低空风切变.ppt

1、低空风切变,一、低空风切变简介 二、低空风切变研究的进展三、低空风切变警报系统的开发,低空风切变简介,风切变的定义： 风速和/或风向在空间上的变化，是从空间一点到另一点的风矢量差，是一个矢量。,低空风切变简介,低空风切变的定义： 发生在最低层（距地500米）的风切变对航空器的起降特别重要，因此将发生在这一气层中的风切变称为低空风切变。,低空风切变简介,风切变的特点： 风切变无时不在，无处不有。,低空风切变简介,低空风切变的危害：,低空风切变简介,低空风切变的危害：,低空风切变简介,低空风切变的危害：,当时机场雨势及侧风极为强劲，03UTC:070/21G34KT，04UTC:070/21G40

2、KT 跑道积水。 中华航空公司CI-605班机B747-400型飞机03:30UTC左右朝向十三号跑道降落时 飞机冲出跑道而坠入于海中，旅客23人受伤，飞机全部报废。,1993年11月4日,低空风切变简介,低空风切变的危害：,2008年11月1日天气实况,中午04:20 UTC转为西风，锋面接近； 04:24 UTC 西北风，平均风速12 m/s，阵风19 m/s； 05:30 UTC平均风速17 m/s，阵风达到23 m/s。,全天机场飞行管制区域内伴有风切变及颠簸。导致2架航班备降天津，10架次航班复飞,低空风切变简介,windshear is a space variation of t

3、he wind vector,1 水平风的垂直变化,2 水平风切变,低空风切变的分类：风的变化,3垂直风的水平变化 4垂直风的垂直变化,低空风切变简介,低空风切变的分类：航迹,低空风切变简介,顺风风切变,低空风切变对飞机的影响,风切变短暂影响空速， 导致航空器的航径发生改变。,逆风减小或者顺风增大，导致空速瞬间减小，合成航径矢量降低。,低空风切变简介,逆风风切变,低空风切变对飞机的影响,风切变短暂影响空速， 导致航空器的航径发生改变。,逆风增大或者顺风减小，导致空速瞬间增，合成航径矢量抬高。,低空风切变简介,侧风风切变,低空风切变对飞机的影响,风切变短暂影响空速， 导致航空器的航径发生改变。,

4、会影响航空器偏流角和侧滑角，在已经很复杂的情况下增加飞行员的驾驶难度。,低空风切变简介,导致低空风切变的气象条件和天气现象,雷暴 锋面 逆温 低空急流 强冷空气 垂直风切变 背风涡旋 山地波 海风锋 陆龙卷和晴空水龙卷 山谷风 孤波 等,低空风切变简介,雷暴（风暴）： 风暴可以产生微下击暴流、阵风锋、阵风锋宏暴、龙卷风等极端天气现象，都是强烈的风切变； 一个大型的风暴周围25-30海里的区域，及一个中等风暴周围15-25海里的区域，被认为是轻型航空器的绝对禁飞区。,导致低空风切变的气象条件和天气现象,低空风切变简介,导致低空风切变的气象条件和天气现象,锋面： 锋面动力特性导致锋面两侧的风速不连

5、续，因而锋面就是一个风切变区。 一般来说，当锋两侧的温差5及移动速度较快（55千米/小时）时，都会产生对飞行有影响的低空风切变。 对飞行危害较大的是冷锋型低空风切变。,低空风切变简介,导致低空风切变的气象条件和天气现象,逆温： 逆温层的存在阻碍了空气的垂直运动和上下层动量的交换，使逆温层上下的风场存在着的差异，当这种差异较大时，会危及到起降航空器的安全。 强度相对较弱。,低空风切变简介,低空急流 ： 低空急流是在对流层下部的强风带，中心风速一般大于12米秒，最大可达40米秒。 北半球的低空急流一般为偏南或西南气流 。 与低空风切变相关的低空急流是指超低空急流（1000米以下），常伴有低空逆温。

6、,导致低空风切变的气象条件和天气现象,低空风切变简介,导致低空风切变的气象条件和天气现象,强冷空气（大风） ： 伴随着大风和强阵风出现的低空风切变。 当空气流过地表或人造障碍物时，如果固有的粘性不能吸收掉升高的压力，空气的流动就会产生湍流，风速越大，湍流越强 。 风速的脉动(或涨落)和风向的摆动就是湍流作用的结果。,低空风切变简介,导致低空风切变的气象条件和天气现象,垂直风切变： 飞机突然进入强烈的上升气流、下沉气流、垂直阵风、或者超绝热热泡中时，遭遇的风切变是最危险的风切变形式。 右表为飞机在不同情况下迎角的变化。 当飞机遭遇1000fpm的下沉气流时，升力至少会减少80%。,低空风切变简介

7、,背风涡旋： 出现在山脉、山脊、谷地周围似墙之物、小山、岛屿、甚至是障碍物顶高以上等的背风面，可能会导致剧烈的下沉气流。 剧烈下沉是风速和斜面角度的一个函数。如果水平风速是29节，斜坡的角度是15度，那么下沉矢量等于 750 fpm，比大多数轻型飞机的爬升速度大的多。,地形条件引起的低空风切变,低空风切变简介,地形条件引起的低空风切变,山地波 ： 山地波（背风波）是一种重力内波的表现 ， 高压系统的外部边缘是形成强山地波的有利条件，包括：大约在山脊的高度存在等温层或者是逆温层；超过20节并以大角度吹过山脊的大风，其风速随高度增加而增大。 在背风波中，2000fpm的垂直运动经常会出现。,低空风

8、切变简介,地形条件引起的低空风切变,其它： 海风锋、陆龙卷和晴空水龙卷、山谷风、孤波等 。 左图为孤波的实景图片。,低空风切变简介,低空风切变探测,气象多普勒雷达,低空风切变简介,低空风切变探测,激光雷达,低空风切变简介,低空风切变探测,风廓线仪,低空风切变简介,低空风切变探测,AMDAR,低空风切变研究的进展,西方的发达国家对低空风切变的研究非常重视，并取得了显著的成果。在美国，FAA、NCAR、USAF、NASA等政府部门和研究单位都开展了该课题领域的系统研究。其中以联合机场气象研究计划，微下击暴流及强风暴研究计划，以及对流形成和下击暴流试验计划等系统研究最具有代表性。除此以外，美国国家环

9、境预报中心已经使用集合预报的方式输出低空风切变产品。,低空风切变研究的进展,联合机场气象研究计划:,低空风切变研究的进展,局域集合预报低空风切变产品:,低空风切变计算,风切变强度的计算： 用两点间的风矢量差值除以它们之间的距离。,风切变的度量单位： 航空上：公里/小时/30米、米/秒/30米、海里/小时/100英尺。,风切变计算方法的局限性： 用给定距离的两点的风计算风切变仅仅能得到两点之间的总切变，无法给出该层的最大切变。,低空风切变警报系统的开发,风廓线仪:,机场跑道自观:,通过对美国在低空风切变方面的研究经验的考察，我们使用首都机场的现有探测设备开发了低空风切变警报系统。该系统使用的资料

10、包括风廓线仪探测资料和机场跑道测风资料。,低空风切变警报系统的开发,开发过程中我们使用了三种算法：,机场平面散度： 这里我们使用三点法计算机场平面的散度，可以理解为单位时间内三点所围面积的变化率。 散度的度量单位： 数值/秒。 三点法计算方法的局限性： 所选的时间段不能太长。 无法反应三点所围的范围内有小规模的强烈扰动或从正中通过的急流。,风切变强度,垂直风切变强度： 地面和距地2000英尺高度间任意层次间的风矢量差异 。 度量单位： 节/2000英尺 。 计算方法的局限性： 层次不可能无限次划分。 用给定的两层次计算风切变仅仅能得到两层之间的总切变，无法给出该层的最大切变。,机场平面散度的计

11、算:区域划分,低空风切变警报系统的开发,几次低空风切变过程数值化的 结果分析,大风型,冷锋型,阵风锋型,弱形势场型,预报室将收集到的近几年内发生在首都机场的低空风切变过程进行了统计和分析，将首都机场的低空风切变分为以下四种类型。我们分别针对四种类型中的某些风切变过程进行了数值化结果分析。,大风型低空风切变数值化的结果分析,几次低空风切变过程数值化的 结果分析,2008年10月25日散度：区域5。低空风切变报告时间：01:53UTC,10：18UTC。,2008年10月25日低空风切变强度。低空风切变报告时间：01:53UTC,10：18UTC。,2009年1月23日散度：区域3。低空风切变报告

12、时间：04:10UTC,06：00UTC。,2009年1月23日低空风切变强度。低空风切变报告时间：04:10UTC,06：00UTC。,分析数据可以发现：大风型低空风切变出现时，某些区域中都伴有较强的散度和低空风切变强度，并且散度和强度的脉动持续时间较长，与大风的持续时间长短相关。 同时我们也发现，某些时段虽然没有飞机报告遭遇低空风切变，但是散度和低空风切变强度也较强。我们考虑其原因有如下两个方面： 1、有飞机报告遭遇低空风切变，但是我们没有收集到相关信息。 2、在散度和低空风切变强度较强的一段时间内，脉动频率很高，期间数值较小的时间也较长。,低空风切变数值化的 结果分析,大风型低空风切变数

13、值化的结果分析,低空风切变数值化的 结果分析,冷锋型低空风切变数值化的结果分析,2009年2月10日散度，区域：0；低空风切变报告时间：06:17UTC,06:37UTC,06:30。,2009年2月10日低空风切变强度；低空风切变报告时间：06:17UTC,06:37UTC,06:30。,分析数据可以发现：冷锋型低空风切变出现时，在所有区域中的反应较为一致，也都伴有较强的散度和低空风切变强度，但是相较于大风型低空风切变持续时间短，低空风切变强度的脉冲少。,低空风切变数值化的 结果分析,冷锋型低空风切变数值化的结果分析,低空风切变数值化的 结果分析,阵风锋型低空风切变数值化的结果分析,2009

14、年4月13日散度，区域：0；低空风切变报告时间：09:00UTC,09:10UTC。,2009年4月13日低空风切变强度；低空风切变报告时间：09:00UTC,09:10UTC。,分析数据可以发现：阵风锋型低空风切变出现时，在某些区域中，散度值也有变化，但是与低空风切变强度对比起来变化相对较小，甚至于较难分辨出来，而低空风切变强度则有显著的峰值。,低空风切变数值化的 结果分析,阵风锋型低空风切变数值化的结果分析,低空风切变数值化的 结果分析,弱形势场型低空风切变数值化的结果分析,2009年2月26日散度，区域：4；乱流报告时间：13:53UTC。,2009年2月26日风切变强度；乱流报告时间：

15、13:53UTC。,2009年4月20日散度，区域：4；低空风切变报告时间：12:45UTC。,2009年4月20日风切变强度；低空风切变报告时间：12:45UTC。,分析数据可以发现：弱形势场型低空风切变出现时，在所有区域中，散度值没有明显变化；低空风切变强度虽然明显增大，可是有时与白天的数值比较，没有较大的可信度，甚至2009年4月19日，飞机报告与我们计算的低空风切变峰值的时间有明显的出入。 但是我们分析低空风切变强度时发现，其数值明显增大的时间与风向的转变时间相吻合，并且峰值的宽度较宽，有一定的指示作用。,低空风切变数值化的 结果分析,弱形势场型低空风切变数值化的结果分析,低空风切变的两种算法还是能够较好地反应机