低空风切变对安全飞行的影响及对策研究

低空风切变对安全飞行的影响及对策研究
摘要低空风切变对飞行安全威胁很大，是构成飞机起飞、着陆的危险因素之一。

尤其是飞机在仅仅着陆过程中，它对飞行安全的威胁尤为严重。

由于低空风切变具有持续时间段、范围小、强度大等特点，再加上目前预报比较困难等一系列难题，是一个不易解决的航空气象难题。

因此，本文重点对风切变天气进行了分析与研究。

首先从理论上对风切变天气的基本概念进行了阐述，分析了风切变产生的原因、影响它们出现的强度因子以及风切变对安全飞行的影响；然后分别针对风切变对飞行安全的影响进行了剖析，并且对航空运输活动中，如何保障飞行安全，提出了在风切变天气条件下的相应安全建议与措施。

关键词航空安全；低空风切变；理论研究；对策研究
1基本概念
1.1 低空风切变的概念
风切变是指空间上两点之间风的矢量差。

把发生在600米高度以下的平均风矢量在空间两点之间的差值称为低空风切变.
1.2 低空风切变的种类
根据风切变的空间结构不同，风切变表现为三种形式。

即：
水平风的垂直切变，指在垂直方向上，一定距离内两点之间的水平风速和（或）风向的改变。

水平风的水平切变，指在水平方向上两点之间的水平风速和（或）风向的改变，如跑道上的对头风。

垂直风的切变，指上升或下降气流（垂直风）在水平方向上两点之间的改变。

这类风切变多发生在雷暴云的影响范围里。

根据飞机的运动相当于风矢量之间的各种不同情况，把风切变分为四种：
1）顺风切变：是指飞机在起飞或着陆过程中，水平风的变量对飞机来说是顺风。

如飞机由逆风区进入顺风区，由大逆风区进入小逆风区或无风区，由小顺风区进入大顺风区，都是顺风切变。

它使飞机空速减小，升力下降，飞机下沉，危害很大。

2）逆风切变：是指水平风的变量对飞机来说是逆风。

如飞机由小逆风区进入大逆风区，由顺风区进入逆风区或无风区，由大顺风区进入小顺风区，都属于逆风切变。

它使飞机空速增加，升力增大，飞机上升，危害相对较小。

3）侧风切变：是指飞机从一种侧风或无侧风状态进入另一种明显不同的侧风状态。

侧风有左侧风和右侧风两种，它使飞机发生侧滑，滚转或偏转。

4）垂直风切变：是指飞机从无明显的升降气流区进入强烈的升降气流区域的情形。

尤其是强烈的下降气流对飞行危害极大。

2 产生低空风切变的天气条件
2.1 雷暴产生低空风切变
雷暴是产生风切变的重要天气条件。

一般认为雷暴的下降气流在不同的区域可造成两种不同的风切变。

一种是发生在雷暴单位体下面，有下冲气流造成的风切变。

这种风切变的特点是范围小、寿命短、强度大。

另一种是雷雨中的下冲气流到达地面后，形成强烈的冷性外流向四外传播，这股气流可传到离雷暴体20公里处。

如图1-5所示：对一个成熟的雷暴云体而言，其结构是十分复杂的。

在它发展到最旺盛时期，其云体厚大，云中空气剧烈翻滚，既有强烈的上升气流，又有强烈的下降气流，云中的下降气流随降水一起倾泻到地面，冷空气到达地面向外辐射时，风向会突然改变，风速增大，阵风风速可达30米/秒以上，对飞行安全带来严重威胁。

2.2 锋面产生低空风切变
锋面是产生风切变最多的气象条件。

锋两侧气象要素有很大的差异，锋面过渡区的垂直结构，是产生风切变的重要条件。

在锋两侧温度大和移动快的锋面附近都会产生较强的风切变。

冷锋移经机场时，低空风切变伴随锋面一起或稍后出现。

因为冷锋移动速度快，故此种风切变持续时间较短。

但强冷锋及强冷锋后大风区内，往往存在严重的低空风切变。

航空器穿过锋面时，将碰到突然的风向和风速变化。

一般来说，在锋面两侧温差大或移动快的锋面附近，都会产生较强的风切变。

自下而上穿越暖锋，风向顺转；自下而上穿越冷锋，风向逆转。

2.3 辐射逆温型的低空急流产生低空风切变
当晴夜产生强辐射逆温时，在逆温层顶附近常有低空急流，高度一般为几百米，与逆温层的高度相联系，因此，有时也称它为夜间急流。

它的形成是因为逆温层阻挡了在其上的大尺度气流运动与地面附近气层之间的混合作用和动量传递，因而在逆温层以上形成了低空急流。

逆温层阻挡了风速向下的动量传递使地面风很弱，而且风向多变，这样就在地面附近与上层气流之间形成了较大的风切变。

这种风切变强度较弱，但比较有规律，一般秋冬季较多。

2.4 地形地物产生低空风切变
由山地地形因素，水陆界面因素，人为障碍物因素（高大建筑物等）形成的风切变，既与盛行风的状况有关，也与山地地形的大小，高低，迎风背风位置，
水面的大小和机场离水面的距离，建筑物的大小，外形有关。

一般山地高差大，水域面积大，建筑物高大，不仅容易产生风切变，而且其强度也大。

3 风切变对飞行影响的分析
风切变表现为气流运动速度和方向的突然变化。

飞机在这种环境中飞行，相应地就要发生突然性的空速变化，空速变化引起升力变化，升力变化变化又引起了飞行高度的变化。

如果遇到的是空速突然减小，而飞行员有未能立即采取措施，飞机就要掉高度，以至于发生事故。

现在简单的分析一下在风切变的条件下，在空中飞行的飞机所受到的诸力作用的情况。

假定飞机开始逆风飞行的，这时空速、地速和流过机翼表面的气流和产生的升力都是恒定的。

地速等于空速减去逆风分量。

当飞机进入风切变层后，如果原有的逆风人突然降为零，空速就要减小，减小值与逆风分量变化相同。

这时如果飞机的迎角不变，升力就要随之减少。

升力减小的结果使飞机掉高度。

显然，这时要想保持原有的升力，就必须增大推力，是飞机加速，如果飞机能在一瞬间就加速到所需的速度，风切变就不会造成影响，问题就在于飞机改变速度需要时间。

这个时间主要是：飞行员的放映时间，发动机增加功率的时间，飞行员操作的时间等等。

美国有人曾计算过某大型喷气飞机在风切变条件下改变空速需用的时间，他假设飞机在逆风36千米/小时飞行，空速180千米/小时，突然进入风速为零的区域，空速降低到144千米/小时，这种情况下，增加地速，使飞机空速恢复到180千米/小时所需时间为：176秒钟以上。

飞机增速为什么需要这么多时间？这个问题是风切变之所以影响飞行活动的关键所在。

问题的实质是飞机的惯性。

牛顿第一定律指出：“物体在不受外力的作用下，静者恒静，动者恒动”。

牛顿第二定律指出：“物体改变速度需要克服的惯性与质量成正比”。

飞机改变速度的过程就是用发动机增加推力克服惯性的过程。

惯性的大小决定了飞机增速所需推力的大小，飞机的质量大惯性大，增速时间长，如果飞机的质量为零，增速就不需要花费时间，飞机质量越大，增速用时间越长。

由此可知，飞机的重量越大，受风切变的影响越大。

4 结论
本文通过对低空风切变危险天气综合系统的分析，得出以下结论：
1）风切变对飞机的起飞着落的影响是主要的，但以着陆影响最严重。

2）飞机的重量越大受风切变的影响越大。

3）风切变发生的高度越低，对飞行的危险性越大。

参考文献
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