摘 要:风切变严重影响飞行安全和管制工作。本文分析了风切变的形成特征，继而详细分析了风切变对飞行安全的影响，希望能找到应对风切变的更好策略。
关键词：风切变 ；飞行安全 ；管制措施
引言:随着航空事业的发展，飞机性能的提高，大型飞机的增多，气象对飞行的影响不仅依然存在，而且对航空气象保障提出了更高的要求。目前，飞行活动与气象条件之间的关系正在从气象条件决定能否飞行，变为在复杂气象条件下如何飞行的问题。气象条件是客观存在的，但它对飞行活动影响的好坏，却往往因人们主观处置是否得当而有不同的结果。
一 低空风切产生的天气背景
（1)雷暴
雷暴是产生强烈低空风切变的重要天气。雷暴单体下方的下曳气流在相当宽的范围内可以造成由下击暴流和雷暴外流组成的两种不同的风切变。一种是雷暴单体中心附近下方的下击暴流切变，他表现为范围小，生命期短，强度大的特征。另一种是下击暴流接近地面时转化为强烈的冷空气外流，它向四外传播，沿雷暴单体前进方向伸出15—25km，并使暖湿空气入流抬升形成阵风锋，在雷暴下方大范围内引起180度的风向变化，表现为强顺风切变和强逆风切变。由于其中一部分强风切变区向前伸展远离雷暴主体，不易察觉，对飞行安全威胁很大。当飞机穿越这类风切变时，先是逆风增大，而后逆风对飞机速度减小至零，并有强的下降气流，紧跟着又是大顺风，这种风切变对飞行危害是最大的，飞机在这一过程中先是空速增大，使飞机有利于获得高，然后空速迅速减小，使飞机迎角减小也造成升力降低，紧跟的大顺风会使风速再次减小，如果空速减到一定程度会使飞机掉高度甚至坠地。
（2)锋面
锋面是产生风切变最多的天气系统。锋面两侧气象要素有很大差异，锋面过渡区的垂直结构，是产生风切变的重要条件。一般当锋面两侧的温度差大于等于5度，锋面移动速度大于等于15m/s时，都会在锋面附近产生对飞行有影响的低空风切变，其中尤其以冷锋型低空风切变危害较明显，但这种低空风切变一般持续时间较短。在冷风后的偏北大风区内往往也存在较严重的低空风切变。如1973年在波士顿罗津国际机场一架坠毁的DC-10就与锋面有关，另外冷锋附近会经常形成雷暴，也会产生强的低空风切变，因此我们不能对它忽视。
（3)超低空急流
在1500米以下，中心位置常见于120--160米之间的超低空急流常伴随产生低空风切变，最大风切变位于急流轴之下，我国曾观测过到的最低四十七米的超低空风切变。超低空急流出现时，一定伴有逆温。正是逆温层阻挡了在其上的大尺度运动与地面之间的动量交换，为逆温层以上动量的累积和储存提供了条件，同时减缓了动量的耗散，利于逆温层上急流的形成和维持。此时天气晴朗，地面静风。
（4)低空逆温层
晴夜，在低空易存在辐射逆温层，并常伴有低空急流，由于稳定的逆温层阻碍了上层大风向下层的传输，使地面风很弱，在逆温层上下形成风的垂直切变。单纯辐射逆温层引起的低空风切变的强度较雷暴和锋面引起的风切变弱的多，也比超低空急流引起的风切变稍弱些。这种风切变存在时往往逆温层，下层风平浪静，而上层狂风大做，飞机穿越逆温层时会造成上升或损失高度，如果逆温层很低，在飞机着陆时，飞行员处置不及时，很容易造成飞机坠地，或冲出跑道。这种风切变存在时往往逆温层，下层风平浪静，而上层狂风大做，飞机穿越逆温度时会造成上升或损失高度，如果逆温度很低，在飞机着陆时，飞行员处置不及时，很容易造成飞机坠地，或冲出跑道。
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此外当机场周围的环境和地形比较复杂时，也会产生对飞机的起飞，着陆有影响的低空风切变。如地形波，较大水陆界面等，一般山地高差大，水域面积大，机场附近高大建筑物群等，均容易产生风切变，尤其在较强阵风条件下。它出现的高度一般较低，并且通常伴随高度增加而风速减小，飞机在降过程中容易遭遇这种风切变，因在起降过程中飞机高度低，速度小，而我们通常是逆风起落，逆风的减小使飞机空速减小，如果无法使飞机速度加速来应付风对飞机空速的影响，轻则影响目测，重则导致飞机坠地，造成严重后果。
由于风切变现象具有时间短、尺度小、强度大的特点，从而带来了探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列困难，是一个不易解决的航空气象难题。某些强风切变是现有飞机的性能所不能抗拒的，因此，目前对付风切变的最好办法就是避开它。进行风切变的飞行员培训和飞行操作程序设置，在机场安装风切变探测和报警系统，以及机载风切变探测、告警、回避系统，都是目前减轻和避免风切变危害的主要途径。
因此关于飞机遭遇风切变的问题, 重点不是飞行员如何改出, 如何操纵, 而是管制工作者如何抓住天气系统, 进行准确的预报,在飞行状态中如何得到预警系统的告知, 如何防范、避免出现不堪设想的后果, 因此如何防范低空风切变, 如何预报低空风切变, 是摆在气象和管制工作者面前的一大课题。
二 风切变对飞行安全的影响
2.1 风切变对飞机性能的影响
风切变能够使空速和迎角两者迅速发生变化，从而使气动力发生较大变化。气动升力是平衡重力的主要成分，升力可以使飞机持久的保持飞行。所以在定常平衡条件下，当其他力都比不变时，升力的损失也将导致航迹的恶化。描述了顺风切变和下降气流切变时航迹恶化的情形。风切变从两方面是气动升力变化：（1）风速沿航迹变化，对升力产生直接影响，并与空速变化的平方成比例。（2）垂直风切变使迎角发生变化，从而影响升力。
风切变使得飞机的气动升力变化，除了会使航迹发生变化外，还会使得飞机的载荷也发生变化。飞机载荷是指除飞机自身重量之外的其他作用力，（发动机推力和气动力）的总和。其大小经常用载荷因素（简称过载）即飞机载荷与重力的比值来表示。由于发动机推力在立轴方向上的分量很小，所以过载就是升力和飞机重力之比。飞机遇到垂直风切变时，迎角和过载将发生较大变化。如飞机在巡航过程中，重量较重、速度较大，遇到较强的上升气流会使飞机的升力猛然增大，可能会超过飞机的最大使用过载，造成飞机局部变形或损坏，对飞行安全构成威胁。
2.2 风切变对飞机起降的影响
机场附近出现低空风切变时，飞机下滑着陆或起飞爬升，一旦进入强切变区，飞行操纵就会受到明显影响，严重时甚至可能发生事故。其所影响的程度，取决于风切变的强度和飞机的高度如果风切变层相对于跑道的高度较低，飞行员加大油门重新获得速度时，推力过大，不能减缓，使机头上仰、下滑角过小，造成着陆速度过大，导致滑跑距离过长，甚至冲出跑道。如果风切变层相对于跑道的高度更低，原来的逆风速度小时，升力显著下降，飞行员来不及做修正改出，未到跑道就已触地造成事故。当飞机起飞时，由无风区进入逆风区且随着高度增高，逆风分量增加，飞机起飞的动力性能增强，爬升道偏高，对起飞有利。
三 小结
航空气象保障就是为航空活动提供需要的气象情报及提出安全合理的综合措施，因此飞行人员、空中交通管制人员和民航其他工作人员都要具备相当的航空气象知识，才能做到充分利用有利天气，避开不利天气，预防和减少危险天气的危害，增加效益，顺利完成飞行任务。
参考文献
[1] 潘卫军，空中交通管理基础。广汉：中国民航飞行学院，2005:1
[2] 冬季强降雪影响航班飞行 危及飞机和乘客的安全，中国气象报 2008
[3] 黄仪方、朱志愚，航空气象[M].成都：西南交通大学出版社，2010:3
论文作者:郭紫琼,,
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
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