兰州管制区颠簸的时空分布及天气系统特征分型

摘要：本文以中国兰州管制区作为核心研究区域，系统性地分析了2015年至2023年3月期间该区域内发生的飞机颠簸事件。研究旨在通过深入探究飞机颠簸的成因机制、构建科学的强度评估体系，并详细描绘兰州管制区颠簸现象的时空分布规律、天气类型划分及其特征，从而为该地区的飞行安全管理和气象预报服务提供坚实的科学理论与实证依据。在研究方法上，本研究对飞机颠簸事件进行了统计分析及不同天气系统的分型。研究结果显示，兰州管制区的飞机颠簸事件多发于春末夏初的季节转换期，这一规律与高空急流活动频繁、对流云系发展旺盛等特定气象条件密切相关。此外，研究还发现颠簸事件的强度、频率及持续时间均受到多种气象要素的共同影响，呈现出复杂的时空分布特征。针对晴空颠簸这一特殊类型，本研究根据天气形势的不同特征，将其进一步细分为高空急流型、高空槽线型、切变线型及高空脊型等四种类型。通过对每种类型晴空颠簸的特点进行深入剖析，研究明确了各自的预报重点与难点，为提升颠簸预报的精确度与时效性提供了有益的参考。

关键词  兰州管制区  飞机颠簸  时空分布  天气型分类  晴空颠簸

一、引言

在民用航空领域，航空器颠簸作为一种常见的飞行安全隐患，长期以来备受业界关注。颠簸不仅会影响乘客的舒适度，严重时甚至会对飞行安全构成直接威胁。因此，深入研究航空器颠簸的成因、特性及其预测方法，对于提升飞行安全性、优化飞行计划以及增强气象预报能力具有重要意义[1]。

航空器颠簸通常是由大气中的不规则气流运动引起的，这些气流运动可能源于多种气象现象，如高空急流、对流云系、锋面系统以及地形效应等。当航空器穿越这些不规则气流区域时，会受到强烈的垂直和水平加速度作用，从而导致颠簸现象的发生。颠簸的强度、频率以及持续时间因气象条件、飞行高度、速度以及航空器类型等多种因素而异，呈现出复杂的时空分布特征。

近年来，随着全球航空运输业的快速发展，航空器颠簸问题日益凸显。特别是在一些气象条件复杂、地形多变的地区，颠簸事件频发，给飞行安全带来了严峻挑战。因此，如何有效预测和防范航空器颠簸，已成为当前航空安全领域亟待解决的重要课题。兰州管制区作为西北地区关键的航空交通枢纽，其空中交通流量大，因此对该区域的颠簸形势进行深入分析，对于提升飞行安全水平、预防航空事故具有重要意义。本文基于兰州管制区近年来详细的颠簸形势数据资料，综合运用多种分析方法，对该地区的颠簸特征、发生规律及影响因素进行了全面而深入的研究。

二、飞机颠簸的形成及强度判断

飞机颠簸主要由与飞机尺度相当的涡旋（涡旋直径为15-150米）引起，这些涡旋在湍流区中存在，当涡旋的作用频率与飞机机翼的自然振动频率接近时，会发生共振，使颠簸显著加剧。颠簸的强度通常根据飞机在颠簸中受到的扰动程度进行划分，包括轻度、中度、严重等不同等级[2]。

表一 飞机颠簸的强度判断表

三、兰州管制区颠簸的时空分布特征

1. 时间分布特征

在2015年至2023年3月期间，我们共接收到890起关于航空器颠簸的报告。通过对这些报告进行逐月分析（见图1a），我们发现兰州区域各月份均有颠簸现象被记录，其中春末夏初时期尤为显著，4月份报告的颠簸次数最多，达到了178次。这一时段内，冷暖气团的交替活动频繁，热力乱流、动力乱流和晴空乱流共存，且对流云虽然强度不大但往往被忽视，从而导致了颠簸事件的频发。从图1b中可以看出，自2019年起，颠簸报告的次数呈现出增多的趋势，特别是在2021年，报告次数激增至364次，这一数字超过了2015年至2020年六年间的总和。我们认为，这一现象与航班量的增加有关。相比之下，2022年的报告次数有所减少，这主要是由于疫情导致的飞行架次减少所致。图1c揭示了颠簸报告在飞行高度上的分布情况，可以看出5-7km和8-9km这两个高度区间内的报告次数相对集中。中川机场进近区域的地形复杂，以山区和盆地为主，导致湍流现象明显，飞机在起降过程中穿越云层时容易发生颠簸。此外，8-9km的高度通常位于高空急流中心的下方1-2km处，且高云云顶多位于此高度范围内，因此也容易发生颠簸。加之兰州管制区中南部的航班多在此高度范围内进行巡航飞行，所以这一高度区间的颠簸报告次数相对较多。日逐时报告（见图1d）显示，颠簸事件的高峰时段为07-21时，这与热力对流云的发展时段以及航班的高峰时段相吻合。

图1 兰州管制区颠簸的时间分布特征

2. 空间分布特征

兰州管制区颠簸的空间分布特征呈现出显著的地域性差异，具体而言，中南部地区的颠簸报告次数相对较为集中，而北部地区则相对较少。进一步分析发现，颠簸多发区域与高空急流的地理位置以及对流云容易发生和发展的区域具有较高的吻合度。此外，中川机场进近区域因其复杂的地形条件，主要包括山区和盆地，导致该区域湍流现象显著，从而成为颠簸事件的多发区之一。

四、颠簸的天气型分类及特征

在兰州管制区，中度及以上强度的颠簸报告主要归因于高空急流和云系的影响。因此，从颠簸报告频次的角度考虑，预报预警服务应着重关注高空急流和对流云的发展态势。基于兰州管制区颠簸形势的详尽分析，我们可将颠簸天气类型划分为以下几类：1、云中颠簸：兰州管制区地形错综复杂，山脉众多，这导致山地和丘陵地带湍流易于发展，从而使得山区颠簸相较于平原更为频繁。该区域多形成积状云系和波状云系，其中积状云内及其附近常出现异常强烈的垂直和水平湍流阵风。当强气流穿越山脉时，往往会引发动力湍流和地形波，进而形成波状云系，导致飞机颠簸。2、锋面颠簸：在锋面移动过程中，锋区及其两侧靠近锋区的区域颠簸强度较大。冷锋移动速度越快，大气不稳定度越高，颠簸强度也越大。相比之下，暖锋引发的颠簸次数较少，强度也较弱。3、地形颠簸：祁连山区边坡航路上的颠簸事件较多，这与祁连山区午后对流活动的频发以及北部冷空气受地形阻挡堆积有关。此外，青藏高原地区低值系统活动频繁，对流云频发，导致高原航路在午后至夜间多出现绕飞和颠簸现象。4、晴空颠簸：晴空颠簸通常发生在6000米以上高度，且与强对流活动无关。晴空颠簸发生时，往往没有明显的天气现象相伴，且颠簸区与无颠簸区之间界限模糊，难以察觉，因此对飞行构成严重威胁[3-4]。

图2 造成兰州管制区颠簸的成因分类

针对晴空颠簸，我们根据天气形势的不同特征进一步细分为高空急流型、高空槽线型、切变线型和高空脊型。通过分类，我们总结了每类晴空颠簸的特点和预报的关键点，以期为飞行安全和气象预报提供更为精准的科学依据。

图3 兰州管制区晴空颠簸的天气分型（a）高空急流型（b）高空槽线型（c）高空切变线型（d）高空脊型

1、高空急流型颠簸

高空急流不仅以其巨大的风速著称，还伴随着强烈的风切变现象。当飞机穿越或接近急流区域时，往往会遭遇晴空颠簸，这种颠簸由于发生在无云或少云的晴空条件下，因此难以提前察觉，对飞行安全构成潜在威胁。在兰州管制区，已多次记录到由高空急流引发的严重颠簸事件，这些事件大多发生在急流轴附近，且常伴有卷云、卷层云或卷积云等高层云系的出现，这些云系的存在进一步加剧了颠簸的复杂性和不可预测性。

2、高空槽线型颠簸

高空槽是大气中的一种大型不稳定区域，其风速虽然通常不及急流，但槽区前后风向切变显著，风速辐合强烈，并伴有冷暖平流的交替。在高空槽前附近，往往伴随着低层的锋生现象，以及明显的风切变和温度切变。因此，当飞机飞近高空槽区域时，易受到这些不稳定因素的影响，从而产生较强的颠簸。高空槽线型颠簸的发生与槽线的位置、强度以及飞机的飞行路径密切相关。

3、高空切变线型颠簸

高空切变线型颠簸通常发生在高空低涡的发展过程中。虽然高空风速相对较小，但风向的急剧变化会导致飞机在飞行过程中受到强烈的上下抛动。在高空低压形成的初期阶段，气流辐散和辐合的区域往往会出现中等强度的颠簸。随着切断低压的进一步发展，在闭合低压与主要西风带之间形成的切变线附近，由于两股反向的反气旋性环流相互作用，往往会产生更为强烈的飞行颠簸。这种颠簸类型对飞行员的飞行技能和飞机的性能都提出了较高的要求。

4、高空脊型颠簸

高空脊区是另一种重要的颠簸发生区域。虽然该区域的风速一般较小，达不到急流的标准，但其风向切变显著，且地面往往配合有发展的涡旋系统。当飞机穿越高压脊区域或横穿等高线和等温线密集带时，由于大气层结的不稳定和风向、风速的急剧变化，易产生飞机颠簸。高空脊型颠簸的发生与高压脊的强度、位置以及飞机的飞行高度和速度等因素密切相关。因此，在飞行过程中，飞行员应密切关注高空脊区的天气变化，提前做好应对措施。

五 结论

本文以兰州管制区作为研究对象，对2015年至2023年3月期间该区域的飞机颠簸形势进行了全面而深入的分析。研究旨在通过探讨飞机颠簸的形成机制、明确强度判断标准，并详细解析兰州管制区颠簸的时空分布特征以及天气型分类与特征，从而为该地区的飞行安全保障和气象预报工作提供坚实的科学依据。在研究过程中，我们首先对飞机颠簸的形成机制进行了深入探讨，明确了其受多种气象因素影响的特点。随后，结合兰州管制区的实际情况，我们分析了相应的颠簸强度判断标准，以便更准确地评估颠簸对飞行安全的影响。研究结果显示，兰州管制区的颠簸事件多发于春末夏初时节，这一规律与高空急流、对流云系等天气现象的活跃期高度吻合。为了更细致地揭示颠簸事件的分布特征，我们进一步分析了颠簸的时空分布规律，发现其不仅在不同季节存在差异，而且在空间上也呈现出一定的聚集性。此外，我们还根据天气形势的不同特征，将晴空颠簸细分为高空急流型、高空槽线型、切变线型和高空脊型四种类型。通过对每种类型晴空颠簸的特点进行详细剖析，我们总结了各自的预报着眼点，以期为提高颠簸预报的准确性和时效性提供有益的参考。例如，高空急流型颠簸通常伴随着强风切变和复杂云系，预报时需重点关注急流轴的位置、强度及其与云系的相互作用；而高空槽线型颠簸则与槽前冷暖平流的交替、风切变与温度切变的增强紧密相关，预报时需准确判断槽线的位置、强度及其移动趋势。

综上所述，本研究不仅揭示了兰州管制区飞机颠簸形势的复杂性和多样性，还为该地区飞行安全保障和气象预报工作提供了科学依据和实用指导。未来，我们将继续深化相关研究，不断优化预报方法和技术手段，为提升飞行安全性和气象预报能力贡献力量。

参考文献：

[1]陈华利.飞机颠簸的预报[J].四川气象,1999,9(3):32-33.

[2]李萍,胡家美,曹正.我国晴空颠簸特点及各种预报结果分析[J].气象研究与应用,2009,30(3):24-27,32,I0002,I0003.

[3]王洪芳 金维明.飞机颠簸及预报方法研究[J].气象科技,1997(1):29-34.

[4]俞飞,王科,梁爱民,申红喜,2008.华北地区晴空颠簸的分类特征及分析[J].气象,34(8):15-21.

作者简介：芦亚飞（1991.05），女，汉，甘肃白银，本科，助理工程师，从事研究方向或职业：民航气象。