84海里颠簸的分布特征及边界层气象条件分析

8.4海里颠簸的分布特征及边界层气象条件分析谭艳梅 张利平 陈阳权民航新疆空中交通管理局气象中心，乌鲁木齐市，新疆 830016摘要：利用2011年1月-2013年12月航空器颠簸报告、高空、地面气象观测资料、乌鲁木齐机场地面自动观测资料、以及2013年11-12月移动风廓线资料，对乌鲁木齐机场跑道25方向8.4海里附近的非气象原因低空颠簸事件发生规律和边界层气象条件、以及环流背景进行统计分析，结果表明颠簸在夏季6-8月和秋季10月发生次数最多，冬季1-2月最少，午后-夜间最多，凌晨最少，这种分布规律除了与乌鲁木齐机场飞行流量和飞行计划有关外，还与不同季节环流特征和边界层特征有极大关系。

近地层层结不稳定、有乱流、风速小于4m/s、无逆温或弱逆温是8.4海里容易发生颠簸的边界层气象条件，春夏季高空槽区配合低空暖脊、秋冬季高空脊区配合低空弱扰动，是8.4海里发生颠簸的有利环流背景。

关键词：颠簸 时空分布 移动风廓线、边界层、气象条件1 引言飞机颠簸是影响航空活动的重要因素之一。

强烈颠簸会危及飞行安全，特别是对高空飞行的运输机来说，已成为威胁最大的气象危害之一，甚至能造成机毁人亡的事故【1】。

飞机颠簸资料主要来源于飞机报告，颠簸的位置与管制区域内航线的设计和飞行高度直接相关，颠簸的频次与航路飞行密度有关。

国内外对飞机颠簸的研究工作很多，通过对飞机报告的统计、颠簸气象条件分析、颠簸事件个例模拟，在颠簸的成因、颠簸的类型和颠簸的预报方法等方面取得许多研究成果 【2-5】，指出飞机的颠簸是由大气湍流引起的，风与湍流的出现和发展密切相关，一定条件下的风切变可产生湍流。

而湍流能否得以发展取决于风的分布。

飞机颠簸最主要的直接原因是来自空中的风切变和温度切变，飞机在起飞和着陆时引起的低空飞行颠簸，主要来自风的垂直切变。

李子良等【8】利用中尺度数值模式模拟气流过山生成飞行数值仿真所需要的风场，揭示了飞机在过山脉地形背风面所产生的大气湍流中飞行时引起飞机颠簸的物理机制，程雪玲等【9】通过对大气边界层剪切湍流统计特性的风洞实验模拟，指出非均匀下垫面大气边界层湍流场的速度脉动特点。

新疆民航气象专家通过对乌鲁木齐管制区域的颠簸报告进行统计分析，指出乌鲁木齐机场飞机起飞和降落阶段，颠簸主要在机场上空方圆二十公里左右，颠簸层高度在2000米以下。

飞机在爬升和降落阶段，颠簸主要出现在飞行航路上，多在阿什里和阜康附近，高度多在3000-6000米。

飞机在巡航阶段，颠簸多出现在阿什里-伊宁、阜康-哈密航段，颠簸高度在6000米以上。

乌鲁木齐机场管制区域飞机颠簸可分为锋面颠簸、槽线颠簸、急流颠簸、东南风层颠簸、晴空颠簸、地形颠簸类。

其中东南风层颠簸是乌鲁木齐机场地面或空中东南风层导致的地方性颠簸，多发生在3000米以下，常造成飞机严重颠簸。

但自2010年10月开始，乌鲁木齐机场距离跑道东头8.4海里附近，飞行高度1300-1400米处，频繁出现与已有认识出入很大、原因不明的低空强烈颠簸，曾发生过自动驾驶仪脱开、航空器复飞的严重颠簸不安全事件。

而且由于此类颠簸发生位置为最后进近航段，飞行方式由自动驾驶转为手动驾驶，开始建立盲降的位置，高度低且无法绕飞，对飞行操纵影响很大，严重威胁航行安全。

气象人员从已有的探测资料，包括乌鲁木齐机场的风廓线雷达资料和中尺度数值预报资料，都不能解释出现强烈颠簸的原因。

管理局、空管局等管理部门对此展开了现场调查和专题研究，初步认为系2010年实现投产的米东中泰化学热电厂地面烟囱排放热气，形成烟流抬升所致。

烟流的抬升和传播与边界层环境气象条件有关，什么样的边界层气象条件、什么样的环流配置容易使8.4海里处烟流发展，导致发生颠簸，是新疆民航预报人员面临的严峻的新问题。

本文根据近3年来收到的8.4海里非气象原因的飞机颠簸报告，结合探空观测、移动风廓线实验观测资料，统计颠簸事件发生规律，分析有利颠簸发生的边界层气象条件、边界层结构特征、高低空环流配置，对加强8.4海里颠簸的认知，建立相应的预报概念模型，提高预警水平，减少安全隐患具有积极的意义。

2 资料及处理2.1 航空器空中报告：收集整理了2011年至2013年间收到的8.4海里颠簸的航空器空中报告331份，内容包括颠簸报告时间、颠簸位置、颠簸强度、颠簸高度、飞机机型及状态，对颠簸出现的时间、出现的高度、范围，以及颠簸强度等进行统计分析。

2.2 乌鲁木齐探空资料，乌鲁木齐机场、米东气象站、乌鲁木齐气象站地面观测资料，乌鲁木齐机场风廓线雷达观测资料，米东气象站移动风廓线观测资料。

2013年11-12月依托沙漠研究所的移动风廓线雷达在颠簸发生地附近进行为期两个月的试验观测，获取34天数据，其中2000米以下采集到的有效观测数据共28天。

对试验观测资料进行分析，并与乌鲁木齐机场风廓线观测资料较对比，研究8.4海里烟囱群烟源对边界层的影响、8.4海里颠簸发生时实验观测地风的表现，从而推测烟源地边界层的湍流特征。

3 颠簸报告的统计特征3.1时间分布统计特征：3.1.1 月、季分布统计特征3年间收到的331份8.4海里航空器空中颠簸报告中，2011年148份， 2012年110份，2013年75份。

各季都有报告，其中夏季最多108份，秋季次之97份，春季79份，冬季最少49份。

从各月收到的报告数来看，各月都有出现，10月最多48份，其次是5-8月30-40份。

9月、12月相对较少，不足20份， 1月最少，仅有10份。

图1：8.4海里颠簸报告的月分布图3.1.2 小时分布统计特征：颠簸报告的高峰时段是夜间22 -00点之间，报告份数达到107份，占总数的31%，其次是上午的10 -12点、夜间的20-22点，收到报告份数分别为64份和55份，占总次数的19%、16%。

夜间00点之后报告数迅速减少，凌晨03-06点之间报告份数为零，上午9-10点、下午15-17点报告数也是相对较少的时段。

午后到夜间（16：00-24：00）多发时段，分季度来看，夏季收到的颠簸报告最多达到62份，秋季次之51份，春季44份，冬季最少33份。

3.2 强度及持续时间统计特征收到的331份颠簸报告中，中度颠簸最多143份，中-严重颠簸108份，严重颠簸63次，轻-中度颠簸9份，轻度颠簸3份，未报告强度的5份。

强烈颠簸各月都有发生，其中夏季最多，平均每月3次，春秋季次之，平均每月2次，冬季最少，平均每月不到一次。

持续时间多在3-4秒（飞行员自述），最长持续时间8秒（有报告记录）。

10203040501月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月颠簸次数时间（月）010203040506000‐…01‐…02‐…03‐…04‐…05‐…06‐…07‐…08‐…09‐…10‐…11‐…12‐…13‐…14‐…15‐…16‐…17‐…18‐…19‐…20‐…21‐…22‐…23‐…颠簸发生次数时间图2：8.4海里颠簸报告的逐时分布图3.3空间分布统计特征：331份颠簸报告中，有18份仅报告颠簸位于机场25跑道五边，没有具体位置，从有具体报告点的313份数据分析来看，颠簸距离25跑道五边最近的6海里（2份），最远的12.4海里（1份）,最多位于8.3-8.4海里（235份），占总数的75%。

统计不同距离发生的颠簸次数（见表1），可见颠簸出现在8.0-8.5海里范围的共计274份，占总数的82%，其中8.3-8.4海里占86%。

其次是7.5-8.0海里范围，共27份，占总数的8%。

7.0-7.5海里和8.5-9.0海里，都有11份报告，占总数的3%，小于7.0海里和大于9.0海里的分别有4份和2份，占总数的1%和0.6%。

表1：8.4海里颠簸报告的颠簸距离区间统计表331份颠簸报告中有28份没有报告颠簸高度，从有高度报告的记录来看，最低有600米，经与管制员和飞行员了解，在颠簸点正常的飞行高度应该是距离地面600米以上，认为飞行员报告的是真高，因此本文将高度报告在700米以下的真高数据，换算成海拔高度后参与统计。

报告记录中有报告颠簸高度在某一高度的，也有在某个高度范围的，为了要尽可能全面真实的统计颠簸发生的高度，本文将一次颠簸报告中某个高度范围内所经过的所有高度层都按照该高度层有颠簸进行统计，如某一次颠簸高度报告是1300-1400米，则1300米和1400米各统计为一次颠簸（统计结果见表2）。

表2：8.4海里颠簸报告的颠簸高度区间统计表颠簸次数统计方法：某个高度范围内所经过的所有高度层都按照该高度层有颠簸进行统计，共441次 从统计结果来看，颠簸高度最低900米，最高1800米，最多在1300米，占41.7%，集中在1200-1400米，合计占86.4%。

1000米以下和1600米以上出现可能性很小，不足1%。

从颠簸层高度范围记录来看，颠簸层厚度最大可达600米，有两次记录，分别为2011年10月17日报告颠簸高度为900-1500米、2013年4月6日报告颠簸高度为1200-1800米。

3.4 颠簸分布特征的气象成因分析上述结果是完全基于收到的航空器报告份数进行统计的，颠簸的时空分布统计结果与乌鲁木齐机场飞行流量、飞行密度和中泰化学的生产计划有着密切关系，但与乌鲁木齐地区各季节边界层特点也有极大关系。

何清【7】、李霞【10】等对乌鲁木齐边界层进行了大量的分析研究，结果表明乌鲁木齐地区边界层具有不同的季节特征，冬季最为典型的是近地层风速小，存在稳定的悬浮逆温层，夏季边界层相对不稳定，特别是午后到夜间，气流不稳定更为明显，春秋季边界层风速相对较大，春季气流不稳定要强于秋季。

边界层特点可以很好解释8.4海里颠簸的月、季、小时分布特征。

烟囱排放出的热气，犹如一个热泡，在抬升的过程中与周围空气相互卷夹，受边界层气象条件影响，烟流的传播和发展不同。

冬季边界层风小，悬浮逆温高度低，多在1500米以下，而这个高度正好是飞机在8.4海里的飞行高度，逆温的存在不利于烟流的向上传播和发展，所以冬季收到的颠簸报告最少。

夏季午后-夜间近地层空气不稳定度较大，乱流强，烟流的水平传播和向上伸展强势，有时和云体结合，高度很容易超过飞机在8.4海里的飞行高度，所以夏季午后到夜间收到的航空器空中报告最多。

春秋季边界层风速较其他季节稍大，而且空气干燥，烟囱排放热气在上升过程中随风向飘移，水汽和能量耗散使得烟流发展和扩散受阻，所以在8.4海里飞行高度收到的颠簸报告相对夏季偏少。

4 颠簸的气象条件分析4.1移动风廓线观测实验分析2013年10-12月依托沙漠研究所的移动风廓线雷达在颠簸发生地附近进行为期三个月的试验观测，获取34天数据，其中2000米高度以上数据采集情况较差，2000米以下采集到的有效观测数据共28天。