机长视野 | “飞行安全的杀手” 警惕风切变

进入10月，一轮又一轮强劲的冷空气南下与副热带高压频繁接触，使得全国各地大风天气频发。仅10月上旬，北京就接连遭遇了3次大风天气，有时局地阵风甚至超过10级。除了大风，北方地区的风切变报告数量也开始增加。

风切变被称为“飞行安全的杀手”，是指风向和风速突然发生剧烈改变。作为一种天气现象，风切变可以被发现和预测吗？我国的风切变主要发生在哪里？飞行员又该如何应对风切变，尤其是低空风切变呢？

（张旭/制图）

引发低空风切变的情形

从国内统计数据来看，我国的风切变常发生在北方地区和西南、西北地区，每年4月~5月多发，具有明显的季节性。而在频发机场，多数风切变发生在15时前后。

风切变现象普遍存在于大气对流层的各个高度，我们一般将600米以下发生的风切变称为低空风切变。低空风切变对民航运行影响很大，其通常是天气和环境因素共同作用引发的。

雷暴是引发强烈低空风切变的主要原因，也是风切变研究和探测的重点。一般认为，雷暴所引起的下降气流可以在云体周围引发多种不同的风切变。一种风切变发生在雷暴云体下方，诱发因素是灾害性风下击暴流。这类雷暴持续时间较短，强度大，影响范围小。另一种风切变是雷雨中的下沉气流到达地面后，形成一股冷空气向周围扩散。它可以传播到距离雷暴云20公里处，且不容易被发现。脱离雷暴云体后，此类风切变不会再发生其他天气现象，一般较难预测，多数只能在发生时被探测到。所以，其对飞行安全构成极大威胁。

当机场四周山脉较多或地形地貌复杂时，地理环境因素常引发低空风切变。一方面，风沿着山脊抬升和下沉，会在临近高度形成山脊风，并产生上升和下沉气流。另一方面，当强风通过山脉时，会在下风侧留下一系列旋涡，从而形成山地波；山脉的背风一侧会有冷空气停留在地面，形成下沉气流，背风面经常出现气流滚动，就像瀑布下的水流，会把飞机裹挟进山谷里。若机场处在这种复杂的地形中，当飞机起降穿过这些区域时便会遭遇强烈的低空风切变。而沿着山脊飞行作业的直升机也容易被这些气流干扰，难以保持状态。此外，在海陆交接的地带，白天陆地升温快，形成上升气流；夜晚则相反，形成海陆风，在飞机垂直飞越海岸线的时候就经常发生颠簸。这也是一种常见的风切变成因。

当分布在锋面两侧的天气要素差异较大时，如冷锋进入暖气团，飞机穿过锋面，温度、湿度、风速和风向将发生显著变化。这类风矢量的变化也将引发持续性的低空风切变。同时，辐射逆温层的低空急流也可能引发风切变。一般来说，低空急流有一定的季节规律可循。辐射逆温层在秋季、冬季出现较为频繁，从而引发大风。低空急流一般在19时~20时形成，次日8时后随着逆温层的解体而不复存在。这类低空急流对夜间飞机起降造成很大影响。

遭遇风切变困境

飞行员一般用飞行中的飞机作为参照物，将低空风切变分为顺风切变、逆风切变、侧风切变和垂直风切变。

飞机是靠机翼与空气的相对运动产生升力并维持姿态的。飞机与空气的相对速度是产生升力的关键，所以在低空飞行的飞机最怕遭遇突然出现的强顺风。以空客A320或波音737飞机为例，它们在降落时的速度为130节~140节，相当于每小时250公里。如果飞机在靠近地面时突然遭遇一阵40节的顺风，机翼上相对气流的速度瞬间减至原来的80%，飞机便会损失近四成升力，从而迅速下坠。在高空巡航过程中，这样的风切变往往导致严重的颠簸。而在低空，这样的风切变更为凶险。

更为少见的垂直风切变对飞行安全危害最大。这类风切变因运动方向和强度而被称为下击暴流，是指近地面出现突发性强烈下降气流。下击暴流或微下击暴流水平尺度小，下击暴流的水平尺度一般在20公里以下，而隐藏的微下击暴流的水平尺度仅有数百米。别看垂直风切变的“个头”不大，其往往裹挟着超过18米/秒的强劲向下风力，极端时下降气流速度可达30米/秒，堪比倒过来的龙卷风。一个下击暴流冲击到地面，气流被地面阻挡而四散开来，就像一朵盛开的花。下击暴流除了对飞行造成严重影响，甚至可能破坏地面的树木、桥梁、建筑物。很多传说中的不明飞行物留在地面的破坏痕迹，就是强烈的下击暴流造成的。

遭遇顺风切变的典型特征是空速突然减缓，飞机因升力减小而掉高度。在起飞滑跑时，则表现为增速缓慢无法离地。若高度较高，飞机经过切变线后虽然会显著损失高度，但机组仍有机会执行处置程序改出；若高度较低，机组可能来不及采取措施，甚至导致飞机坠毁或者在跑道外提前触地。

逆风切变则极具迷惑性。一开始，飞机会因空速突然加快而增大升力，脱离正常的爬升或下滑路径，特别是飞机在着陆阶段通过逆风切变区域时，飞行员往往会面对如何“消耗”飞机过高的高度或者大速度的问题，从而操纵飞机减小推力以接近风切变中心区域，在逆风转为顺风后引发危险。

相比之下，侧向风切变会导致飞机侧滑、带坡度继而偏离原有航迹，在着陆阶段容易导致飞机带坡度和偏流着陆，刮擦发动机和机翼，甚至冲出跑道。垂直风切变是所有风切变中最危险的。特别是猝发性的强烈下沉气流，会让飞机骤然出现非正常的下沉，偏离原有航迹甚至直接被拍在地上。

科学探测和应对风切变

自20世纪70年代起，世界民航就开始了风切变探测方面的技术攻关。为了捕捉隐形的气流，各国先后应用了低空风切变实时预测警告技术，经历了风速计、天气雷达、激光雷达、风廓线雷达等探测设备的发展及使用，最终形成了基于多种设备的低空风切变探测系统。现在，我国机场和地面气象站对机场周边风切变的探测捕捉率可以达到90%以上。

民航飞机的气象雷达和机载大气探测系统也搭载了风切变探测系统，可以通过预警式风切变和反应式风切变提醒飞行员。其中，预警式风切变是通过机载前视气象雷达对飞机前方一定范围内的风场发射相干脉冲，根据回波信号探测的潜在风切变。而由飞机飞行增稳计算机通过其他系统探测到的信号来源判断或检测出的真实存在的风切变，被称为反应式风切变。遭遇反应式风切变，表明飞机已进入风切变区域。

目前，对风切变的探测仍存在一定的技术短板。一是机场难以对整个进近过程的天气状况进行大面积观测，其提供的风切变预警一般仅覆盖机场和跑道端短距离范围，且信息发布间隔长，不能第一时间提醒机组。二是机载雷达主要是通过大气水汽移动探测风切变，对远离降水的风切变和受地形条件影响下的风切变探测灵敏度不高。因此，关键时刻还是要充分发挥人的主观能动性，通过飞行机组对风切变的及时识别和判断，果断采取技术措施，确保飞行安全。

飞行机组在观测天气、地形和收听其他飞行员报告的同时，要实时监视机载反应式风切变与预警式风切变告警，并通过监控飞行参数的变化综合判断。倘若发现飞行参数无缘由地发生变化，如空速偏15节以上、垂直速度偏500英尺/分钟以上、俯仰姿态偏差5度以上、下滑道偏差1个点以上、航向变化10度以上，以及出现不正常的推力需求或不寻常的地速变化，飞行机组应当敏锐地意识到飞机闯入了风切变区域，应立即做出改出机动动作，而不是等到风切变警告声响起才改出。

风切变是一种导致飞机进入复杂状态的典型天气现象，对飞行安全威胁极大。风切变处置是必训、必考科目。飞行员一方面需要通过理论知识学习，重点掌握风切变的典型气象特征和飞行参数变化特点，结合飞行原理知识正确理解风切变对飞机性能的影响特点、飞机能量管理要求，熟练掌握风切变处置程序；另一方面需要通过模拟机重点训练机组工作负荷管理、驾驶舱资源管理、知识储备与理解、飞行航迹管理等四个方面的内容。（作者刘蔚然，单位：中国民航科学技术研究院）

编辑|张 薇

校对|孙文瑾

审核|程 凌