青島機(jī)場(chǎng)一次海風(fēng)鋒低空風(fēng)切變

劉源 趙京華 張勇 房云龍

摘 要：目前國內(nèi)關(guān)于海陸風(fēng)風(fēng)切變的研究較少，而海風(fēng)風(fēng)切變出現(xiàn)時(shí)天氣晴好，沒有明顯回波，預(yù)報(bào)較困難。本文利用天氣圖、雷達(dá)圖、機(jī)場(chǎng)氣象要素等常規(guī)資料綜合分析了青島機(jī)場(chǎng)的一次導(dǎo)致飛機(jī)復(fù)飛的海風(fēng)風(fēng)切變過程。發(fā)現(xiàn)這次風(fēng)切變發(fā)生時(shí)瞬時(shí)風(fēng)向由東北風(fēng)變?yōu)槲髂巷L(fēng)，1分鐘內(nèi)瞬時(shí)風(fēng)速變化幅度達(dá)3m/s。相對(duì)濕度和修正海平面氣壓在風(fēng)切變發(fā)生前10—20分鐘就有了較明顯突變，可以作為預(yù)報(bào)海風(fēng)風(fēng)切變的一部分參考。

關(guān)鍵詞：青島機(jī)場(chǎng);海風(fēng)風(fēng)切變;要素分析

1 緒論

風(fēng)切變是指空間兩點(diǎn)之間的風(fēng)的矢量差，風(fēng)切變分為水平風(fēng)切變和垂直風(fēng)切變。航空氣象學(xué)中低空風(fēng)切變通常是指近地面600m高度以下的垂直風(fēng)切變[1]。低空風(fēng)切變嚴(yán)重危害航空活動(dòng)安全，尤其是在飛機(jī)起飛和著陸階段，能使飛機(jī)偏離航跡，使飛機(jī)失去穩(wěn)定性。由于低空風(fēng)切變會(huì)受多尺度天氣系統(tǒng)的影響，具有時(shí)空尺度小、強(qiáng)度大、發(fā)生和消失突然等特點(diǎn)，在民航天氣預(yù)報(bào)中，一直是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。

造成低空風(fēng)切變的原因主要有：雷暴、大風(fēng)、海陸風(fēng)、冷鋒、低空急流以及風(fēng)受地形影響等因素[3]。馮彥華等[4]通過分析廣州白云機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變指出，廣州低空風(fēng)切變的發(fā)生與高壓脊、脊后槽前、鋒面低槽和熱帶環(huán)流等4種主要天氣形勢(shì)密切相關(guān)。郭智亮等[5]利用的地面自動(dòng)觀測(cè)資料和C波段多普勒天氣雷達(dá)資料分析了廣州白云機(jī)場(chǎng)一次由對(duì)流單體引發(fā)的微下?lián)舯┝?，認(rèn)為可利用多普勒天氣雷達(dá)發(fā)布低空風(fēng)切變的預(yù)警。單乃超等[6]通過分析中尺度對(duì)流單體的外流邊界，認(rèn)為陣風(fēng)鋒和輻合線是合肥機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變產(chǎn)生的根本因素。王世杰等[7]和翁雪玲等[8]分析了鋒后偏北大風(fēng)引起的風(fēng)切變，并指出高空動(dòng)量下傳對(duì)風(fēng)切變有一定的作用。目前國內(nèi)關(guān)于海陸風(fēng)導(dǎo)致的風(fēng)切變的研究還相對(duì)較少，海陸風(fēng)導(dǎo)致的風(fēng)切變的出現(xiàn)不伴隨明顯天氣，具有持續(xù)時(shí)間短、出現(xiàn)突然、較難預(yù)報(bào)的特點(diǎn)。本文重點(diǎn)分析青島機(jī)場(chǎng)的一次海風(fēng)風(fēng)切變過程，對(duì)于海風(fēng)風(fēng)切變的預(yù)報(bào)有一定的參考。

2 青島機(jī)場(chǎng)概況和天氣實(shí)況

2.1 機(jī)場(chǎng)概況

青島流亭國際機(jī)場(chǎng)（以下簡稱青島機(jī)場(chǎng)）位于山東省東南沿海，東部和南部為丘陵地帶（嶗山山脈），丘陵地帶的東南部為黃海，機(jī)場(chǎng)西南方向?yàn)槟z州灣，兩面鄰海，膠州灣西南至西北方向?yàn)槠皆?，機(jī)場(chǎng)以西150km以外為魯中南山地，機(jī)場(chǎng)西北到東北為平原。青島機(jī)場(chǎng)地處北溫帶季風(fēng)區(qū)，又瀕臨黃海，兼?zhèn)浼撅L(fēng)氣候與海洋氣候特點(diǎn)，冬季氣溫偏高，春季回暖緩慢，夏季炎熱天氣較少，秋季降溫遲緩[9]。

青島機(jī)場(chǎng)常出現(xiàn)的風(fēng)切變類型有：雷暴導(dǎo)致的風(fēng)切變，鋒面過境導(dǎo)致的風(fēng)切變，海陸風(fēng)導(dǎo)致的風(fēng)切變。因青島機(jī)場(chǎng)兩面鄰海，易受到海陸風(fēng)影響，因此容易出現(xiàn)海陸風(fēng)導(dǎo)致的低空風(fēng)切變。海陸風(fēng)低空風(fēng)切變是由于地表與水面的太陽輻射吸收率不同以及晝夜溫差，產(chǎn)生溫度梯度，導(dǎo)致風(fēng)的變化，形成低高度的海陸風(fēng)[10]。

2.2 機(jī)場(chǎng)實(shí)況

（1）航空器空中報(bào)告。2019年7月26日，預(yù)報(bào)員收到塔臺(tái)報(bào)告：東方航空2060航班11：44（北京時(shí)，下同）在17號(hào)跑道上空6.1m處遭遇低空風(fēng)切變，飛機(jī)復(fù)飛。

（2）機(jī)場(chǎng)天氣實(shí)況。青島機(jī)場(chǎng)2019年7月26日晴到少云，氣溫28—35℃，上午風(fēng)速較小1—2m/s，風(fēng)向不定，午后風(fēng)速增加，平均風(fēng)速3—4m/s，南風(fēng)。

3 天氣形勢(shì)分析

3.1 環(huán)流背景分析

從7月26日08時(shí)的500hPa高空?qǐng)D上（圖2上），有淺槽位于遼東半島到黃河入?？诟浇磥聿蹍^(qū)從山東半島北部滑過，副高控制蘇皖中部及其以南地區(qū)，機(jī)場(chǎng)中高空處于偏西氣流的控制下。從700及850hPa高空?qǐng)D（圖2下）可知，整個(gè)華北地區(qū)處于槽后的高壓脊控制，氣壓場(chǎng)較弱，山東半島為弱高壓環(huán)流控制，機(jī)場(chǎng)位于暖區(qū)中，溫度線較稀疏，無明顯溫度槽和高度槽。

由當(dāng)日11時(shí)地面圖（圖3上）可知，在山東西北部有弱高壓環(huán)流，山東半島處于大低壓環(huán)流前部的偏南氣流中，低壓中心位于甘肅和內(nèi)蒙古西部。機(jī)場(chǎng)處于相對(duì)較弱氣壓場(chǎng)中，南風(fēng)，沒有明顯的冷暖鋒。從11：42時(shí)的華北雷達(dá)拼圖（圖3下）可以驗(yàn)證，在低空風(fēng)切變發(fā)生時(shí)，青島機(jī)場(chǎng)沒有明顯的對(duì)流回波。

綜上可知，這次低空風(fēng)切變發(fā)生時(shí)，青島機(jī)場(chǎng)天氣晴好，云系較少;處于較弱氣壓場(chǎng)中，無明顯冷暖鋒和溫度槽。因此可以排除由于雷暴和鋒面過境因素導(dǎo)致的低空風(fēng)切變。

3.2 各氣象要素分析

3.2.1 風(fēng)變化分析

7月26日08時(shí)至11時(shí)，本場(chǎng)風(fēng)向在南北風(fēng)之間變換頻繁，維持北風(fēng)時(shí)間較長，平均風(fēng)速1-3m/s;12時(shí)之后風(fēng)速呈現(xiàn)明顯增大形勢(shì)，維持在4-6m/s，風(fēng)向也穩(wěn)定為偏西南風(fēng);17：30時(shí)之后風(fēng)速減小至2-3m/s，風(fēng)向變?yōu)檎巷L(fēng)。

35號(hào)跑道平均風(fēng)向在11：20-11：28時(shí)為東南風(fēng)，自100°逐漸變?yōu)?80°，11：36時(shí)風(fēng)向?yàn)?50°，偏西分量最大，之后逐漸穩(wěn)定在200-220°之間。其瞬時(shí)風(fēng)速11：20-11：26時(shí)維持西南風(fēng)，11：26-11：35在西南和西北之間擺動(dòng)，之后逐漸穩(wěn)定為西南風(fēng)（圖4a）。

17號(hào)跑道平均風(fēng)向11：20-11：28時(shí)為東南風(fēng)，11：30時(shí)開始逐漸轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，平均風(fēng)向在200-250°之間，11：44時(shí)平均風(fēng)向維持在200-220°之間。由瞬時(shí)風(fēng)向看，在11：30時(shí)之前瞬時(shí)風(fēng)速為偏北風(fēng)，之后逐漸轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，11：40-11：46時(shí)，瞬時(shí)風(fēng)向由50°變?yōu)?00°，即從東北風(fēng)變?yōu)槲髂巷L(fēng)，風(fēng)向變化很大（圖4b）。

35號(hào)跑道11：20-11：33時(shí)平均風(fēng)速為2-3m/s，11：33-11：36時(shí)略有下降，之后逐漸穩(wěn)定增加，11：51時(shí)之后平均風(fēng)速穩(wěn)定在4-5m/s。從瞬時(shí)風(fēng)速看11：33-11：35時(shí)風(fēng)速變化最大，自0.5m/s變?yōu)?.2m/s。11：42-11：45時(shí)，風(fēng)速自1.5m/s變?yōu)?.1m/s。（圖4c）

17號(hào)跑道自11：20時(shí)開始平均風(fēng)速逐漸增加，由1-2m/s增加為2-3m/s，11：47時(shí)略有下降，變?yōu)?m/s，11：53時(shí)之后風(fēng)速明顯增大，逐漸穩(wěn)定為4-6m/s;其瞬時(shí)風(fēng)速的變化趨勢(shì)同平均風(fēng)速一致，但在11：44-11：47時(shí)瞬時(shí)風(fēng)速由3.5m/s變?yōu)?.5m/s，11：53時(shí)之后瞬時(shí)風(fēng)速明顯增加至6m/s，后續(xù)在3-5m/s波動(dòng)變化（圖4d）。

綜合上述風(fēng)向風(fēng)速的分析可以看出17號(hào)跑道在11：44時(shí)（風(fēng)切變發(fā)生時(shí)）瞬時(shí)的風(fēng)向風(fēng)速變化幅度都比較大，前后五分鐘里，瞬時(shí)風(fēng)向由東北風(fēng)變?yōu)槲髂巷L(fēng)，瞬時(shí)風(fēng)速由3.5m/s變?yōu)?.5m/s，而35號(hào)跑道變化幅度相對(duì)較小，這也說明這次風(fēng)切變的發(fā)生范圍很小。

3.2.2 相對(duì)濕度變化分析

7月26日11：00-11：20時(shí)，相對(duì)濕度維持在54%—58%之間，11：20時(shí)相對(duì)濕度明顯上升，到11：29時(shí)增大至66%，之后在59%—66%之間波動(dòng)變化。自11：30時(shí)風(fēng)向轉(zhuǎn)為西南風(fēng)后，濕度明顯增大，說明西南風(fēng)是由膠州灣吹來的海風(fēng)，其濕度較大（圖5），風(fēng)切變出現(xiàn)是在11：44時(shí)，也印證了這次的風(fēng)切變是由于海風(fēng)導(dǎo)致。

3.2.3 修正海平面氣壓變化分析

在7月26日11：02時(shí)修正海壓從1002.15hPa逐漸下降，說明此時(shí)暖濕空氣逐漸增加，氣壓隨之下降;在11：26時(shí)降至1001.85hPa，之后在1001.85hPa-1001.95hPa之間波動(dòng)，這時(shí)風(fēng)向已經(jīng)轉(zhuǎn)為西南海風(fēng)，后續(xù)濕度維持穩(wěn)定的波動(dòng)變化，氣壓也隨之穩(wěn)定（圖5）。

綜上可以看出這次17號(hào)跑道風(fēng)速的導(dǎo)致飛機(jī)復(fù)飛的風(fēng)切變是由于海風(fēng)導(dǎo)致。相對(duì)濕度和修正海壓在風(fēng)切變出現(xiàn)前10-20分鐘已經(jīng)有了不同于日變化的較明顯突變，相對(duì)濕度明顯升高，修正海壓明顯下降，這都可以作為海風(fēng)風(fēng)切變的提前的預(yù)警信號(hào)參考。

4 結(jié)論

（1）青島機(jī)場(chǎng)兩面鄰海，西部有膠州灣，東部為黃海，特殊的位置使得機(jī)場(chǎng)易于出現(xiàn)海陸風(fēng)風(fēng)切變。

（2）17號(hào)跑道在11：44時(shí)（風(fēng)切變發(fā)生時(shí)）瞬時(shí)的風(fēng)向風(fēng)速變化幅度都比較大，前后五分鐘里，瞬時(shí)風(fēng)向由東北風(fēng)變?yōu)槲髂巷L(fēng)，瞬時(shí)風(fēng)速由3.5m/s變?yōu)?.5m/s。35號(hào)跑道的風(fēng)向和風(fēng)速變化幅度較小，這次風(fēng)切變只出現(xiàn)在17號(hào)跑道，低空風(fēng)切變的范圍很小。

（3）海風(fēng)風(fēng)切變出現(xiàn)時(shí)天氣晴好，沒有明顯回波，能見度良好，這導(dǎo)致提前預(yù)報(bào)困難。相對(duì)濕度和修正海壓在風(fēng)切變出現(xiàn)前10-20分鐘就有了較明顯突變，因此可以作為提前預(yù)報(bào)海風(fēng)風(fēng)切變的一部分參考。

以上結(jié)論對(duì)于沿海城市分析海風(fēng)風(fēng)切變和保障民航飛行安全有一定借鑒意義，但是由于只是個(gè)例，且風(fēng)向與地理位置有很大關(guān)系，因此有待個(gè)例的累計(jì)和預(yù)報(bào)方法的進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]周建華，張中鋒，莊衛(wèi)方.航空氣象業(yè)務(wù)[M].北京：氣象出版社，2011：65-66.

[2]郭虎道.低空風(fēng)切變對(duì)飛行的影響[J].四川氣象，2001，21（3）：20-21.

[3]趙樹海.航空氣象學(xué).氣象出版社，1994.

[4]馮彥華.白云機(jī)場(chǎng)低空風(fēng)切變的時(shí)空特點(diǎn)及其大氣環(huán)流形勢(shì)分析[J].廣東氣象，2004（4）：5-6.

[5]郭智亮，謝文鋒，鐘加杰，等.廣州白云機(jī)場(chǎng)一次微下?lián)舯┝饕鸬牡涂诊L(fēng)切變過程分析[J].沙漠與綠洲氣象，2019，13（4）：71-78.

[6]單乃超，周后福，陳少清，等.合肥機(jī)場(chǎng)一次低空風(fēng)切變機(jī)理分析.氣象科技，2018，46（6）：1240-1250.

[7]王世杰.青海省西寧機(jī)場(chǎng)風(fēng)切變的初步分析[J].農(nóng)業(yè)氣象.2013，9：137-138.

[8]翁雪玲，于佳松，徐建文.大連機(jī)場(chǎng)典型低空風(fēng)切變的成因分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2020，43（1）：81-89.

[9]夏子瑤，萬夫敬.1987—2016年青島市氣候變化特征分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2018（04）：171-173.

[10]薛德強(qiáng)，鄭全嶺，錢喜鎮(zhèn)，孟昭翰.山東半島的海陸風(fēng)環(huán)流及其影響[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，1995（02）：293-299.