等风来——风切变探索与治理

王星

（承德普宁机场有限责任公司航务管理部 067000）

摘要：本文围绕承德机场基本气象要素的变化特点，介绍了该机场主降端低空风切变形成的原因，同时对承德机场开展低空风切变探测预警的设备配置给出思考和建议。

关键词：河北承德普宁机场；航空气象；低空风切变探测

引言：

近年来，随着我国经济地位的提升和京津冀协同发展的推进，河北承德地区的区位优势逐渐凸显，同时河北承德普宁机场（以下简称承德机场）的运输生产也呈现快速增长态势。而承德机场所处地理位置特殊，是为数不多的建于山梁之上的机场，且四面环山，场址气象条件复杂多变，特别是跑道主降端时常发生低空风切变，对五边进近着陆产生较大影响，存在安全隐患，而目前承德机场的航空气象设备探测能力仅支持该机场对基本气象要素的获取，无法针对机场低空风切变发出探测预警信息。

1.基本背景

据不完全统计，大风、风切变等恶劣天气对机场航班安全与正常有较大影响，而近几年机场年旅客吞吐量和年平均起落架次增速已趋于稳定并呈缓慢下降趋势。目前根据《民用航空气象探测设施及探测环境管理办法》《民用航空机场气象台建设指南》等民航气象规章，承德机场配置的自动气象观测系统等基础设施设备，基本能够获取机场运行所需的基础气象数据。然而，承德机场地理位置特殊，机场周边地形特征复杂，机场气象环境多变，尤其是机场低空风切变频发，严重影响着航空器的安全起落与进近。因而，本文针对承德机场现有气象设备配置现状，使用承德机场气象台近年数据对承德机场的气象条件进行了复核，并研究了承德机场风切变产生的原因。

1.1.风的定义

空气的运动，可以分解为垂直的和水平的两个分量。空气运动的垂直分量称为空气的垂直运动（如对流运动）；空气运动的水平分量则称为风。风是由水平方向上大气压力分布不均而产生的。

1.2.风对飞行的影响

（1）、逆风、顺风对飞机起飞着陆的影响

近地面的风，对飞机起降时的安全有直接影响。飞机的起飞和着陆，应尽量在逆风条件下进行。飞机顺风起飞、着陆要增长滑跑距离，减少上升率和下滑率，当风速超过规定值时，就有可能冲出跑道或撞击障碍物的危险，特别是单向起降的机场就特别注意；逆风起落能使离地速度和着陆速度减少，可以缩短滑跑距离，故一般情况下均采用逆风起降。

（2）、侧风对飞机起飞着陆的影响

在有侧风或者侧风分量很大时，飞机的起飞和着陆会变得很复杂。当飞机在侧风中起降时，飞机除向前运动外，还顺着侧风方向移动，如不及时修正就会偏离跑道方向。飞机接地后，在滑跑过程中，侧风对飞机垂直尾翼的侧压力，会使机头向侧风方向偏转，有可能造成飞机打地转等不良后果。

1.3.秋季大风特征

冬季我国上空基本上受西风气流控制，沿青藏高原南侧经我国东部沿海到日本是一支稳定的南支西风急流，在我国新疆北部、内蒙古、华北上空是北支西风急流，地面强大的蒙古高压控制我国，主宰着冷空气的活动，故冬季常有寒潮大风降温天气。冷空气的入侵、西南涡的水汽输送配合东北回流，容易形成造成华北降雪。

1.4.承德机场地理特征

承德机场位于承德县小梁后山梁之上，所在位置四周环山，跑道东南端南侧有大黑山，地标明显易见。机场主体位于一座东北-西南走向的山脊上，南侧为向下延伸的山脉，跑道12端尽头是平缓下降的山坡，跑道30端尽头则呈现断崖式的梯度下降，呈“甲板”状，同时东跑道尽头北侧延伸出一条向东走向的山脉，机场南部3km处存在一座高山，与本场高差为570m。由于特殊的地理环境，每年4-7月份是风切变主要高发期，已对本机场航班进近着陆时的安全造成了严重危害。同时经由本场运行的航空公司对机场地理特征的评估，承德机场被定为特殊类机场。

2.历年由风切变造成的复飞事件案例

根据发生的复飞事件案例，从2017年6月16日至今承德机场共出现19起因风切变导致的复飞事件，其中2017年发生1起，2018年1起，2019年6起，2020年5起，2021年6起（1月1日至6月10日）。

这19次风切变造成的复飞事件有16次集中于4-7月，剩余3次分别在2月、10月、12月。其中有15起主要原因是与本场地形相结合的强风所导致的风切变，得出结论，本场风切变主要集中于4-7月，且主要原因是由于与本场地形相结合的强风所导致。

2.1承德机场低空风切变的成因分析

山地风、大气波动是主要影响机场的风切变。承德机场地处山区，周边独特的地形条件为风切变的发生创造了条件；历史风速、风向数据分析显示，沿跑道上3个站点间风速、风向存在明显的差异，整个机场跑道并非处于一个稳定的背景风场下；历史降雨量数据显示，跑道两端（受机场地形条件影响）降水存在很大的差异，这很有可能导致两端其他气象要素的差异进而引起风切变。因此，地形引起的风切变应是机场关注的重点。

2.1低空风切变对承德机场飞行的影响

2.1.1承德机场低空风切变特征分析

承德机场地处山区，地形的起伏将会对风场的稳定性造成影响，导致机场长期处于这两类风切变天气的影响下。其中跑道30端作为机场的主降端，而此处跑道尽头的“山谷”式地形，使得此处成为机场风切变的主要影响区域。当出现偏西风、偏北风时，30端尽头“山谷”上方易出现涡旋、背风波、湍流以及下层气流等情况，如图7所示；而出现东风、南风时，地表风在跑道尽头迅速的上升，在此处形成气旋。

图 1 地形引起的风切变原理

2.1.2历年由风切变造成的复飞事件案例

根据发生的复飞事件案例，从2017年6月16日至今承德机场共出现19起因风切变导致的复飞事件，其中2017年发生1起，2018年1起，2019年6起，2020年5起，2021年6起（1月1日至6月10日）。

从承德机场抽样的7份不安全飞行事件报告中，由风切变导致航危事件共2次，结合自动气象观测数据，本文选取其中一次典型案例进行了分析，分析结果如下：

案例描述：2018年5月25日机组执行飞行任务，当时气象条件为：地面风30号跑道起始端280° 3米每秒、中间段280° 9米每秒、末端120° 9米每秒、温度32摄氏度，能见度大于10公里。北京时刻15:33接到机组报告由于低高度风切变告警复飞，随后航班备降天津。

3.过程与结果

3.1落地实施

场景一：依靠现有探测设备制定风切变研判标准

飞机落地前10分钟，当自动观测站显示平均风速大于等于8m/s，阵风风速大于等于10m/s时，观测员观测到跑道端12号、中间端、30号主降方向风向变化范围≥60°时，立即向塔台拨打电话提醒本场风向、风速变化。遇有大风天气过程时，预报员利用获取到的天气资料详细分析，提前发布《大风机场警报》，将风向、风速变化趋势、强度及持续时间，及时告知塔台提高预警的有效时间，在确认得到机组遭遇风切变信息后，观测员立即发布风切变特殊天气报告，预报员填写《话音方式航空器空中报告记录表》并立即使用传真方式发往华北地区气象中心，将事件信息详细记录在岗位值班记录中并进行永久保存。

场景二：新增激光雷达

激光测风雷达是一种小型、全自动、无环境电磁干扰的设备，工作在人眼不可见的红外波段，能实现地面至低空4000米大气风场的探测，具有很高的时间分辨率（秒级）、空间分辨率（15米）和精确度（≤0.1m/s），可填补风廓线雷达低空探测能力的不足，连续获得大气边界层范围内的三维风场等参数，但由于激光测风雷达造价高，施工周期较长并且积累数据需要较长周期，同时对地形及气候环境有着较高的要求，建议是中小机场根据自身需求开展建设并详细制定建设方案。

场景三：新增低空风切变预警预报系统

根据不同要素对风切变的产生所起作用大小， 选定了十几个预警指标。通过历史资料反复验证，最终确定了“地面水平”、“低空垂直”、“气温”和“气压”共4 个关键指标，作为低空风切变预警所要参考的主要指标。机场低空风切变预警系统数据流将处理后的数据持久化到本地。

3.2成果与效应

3.2.1完善预案流程

修订岗位预案对《风切变保障预案》进行了全面修订，将风切变信息通报流程细化、完善。气象台值班人员接到机组报告的风切变信息第一时间填写《话音方式航空器空中报告记录表》，观测岗位立即发布风切变特殊天气报告。

3.2.2开展风险管控

（一）、承德机场已于2021年2月15日至至今全面开展了专项整治行动，其中管制岗位和气象岗位已于每月开展《风切变特情处置》、《气象台风切变应急处置预案》的实操演练，对演练过程中的薄弱环节进行记录，在应急演练记录内增加了风险跟踪项，将风险纳入了《安全风险管控清单》内持续跟踪，形成闭环管理。

（二）、完善天气会商制度，提升业务能力。由秦皇岛、张家口、承德、邢台四个支线气象台组织的天气会商制度已制定完成。

（三）、安装低空风切变探测系统，2022年8月完成安装了探测系统，目前系统采集本场30、12号跑道自观测风数据，通过风向、风速和五分钟风向风速的数值与温度、湿度、场压进行换算比较，现系统数据采集稳定，能达到15m采集一次的频率进行后台换算，计划持续收集数据，对系统参数进行调优升级。

结语：

综上所述，承德机场地处山区，独特的地形环境导致了机场特殊的气候条件。从地形环境、历史数据、典型案例等方面的分析结果可以看到，机场遭受较严重的低空风切变威胁，承德机场也在不断探索和治理风切变积累经验，通过风险管控措施和搭载风切变探测系统等方式、方法，总结出适用于本地化风切变探测模型，利用理论模型最终转化为治理成果。

参考文献：

[1]关于河北承德普宁机场低空风切变成因分析及其探测预警的思考 民航华北空管局 北京市 李颖

作者简介：王星（1985.09）男，汉族，山东省潍坊市人，本科学历，初级工程师，方向是民航气象预报。