西北干旱区机场低空风切变基本特征分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0347

摘要/Abstract

摘要：

为提升对西北干旱区低空风切变特征的认识，对该区域民航飞行安全提供可靠的气象服务保障，以新疆为例，利用机场语音方式航空器报告、机场例行观测实况报文、维萨拉（Vaisala）气象自动观测系统数据、飞机机载探测资料、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第五代大气再分析资料（ERA5）对新疆区域17个机场接收的低空风切变报告进行统计，并对喀什机场一次典型低空风切变事件进行分析。结果表明：新疆地区低空风切变四季均有出现，夏季出现频率最高，低空风切变在90~300 m高度范围内频发，主要集中发生在中午至傍晚时段，中等强度的低空风切变出现频次最多，小机型飞机更易遭遇低空风切变。低空风切变发生时机场常受500 hPa西风气流型、低涡型、低槽型天气系统影响，且多伴有低空急流、地面大风及对流云等情况，特殊的地形环境也是影响新疆部分机场低空风切变频发的原因之一。对喀什机场一次典型低空风切变个例分析后发现，在低槽型天气系统影响下，飞机进近和复飞过程中遭遇了强风切变，包括强水平风向、风速的切变和强垂直风切变，在中小尺度系统影响下飞机在下降过程中极有可能遭遇下击暴流，从而引发强低空风切变。

关键词: 低空风切变, 低空急流, 自动观测资料, 机载观测资料, 新疆机场

Abstract:

In order to improve the understanding of the characteristics of low-level wind shear in the arid regions of northwest China and to provide reliable meteorological service guarantee for the flight safety of civil aviation in this region, the low-level wind shear reports received at 17 airports in Xinjiang region located in the arid regions of northwest China were statistically analyzed by using airport speech aircraft report, airport routine observation live message, Vaisala meteorological automatic observation system data, aircraft airborne detection data, and European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) fifth-generation atmospheric reanalysis data (ERA-5), and a typical low-level wind shear event at Kashgar Airport was analyzed. The results show that low-level wind shear occurs in all seasons in Xinjiang, with the highest frequency in summer. Low-level wind shear occurs frequently in the height range of 90-300 m, mainly in the period from noon to evening. Medium-intensity low-level wind shear occurs most frequently, and small aircraft are more likely to encounter low-level wind shear. When the low-level wind shear occurs, the airport is often under the influence of westerly airflow type, low vortex type and low trough type in the 500 hPa situation field, and is often accompanied by low-level jet, ground gale and convective cloud. The special terrain environment is also one of the reasons that affect the frequent occurrence of low-level wind shear in some airports in Xinjiang. After analyzing a typical low-level wind shear case at Kashgar Airport, it was found that under the background of low-trough weather situation, the aircraft encountered strong wind shear during approach and re-flight, including strong horizontal wind direction, wind speed shear and strong vertical wind shear. Under the influence of small and medium-sized systems, the aircraft is very likely to encounter downburst during the descent process, which leads to strong low-altitude wind shear.

Key words: low-level wind shear, low-level jet stream, automatic observation data, QAR data, Xinjiang Airport

中图分类号:

P458.2

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图/表 9

图1 新疆地区民用航空机场分布

Fig.1 Distribution of civil aviation airports in Xinjiang

图2 2020年1月1日—2022年7月31日新疆不同机场低空风切变发生频次

Fig.2 The frequency of low-level wind shear at different airports in Xinjiang from January 1， 2020 to July 31， 2022

图3 2020年1月1日—2022年7月31日新疆低空风切变发生频次逐月分布（a）、典型机场低空风切变发生频次日变化（b）、不同强度低空风切变发生频次的日变化（c）及不同机型报告的不同强度低空风切变发生频次（d）

Fig.3 Monthly distribution of low-level wind shear frequency（a）, diurnal variation of frequency of low-level wind shear in typical airports（b）, diurnal variation of frequency of low-level wind shear with different intensities（c）, frequency of low-level wind shears with different intensities reported by different types aircrafts（d）in Xinjiang from January 1, 2020 to July 31, 2022

表1 Classification and occurrence frequency of low-level wind shear weather situation in Xinjiang from January 1， 2020 to July 31， 2022 单位：次

Tab.1

机场	天气系统			低空急流		天气现象
机场	低涡型	低槽型	西风气流型	有	无	对流云	大风	无明显天气
喀什	7	6	5	7	11	12	1	5
吐鲁番	6	3	6	11	4	5	7	3
库尔勒	3	3	4	8	2	4	4	2
克拉玛依	1	2	4	6	1	2	3	2

表2 2021年3月30日16：00—23：00喀什机场整点观测报文

Tab.2 Kashgar Airport observation message from 16： 00 to 23：00 on March 30， 2021

北京时	风向/（°）	平均风速/（m·s^-1）	阵风风速/（m·s^-1）	天气现象	云量	云状	云底高度/m
16：00	220	3	—	—	—	—	—
17：00	风向不定	8	—	—	少云	层积云	1 200
18：00	风向不定	7	—	—	疏云	层积云	1 200
19：00	330	8	—	—	疏云	层积云	1 200
20：00	340	10	—	扬沙	少云/疏云	积雨云/层积云	1 200
21：00	340	11	—	扬沙	少云/疏云	积雨云/层积云	1 200
22：00	340	9	14	扬沙	疏云	积雨云	1 200
23：00	风向不定	10	16	扬沙	疏云	积雨云	1 200

图4 2021年3月30日08：00 200 hPa（a）、500 hPa（b）位势高度场（黑色等值线，单位：gpm）、温度场（红色等值线，单位：℃）、风场（风矢，仅显示风速≥20 m·s-1），海平面气压场（等值线，单位：hPa）和锋生函数（填色，单位：10-5 K·m-1·s-1）（c）（黑色圆点表示喀什机场）

Fig.4 The geopotential height field （black isolines， Unit： gpm）， temperature field（red isolines， Unit： ℃）， wind field （wind vectors， only wind speeds greater than or equal to 20 m·s-1 are displayed） at 200 hPa（a）and 500 hPa（b）， and the sea level pressure field （isolines， Unit ： hPa ） and frontal function （ color shaded， Unit： 10-5 K·m-1·s-1）（c）at 08： 00 on March 30， 2021 （The black dots represent Kashgar Airport）

图5 2021年3月30日08：00（a）、16：00（b）温度平流（彩色填色，单位：10-5 ℃·s-1）、垂直速度（黑色等值线，单位：Pa·s-1）沿76.01°E的纬度-高度剖面（黑色填色为地形，红色箭头指向为喀什机场位置）

Fig.5 The latitude-height sections of temperature advection （color shaded， Unit ： 10-5 ℃·s-1）， vertical velocity （black isolines， Unit： Pa·s-1） along 76.01°E at 08：00（a） and 16：00（b）on March 30， 2021 （black color shaded for terrain， the red arrow points to the location of Kashgar Airport）

图6 2021年3月30日16：00—16：10喀什机场跑道风向（a）、风速（b）逐分钟变化

Fig.6 The minute by minute variation of wind direction（a）， wind speed（b）of Kashgar Airport runway from 16：00 to 16：10 on March 30， 2021

图7 2021年3月30日16：05：00—16：05：10飞机快速存取记录器记录高度、风速及风向演变

Fig.7 The evolution of height， wind speed， and wind direction from aircraft quick access recorder from 16：05：00 to 16：05：10 on March 30， 2021

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