低空风切变的形成及对民航运行安全的影响分析

摘要：低空风切变是指在较低的空域内（通常指离地面大约3000英尺以下）风速和风向迅速变化的现象。它常常发生在暴风雨、冷锋或天气系统的影响下，对航空器特别是起飞和着陆阶段的安全造成很大的威胁。近年来，随着全球航空交通量的持续增长，由低空风切变引发的飞行事故和紧急事件频发，不仅危及乘客与机组人员的生命安全，也对航空运营效率和经济造成重大影响。基于此，本文将从低空风切变的形成过程与形成原因入手，探讨其对民航运行安全可能造成的影响，最后提出相关的防范措施，以供参考。

关键词：低空风切变；形成；民航安全；影响

引言

低空风切变的形成过程复杂多样，涉及气象条件、地形和大气边界层等因素的综合影响。了解低空风切变的形成过程对于预测和预警风切变现象具有重要意义。在航空飞行中，低空风切变对飞机的飞行性能和稳定性产生严重影响，可能导致飞机失速、高度损失、失去操纵能力等危险情况。甚至在一些极端情况下，低空风切变也与航空事故有关。通过对低空风切变的研究，可以为航空公司、机组和飞行员提供指导，提高他们在低空风切变条件下的应对能力和飞行安全意识。同时，也为未来低空风切变研究提供参考，进一步增强对这一天气现象的认识和理解。

1.低空风切变的形成过程与形成原因

1.1形成过程

1.1.1锋面风切变

锋面是冷暖气团的交界面，当冷暖锋相遇时，由于温度和湿度差异，冷暖气团间的密度不均，导致气压梯度力的变化，进而产生风向和风速的改变。在锋面附近，尤其是锋生和锋消阶段，风向和风速的不连续性尤为明显，形成锋面风切变。冷暖锋交汇处的风切变多以水平风的水平和垂直切变为主。这种风切变在水平方向上表现为风速和风向的突然变化，在垂直方向上则表现为风速的急剧减小或增大。

1.1.2对流性风切变

对流性风切变通常与强烈对流活动相关，如雷暴、积雨云等。当太阳加热地表，暖湿空气上升形成对流，随着对流云的发展，内部的湿热空气快速上升并在高处冷却凝结释放潜热，加强了对流过程。这种强烈的上升气流可达到数公里高，形成深厚的积雨云或雷暴云团。当富含水分的上升气流达到一定高度后，因失去热量来源开始冷却并凝结成降水，大量降水拖拽空气向下运动形成下沉气流。当这些强大的下沉气流到达地面后，会向四周扩散，形成向外辐散的高速风，即下击暴流，导致低空风切变的产生。

1.1.3其他风切变

夜间地表辐射冷却，近地层空气温度下降，形成稳定层，而上层空气保持较高温度，这种温度倒置现象称为辐射逆温。逆温层能够阻止上下层空气混合，但在某些情况下，逆温层的破坏会突然释放累积的能量，引发风速和风向的快速变化。此外，由于海洋和陆地的热容量不同，白天陆地比海洋加热快，形成由海向陆的海风;夜间则相反，形成由陆向海的陆风。海陆风的转换区域，尤其是沿海机场，常伴有明显的风向和风速变化，构成低空风切变。

1.2形成原因

1.2.1地形效应

在山区或复杂地形的区域，地形会影响气流的流动。当空气经过山脉时，会受到地形的阻挡而产生上升和下沉气流，这种气流的变化会引发局部风切变。尤其是在强风天气或风速较大的情况下，地形引起的切变现象更为明显。

1.2.2边界层效应

边界层是大气中与地面接触的层次，通常在1000英尺以下。在这个层次，地面摩擦对风速和风向的影响尤为明显。由于地面温度和湿度的不均匀分布，边界层内的风速和风向会发生显著变化，形成风切变。

1.2.3雷暴活动

雷暴是引发低空风切变的一个主要因素。雷暴系统内部的强烈上升和下降气流可以在低空生成剧烈的风速变化。在雷暴形成的过程中，伴随着强降水、冰雹等现象，气流速度变化迅速，切变的幅度可能达到数十节（knots）。

2.低空风切变对民航运行安全的影响

2.1着陆和起飞风险增加

在起飞过程中，如果飞机遇到向上的气流风切变，会导致飞机失去升力，难以维持足够的升力来顺利起飞。可能导致飞机无法达到安全的爬升速度，增加了跑道侵入和起飞事故的风险。在着陆过程中，风切变可能会导致飞机突然失去升力，产生失速的危险。会使飞机下降速度过大，难以平稳着陆，增加对跑道的冲击力，甚至可能导致跑道侵入事故。同时突然的风速和风向变化可能导致飞机的速度和姿态发生剧烈变化，使飞行员难以控制飞机。增加飞行员对速度和姿态的调整要求，增加飞行操作的复杂性和风险。

2.2飞机性能受限

当飞机遭遇风切变时，风速和风向的突然变化可能会导致飞机的升力和推力受到影响，进而对飞机的性能产生负面影响。在起飞过程中，如果飞机遇到下沉气流的风切变，会导致飞机失去升力，难以维持足够的升力来继续爬升。这可能导致飞机无法顺利起飞，甚至发生跑道侵入等危险情况。在降落过程中，风切变可能会导致飞机突然失去升力，产生失速的危险。这会使得飞机下降速度过大，难以平稳降落，增加对跑道的冲击力，甚至可能导致跑道侵入事故。此外，风速和风向的急剧变化可能导致飞机在飞行中出现剧烈的姿态变化，使飞行员难以控制飞机。这会给飞行员带来更高的操纵要求，增加飞行操作的复杂性和风险。

2.3航空飞行运行效率下降

为保证飞行安全，遭遇或预计遭遇风切变的机场可能会限制起降，导致航班延误或取消，影响旅客行程，同时也增加了航空公司的运营成本。为适应风切变条件，飞行员可能需要更长的跑道长度用于起飞和着陆，或选择特定跑道方向，这限制了机场跑道的使用效率。航空公司可能会调整飞行路径或避开风切变多发区域，导致飞行距离增加，燃油消耗增多，飞行时间和成本上升。

3.低空风切变的应对与防范措施

3.1实时监测风切变

实时风切变监测是一种重要的飞行安全措施，可以帮助飞行员及时获取风切变信息并做出相应的应对决策。实时风切变监测系统使用风切变传感器来收集风速和风向的数据，这些传感器通常安装在飞机的机身或机翼上，可以实时监测风切变的存在和强度。监测系统会根据预设的风切变标准来判断是否存在风切变现象，并计算风切变的强度和位置。一旦监测系统检测到风切变，它会立即发出预警通知给飞行员。这些通知可以通过声音、显示屏、警告灯等方式呈现，以便飞行员能够及时察觉风切变的存在。当收到风切变预警通知时，飞行员需要迅速做出应对措施。这可能包括减速、调整航向或高度、改变飞行计划等，以避免风切变对飞行造成不利影响。

3.2加强飞行员培训和提高意识

飞行员应接受专门的风切变教育培训，了解风切变的原理、特征、形成机制以及对飞行安全的影响。培训内容包括风切变的识别和预警、飞行技术和操作方法等。通过模拟器训练，飞行员可以接触到各种风切变情况，并学习如何正确应对。模拟训练可以提供更真实的飞行环境，让飞行员熟悉风切变的影响并掌握应对的技巧。飞行员需要熟悉和正确使用风切变识别和预警系统。这些系统可以提供关键的风切变信息，帮助飞行员及时做出决策和调整飞行计划。飞行员需要通过训练和实践不断提高飞行技术和应急处置能力。与空管和气象部门保持密切的沟通，获取最新的风切变信息和预警。及时的信息交流有助于飞行员做出更准确的飞行决策。

结语

总之，低空风切变是一种对民航飞行安全构成严重威胁的自然天气现象。为了保障飞行安全，需要加强对低空风切变的实时监测，提高飞行人员的处置能力，并采取主动应对措施。通过综合治理，才能有效降低低空风切变对民航运行安全的影响，为乘客提供更加安全舒适的飞行体验。

参考文献

[1] 黄轩,郑佳锋,张杰,等.西宁机场一次低空风切变的结构和特征研究[J].激光技术, 2022, 46(2):7.

[2] 华志强,黄轩,赵启娜,等.西宁机场低空风切变特征统计及预警指标初探[J].  2024(3):99-103.

[3] 魏家兴,孙瑞山.低空风切变对飞机性能的影响研究[C]//第五届中国航空科学技术大会论文集.2021.

[4] 黄阳峰.低空风切变的形成过程及对航空飞行的危害分析[J].数码-移动生活, 2023:382-384.

[5] 张亚男,罗浩.贵阳机场低空风切变成因初步分析[J].气象科技进展, 2023, 13(2):58-66.

作者简介：赵夏菁（1989.06）女，汉，山东省临沂市莒南县人，本科学历，高级工程师，从事研究方向或职业：航空气象。