造成的;另一類則是地理、環境因素所造成的。風切變可以分為低空風切變與高空風切變。根據風向變化的不同,風切變又可以分為三種:水平風的水平切變、水平風的垂直切變、垂直風的切變。風切變是民航飛行中的“隱形殺手”。由于風切變現象具有時間短、尺度小、強度大的特點,是一個不易解決的航空氣象難題。為了應對風切變,需要加強對風切變的識別、盡量規避風切變、加強風切變教育。
垂直風切變的存在會對橋梁、高層建筑、航空飛行等造成破壞。低空的風切變是飛機在起飛和著陸階段的一個重要危險因素,通常被稱為“飛行安全殺手”。
形成原因
產生風切變的原因主要有兩大類,一類是大氣運動本身的變化所造成的;另一類則是地理、環境因素所造成的。有時是兩者綜合而成。
天氣變化
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,均可產生較強的風切變。尤其是在雷暴云體中的強烈下降氣流區和積雨云的前緣陣風鋒區更為嚴重。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。它是以垂直風為主要特征的綜合風切變區。
鋒面天氣
無論是冷鋒、暖鋒或囚鋒均可產生低空風切變。不過其強度和區域范圍不盡相同。這種天氣的風切變多以水平風的水平和垂直切變為主(但鋒面雷暴天氣除外)。一般來說其危害程度不如強對流天氣的風切變。
輻射逆溫型的低空急流天氣
秋冬季晴空的夜間,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,風速較大形成急流,而逆溫層下面風速較小,近地面往往是靜風,故有逆溫風切變產生。該類風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也會發生危險。
地理環境
地理、環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切變現象。其風切變狀況與當時的盛行風狀況(方向和大小)有關,也與山地地形的大小、復雜程度,迎風背風位置,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。一般山地高差大,水域面積大、建筑物高大,不僅容易產生風切變,而且其強度也較大。
人為因素
前一架飛機起飛后產生的擾動亂流引發的風切變,如果間隔時間過短,可能對后一架飛機造成影響。
分類
按高度劃分
風切變可以分為低空風切變與高空風切變,低空風切變是指發生在地面上600米以下的風切變。而發生在600米以上的風切變,則被稱為高空風切變。
按風向變化劃分
風切變按風向可分為水平風的水平切變、水平風的垂直切變、垂直風的切變。水平風的水平切變是風向和(或)風速在水平距離上的變化;水平風的垂直切變是風向和(或)風速在垂直距離上的變化。垂直風的切變是垂直風(即升降氣流)在水平或航跡方向上的變化。下沖氣流是垂直風的切變的一種形式,呈現為一股強烈的下降氣流。范圍小而強度很大的下沖氣流稱為微下沖氣流。
強度標準
水平風垂直切變標準
根據國際民航組織頒布的標準,一般認為0.1米/秒以上的水平風垂直切變會對戰略運輸機帶來嚴重影響。民航系統取垂直方向上一定高度范圍內(如30米),當兩個界面風速差在2-4米/秒(相當于0.1米/秒左右)之間,認為是中度風切變;4-6米/秒,認為是強烈風切變;6米/秒以上為嚴重風切變。
水平風的水平切變標準
水平風的水平切變國際民航組織未給出標準,但多數情況下會選擇參考美國的警報標準,利用五個與中央測風站相距3公里的外測站,在風向量差達到一定值時發出警報。系統規定每一分鐘與中央站的風向量差達7.7米/秒以上時系統即發出報警信號,以此推算,2.6米/秒/公里可作為能對飛行構成危害的水平風的水平切變強度標準。
垂直風切變標準
垂直風的切變強度,在相同的空間距離內主要由垂直風本身的大小變化來決定。其劃分通常與下擊暴流的強度劃分相結合,危險氣流最大直徑大于四公里時為下擊暴流,小于四公里為微下擊暴流。
危害原理
風切變是導致飛行事故的大敵,特別是低空風切變。國際航空界公認低空風切變是飛機起飛和著陸階段的一個重要危險因素。低空風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定。如果駕駛員判斷失誤和處置不當,則常會產生嚴重后果。世界上曾因此發生多起機毀人亡的事故。風切變飛行事故都發生在300米以下的起飛和著陸飛行階段,尤其是著陸階段,占78%。如當遇到使飛機性能降低的風切變時,飛機如具有機動的能量能加速以克服風切變,就可以轉危為安。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,則往往不易發生不可抗拒的機毀人亡事故。
影響
風切變對于日常生活產生最大的影響就在于對航空的影響。據中國民航報報道,風切變是民航飛行中的“隱形殺手”。飛機之所以能夠正常地起飛和降落,主要是依靠機翼在空氣中的升力托舉機制,而這種機制需要飛機機翼附近的氣流持續穩定。然而風切變正是改變風向和風力的強大氣流,所以在飛機起飛和降落的過程中會嚴重干擾機翼的正常升力托舉,從而干擾飛行。飛機一旦遭遇風切變,嚴重時可能導致機毀人亡。風切變還嚴重影響火箭飛行的穩定性,火箭設計和發射時的環境限制條件包括風切變。
判斷方法
強低空風切變還是難以抗拒的,只有避開才是有效的辦法。低空風切變通常采用的判斷方法有目視判別法、座艙儀表判別法。
防范措施
由于風切變現象具有時間短、尺度小、強度大的特點,是一個不易解決的航空氣象難題,屬于“天災”。對付風切變的最好辦法就是設法避開它,即盡可能減少“人禍”的因素。首先,要加強對風切變的識別。借助一切可用的天氣數據、機載設備信息,參考飛行參數和航徑信息,注意及時發現潛在的或已經存在的風切變。其次,盡量規避風切變。利用氣象數據、目測觀察和風切變探測設備的信息,推遲起飛或進近,或者改航到更合適的機場。第三,加強風切變教育,提高飛行員處置風切變的能力,以確保一旦遭遇風切變,飛行員能夠果斷操作、處理。
技術應用
隨著飛機工業的發展,機載設備不斷升級完善,近地警告系統(EGPWS)風切變警告系統和氣象雷達(WXR)的前視風切變(PWS)探測系統均裝備了飛機。機組人員在發現風切變時,及時通報給管制部門,以便管制部門及時提醒或指揮其他航班,及時避開風切變區域,保障飛行安全。此外,飛機空速表、升降速度表、姿態表也是判別風切變存在的重要手段,一旦發現這些儀表顯示飛機嚴重異常,機組應該當即立斷,復飛或終止進近。
相關事件
JD5759航班事件
2018年8月28日上午8時17分,北京首都航空JD5759航班北京起飛,飛往目的地澳門。飛機型號空中客車A320,編號B-6952。機組9人,旅客157人。11時20分,飛機在澳門國際機場降落;降落時飛行員感到飛機突然下沉著地,疑似遭遇風切變,于是緊急復飛。此次重著陸中前起落架嚴重受損。復飛過程中,受損嚴重的前起落架碎片被左邊發動機吸入,進而造成左邊發動機受損失效,發動機的壓氣葉片邊緣受損。11時23分,飛機先后掛出7600和7700緊急代碼,7600表示通信設備出現故障,飛機衛星電話失靈;7700表示飛機遇到緊急狀況。此時,飛機已進入運行控制中心(AOC)監控狀態。
11時30分啟動應急。AOC通過ACARS(飛機通信尋址/報告系統)聯系,保持持續監控。機組初步反饋:飛機澳門落地時遭遇極端天氣,初步判斷為風切變,落地時一個起落架受損,可能吸入發動機,飛機復飛,通信導航系統失效,單發失效。隨后,機組使用備用導航系統,宣布mayday(著陸前宣布緊急狀況常用語),飛機前往深圳市備降,并在深圳寶安國際機場做第一次低空通場,以檢查起落架及機輪情況。11時58分,飛機安全落地深圳機場34號跑道,后發現前起落架兩個機輪全部缺失。飛機在跑道上啟動應急撤離,釋放滑梯。12點13分,機組、旅客全部安全、有序完成了撤離。
GE222航班失事事件
2014年7月,臺灣復興航空GE222航班失事墜毀在馬公機場外的西溪村,波及村內多所民宅,殘骸散落在約200米長的狹長地帶,還有尾翼等大塊殘骸卡在民宅之上。此次空難共造成機上48人罹難、10人受傷,另有5名當地村民被波及受輕傷。民航專家表示,低空風切變或是墜機直接原因。
聯邦快遞80號班機墜毀事件
聯邦快遞80號航班(FDX80)是聯邦快遞旗下的全貨機航班,是由中國廣州白云國際機場飛往日本成田國際機場的定期貨運航班。在2009年3月23日在成田國際機場著陸時,疑因遭遇強烈風切變重著陸在34L跑道引發大火,這也是成田機場啟用后的首次全機墜毀事件和人員死亡事故。
參考資料 >
“哈維”剛走,“艾爾瑪”又來,許多在美華人發微信求救.中國日報中文網.2024-01-24
【青年學】帶你了解風切變.微信公眾平臺.2024-01-24
科學小知識,風切變的危害知多少.人民網.2024-01-06
風切變:可怕的飛機“殺手”.科學網.2020-05-10
一航班緊急備降成都天府機場,航司工作人員:發生風切變告警.百家號.2024-01-30
青年學|黔塔小講堂.微信公眾平臺.2024-01-30
淺談風切變對飛行的影響.中國航空旅游網.2024-01-30
臺空難黑匣子找到.新浪網.2024-01-24
[視頻]臺灣復興航空一客機迫降失事·民航專家:低空風切變或是墜機直接原因.央視網.2024-01-24
【空難改變航空史】0.7秒延遲釀成的悲劇:聯邦快遞80號班機.微信公眾平臺.2024-01-24