无人机低空气象学
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第六章 中低空飞行的大气环境 第一节 低空风切变
低空风切变的事故
武航6.22空难
事 故 经 过
• 2000年6月22日，武汉航空公司 Y-7/B3479号飞机执行恩施—武 汉（汉口）的航班任务。飞机13 时37分从恩施起飞。因遇雷雨天 气，在汉口机场第一次降落不成 功，飞机复飞拉升，于14时54分 失去联系。16时左右接到报告， 该机在武汉市汉阳区永丰乡四台 村附近坠毁失事，机组4人，乘 客38人全部遇难。
（三）低空风切变的强度
1.水平风的垂直切变强度 2.水平风的水平切变强度 3.垂直风切变的强度标准
水平风的垂直切变
• 空气层垂直厚度取30米，风资料 取2分钟左右的平均值 • 0.1• “1／秒”以上的垂直切变就 会对喷气式运输机带来威胁。
1.水平风的垂直切变强度标准
强度 等级 轻度 中度 强烈 严重 0-2 2.1-4 4.1-6 >6 数值标准
强风或下击暴流所吹倒的成片树 林和庄稼，其倒伏方向会呈现出 气流的流动状况
强风吹倒树木和庄稼
座舱仪表判别
（1）空速表 （2）高度表 （3）升降速率表 （4）俯仰角度指示器
空速表
• 飞机遭遇风切变时空速表指示一般都 会发生急剧变化。 • 美国波音公司规定，当空速表指示值 突然改变28～37千米／小时，应中止 起飞或不作进近着陆。
6月22日14:33时 武汉天河机场气象 雷达显示的雷暴云高度图象
飞机坠毁前40秒的高度曲线图
综合分析各种气象资料， 并参考物象情况，初步认 为22日14时至15时30分在 飞机空难现场曾出现微下 击暴流，产生了强烈的低 空风切变
一、低空风切变的基本知识
（一）风切变和低空风切变 1.风切变： 近距离内空间两点间的平均风 矢量的差值称为风切变。 2.低空风切变： 在高度600米以下的风切变
机载脉冲多普勒激光雷达
• 用于强风暴研究时空中测风。雷达 可以探测到风暴中降水粒子的运动 方向和速度。
（二）遭遇低空风切变时的处 置方法：
1．首先要有思想准备 2 ．要与雷暴云和大的降水区保持 适当距离。 3 ．不要有意识地穿过严重风切变 区或强下降气流区
遭遇低空风切变时的处置方法：
4．在着陆时刻遇到风切变，只 要难以改出，就应立即复飞 5．飞机遭遇风切变时，应立 报告飞行管制部门
辐射逆温与夜间急流
（四）地形地物
• 机场周围山脉较多或地形地物复杂
• 处于盆地的机场 •时，会产生局地性风切变。 • 机场正处在山脊的背风一侧
大风吹过机场附近的建筑物
三、低空风切变 对起飞着陆的影响
（一）低空风切变的事故特征 （二）低空风切变对着陆的影响
低空风切变与飞行安全
日 期 飞机 型号 伊尔14/ 646 所属 企业 兰州管 理局 地点 飞行 事 故 阶段 性 质 进 场 备 注
• 1983年4月4号早晨白云机场多层积云，云 底高于630米，地面有2~3米/秒的偏南风。 但到了10：30分左右，一片黑云（积雨云） 从西 边移来，天空很快转暗。10：42分黑 云压至机场上空，随之一阵风速12米/秒、 风向300度的大风掠过机场，几分钟后风力 就明显减小。10：47分，“空中国王200” 由南向北起飞。据当时的通话记录表明， 飞机起飞后即遇到了下冲气流，准备在150 米高度左转通场进入航线。到了10：50分， 即起飞后约3分钟，飞机坠毁，机组3人， 乘客5人全部遇难。
四、低空风切变的判定和处置
1.目视判别 2.座舱仪表判别 3.用专用设备探测低空风切变
目 视 判 别
（1）雷暴冷性外流气流的沙暴堤 （2）雷暴云体下的雨幡 （3）轴状云 （4）强风吹倒树木和庄稼
雷暴冷性外流气流的沙暴堤
雷暴冷性外流气流前缘的强劲气 流会把地面的尘土吹起相当的高 度，并随气流移动 。
水平风的垂直切变
指在垂直方向上， 一定距离内两点 之间的水平风速 和（或）风向的 改变 。
水平风的水平切变
水平风的水平切变： 在水平方向上两点之间的水平风速 和（或）风向的改变
垂直风的切变
指上升或下降 气流（垂直风） 在水平方向上两 点之间的改变。
（二）低空风切变的分类
根据飞机的运动相对于风矢量之间 的各种不同情况，把风切变分为：
6月25日上午， 武航6.22空难事 故原因调查组请 湖北省气象局和 民航局六位专家 赶赴现场对空难 事故现场进行了 物象考察。
中新社照片
据现场物象考察， 并结合气象资料初步 分析认为，此处是风 力最强之地，最大风 速达25m/s以上。
6月22日13:46时武汉天河机场气象雷 达显示的雷暴云平面图象
2.逆风切变
• 飞机的空速突然增大，升力 也增大，飞机抬升。
不同高度的逆风切变着陆
3.侧风切变
• 飞机发生侧滑、滚转或偏转而 对不准跑道
4.垂直风切变
• 飞机突然下沉容易发生事故
雷暴云下的着陆
风切变举例
昆明机场低空风切变事故
1991年4月25日,B757/2801号飞机在昆 明机场着陆过程中,因遇到低空风切 变,导致飞机重着陆,飞机严重损坏.修 复费用达330万美元。
（一）低空风切变的事故特征
1. 风切变事故都发生在飞行高度低于 300 米 的起飞和着陆飞行阶段，其中尤以着陆 为最多。 2.现代大、中型喷气运输机的风切变飞行 事故比重较大。 3.风切变事故与雷暴天气条件关系密切。 4.风切变飞行事故的出现时间和季节无一 定的规律。
（二）低空风切变对着陆的影响
1、顺风切变
2、逆风切变
3、侧风切变 4、垂直风切变
影响飞机升力的因素
• 设 为空气密度， 为飞机的空速 S 为机翼面积，飞机的升力为 Y ，则
v
1 2 Y C Y v S 2 这里 CY 是升力系数。
1.顺风切变
• 顺风切变使飞机空速减小， 升力下降，飞机下沉。
不同高度的顺风切变着陆
（4）俯仰角度指示器
• 一旦遭遇风切变，俯仰角指示将迅速发 生变化，变化越快、越大，则危害越大。 • 美国波音公司规定，俯仰角指示突然改 变超过5°时，即认为遭遇强风切变，应 停止进近而复飞。
用机载专用设备探测
• 机载风切变警报系统 • 红外辐射计机载风切变探测系统 • 机载脉冲多普勒激光雷达
机载风切变警报系统
高度表
• 飞机在下滑过程中高度表指示出现异常， 大幅度偏离正常高度值时，必须立即采 取措施，及时拉起。
（3）升降速率表
• 如果见到升降速率表指示异常，特别是 下沉速率明显加大时，必须充分注意。 • 美国波音公司建议在下降速度短时内改 变值达164米／分（500英尺／分）时， 即认为遇到强风切变，飞行员应采取复 飞等相应措施。
米/秒/30米 1/秒
0-0.07 0.08-0.13 0.14-0.2 >0.2
2.水平风的水平切变
• 水平风水平切变值 2.6（米· 秒-1）／千米 可作为能对飞行构成危害的强 度标准
3.垂直风切变的强度标准
• 垂直风的切变强度，在相同的空间 距离内主要由垂直风本身的大小来 决定 • 对飞行安全危害最大的是强下降气 流，是以下降气流速度和到达地区 的辐散值来确定的。
黑龙 低空 二 等 遇到下沉气流, 操作不 江853 作业 当 农场
1988年 三叉戟 8月31日 /2218
1990年6 运七 月2日 /3473
广州管 理局
通航公 司
香港 启德
山西 太原
着 陆
进 场
一 等 飞机进近中遇到大暴 雨和不稳定气流, 跑道 能见度极差
复飞, 备降 长治 悬球状云和雨幡,地面 风多变,在250米的高 度复飞,掉到20米。
顺风切变 逆风切变 侧风切变 垂直风的切变
1.顺风切变
• 飞机在起飞或着陆过程中，水平 风的变量对飞机来说是顺风 • 例如： • 飞机从逆风进入顺风 • 从小顺风进入大顺风
顺风切变示意图
2.逆 风 切 变
• 水平风的变量对飞机来说是 逆风 • 例如： • 飞机从无风进入逆风 • 从顺风进入逆风
逆风切变示意图
3.侧 风 切 变
• 指的是飞机从一种侧风或无侧 风状态进入另一种明显不同的 侧风状态
侧风切变示意图
4.垂直风的切变
• 飞机从无明显的升降气流 区进入强烈的升降气流区 域的情形
垂直风切变示意图
下击暴流中的风切变
对起落构成严重威胁的是雷暴 云下的下击暴流，其中中不仅有明 显的垂直风切变，还有强烈的水平 风切变，常出现严重事故。
风切变的计算
• 设
为上、下两层的风向差，风切变值 为：
u 1、 u 2 分别为上、下两层的风速，
u1 u 2 2u1u 2 cos
2 2
风切变的计算
• 在不考虑风向时，则按下式计算：
u2 u1
风切变的空间表现形式
1.水平风的垂直切变 2.水平风的水平切变 3.垂直风的切变
五、复习与思考题
1. 低空风切变中的飞行事故有 什么特征？ 2. 顺风切变和逆风切变对着陆 有什么影响？
3. 由下冲气流造成的风切变有 什么特点？
垂直风切变的强度标准
下降气流
下冲气流
91米高度上的下降速度 <3.6米/秒
>3.6米/秒
800米直径内的辐散值 <144/时
>144/时
二、产生低空风切变的天气条件
（一）雷暴 （二）锋面 （三）辐射逆温型的 低空急流 （四）地形地物
（一）雷暴
雷暴的下降气流在不同的区域可造成 两种不同的风切变 ：
• 使用垂直、纵向加速度计，把风切变对 飞机影响的垂直部分和纵向部分结合起 来，结合机上可供使用的其他数据来计 算飞机的推力余量。当推力余量下降到 规定值以下时，该系统就发出警报。
红外辐射计机载风切变探测系统
• 利用装在机头部位的前视红外辐射 计和侧视红外辐射计，分别探测出 前方10～20km和侧方200m范围内 的温度值加以比较，根据两者的温 度差确定风切变的大小。它可用于 测定雷暴外流气流的阵风锋。
1959年 10月11 日 1983年 4月4日
乌鲁 木齐
二 等 地面风15-18M/S，阵 风20M/S,有扬沙, 当飞 机降至25米高时进入 扬沙中, 然后触地 一 等 遇低空风切变, 失速坠 地
空中国 王-200
直升机 公司 黑龙江 农场总 局
广州 白云
上 升
1987年6 农夫 月18日 /8502
1.雷暴单体下面，由下击暴流造成的风切变 2.下冲气流到达地面后形成强烈的冷性外流
（二）锋面
穿过锋面时，将碰到突然的风 速和风向变化，强冷锋及锋后 大风区存在严重的低空风切变。
产生较强的风切变的锋面附近： • 锋移动快（≥55千米／小时） • 锋两侧温差大（≥5℃）
（三）辐射逆温型的低空急流
逆温层上强风的形成—夜间急流 逆温层阻挡了风速向下的动量 传递，使地面风很弱，而且风向多 变，这样就在地面附近与上层气流 之间形成了较大的风切变
雷暴云体下的雨幡
• 雷暴云体下的雨幡是有强烈下降 气流的征兆。 • 雨幡下垂高度越低，个体形状越 大，色泽越暗，预示着风切变和 下击暴流也越强
雷暴云下的雨幡
滚轴状云
在雷暴型和强冷锋型风切变 中，强的冷性外流往往有明 显的涡旋运动结构，并伴有 低空滚轴状云。
滚轴状云的形成
源自文库
滚轴状云
强风吹倒树木和庄稼
低空风切变的事故
武航6.22空难
事 故 经 过
• 2000年6月22日，武汉航空公司 Y-7/B3479号飞机执行恩施—武 汉（汉口）的航班任务。飞机13 时37分从恩施起飞。因遇雷雨天 气，在汉口机场第一次降落不成 功，飞机复飞拉升，于14时54分 失去联系。16时左右接到报告， 该机在武汉市汉阳区永丰乡四台 村附近坠毁失事，机组4人，乘 客38人全部遇难。
（三）低空风切变的强度
1.水平风的垂直切变强度 2.水平风的水平切变强度 3.垂直风切变的强度标准
水平风的垂直切变
• 空气层垂直厚度取30米，风资料 取2分钟左右的平均值 • 0.1• “1／秒”以上的垂直切变就 会对喷气式运输机带来威胁。
1.水平风的垂直切变强度标准
强度 等级 轻度 中度 强烈 严重 0-2 2.1-4 4.1-6 >6 数值标准
强风或下击暴流所吹倒的成片树 林和庄稼，其倒伏方向会呈现出 气流的流动状况
强风吹倒树木和庄稼
座舱仪表判别
（1）空速表 （2）高度表 （3）升降速率表 （4）俯仰角度指示器
空速表
• 飞机遭遇风切变时空速表指示一般都 会发生急剧变化。 • 美国波音公司规定，当空速表指示值 突然改变28～37千米／小时，应中止 起飞或不作进近着陆。
6月22日14:33时 武汉天河机场气象 雷达显示的雷暴云高度图象
飞机坠毁前40秒的高度曲线图
综合分析各种气象资料， 并参考物象情况，初步认 为22日14时至15时30分在 飞机空难现场曾出现微下 击暴流，产生了强烈的低 空风切变
一、低空风切变的基本知识
（一）风切变和低空风切变 1.风切变： 近距离内空间两点间的平均风 矢量的差值称为风切变。 2.低空风切变： 在高度600米以下的风切变
机载脉冲多普勒激光雷达
• 用于强风暴研究时空中测风。雷达 可以探测到风暴中降水粒子的运动 方向和速度。
（二）遭遇低空风切变时的处 置方法：
1．首先要有思想准备 2 ．要与雷暴云和大的降水区保持 适当距离。 3 ．不要有意识地穿过严重风切变 区或强下降气流区
遭遇低空风切变时的处置方法：
4．在着陆时刻遇到风切变，只 要难以改出，就应立即复飞 5．飞机遭遇风切变时，应立 报告飞行管制部门
辐射逆温与夜间急流
（四）地形地物
• 机场周围山脉较多或地形地物复杂
• 处于盆地的机场 •时，会产生局地性风切变。 • 机场正处在山脊的背风一侧
大风吹过机场附近的建筑物
三、低空风切变 对起飞着陆的影响
（一）低空风切变的事故特征 （二）低空风切变对着陆的影响
低空风切变与飞行安全
日 期 飞机 型号 伊尔14/ 646 所属 企业 兰州管 理局 地点 飞行 事 故 阶段 性 质 进 场 备 注
• 1983年4月4号早晨白云机场多层积云，云 底高于630米，地面有2~3米/秒的偏南风。 但到了10：30分左右，一片黑云（积雨云） 从西 边移来，天空很快转暗。10：42分黑 云压至机场上空，随之一阵风速12米/秒、 风向300度的大风掠过机场，几分钟后风力 就明显减小。10：47分，“空中国王200” 由南向北起飞。据当时的通话记录表明， 飞机起飞后即遇到了下冲气流，准备在150 米高度左转通场进入航线。到了10：50分， 即起飞后约3分钟，飞机坠毁，机组3人， 乘客5人全部遇难。
四、低空风切变的判定和处置
1.目视判别 2.座舱仪表判别 3.用专用设备探测低空风切变
目 视 判 别
（1）雷暴冷性外流气流的沙暴堤 （2）雷暴云体下的雨幡 （3）轴状云 （4）强风吹倒树木和庄稼
雷暴冷性外流气流的沙暴堤
雷暴冷性外流气流前缘的强劲气 流会把地面的尘土吹起相当的高 度，并随气流移动 。
水平风的垂直切变
指在垂直方向上， 一定距离内两点 之间的水平风速 和（或）风向的 改变 。
水平风的水平切变
水平风的水平切变： 在水平方向上两点之间的水平风速 和（或）风向的改变
垂直风的切变
指上升或下降 气流（垂直风） 在水平方向上两 点之间的改变。
（二）低空风切变的分类
根据飞机的运动相对于风矢量之间 的各种不同情况，把风切变分为：
6月25日上午， 武航6.22空难事 故原因调查组请 湖北省气象局和 民航局六位专家 赶赴现场对空难 事故现场进行了 物象考察。
中新社照片
据现场物象考察， 并结合气象资料初步 分析认为，此处是风 力最强之地，最大风 速达25m/s以上。
6月22日13:46时武汉天河机场气象雷 达显示的雷暴云平面图象
2.逆风切变
• 飞机的空速突然增大，升力 也增大，飞机抬升。
不同高度的逆风切变着陆
3.侧风切变
• 飞机发生侧滑、滚转或偏转而 对不准跑道
4.垂直风切变
• 飞机突然下沉容易发生事故
雷暴云下的着陆
风切变举例
昆明机场低空风切变事故
1991年4月25日,B757/2801号飞机在昆 明机场着陆过程中,因遇到低空风切 变,导致飞机重着陆,飞机严重损坏.修 复费用达330万美元。
（一）低空风切变的事故特征
1. 风切变事故都发生在飞行高度低于 300 米 的起飞和着陆飞行阶段，其中尤以着陆 为最多。 2.现代大、中型喷气运输机的风切变飞行 事故比重较大。 3.风切变事故与雷暴天气条件关系密切。 4.风切变飞行事故的出现时间和季节无一 定的规律。
（二）低空风切变对着陆的影响
1、顺风切变
2、逆风切变
3、侧风切变 4、垂直风切变
影响飞机升力的因素
• 设 为空气密度， 为飞机的空速 S 为机翼面积，飞机的升力为 Y ，则
v
1 2 Y C Y v S 2 这里 CY 是升力系数。
1.顺风切变
• 顺风切变使飞机空速减小， 升力下降，飞机下沉。
不同高度的顺风切变着陆
（4）俯仰角度指示器
• 一旦遭遇风切变，俯仰角指示将迅速发 生变化，变化越快、越大，则危害越大。 • 美国波音公司规定，俯仰角指示突然改 变超过5°时，即认为遭遇强风切变，应 停止进近而复飞。
用机载专用设备探测
• 机载风切变警报系统 • 红外辐射计机载风切变探测系统 • 机载脉冲多普勒激光雷达
机载风切变警报系统
高度表
• 飞机在下滑过程中高度表指示出现异常， 大幅度偏离正常高度值时，必须立即采 取措施，及时拉起。
（3）升降速率表
• 如果见到升降速率表指示异常，特别是 下沉速率明显加大时，必须充分注意。 • 美国波音公司建议在下降速度短时内改 变值达164米／分（500英尺／分）时， 即认为遇到强风切变，飞行员应采取复 飞等相应措施。
米/秒/30米 1/秒
0-0.07 0.08-0.13 0.14-0.2 >0.2
2.水平风的水平切变
• 水平风水平切变值 2.6（米· 秒-1）／千米 可作为能对飞行构成危害的强 度标准
3.垂直风切变的强度标准
• 垂直风的切变强度，在相同的空间 距离内主要由垂直风本身的大小来 决定 • 对飞行安全危害最大的是强下降气 流，是以下降气流速度和到达地区 的辐散值来确定的。
黑龙 低空 二 等 遇到下沉气流, 操作不 江853 作业 当 农场
1988年 三叉戟 8月31日 /2218
1990年6 运七 月2日 /3473
广州管 理局
通航公 司
香港 启德
山西 太原
着 陆
进 场
一 等 飞机进近中遇到大暴 雨和不稳定气流, 跑道 能见度极差
复飞, 备降 长治 悬球状云和雨幡,地面 风多变,在250米的高 度复飞,掉到20米。
顺风切变 逆风切变 侧风切变 垂直风的切变
1.顺风切变
• 飞机在起飞或着陆过程中，水平 风的变量对飞机来说是顺风 • 例如： • 飞机从逆风进入顺风 • 从小顺风进入大顺风
顺风切变示意图
2.逆 风 切 变
• 水平风的变量对飞机来说是 逆风 • 例如： • 飞机从无风进入逆风 • 从顺风进入逆风
逆风切变示意图
3.侧 风 切 变
• 指的是飞机从一种侧风或无侧 风状态进入另一种明显不同的 侧风状态
侧风切变示意图
4.垂直风的切变
• 飞机从无明显的升降气流 区进入强烈的升降气流区 域的情形
垂直风切变示意图
下击暴流中的风切变
对起落构成严重威胁的是雷暴 云下的下击暴流，其中中不仅有明 显的垂直风切变，还有强烈的水平 风切变，常出现严重事故。
风切变的计算
• 设
为上、下两层的风向差，风切变值 为：
u 1、 u 2 分别为上、下两层的风速，
u1 u 2 2u1u 2 cos
2 2
风切变的计算
• 在不考虑风向时，则按下式计算：
u2 u1
风切变的空间表现形式
1.水平风的垂直切变 2.水平风的水平切变 3.垂直风的切变
五、复习与思考题
1. 低空风切变中的飞行事故有 什么特征？ 2. 顺风切变和逆风切变对着陆 有什么影响？
3. 由下冲气流造成的风切变有 什么特点？
垂直风切变的强度标准
下降气流
下冲气流
91米高度上的下降速度 <3.6米/秒
>3.6米/秒
800米直径内的辐散值 <144/时
>144/时
二、产生低空风切变的天气条件
（一）雷暴 （二）锋面 （三）辐射逆温型的 低空急流 （四）地形地物
（一）雷暴
雷暴的下降气流在不同的区域可造成 两种不同的风切变 ：
• 使用垂直、纵向加速度计，把风切变对 飞机影响的垂直部分和纵向部分结合起 来，结合机上可供使用的其他数据来计 算飞机的推力余量。当推力余量下降到 规定值以下时，该系统就发出警报。
红外辐射计机载风切变探测系统
• 利用装在机头部位的前视红外辐射 计和侧视红外辐射计，分别探测出 前方10～20km和侧方200m范围内 的温度值加以比较，根据两者的温 度差确定风切变的大小。它可用于 测定雷暴外流气流的阵风锋。
1959年 10月11 日 1983年 4月4日
乌鲁 木齐
二 等 地面风15-18M/S，阵 风20M/S,有扬沙, 当飞 机降至25米高时进入 扬沙中, 然后触地 一 等 遇低空风切变, 失速坠 地
空中国 王-200
直升机 公司 黑龙江 农场总 局
广州 白云
上 升
1987年6 农夫 月18日 /8502
1.雷暴单体下面，由下击暴流造成的风切变 2.下冲气流到达地面后形成强烈的冷性外流
（二）锋面
穿过锋面时，将碰到突然的风 速和风向变化，强冷锋及锋后 大风区存在严重的低空风切变。
产生较强的风切变的锋面附近： • 锋移动快（≥55千米／小时） • 锋两侧温差大（≥5℃）
（三）辐射逆温型的低空急流
逆温层上强风的形成—夜间急流 逆温层阻挡了风速向下的动量 传递，使地面风很弱，而且风向多 变，这样就在地面附近与上层气流 之间形成了较大的风切变
雷暴云体下的雨幡
• 雷暴云体下的雨幡是有强烈下降 气流的征兆。 • 雨幡下垂高度越低，个体形状越 大，色泽越暗，预示着风切变和 下击暴流也越强
雷暴云下的雨幡
滚轴状云
在雷暴型和强冷锋型风切变 中，强的冷性外流往往有明 显的涡旋运动结构，并伴有 低空滚轴状云。
滚轴状云的形成
源自文库
滚轴状云
强风吹倒树木和庄稼