哈尔滨机场低空风切变特征统计及可预报性分析

2021-12-08张秋实张欣慰刘宇龙

黑龙江气象 2021年3期

张秋实，张欣慰，刘宇龙

（民航黑龙江空管分局，黑龙江哈尔滨150000）

1 引言

2021年3月30日乌鲁木齐至喀什航班在着陆复飞过程中左翼尖擦地，再次进近后正常落地，构成一起遭遇低空风切变天气意外原因的运输航空严重征候。1980-1996年间全世界共发生重大临近着陆事故287起，事故的主要原因就是低空风切变，1964-1985年间,在国际定期和不定期航班以及其他飞行任务中,至少发生与低空风切变有关的飞行事故31起和事故征候3起,死亡总人数703人,受伤总人数267人[1]。关于低空风切变对飞行的危害本文不再赘述。

根据国际民航组织的有关文件和文献约定，低空风切变是距地面500 m以下的空气层中，在同一高度或不同高度上风向和风速的突变现象[3-4]，而在哈尔滨机场，飞机由进近移交塔台指挥飞机着陆的高度为真高510 m，距跑道中心点约10 km处，易遭遇风切变。由于低空风切变严重影响航空安全，并具有持续时间短，尺度小，高度低，强度大，发生突然，预测难等特点，因此被称为“航空飞行的恶魔”[5]。

2 方法与资料

为充分掌握哈尔滨机场低空风切变的天气特征，本文统计分析了2016年1月-2021年6月黑龙江空管预报室接收到的39份低空风切变航空器空中报告（以下简称空中报告），并对直接导致其发生的天气类型和条件进行分类，之后利用不同探测设备对部分具有代表性的风切变天气类型进行诊断分析，探讨其提前预报的方法。

2016年1月-2021年6月，机场共接收到39份低空风切变报告。值得注意的是，接收到风切变报告时代表此时有航班遭遇或飞机探测设备有风切变告警，按照机组程序，只有设备告警后才通报管制其遇到风切变，而其自身飞机遭遇气流，状态不稳多通报为不稳定进近。预报室收到报告后会发布风切变警报，且塔台也会转告后续起降机组，相应航班在此时段也会视情况起降。同时在特定天气下，例如雷暴等可明显探测到的天气，飞机停止起降，此时即便有风切变也不会收到空中报告。因此低空风切变的航空器空中报告只有部分代表意义，而由于雷暴、下击暴流和龙卷等强风切变天气下飞机可通过目视或雷达等进行绕飞，多不会遇到风切变[6]，故将本文中收到报告时遭遇的风切变称之为“隐形”风切变。

表1 遭遇风切变时的天气类型

3 低空风切变统计特征

3.1 低空风切变发生时对应的天气类型分布特征

统计分析发生在哈尔滨机场的有关低空风切变的空中报告，依据天气学原理相关知识进行分类，在哈尔滨机场起降的航空器遭遇风切变的天气类型多为急流（41%）、对流云（20%）和冷锋（15%），其他类型较少。而由于在雷暴天气过程中，飞机可以避开大多数雷暴以及其造成的下击暴流引起的低空风切变，哈尔滨机场雷暴覆盖时无飞机起降，因此在空中报告中未有雷暴型。由于逆温多存在于冬季夜间到早晨，冬季机场风速较小，夜间航班量也相对较少，故遭遇逆温型风切变的航班数也不多。

3.2 低空风切变逐月分布特征

哈尔滨机场接收到的低空风切变空中报告主要发生在冬末至夏初，其次为10月，盛夏和冬季偶有出现，其中4月和5月为接收报告的峰值，这与黑龙江省多春季大风相对应，如图1所示，综合以上特点可以看出，哈尔滨机场发生低空风切变多在过渡季节。值得注意的是，接收到报告较少的月份不代表无风切变的发生，如夏季雷暴云团覆盖跑道期间，当哈尔滨机场停止起降后则不会接收到空中报告，但此期间多会有下沉气流造成近地面风向风速的急剧变化。

图1 累年逐月分布特征

3.3 低空风切变逐时分布特征

低空风切变发生时间多为11-15时，如图2所示。此时段遭遇的风切变类型多为急流型，时间上多为一日之中温度较高时段，由于近地面太阳辐射增温，整个大气层变得不再稳定，利于上下层风的动量交换，近地面风速相对较大，且此时航班量也较多，飞机起降易遭遇风切变。由于太阳落山后，近地面辐射降温，大气层结逐渐变得稳定，动量下传均较弱，夜间低空风切变发生就相对较少。

图2 累年逐时分布特征

表2 低空风切变发生位置分布特征

3.4 低空风切变发生位置分布特征

在飞机进近着陆过程中易遭遇风切变，其中在五边位置占25.64%，占比最大，距离着陆跑道入口端1-5 km处占20.51%，着陆入口端处占15.38%，距离入口端5-10 km处占12.82%，由此可见，在飞机从五边位置（机场跑道长3.2 km，五边位于跑道延长线10 km左右处）对准跑道开始进近着陆，高度不断降低过程中，均可遭受低空风切变的影响，在日常预报工作中不仅要对跑道上空风向风速变化做出预报，同时也应对五边附近到跑道期间位置的风向风速变化做出提前预报，以保障飞行安全。

4 不同类型风切变的预报能力分析

4.1 急流型低空风切变可预报性分析

急流多为超低空急流，表现在地面为系统性大风天气，即春秋季节的偏南大风和西北大风，大风天气多伴有风速更大的阵风，加之局地地形的影响易造成风速的切变。由于机场系统性大风常持续数小时，在此期间飞机起降均可能遭遇风切变，查阅历史数据可知此类型风切变多发生在起飞着陆滑跑，或刚刚接地或离地时。2021年5月12日，11:57南航6481在距离23端接地点1.2 km处、13:41海航7327在距离23端接地点1.5 km处、14:30夏航8093在23端接地点附近遭遇风切变，从11-15时，机场23端风速均在10 m/s以上，但偶尔出现15 m/s以上的阵风，风向为240-300°之间，为逆、侧风风切变，风向相对稳定，如图3。

图3 2021年5月12日哈尔滨机场23号跑道端风向风速变化

通过分析此时的哈尔滨机场风廓线数据可以看出高低空均为一致的西南风，且风速达到20 m/s，同时也可根据其反演计算的风切变产品，判断跑道上空500 m以下的风切变出现的频率较高，即500 m以下的亮带（图略）。

急流型风切变地面多为大风天气，可以提前预报其发生，但无法准确预报每次风切变的时间，在日常工作中可根据自动观测系统阵风出现的频率以及风向的变化，同时由于此类风切变多出现在跑道附近，可以结合风廓线雷达对其提前预报。

4.2 冷锋型低空风切变可预报性分析

由于哈尔滨机场跑道为230°-050°方向，而冷锋过境时多为偏南风转西北风，即起降飞机由逆风转为逆侧风，风的水平切变较小，因此在锋面过境天气过程中，也较少接收到空中报告，但应注意强锋面过境的预报，即锋面两侧的温差≥5℃,锋面移速≥15 m/s时，对起降飞机影响较大。对于锋面这种大尺度天气系统，提前预报能力也可达2小时以上，对于冷锋型风切变可参考上游风向风速变化，或根据多普勒天气雷达速度图判断上游高低空风向风速的变化，推算哈尔滨机场风场突变的时间和强度。

4.3 对流云型低空风切变可预报性分析

对于较弱的对流云下的风向风速变化，日常工作中经常忽略其影响，2021年5月14日哈尔滨机场受大面层状云隐嵌积状云影响，虽未出现雷雨等强对流天气，但成都航空1898在21:05，于05号跑道五边，高度365.76 m处遭遇风切变，查询此时多普勒雷达产品可知，此时系统风为西南风，但雷达中心到05号五边处为东北风，飞机在05号五边（雷达中心点西南15 km）飞行时遭遇风向的突变，如图4，同时在300 m以下为东北风，300 m以上为西南风，穿过此高度的飞机也可遭遇风向的突变。对于此类天气多普勒雷达多可探测到，因此在雷雨天气过程保障中，应多注意观察体扫速度图的变化特征，达到提前预报。

图4 2021年5月14日21:03多普勒雷达体扫速度1.5°仰角

4.4 阵风锋型低空风切变可预报性分析

关于阵风锋型低空风切变哈尔滨机场接收到的很少，但实际工作中飞机遭遇阵风锋引起的不稳定进近并不少，因此也着重对其进行分析。2019年7月18日，哈尔滨机场受大面积雷雨云团影响，在雷雨到达哈尔滨机场前多架飞机遭遇不稳定进近，其中14:24，BJN1623由于不稳定进近，距23号跑道接地点8 km，真高450 m中止进近。14:30，CES5821同样由于不稳定进近，距23号跑道接地点4 km，真高120 m中止进近。14:50 BJN1623由于不稳定进近，再次中止进近。14:56 CSN6258由于风向风速不稳，距05号跑道接地点9 km，真高800 m中止进近。观察此时的雷达图可明显看到五边位置有阵风锋影响，由于哈尔滨机场风向为西南，而阵风锋从北向南移动，风向为东北，且风速较大，因此飞机在五边附近可遭遇风向风速的切变，如图5。