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兰州中川机场强风切变分类及风场特征分析. 民航甘肃空管分局 张开俊 王晓烺 张思语. 关键词. 强风切变 分类 风场特征. 内容. 一、兰州中川机场低空风切变概述 二、兰州中川机场强低空风切变分类 三、 兰州中川机场强低空风切变风场特征分析 四、小结. 引言 1 用语注释. 低空风切变： 发生在真高 600 米以下的风切变。 强风切变： 由于没有合适的监测设备来显示本场风切变强度的大小，本文中的强风切变是指导致飞机在下降过程中拉升或复飞的风切变。 风场特征： 本文的风场特征是指中川机场跑道两头的自动观测系统所监测到的风向风速，它们之间的距离为 3000 米。
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兰州中川机场强风切变分类及风场特征分析 民航甘肃空管分局 张开俊 王晓烺 张思语
关键词 • 强风切变 • 分类 • 风场特征
内容 一、兰州中川机场低空风切变概述 二、兰州中川机场强低空风切变分类 三、兰州中川机场强低空风切变风场特征分析 四、小结
引言1 用语注释 低空风切变：发生在真高600米以下的风切变。 强风切变：由于没有合适的监测设备来显示本场风切变强度的大小，本文中的强风切变是指导致飞机在下降过程中拉升或复飞的风切变。 风场特征：本文的风场特征是指中川机场跑道两头的自动观测系统所监测到的风向风速，它们之间的距离为3000米。 跑道：根据民航系统规定，36号跑道指跑道南头，18号跑道指跑道北头。 时间：本文未做特殊说明的时间均为北京时。
引言2 目前国内外较流行的探测低空风切变的手段 雷达 风廓线仪 低空风切变报警系统（LLWAS）
引言3 甘肃分局预报室所用的手段 多普勒雷达 目测 跑道两头的风向风速（准LLWAS）
一、兰州中川机场低空风切变概述 • 风切变发生次数逐时统计分析 • 风切变发生次数逐月统计分析 • 风切变发生次数逐年统计分析 • 风切变发生高度（真高)统计分析 • 风切变发生机型统计分析 • 风切变发生成因统计分析
风切变发生次数逐时统计分析 图表备注：取有风切变发生具体时间记录共计34次进行统计。
风切变发生次数逐月统计分析 图表备注：取有风切变发生日期记录共计38次进行统计分析
风切变发生次数逐年统计分析 图表备注：取有风切变发生记录共计53次进行统计分析
风切变发生高度（真高)统计分析 22次 15次 图表备注：取有风切变发生高度记录共计26次进行统计分析
风切变发生机型统计分析 图表备注：取有探测出风切变的机型记录共计27次进行统计分析
2008年至2012年6月风切切变成因统计 4 5 对流性天气 冷锋过境 扰动乱流 26 风切变发生成因统计分析1 图表备注：取有风切变成因记录共计35次进行统计。将对流云、 对流云下阵性大风、雷暴等成因归为对流性天气类；将锋面过境、 冷空气归为冷锋过境类；将乱流、风向风速不定、动量下传风速较 大归为扰动乱流类
二、兰州中川机场强低空风切变分类 • 逆风切变（经分析发生低空风切变时大部分时刻的风向与跑道的夹角大于140°小于220°） • 顺风切变（经分析发生低空风切变时大部分时刻的风向与跑道的夹角小于40°） • 侧风切变（经分析发生低空风切变时大部分时刻的风向与跑道的夹角大于40°小于140°）
各类别低空风切变所占比例 不能判断的原因：1、记录不详细；2、离跑道太远，其影响不能达到跑道
原因分析 1.逆风情况下的低空风切变一般不会导致飞机拉升，但在跑道风速变化很大的情况下，容易导致飞机因风切变拉升。因此，此类情况一般发生在对流性天气中，同时发生拉升的次数不会太多； 2.顺风切变导致的飞机拉升一般是因为导致风切变的天气系统未移动到本场，本场的风场没有产生大的变化，未引起预报员或管制员的注意导致。同时也出现了管制员因未注意风的瞬时变化而机械使用整点风向风速所导致的顺风切变； 3.侧风切变是出现最多的一类，锋面、雷暴、积雨云均能导致侧风切变，这与侧风情况下容易导致飞机产生机翼两侧升力不平衡有关，最应引起我们的重视。 4.由于低空风切变是一个很复杂的小尺度天气现象，其大气运动机制目前还没有一个可以完全令人信服的结论，在目前探测手段不完善的情况下，还会有一些无法完全确定的案例出现，期待更完备的探测手段和完美的低空风切变理论的问世。
三、兰州中川机场强低空风切变风场特征分析 1、逆风风切变下的风场特征 2、顺风风切变下的风场特征 3、侧风风切变下的风场特征
说明 本文在研究跑道两头风向风速时，风速值取用2分钟最大值2X和2分钟最小值2M，某跑道2X大于等于8米/秒的时刻作为阵风到达的时刻，连续4分钟2X小于等于8米/秒的时刻作为阵风结束的时刻。风向取用某时刻瞬时风向。
1、逆风风切变下的风场特征 由于此类情况在本文所研究的对象中只有一次，因此使用此次的情况作为代表，从分析结果来看，具有一定代表性。
情况简述 2011年4月16日北京时15:08航班从36号跑道（跑道南头，跑道号根据风向风速的实际情况判断得出，记录中没有）降落至离地面700—800英尺（213米至243米）由于风切变拉升。 当日14时开始本场报告积雨云，风加大到20°风7米/秒，此后积雨云维持到晚上20点，偏北风大亦持续到此时。当天无降水。
兰州中川机场2011年4月16日14时49分至15时16分南北跑道2分钟最大风速变化图兰州中川机场2011年4月16日14时49分至15时16分南北跑道2分钟最大风速变化图 15：01至15：09时段内18号风速＞36号， 存在风速辐合。 飞机拉升的时刻 14：59出现在18号跑道 15：05出现在36号 3000/(6*60)=8.3米/秒
兰州中川机场2011年4月16日14时49分至15时16分南北跑道风向变化图兰州中川机场2011年4月16日14时49分至15时16分南北跑道风向变化图 风向趋于一致 风向从18号的东北偏北风到36号的西北偏北风，逆时针旋转 风向从18号的西北风到36号的东北风，顺时针旋转
+ = 风速辐合 风向气旋式旋转 此时段内必然存在上升运动，有利于对流运动 和风切变现象的产生
兰州中川机场2011年4月16日14时49分至15时16分南北跑道2分钟最大风速（2X）于分钟最小风速（2M）差值变化图兰州中川机场2011年4月16日14时49分至15时16分南北跑道2分钟最大风速（2X）于分钟最小风速（2M）差值变化图 报告风切变的时刻15：08 18号出现阵风的时刻：14：59，6.7米/秒 36号出现阵风的时刻：15：05，5.2米/秒 任意跑道2X-2M＞6米/秒时 一定要注意风切变
小结 • 跑道2分钟最大风速≥8米/秒，且与2分钟最小风速相差在6米/秒以上时，要考虑低空风切变的发生。即便在逆风条件下也不能掉以轻心，阵风风速的不稳定极易造成低空风切变。 • 仅从个例而言，存在风速的辐合和风向的气旋式旋转，为对流的形成创造了动力条件，使得风切变更易发生。因此在分析跑道风的变化时不能只考虑风速，同时要考虑风向的变化，对判断风切变有较好的作用。
2、顺风风切变下的风场特征 飞机因顺风切变导致拉升的情况往往和机组或者管制员对风向的错误判断有关，有时为了避免如积雨云或雷暴的影响，必须选择某一条跑道，该跑道当时的跑道风有利于飞机降落，但由于天气的瞬息万变，后一分钟变成不利于飞机降落的状况。因此需要预报人员的准确预测和及时提醒，但有时由于无法探测到相关的气象要素，预报员也无法做出非常精准的判断，这就需要增加有效的探测设备，比如低空风切变预警系统（LLWAS）,来减少类似情况的出现。
分析三次顺风切变个例，两次（2011年7月26日北京时13时56分和2012年4月19北京时23时10分 ）是因为要避开雷雨，且选择跑道时同向风不大，为4米/秒左右，基本符合条件，等到开始下降时风向突变，风速增大，导致出现顺风切变。另外一次（2012年5月26日北京时16时45分 ）和管制员未看适时风向风速信息，只记住前一整点的实况，据此来指挥飞机降落，从而导致了飞机的顺风切变。
2011年7月26日北京时13:56 概况：GS7409机组13时56分报告在跑道南头2300米高度遇风切变飞机拉升。13时42分发布机场警报：本场天顶有雷雨，预计有风切变。机场13时39分开始打雷，15时雷暴结束。
2011年7月26日13时34分至14时16分跑道两端2分钟最大风速变化曲线图2011年7月26日13时34分至14时16分跑道两端2分钟最大风速变化曲线图 18号出现阵风锋的时段，共14分钟 36号出现阵风锋的时段，共14分钟 13:42 预报员发布了低空风切变预警，提醒及时 13:56 飞机报告低空风切变 跑道两端阵风锋开始时刻相差7 分钟，3000/（7*60）=7.1米/秒 风速相差不大
2011年7月26日13时34分至14时16分跑道两端风向变化曲线图2011年7月26日13时34分至14时16分跑道两端风向变化曲线图 此时段内风向由南至北从36号的西南偏南风转为18号东南偏南风，气旋式旋转。
2011年7月26日13时34分至14时16分跑道中间温度变化曲线图（温度值－26）2011年7月26日13时34分至14时16分跑道中间温度变化曲线图（温度值－26） 13：51至14：03，共13分钟
2012年4月19日23时10分 • HU7743/B737 航班在机场跑道北头真高600英尺（183米）处遇到风切变拉升 。 • 20：35开始雷雨，22点雷雨结束。23时观测报文仍有少量积雨云存在。23时21分发布大风特殊天气报告。23时10分之前，本场一直为东北偏东风，在4米/秒以下，之后转为北风，且风速急剧增大至10米/秒左右，持续到次日凌晨3点左右。考虑到跑道南头有积雨云的存在，因此飞机选择从跑道北头降落，在降落过程中遇到偏北大风，导致飞机因风切变拉升。此次大风不是对流云所致，而是与锋面过境有关 。此次雷暴为锋前雷暴。 • 如在跑道北头有风向风速探测设备，则有可能预测出本次低空风切变。
2012年4月19日23：10至23：38跑道两端2分钟最大风速变化曲线图2012年4月19日23：10至23：38跑道两端2分钟最大风速变化曲线图 风切变发生时刻 36号跑道风开始增大 18号跑道风开始增大
2012年5月26日16时45 分 • GS7564/EMB145航班在海拔2100米距跑道北头2公里处遇顺风切变。 • 16时整点报：17002MPS，少量积雨；16：45发布特殊天气报告：01007MPS，少量积雨云；17时52分本场开始降水，18时14分结束
2012年5月26日16：20至17：09跑道两端2分钟最大风速变化曲线图2012年5月26日16：20至17：09跑道两端2分钟最大风速变化曲线图 塔台管制员 以16时整点 报文中的风 向风速 17002MPS 作为当时的 风向风速来 指挥飞机， 所以选错 跑道。 36号风速急剧从3.1上升到9.3 发生低空风切变的时刻，同时观测发布特殊天气报告01007MPS 18号风速急剧从3.6上升到8.7
18号跑道风速从16：24的3.6米/秒急速上升的16：26的8.7米/秒，此后变化幅度不大。可以认为冷空气26分达到18号跑道；36号跑道风速从16：31的3.6米/秒急速上升到16：33的9.3米/秒，可以认为冷空气33分达到36号跑道。时间差为7分钟，距离3000米，速度：3000/（7*60）=7.1米/秒，基本上符合实际情况。16：26分以后，18号跑道最大风速一直在6至10米/秒间振荡，即便是最小风速基本也在4米/秒以上，风向为偏北风，按规定飞机不应选择18号跑道降落而改为36号。分析其原因，主要在于管制员没看即时的风向风速，而是看整点16点的风向风速，170度2米/秒。观测的特殊天气报告恰好发布在16：45分（此时才达到发布标准），因此是以上原因造成了此次顺风切变。此后在对流性天气的影响下，风速进一步加大，持续到10时40分，但再未报告风切变。18号跑道风速从16：24的3.6米/秒急速上升的16：26的8.7米/秒，此后变化幅度不大。可以认为冷空气26分达到18号跑道；36号跑道风速从16：31的3.6米/秒急速上升到16：33的9.3米/秒，可以认为冷空气33分达到36号跑道。时间差为7分钟，距离3000米，速度：3000/（7*60）=7.1米/秒，基本上符合实际情况。16：26分以后，18号跑道最大风速一直在6至10米/秒间振荡，即便是最小风速基本也在4米/秒以上，风向为偏北风，按规定飞机不应选择18号跑道降落而改为36号。分析其原因，主要在于管制员没看即时的风向风速，而是看整点16点的风向风速，170度2米/秒。观测的特殊天气报告恰好发布在16：45分（此时才达到发布标准），因此是以上原因造成了此次顺风切变。此后在对流性天气的影响下，风速进一步加大，持续到10时40分，但再未报告风切变。 • 此类情况的出现和人为因素关系很大，不易预报，但可通过做好服务和及时了解航班起降信息来尽量弥补。
小结 • 此类风切变不易预报，必须通过及时了解航班信息来尽可能避免此类情况出现。 • 对流性天气、锋面均有可能造成此类风切变。 • 风场特征在阵风到达的初期明显，风速变化很大，风向也会突变，此后变化可能较小，特别是因锋面过境所致。 • 有的情况下风场有气旋式旋转的特征。
3、侧风风切变下的风场特征 • 侧风切变是导致飞机拉升最多的风切变，究其原因，应该是在侧风条件下，两侧机翼受力不均，在风速并不是很大的情况下，也能产生风切变，容易导致飞机拉升。 • 在6次个例中，有2次是因为锋面过境所致，其余4次均与对流性天气有关。符合一般对风切变的判断：低空风切变主要是由对流性天气导致，其次是锋面。
2011年8月30日17时06分 • MU2749本场落地时复飞，17时06分报告36号跑道接地区下沉气流较严重。 • 16:30发布警报：本场西北方向有一串雷暴群，本场风变化较大，注意风切变。 • 本场17时开始出现雷暴，17时46分雷暴结束。雷暴持续时间较短。
2011年8月30日16：29至17：42跑道两端风向变化曲线图2011年8月30日16：29至17：42跑道两端风向变化曲线图 两端风向大部分在40°至80°间变化，偏东风明显
2011年8月30日16：29至17：42跑道两端2分钟最大风速变化曲线图2011年8月30日16：29至17：42跑道两端2分钟最大风速变化曲线图 两端2分钟最大风速绝大部分在8米/秒或以上
2012年6月20日16时20分 • EMB145/GS3069在海拔高度2000米（真高53米）36号跑道下降阶段遇风切变复飞 • 16时17分通过电话向塔台发布风切变预警。
2012年6月20日16：00至16：40跑道两端风向随时间变化曲线图2012年6月20日16：00至16：40跑道两端风向随时间变化曲线图 跑道两端风向大部分为东北偏东风，特别是36号跑道，基本上在60°和80°间变化，偏东明显
2012年6月20日16：00至16：40跑道两端2分钟最大风速随时间变化曲线图2012年6月20日16：00至16：40跑道两端2分钟最大风速随时间变化曲线图 跑道两端最大风速均在6米/秒以上，特别是16：20前后，两头风速在8米/秒左右，且在此后风速持续增大。
小结 • 此类风切变相比较其它两类而言较易预报，所举例子中均发出了预警； • 对18号跑道而言，风向在40°以上，照此推理，偏东风应在40°——140°，偏西风应在220°——320°； • 2分钟最大风速在6米/秒以上就要考虑发布低空风切变预警，最大风速越大，可能性越大； • 飞机侧风值一般在10米/秒以上，为何2分钟最大风速6米/秒以上就要发布风切变预警：地面风6米/秒，几百米以上的空中风速可能达到10米/秒以上。
总结 1、低空风切变的发生年、月、日变化明显：年变化与航班量的增加有关；月变化与季节的变化有关，春末至夏末是低空风切变的高发期；日变化在于午后和傍晚是对流发生的高发期。 2、发生低空风切变的高度主要在真高100米——500米间；各类机型均有可能发生低空风切变。
总结 3、导致低空风切变的天气主要是对流性天气和锋面系统；导致强低空风切变的天气也与此类似。 4、根据产生低空风切变时风向与航迹的关系将强低空风切变分为逆风风切变、顺风风切变和侧风风切变。其中：侧风风切变最多见，较易发生，相对较易预报；顺风风切变其次，需要预报员及时了解航班信息，管制员及时了解气象信息，特别是风场信息，相互沟通协调，作出准确及时的气象服务；逆风切变发生较少，预报起来有一定难度。
总结 5、风场特征： 逆风风切变：跑道2分钟最大风速≥8米/秒，且与2分钟最小风速相差在6米/秒以上时，要考虑低空风切变的发生。即便在逆风条件下也不能掉以轻心，阵风速的不稳定极易造成低空风切变。仅从个例而言，存在风速的辐合和风向的气旋式旋转，为对流的形成创造了动力条件，使得风切变更易发生。因此在分析跑道风的变化时不能只考虑风速，同时要考虑风向的变化，对判断风切变有较好的作用。 顺风风切变：风场特征在阵风到达的初期明显，风速变化很大，风向也会突变，此后变化可能较小，特别是因锋面过境所致；风场有气旋式旋转的特征。 逆风风切变：风向在40°以上，照此推理，偏东风应在40°——140°，偏西风应在220°——320°；2分钟最大风速在6米/秒以上就要考虑发布低空风切变预警，最大风速越大，可能性越大。
