多变的风切变-不变的是安全

多变的风切变不变的是安全2009年3月23日，一架联邦快递航班号为80次的MD11从广州白云机场起飞，在东京成田机场34L降落过程中，重着陆后三次跳起，最后前起落架先触地折断，左机翼触地折断，飞机失去控制，向左侧翻滚并起火，最终倒扣在34L左侧的草坪上，两名飞行员不幸遇难。事发时，成田机场报告的风向风速为320度26海里/时，阵风40海里/时。并且管制塔台向机组通报了600米以下有风切变。低空风切变，作为威胁飞行安全的头号杀手之一，对飞行员来说并不陌生，不管针对何种机型，风切变改出都是必须牢记并且熟练掌握的必训科目。常言道：知己知彼方可百战不殆。因此我们有必要通过了解风切变来理解相应的处置程序，从而在应对风切变时做到从容不迫、游刃有余。这里我们将对风切变及其成因，机载探测设备和机组应对方法进行简要分析。低空风切变的认知低空风切变是指大气底层的风在水平方向或垂直方向一定距离上风向或风速存在明显差异的现象。根据空间的不同，可分为垂直风切变和水平风切变；根据与飞机相对位置的不同，又可分为顺风切变、逆风切变和侧风切变。ICAO根据每30米高度风速的变化量将风切变划分为四个等级：0～4海里/时（含）为轻度；5～8海里/时（含）为中度；9～12海里/时（含）为强烈；超过12海里/时为严重。在低空，风矢量的剧烈变化，直接导致飞机飞行轨迹的变化。在飞机纵轴方向上风速的改变直接影响飞机的空速，由空气动力原理可知，升力与空速的平方成正比，换言之：风速对升力的影响是成指数形式放大的，因此该方向小的风速变化也将带来垂直轨迹上的急剧偏离。侧风切变直接影响飞机的纵向轨迹，在进近着陆阶段，针对标准宽度为45米的跑道而言，飞机突然的横侧偏离是相当危险的。垂直风切变的表现形式一般都是突然的上升或下降气流，飞机遭遇时，会在瞬间被托起或被压下。若飞机高度低，顺风切变和下降气流还会造成飞机触地的危险。风切变的成因空间上大气压力的不同而形成了风，气压梯度的变化引起了风的切变，而气压的变化则是由温度的改变和地形的改变引起的。所以，风切变存在的区域必然会有产生大气压力变化的特定天气现象或特殊的地理环境。雷暴低压的湿热空气被抬升，在能量足够大时，形成强对流天气，要经历积云期、积雨云期和消散期三个阶段。积云期为发展阶段，云内都是上升气流，等温线向上突，没有降水和闪电，飞经此区域时会遇到强烈的上升气流。积雨云期为雷暴的成熟期，水滴和冰雹大到上升气流无法托举而产生降水和下降气流，下洗速度可达750～1800米/分，是危害程度最强的阶段。消散期表现为降水和下降气流，可扩散至15～25千米以外，而且这些气流温度低、密度大，会使周围暖湿气流抬升形成阵风锋，而在雷暴下相对大的范围内引起明显的的风向变化，表现为强烈的水平风切变。锋面锋面是两个不同温度的气团相遇时形成的交汇面。由于温度、湿度的不同导致了锋面两侧的气压有明显差别，因此锋面两侧的风速、风向存在很大不同。如果机场区域正有锋面快速过境时，可能会出现较强的风切变。因冷锋移动较快所以这种风切变持续时间较短，但冷锋及强冷锋后面风区往往存在严重的低空风切变。暖锋伴随的低空风切变，由于暖锋移动较慢，它在机场上空持续时间相对较长，也可出现在距风区较远的地方。辐射逆温层辐射逆温层一般形成于微风或者无风的夜晚或清晨，高度较低。由于逆温层阻挡了垂直方向上的能量传递，逆温层以下的空气温度低而相对稳定，逆温层以上的空气风速大而相对活跃。于是，当飞机穿越该逆温层时，会遇到风的垂直切变。地形影响地表的不均匀会造成气流的不规则运动。例如，山体和建筑的阻挡会改变气流方向，气流通道的扩张与收窄直接影响气流的速度。因此，机场附近如果存在高大的建筑、树林或者较低的山坡，当强风吹过这些障碍物时，就可能会引起低空风切变。风切变的探测和识别为了减小风切变对飞行安全的影响，如今的飞机都装备有先进的风切变探测设备，在一定程度上降低了风切变造成严重危害的概率。但是，这些探测设备也仍然存在些许局限性。反应式风切变警告系统以A320飞机为例，整个探测系统主要由ADIRU、FMGC、FAC、DMC、FWC组成。FAC根据飞行形态预先制定一个最低安全状态能量的阈值。该功能工作时，FAC通过ADIRU所传送的姿态、加速度，计算空速、真空速、地速。坡度、风等数据，对迎角数据进行修正，以获得精确的能量水平，再将此能量水平与阈值进行对比。一旦该能量水平低于阈值，飞机便触发“WINDSHEAR”的红色目视警告信息以及伴随有“WINDSHEAR”的语音警告。因此，当该警告触发时，表明飞机此时已进入风切变条件中，情况必定十分危急，飞行员必须立即采取改出动作。该功能只在有限的范围内工作：飞机没有处于光洁构型，以及起飞离地后3秒钟～400米或者是着陆时从400米到15米的无线电高度阶段。预测式风切变系统（PWS）风切变预测，是气象雷达的功能之一。基于多普勒效应，雷达天线发出X波段的射频脉冲信号经风切变气流中的水分反射后在回波脉冲信号中产生一个多普勒频移，雷达收发机通过相位检波器对回波信号进行检测得到多普勒频移量，据此频移量计算出飞机与气流之间的相对速度，然后再根据飞机速度计算出气流速度。当计算出的气流速度变化率达到一定数值，将触发风切变警告。该功能只能探测含水气的风切变，而不能探测“干式”风切变。其工作范围也是有限的，只能在700米高度以下工作。对于波音飞机，15～360米高度区间才有目视及语音警告输出，水平探测距离3nm，而对于空客飞机，则在15～450米区间有输出，探测距离达5nm。PWS探测功能的天线扫掠角度因雷达不同而有所差异。如霍尼韦尔RDR-4B雷达天线的扫掠角度为±45°，报警范围±25°，而柯林斯WXR-2100雷达天线扫掠角度为±60°，报警范围±30°。其他识别方法由于探测设备的局限性，飞行员还应充分利用其他的辅助手段来帮助自己识别风切变：1、其他飞行机组的报告以及塔台管制员的报告是获得风切变信息的重要来源之一。2、通过目视判断可见的征兆来作为一个辅助的预判工具。一旦前方出现低空风切变，常会伴有目视征兆，所以目视判别作为一个辅助工具较为直观。通常，在夜晚，闪电也许是唯一的目视线索，在白天，以下线索可以为飞行员提供一定的参考：邻近的云向不同方向大范围移动；烟柱的切变并向不同方向飘散；在飑线前的滚轴云；飑线前被阵风吹起的扬尘；受强烈的地面阵风影响树、旗帜等；机场周围的风袋指示不同的风向风速；对流云下部被下冲气流吹起的扬尘；雨幡，特别是与对流云同时出现；伴随着持续的波型荚状云、漏斗云、龙卷风等。如何应对风切变那么，在飞行过程中通过上述设备和方法判断和识别出风切变后，作为飞行机组应当如何应对风切变呢？首先，飞行员应不断的丰富自己航空气象方面的知识以更好的认知风切变这一天气现象，了解风切变的形成原因和危害，在飞行前仔细阅读并分析气象文件，以避开那些潜在的风切变。如果在气象报文中看到：雷暴、强降水、扬尘、温度露点差较大（差值越大，湿度越低），包括其他线索如阵风、温度变暖趋势、积云等这些信息时，就需要特别注意了。就像手册中所说的“对于可能产生风切变的天气条件的认识能减少遭遇风切变的风险。研究气象报告和听塔台的报告能帮助机组评估起飞和落地期间可能遇到的天气情况。”其次，在日常的飞行实施中，要严格标准程序和标准喊话，注意机组分工和对飞机仪表的密切监控，早发现、早提醒；在模拟机训练中，加深理解风切变改出的操作程序和内在逻辑，并严格按照机型规定的操作程序实施操纵，加强训练，巩固相关技术，以提高自身的飞行技能。第三，要明确“任何种类的风切变对飞行安全都是一种严重的威胁”，应对低空风切变最好的方法就是规避它。尽管飞行机组在模拟机上进行过风切变科目的训练，但在实际飞行中，风切变的改出可能要困难的多。因为实际飞行中所遇到的风切变比模拟机上模拟出来的要更复杂、更多变、更难以识别。所以，在实际飞行中，飞行机组应调整好心理，端正态度，强化情景意识，遵循“识别―规避―预防―改出”的顺序来应对风切变，切不可大意，不可抱有侥幸的心理盲目蛮干。