李洪海
中国民用航空桂林空中交通管理站气象台 广西桂林 541106
摘要：桂林机场常见的引发低空风切变主要有三类天气系统，一类是冷锋过境，一类是飑线，另一类是发展旺盛的雷暴单体，上述前两种类型的天气系统过境前西南热低压发展并波及到桂林地区一带有密切的关联。高空西南暖湿气流的持续强盛并逐渐波及地面，导致地面西南热低压发展，西南热低压的发展导致地面南风增大，经验表明，地面南风风速增至5m/s或以上时，冷锋过境或飑线南移将导致桂林机场地面和近地层风向风速迅速改变，从而导致低空风切变的发生。雷暴单体能否引发低空风切变，则与雷暴单体相对于跑道的方位和距离及环境风场的状况以及自身的发展强度有关，发展旺盛的雷暴单体位于跑道附近20-30公里范围内时，发生低空风切变的概率较大。
关键词：低空风切变；冷锋；飑线；雷暴单体；西南热低压；多普勒天气雷达；速度回波
引言：
对飞行安全构成严重威胁的低空风切变是指机场进近区域上空500米以下发生的风向风速突然性改变的现象。低空风切变是一种小尺度天气系统，具有空间和时间尺度小、发生突然等特点，由于风向风速的突然性改变，在进近着陆或离地爬升过程中的航空器，一旦遭遇到低空风切变，会导致航空器飞行姿态的突然改变，严重的甚至会导致机毁人亡。风切变现象在大气运动中较为常见，但作为能对飞行构成危害的标准，据资料表明，机场进近区域上空500米以下毎30米垂直厚度水平切变值应在2.6米/秒以上。
1、天气背景分析
1.1冷锋型低空风切变
桂林机场地处我国南岭山脉以南，冬春季节，冷空气活动频繁，但并不是每一次冷锋过境都能引发对飞行安全构成威胁的低空风切变，冷锋过境能否产生具有对飞行安全构成威胁的低空风切变，应从三个方面综合分析，一是冷锋过境前南风的风速大小，二是锋后北风风速的大小，三是锋面坡度的大小。根据资料表明，能够对飞行安全构成威胁的低空风切变，机场进近区域上空500米以下垂直方向上切变值应在2.6m/s以上，因此分析冷锋过境前南风风速和冷锋过境时的北风风速大小，其本质就是分析低空风切变的强度。冷锋过境桂林机场造成的低空风切变还与桂林机场周边地区的地形有密切的关系，从广西北部的地形地貌来看，坐落在桂林市区以北约70公里的是呈东西走向属于南岭山脉的越城岭和都庞岭，平均海拔高度在1000米左右，越城岭和都庞岭之间有一条豁口，地理学上称为兴安隘，兴安隘的存在，一方面为冷空气南下提供了通道，尤其是低层活动的弱冷空气，同时也形成了狭管效应，冷空气在经过兴安隘时，风速得以加大。
2012年12月15日12：22（北京时，下同），民航桂林空管站气象台预报室收到由塔台管制室转述的HBH3275航班（西安—桂林）机组报告，在桂林两江机场01号跑道400英尺（约112米）高度上遭遇风切变，飞机受此影响复飞。12:35 该机组再次报告风切变，飞机再次复飞，并赴贵阳备降。之后相继有两个航班的机组报告在01号跑道500英尺以下有顺风转逆风的风切变。
2012年12月15日桂林机场风切变事件发生的前一天，即2012年12月14日华南地区上空由于受到从12月12日开始加强的强暖湿气流影响，地面西南热低压加深，地面南风风速增大至5m/s。据12月15日08时地面图显示：一股弱冷空气南下至距桂林市北面120公里左右的全州县，15日中午12时，这股弱冷空气到达桂林机场，据民航桂林空管站气象台发布的天气实况报显示，15日12时开始，地面风由之前的风向不定、风速1米/秒转为东北风、风速3米/秒,13时为东北风6米/秒，与此同时12月15日08时850hpa图上显示本站西南风速达到14米/秒。这股扩散南下影响本场的弱冷空气与上层强西南气流之间存在一个冷暖气流即北风与南风的转换层，在这个转换层中，由于北风与南风的风速都较大，且这个转换发生在低空小范围内，因此导致发生维持时间长达41分钟的风切变。
1.2飑线型低空风切变
几乎每次飑线过境都能导致较强的低空风切变的发生，这与飑线本身的形成机制有密切的关系。飑线的产生，多在春季或夏初，这一时期，桂林地区西南暖湿气流往往已经十分强盛，甚至出现西南低空急流，强盛的西南暖湿气流不仅导致西南热低压发展，同时也表明大气层结也很不稳定。判断冷锋南下是否会导致飑线的形成，需要综合分析高空槽、中低空切变和地面锋面的配合程度以及锋前暖湿气流的输送程度。比较典型的产生飑线的天气形势就是冷锋过境前，伴随云贵高原一带有高空槽东移，中低空湖南至贵州一带有切变线南压且高空西南气流强盛甚至出现西南低空急流，在这种天气形势的影响下产生的雷雨，往往以带状形式出现，其移向基本与保持锋面一致，但移速较锋面要快，这种带状雷雨也就是飑线在雷达回波上的表现形式。
2014年5月25日15：40，CSZ3292航班在桂林机场进近过程中遭遇低空风切变后复飞，分析当日天气图可得：弱冷空气南下前大气层结极不稳定，随着锋面的南移，多普勒雷达上出现带状的回波且移速较锋面要快，雷雨回波靠近桂林机场前，地面南风风速最大达到6m/s, 雷雨靠近桂林机场北侧约10公里处时，桂林机场地面开始转为偏北风7m/s，抬升前方强西南暖湿气流形成低空风切变。
1.3雷暴单体型低空风切变
这一类低空风切变主要发生在夏季，副热带高压边缘、高空槽、东风波或台风槽影响本地区，导致桂林机场出现雷雨天气，在上述天气系统影响下出现的雷雨天气，主要表现形式为单个或多个分散的雷暴单体，雷暴单体靠近机场跑道20-30公里范围内时，引发雷雨大风，低层风向风速发生突然性改变，从而导致低空风切变的形成。由于雷暴单体的移向基本与环境气流的方向一致，雷暴单体靠近机场时是否有较强的低空风切变发生，与雷暴单体相对于机场跑道的位置有关，也就是说雷暴单体引发的雷雨大风能否改变低层气流的方向，如雷雨大风仅仅加大了低层的风速而不改变风向，其导致的低空风切变强度较弱。 需要注意的是，高温高湿条件下发展起来的雷暴单体，其下击暴流也越明显，导致出现短时性的强阵风，天气雷达上甚至探测到阵风锋回波，低空风切变大致就发生在阵风锋回波所在区域。2014年7月23日，受副热带高压南侧往西伸展的台风槽影响，桂林机场出现雷暴天气并探测到阵风锋回波，伴随28米/秒的年内最大瞬时风速值，桂林机场先后有两个航班备降外地，虽没有接到机组风切变报告，但可以肯定，当时是有较强的低空风切变存在的。
2012年8月2日，受台风槽影响，桂林机场18：04开始出现雷雨天气，雷雨受环境气流的影响自东北向西南方向移动，18：09雷雨靠近跑道西侧约5公里时桂林机场出现风速为7米/秒、阵风为13米/秒的西风为主要风向的大风，18：15出现15米/秒、阵风风速为23米/秒的西风为主要风向的大风，此后风速逐渐减弱。与此同时，据机组反映，在01号跑道500至600米高度遭遇风切变，由此导致了东航5381航班于18：14和 CRK123航班于18：16复飞。
2、数值预报资料的应用
数值预报尤其是风场资料对于分析冷锋型低空风切变产生的天气背景具有一定的指示意义，冷锋过境，自低层向高层风向风速发生改变，因此利用数值预报风场资料可以分析因锋面过境导致的风场改变波及的高度及切变的强度，地面10米风场已转为偏北风的前提下，850hpa仍然维持较强的南风，则发生低空风切变的可能性较大。2012年12月14日美国NCEP24小时和30小时地面10米以及850hpa风场预报资料显示：一股弱冷空气将与12月15日08时至14时之间影响到桂北地区。这股弱冷空气对850hpa的风场没有造成影响，也就是说这股弱冷空气所到达的高度未超过1500米，从而为分析2012年12月15日出现的长时间维持的锋面型低空风切变提供了可供参考的资料。
3、多普勒天气雷达对低空风切变的监测
多普勒天气雷达对于低空风切变的监测发挥着不可或缺的重要作用，利用多普勒天气雷达速度回波，可以大致确定低空风切变发生的位置、高度和强度。机场跑道附近发生低空风切变，在多普勒天气雷达速度回波图上，表现为大片的来向或去向的速度回波区中，出现小面积条状的反方向速度回波区且位于雷达回波中心点附近，低空风切变就发生在这一区域。桂林机场自2012年至目前共计收到5起来自机组的低空风切变报告，笔者查阅这5起低空风切变发生时的多普勒天气雷达速度回波图，发现全部具有上述特征，利用多普勒雷达vwp产品则可以较为清晰的判断风切变发生的高度和强度，其他类型低空风切变回波如阵风锋也偶尔可见。
4、关于低空风切变的几点思考
4.1 桂林机场从2012年至目前接收到机组低空风切变报告来看，因雷雨导致的低空风切变共有4起，因锋面过境导致的低空风切变共有1起，因雷雨和锋面过境导致的低空风切变占据主导地位，其他类型的低空风切变如地形波等极为罕见，主要原因是桂林机场周边地形较为开阔，跑道延长线及附近无高山和复杂地形；
4.2锋面型低空风切变在桂林机场主要体现为冷锋型低空风切变，冷锋过境导致的低空风切变出现的时段主要是冷锋过境初期，其他锋面如静止锋由于锋面两侧的冷暖气流均较弱，由此导致的低空风切变也较弱，暖锋则在华南地区非常少见；
4.3桂林机场最常见的引发低空风切变的天气系统是飑线，其移向与锋面的移向基本一致，且伴随的雷雨风往往风速也较大，因此带状雷雨靠近机场时，雷雨大风抬升前方暖湿气流引发低空风切变；
4.4雷雨大风的风向（包括带状雷雨和雷暴单体）与雷雨出现在机场跑道的相对位置有关，雷雨出现跑道南侧，则机场为南风；雷雨出现在跑道西北侧，则机场为西北风；雷雨出现跑道东北侧，则机场出现东北风，依此类推，由此结合雷雨大风发生前的风向可初步判断在机场区域是否有低空风切变的发生；
4.5雷雨发生在机场跑道区域上空时，跑道区域及附近虽然有可能出现低空风切变，但由于航班为避开雷雨而不能起降，因此，在这种情况下，即使存在低空风切变，对航班起降不构成实际影响；
4.6 可利用多普勒天气雷达速度回波图结合VWP产品监测低空风切变，判断低空风切变发生的位置、高度和强度，此外，还可以利用自动观测测风资料，如各测点风向风速有较大差异，则发生低空风切变的概率较大；
4.7对流发展越旺盛，下击暴流越强，能够造成雷雨大风的雷暴单体其向上发展的高度一般在10公里或以上。
作者简介：李洪海（1974年9月—）男，汉族，广西全州县人，本科，气象预报工程师，从事民航气象工作。