標籤:大氣物理

風切變是一種大氣現象,是風速在水平和垂直方向的突然變化。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,被人們稱為「無形殺手」。

1簡介

風矢量(風向、風速)在空中水平和(或)垂直距離上的變化。對飛機和著陸安
風切變

  風切變

全威脅最大的是低空風切變,即發生在著陸進場或起飛爬升階段的風切變。它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,則常會產生嚴重後果。世界上曾因此發生多起機毀人亡的。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。風切變主要由鋒面(冷暖空氣的交界面)、逆溫層、雷、複雜地形地物和地面摩擦效應等因素引起。

2分類

為了確保安全,國際航空、航天和氣象界都積極開展低空風切變的研究。風切變常分為以下幾種:
①風的水平切變(又稱水平風切變)是風向和(或)風速在水平距離上的變化。
②風的垂直切變(又稱垂直風切變)是風向和(或)風速在垂直距離上的變化。
③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。範圍小而強度很大的下沖氣流稱為微下沖氣流。

3成因

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。
(1) 產生風切變的天氣背景。能夠產生有一定影響的低空風切變的天氣背
風切變

  風切變

景主要有三類。
a. 強對流天氣。通常指雷暴、積雨雲等天氣。在這種天氣條件影響下的一定空間範圍內,均可產生較強的風切變。尤其是在雷暴雲體中的強烈下降氣流區和積雨雲的前緣陣風鋒區更為嚴重。對於特彆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徵的綜合風切變區。
b.鋒面天氣。無論是冷鋒、暖鋒或錮囚鋒均可產生低空風切變。不過其強度和區域範圍不盡相同。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。
c. 輻射逆溫型的低空急流天氣。秋冬季睛空的夜間,由於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。
(2) 地理、環境因素引起的風切變。這裡的地理、環境因素主要是指山地地形、水陸界面、高大建築物、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、複雜程度,迎風背風位置,水面的大小和機場離水面的距離,建築物的大小、外形等有關。一般山地高差大,水域面積大、建築物高大,不僅容易產生風切變,而且其強度也較大。

4強度標準

低空風切變的強度直接關係到飛行安全。它表示了對飛行的危害程度,目前推出使用的有下列三種。
水平風的水平切變強度標準
該項尚無統一標準。但美國在機場低空風切變警報系統中採用了一個
風切變

  風切變

水平風切變強度報警標準值。該系統在機場平面有六個測風站,即中央站和五個外站。各外站和中央站間距離平均約為3公里。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。

垂直風的切變強度標準

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。對飛行安全危害最大的是強下降氣流。根據著名氣象學家藤田和科爾斯的建議,提出了一種稱之為下沖氣流數值的標準。它以下降氣流速度和到達地面的輻散值來確定。後來對於危害最大的直徑小於4公里的下沖氣流稱之為微下沖氣流。

5危害淺析

為什麼低空風切變會有如此的危害性呢?這是由風切變的本身特性造成的。以危害性最大的微下沖氣流為例,它是以垂直風切變為主要特徵的綜合風切變區。由於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速會出現突然的加劇,就產生了特彆強的下降氣流,被稱為微下沖氣流。這個強烈的下降氣流存在一個有限的區域內,並且與地面撞擊後轉向與地面平行而變成為水平風,風向以撞擊點為圓心四面發散,所以在一個更大一些的區域內,又形成了水平風切變。如果飛機在起飛和降落階段進入這個區域,就有可能造成失事。比如,當飛機著陸時,下滑通道正好通過微下沖氣流,那麼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。當飛機飛出微下沖氣流后,又進入了順風氣流,使飛機與氣流的相對速度突然降低,由於飛機在著陸過程中本來就在不斷減速,我們知道飛機的飛行速度必須大於最小速度才能不失速,突然的減速就很可能使飛機進入失速狀態,飛行姿態不可控,而在如此低的高度和速度下,根本不可能留給飛行員空間和時間來恢復控制,從而造成飛行事故。
嚴重的低空風切變,常發生在低空急流即狹長的強風區,對飛行安全威脅極大。這種風切變氣流常從高空急速下沖,像向下傾瀉的巨型水龍頭,當飛機進入該區域時,先遇強逆風,后遇猛烈的下沉氣流,隨後又是強順風,飛機就像狂風中的樹葉被拋上拋下而失去控制,因此,極易發生嚴重的墜落事件。

6相關事件

1985年8月2日,達美航空191號航班在美國達拉斯-沃斯堡國際機場墜毀,造成137人死亡。從此,風切變被當
風切變事故

  風切變事故

作一項國際課題開始研究。據美國博爾德全國大氣研究中心的負責人科爾曼說,1985年以後,美國所有的飛機都安裝了風氣變檢測儀。加拿大1990年代開始安裝,但安裝的具體數目不太清楚。
2009年3月23日,聯邦快遞80號班機在日本成田國際機場降落時,因風切變墜毀,2名駕駛員遇難。
垂直風切變是指垂直於地面方向上風速或風向隨高度的劇烈變化,強烈的垂直風切變的存在會對橋樑、高層建築、航空飛行等造成強烈的破壞作用,可造成橋樑樓房坍塌、飛機墜毀等惡性事故,給人類生活造成嚴重影響。

7相應對策

由於風切變現象具有時間短、尺度小、強度大的特點,從而帶來了探測難、預報難、航管難、飛行難等一系列困難,是一個不易解決的航空氣象難題。因此,目前對付風切變得最好辦法就是避開它。因為某些強風切變是現有飛機的性能所不能抗拒的。進行風切變的飛行員培訓和飛行操作程序設置,在機場安裝風切變探測和報警系統,以及機載風切變探測、告警、迴避系統,都是目前減輕和避免風切變危害的主要途徑。
風切變,又稱風切或風剪,是指大氣中兩點間風速和風向的劇烈變化。根據兩點高度之間的差異,風切變可分為水平和垂直兩大類。
風切變對航空飛行的危害極大。在起飛和降落的過程中,由於飛行速度低,風切變能夠對航空器空速產生很大的影響,致使航空器的姿態和高度發生突然變化,在低高度上其結果有時是災難性的。
1985年,美國達拉斯-福斯機場飛機墜毀, 137人死亡。 從此,風切變被當作一項國際課題開始研究。據美國博爾德全國大氣研究中心的負責人科爾曼說, 1985年以後,美國所有的飛機都安裝了風切變檢測儀。加拿大1990年代開始安裝。
垂直風切變是指垂直於地面方向上風速或風向隨高度的劇烈變化,強烈的垂直風切變的存在會對橋樑、高層建築、航空飛行等造成強烈的破壞作用,可造成橋樑樓房坍塌、飛機墜毀等惡性事故,給人類生活造成嚴重影響。
水平風切變則指與地面平行的方向上風向的急速轉變。
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