银川河东机场2次低空风切变天气过程的对比分析

王晓烺，杜 星

（民航宁夏空管分局气象台，银川 750004）

风切变[1]是指小尺度风向或风速突然改变的航空现象，属于航空气象学概念，着重强调风速的突变带给飞机的剪切影响，引起飞机举力异常变化而导致机体损坏甚至飞机失事。其中600 m以下的风切变现象称为低空风切变（LAWS）。航空器离地面越近，留给机组的可操作性时间越少，因此高度越低的风切变对航空器的影响越大[2]。低空风切变往往还具有持续时间短、尺度小和突发性强等特点，通常难以被常规气象设备捕捉到[3]。河东机场近地面风场结构复杂，近年低空风切变多发，对航班安全运行影响较大。本文利用机场现有气象探测设备对2次典型低空风切变天气过程进行对比分析，探讨和研究银川机场风场预报系统和风切变告警系统，提高低空风切变预报预警准确率，以满足气象服务保障工作的需求。

1 新探测设备简介

低空风切变探测设备，河东机场目前可用于的低空风切变探测的设备有：风廓线雷达、多普勒天气雷达、国产测风激光雷达及自观测风系统。下面分别介绍本场安装的各探测设备的基本情况。

（1）风廓线雷达即固定式边界层风廓线雷达，安装在03号跑道西侧，据跑道中线700 m左右的位置。具有较高的时间和空间分辨率。最低探测高度100 m，最高探测高度大于等于3 000 m；最小高度分辨距离为低模式30 m，高模式60 m。得到的大气数据能够清晰地反映出边界层大气的结构特点及变化规律。

（2）青岛华航的Windprint S4000测风激光雷达安装于银川机场03号跑道西侧的风廓线雷达附近，根据跑道的具体方位和雷达相对跑道的安装位置，设置特定的下滑道扫描模式。试验和研究表明，相对于其他设备，激光雷达具有更高的测风精度和时空分辨率及更加灵活的扫描能力等，尤其对低空风场的精细结构和变化都具备良好的探测效果和监测能力[4]。激光雷达因大气衰减作用导致探测距离有限，但其具有很高的时空分辨率，晴天工作时衰减较小、探测距离较远。

（3）自观测风仪器有3套，分别位于21号跑道入口、03号跑道入口及跑道中间，探测距跑道10 m高度处实时风向、风速。该设备探测数据主要用来分析飞机在跑道上或附近遭遇的风切变过程。

2 风切变天气个例分析

本文选取了2次低空风切变天气过程，通过分析形势场及物理量场资料，并利用各探测设备资料进行分析对比（下文中“机场”指银川河东机场，时间均为北京时间）。

2.1 2019年4月29日风切变天气过程分析

2.1.1 过程回顾

4月29日受冷空气南下影响，银川河东机场经历1次冷锋过境的天气过程，于15：00—16：00、18：00—19：00出现高吹尘天气。期间分别于15：45、15：48和17：38收到3份航空器风切变报告，风切变出现高度分别为2 100 m、1 800 m和152.4 m。

2.1.2 天气形势分析（图略）

4月29日高空风场：500 hPa本场上空是偏西气流的多波动形势，白天有短波槽东移影响，温度场上冷平流不明显，700 hPa、850 hPa均以偏北风为主，700 hPa最大风速10 m/s，850 hPa风速较小，高空低层本场附近相对湿度值较小；从海平面气压场上分析本场附近有冷空气影响，比对实况地面风的增大时段，冷锋于29日14时左右过境本场。通过天气形势分析，4月29日本场主要天气过程为冷锋过境。

2.1.3 激光雷达资料分析

据首都机场应用激光雷达提取下滑道路径上的经向风速便可得到顶风廓线信息，进而识别风廓线位置、高度、强度和时间等特征[5]，可见下滑道模式探测数据接近飞机着陆过程中实际风速的大小。15：00—16：00机场处于锋面附近，底层大气风场变化较不稳定，主要表现为风向不稳定，水平风场存在较多局地湍流，下滑道和3°仰角PPI模式在该时段均出现风切变告警，风廓线模式未出现告警；17：00—18：00随着冷空气进一步南下，低空风速逐渐增大。冷空气过境造成风向和风速变化在空间垂直分布是中上层明显滞后于下层[6]。此时风切变是由高低层风速差异造成的，随着锋面南压，在17：21时（如图1（a）所示），近地面为弱北风，风速约为0 m/s，随着高度升高，北风逐渐增大。在17：48时（如图1（b）所示），各层均转为北风，近地面风速约7~8 m/s，在地面上空约200 m高度以上（对应下滑道长约3900m）风速逐渐增大至16 m/s，此时的风切变为冷锋后部大风天气造成。

图1 2019年4月29日不同时段下滑道迎头风风速阴影图

2.1.4 风廓线雷达资料分析

3次风切变发生时刻分别为15：45、15：48和17：38。通过分析4月29日15：00—18：00的风廓线雷达资料中水平风与垂直风，在15：45前后水平风无数据，根据周围风场判断以偏北风为主，但在该时刻附近1 800~2 300 m高度垂直风为负速度，极大值为负的2~3 m/s，代表有上升气流。在17：38前后低层500 m以下垂直风已正速度为主，风速不大于0~1 m/s，但水平风风向变化明显，在5~10 min前由偏北风转为偏东风。如图2所示。

图2 2019年4月29日15：00—18：00水平风与垂直风

2.1.5 小结

此次风切变天气过程为冷空气过境，通过以上分析激光雷达的下滑道扫描模式探测17：38的风切变天气是由低层逆风增大造成，可进行有效告警。风廓线雷达资料中水平风的风向切变或垂直风中上升气流都对风切变的发生有一定指示作用。

2.2 2019年5月17日风切变天气过程分析

2.2.1 过程回顾

本场于5月17日22：00—次日00：00受强对流云影响出现雷暴且伴有高吹尘的天气，23：00前西南风较大，23：00后转为东南风，风速减小。于22：32、22：33收到2份航空器风切变报告，风切变出现在21号跑道东北方，高度分别为304.8 m、659 m。

2.2.2 天气形势分析

5月17日20 ：00高空风场（图略）：500 hPa本场上空偏西气流为主，区域北部有冷平流下滑，700 hPa本场附近有切变线影响，850 hPa切变辐合较强，虽然高空低层的相对湿度值较小，但抬升作用较强；海平面气压场上本场地面受热低压控制，在日变化地面增温后有利于本场午后至夜间的对流天气发展。从垂直速度时序图分析，本场500 hPa以下的负速度中心位于17日17：00至17日23：00有上升气流有利于对流云发展，与雷暴出现时间较一致。如图3所示。

图3 本场垂直速度时间剖面图（2019年5月16日8：00至18日2：00）

2.2.3多普勒雷达资料分析

如图4所示，选取22：22、22：28、22：33的多普勒雷达资料，强度图仰角为1.5°，速度图仰角为0.5°。通过分析强度图雷暴云西南—东北向移动并影响本场，从低仰角速度图上可以看到22：28本场附近有明显的零速度线，并且有反气旋式辐散，零速度线的移动方向与雷暴云一致。

图4 2019年5月17日22:22、22:28、22:33（从左至右）强度图（仰角1.5°）、速度图（仰角0.5°）

2.2.4 激光雷达资料分析

22：50时地面上空约60 m高度处（对应下滑道长约1 200 m）为南风，风速约为5~6 m/s，随着高度增加，南风风速逐渐增大，在高度为90 m处（对应下滑道长约1 700 m），风速约为15~16 m/s，2个高度处风速矢量在下滑道上投影值的差达到了风切变告警阈值。对流天气常会引起近地层风场显著变化，这在激光测风雷达探测的径向风场中有明显体现[7]。在PPI模式中，从22：24—22：46，风向风速都出现了明显的变化，高层风速减小，风向由一致的西南风变为西北偏北风。如图5所示。

图5 2019年5月17日不同时刻PPI模式3°仰角扫描的下滑道范围（黑框区域内）水平风场分布

2.2.5 风廓线雷达资料分析

5月17日22 ：32的风廓线雷达资料中水平风与垂直风，该时刻前后500 m以下水平风以西南风为主，风速由高到低逐渐增大，为8~16 m/s;垂直风500 m以下为正速度，为3~5 m/s，与雷暴发生时的降水天气有关。所以在风切变发生前后低层水平风风速切变较明显，如图6所示。

图6 2019年5月17日22：00—23：00水平风与垂直风

2.2.6 小结

本次风切变天气过程由于强对流天气影响，雷暴天气主要出现在22:00—23:00，考虑由本场周边雷暴云产生的强烈上升下沉气流导致。多普勒雷达速度图上本场附近有零速度线影响，低空风向和风速差异较大。在PPI模式中，风切变发生前后，风向风速都出现了明显的变化，高层风速减小，风向由一致的西南风变为西北偏北风。风廓线雷达水平风低层风速切变明显。

3 结束语

本文通过对2次不同天气系统背景下发生的风切变过程进行分析，得出如下结论。

激光雷达的下滑道模式中风速有明显的变化，PPI模式连续扫描时风速、风向的变化可能出现风切变天气，可设定阈值进行有效告警。多普勒雷达低仰角速度图上的零速度线对风切变的发生有一定指示作用。风廓线雷达资料中，风切变发生时刻前后对应着垂直风的上升运动，以及水平风的风向、风速的明显切变。

将以上各探测设备在风切变天气中的特征进行有效整合并应用，期望对以后的风切变预报预警工作有所帮助。