风切变是一种大气现象，是风向和风速在水平及垂直方向上的变化，而低空风切变是指发生在距离地面600 m高度以下风的垂直和水平切变。强低空风切变严重影响民航飞行安全，近年来发生多起风切变导致的航空器严重事故及事故征候事件（王世杰，2013；李新芳和郭双蕾，2020；翁雪玲等，2020）。因此，有必要对低空风切变的时空分布特征进行统计分析，尤其是对产生重大影响的典型个例进行深入分析，研究其发生机理，提升机场低空风切变的预警服务能力，从而为航空飞行安全提供可靠的气象服务保障。

低空风切变常发生于下击暴流、微下击暴流、阵风锋、冷锋等多种天气系统背景下（黄仪方和朱志愚，2002），具有强度大、空间及时间尺度小、突发性强等特点（郭虎道，2001）。以往研究多从引起低空风切变事件的天气系统类型角度进行分析，认为不同地区引起低空风切变的天气系统背景不尽相同，如西南地区低空风切变的主要影响系统为热低压、低空急流、高空槽及准静止锋（沈宏彬等，2013）；哈尔滨机场航班遭遇风切变时多为急流型、冷锋型和对流云型（张秋实等，2021）；兰州中川机场低空风切变的天气形势主要有西北气流型、横槽型及西风槽型（党冰等，2013）；福州长乐机场低空风切变多发生于雷暴天气下，其天气系统多为南支槽型、华北槽型、西太平洋副热带高压控制型及热带气旋型（丁江钰等，2019）；石家庄正定国际机场出现低空风切变的天气形势主要有西北气流型、低涡型、西风槽型和横槽型，其中西北气流型天气形势下出现低空风切变最多（吴丹等，2021）。除了对引起低空风切变事件的大尺度天气系统背景进行统计分析外，利用多种探测方式对易衍生低空风切变的下击暴流等天气的识别也尤为重要（李方平等，2020）。目前低空风切变的探测及预报主要利用机场多普勒气象雷达、激光雷达、风廓线雷达等设备，如基于风廓线雷达探测数据的下滑道扫描识别法、单/双斜坡检测识别法和检测算法广泛应用于低空风切变识别中（Shun and Chan，2008），激光雷达同化资料结合WRF（Weather Research and Forecast）模式，模拟三维风场结构，能更好地捕捉低空风切变（Ito et al.，2020；Li et al.，2020；蔡雪薇等，2023）。同时模式模拟、数值同化、机器学习等方法对风切变机理的研究、风场结构的再现及识别告警能力有显著提升，如香港机场利用数值天气预报航空模式（Aviation Model，AVM）成功捕捉由复杂地形激发的干扰气流（Chan and Hon，2015），通过机器学习的方法训练测风激光雷达数据，可有效改善风切变及湍流告警系统的性能（Huang et al.，2021）。上述对低空风切变的统计特征、监测及预报方法的研究深化了对低空风切变的认识，对低空风切变预报具有指导意义。

然而，针对西北干旱区民用航空运输机场的低空风切变研究较少，在新疆地区仅有乌鲁木齐国际机场低空风切变事件的统计及典型个例事件探讨。对于乌鲁木齐机场，前人从雷暴天气下风切变特征、风切变的典型个例分析、中尺度模式模拟性能以及东南大风对机场风切变的诱发等方面进行了相关研究（王春红等，2013；孙少明等，2021）。以上研究增进了对于乌鲁木齐机场风切变特征的认识，但对新疆地区其他中小机场低空风切变时空分布特征和发展演变的研究仍然有限。新疆属于西北干旱区，机场分布于天山南北，新疆广袤的面积和天山南北不同的地理环境造成了各机场明显不同的气候条件，航空器在进近、起飞阶段报告的低空风切变多有出现，引起新疆各机场低空风切变的原因不尽相同。此外新疆大部分机场暂无配备雷达、风切变告警系统，无法对低空风切变进行实时监测及提前预报，因此对整个新疆地区低空风切变进行详细的统计分析工作，有助于推动对新疆地区各中小机场低空风切变出现规律的认识，进而为民航飞行安全提供可靠的气象服务保障。因此，本文以新疆为例，利用语音方式航空器报告及机场自动设备资料、逐小时观测报文资料及再分析数据，对新疆地区低空风切变特征进行统计分析，对其影响系统进行分类，并在此基础上对2021年3月30日发生在新疆喀什机场的一起因低空风切变导致的严重事故征候事件进行分析，重点讨论低空风切变发生前后机场跑道风向及风速的演变、飞机遭遇低空风切变时飞行状态的变化，以期为今后当地机场低空风切变天气的预报预警提供参考。

语音方式航空器报告是依据中国民航局下发的《民用航空飞行气象情报发布与交换办法》（AP-117-TM-01R2）文件要求，报告内容包括航空器机型，天气的类型、强度、发生时间、位置及高度，对航空器的影响情况。因往年部分机场语音方式航空器报告记录保存不完善，为保证资料时间的连续及完整，利用新疆机场集团负责气象业务的17个机场（图1）2020年1月1日—2022年7月31日共计76份语音方式航空器报告低空风切变资料，用于统计低空风切变出现时间、位置及高度等信息。

观测资料包括机场例行观测报文、机场维萨拉（Vaisala）气象自动观测系统数据、航空器快速存取记录器（Quick Access Recorder，QAR）记录的飞行数据。其中，机场例行观测报文时间分辨率为1 h，用于低空风切变报告当日机场风向风速、天气现象、云状的统计，气象自动观测数据时间分辨率为15 s，用于典型个例中风切变发生前后机场风向风速变化情况分析，QAR数据包括航空器飞行高度、速度等各类飞行状态的参数，用于典型个例中低空风切变强度的分析。欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）发布的第五代全球大气再分析资料（ERA5）（https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis-era5-pressure-levels?tab=form、 https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis-era5-single-levels?tab=form），空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为1 h。文中所用时间均为北京时。

2020年1月1日—2022年7月31日新疆不同机场出现风切变共计76次（图2），其中出现频次最多的为喀什机场，共出现18次，占总次数的23.7%，其次分别为吐鲁番机场、库尔勒机场、克拉玛依机场，分别占总次数的19.7%、13.2%、9.2%，上述机场报告的低空风切变总数占总样本数的42.1%，其他机场出现频次相对较少。

图3为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、典型机场低空风切变发生频次日变化、不同强度低空风切变发生频次的日变化及不同机型报告的不同强度低空风切变发生频次。可以看出，新疆地区低空风切变5、6、7月出现频次较多，分别为10次、19次、16次，其他月份出现频次为5次及以下[图3（a）]。四季均有低空风切变事件出现，其中夏季最多为40次，占总出现频次的52%，春季次之，占比25%，秋季和冬季出现较少。统计低空风切变发生频次较多的喀什、吐鲁番、库尔勒和克拉玛依4个机场（简称“典型机场”）低空风切变发生频次逐月分布情况（图略），除克拉玛依机场外其余3个机场低空风切变集中出现在夏季。可能原因是，春季天气系统不稳定，常有不同强度的冷空气入侵新疆，冷暖空气频繁交替，地面大风增多，从而加大了低空风切变的发生频率；新疆大部分机场位于天山山脉南、北两麓及昆仑山北坡，离山区距离普遍较近，夏季山区及本地局地易发强对流活动使得大气垂直扰动剧烈，对低空风切变的发生有重要影响。

76次低空风切变样本均出现在航班进近降落阶段，出现最高高度为548 m，最低高度为3 m，平均高度为210 m，低空风切变主要集中在500 m以下高度，且90~300 m高度范围内频发（图略）。进近降落阶段随着高度的降低航空器飞行速度不断减小，低层环境风（风向或风速）的突然变化对航空器飞行姿态的影响明显增大。

为分析新疆地区低空风切变日变化特征，考虑机场航班起降时间基本在每日08：00—24：00，缺少24：00至次日08：00的语音方式航空器报告统计，因此统计08：00—12：00、13：00—16：00、17：00—20：00、21：00—24：00 4个时间段的低空风切变发生频次[图3（b）]，可以看出，4个时段均有低空风切变出现，出现频率依次为15.8%、27.6%、34.2%、22.4%，说明新疆地区低空风切变主要集中在中午至傍晚，喀什、吐鲁番、库尔勒、克拉玛依4个典型机场低空风切变日变化特征有明显差异，喀什机场在17：00—20：00频发，吐鲁番机场低空风切变主要出现在21：00—24：00，而库尔勒机场多在13：00—16：00出现低空风切变，克拉玛依机场各时间段出现频次相近。对不同强度低空风切变报告统计后发现[图3（c）]，中等强度的低空风切变出现最多，频次为50次，占样本数约66%，多发于12：00—20：00，其中16：00—20：00出现最多，发生19次，其次为12：00—16：00，发生16次。轻度及强风切变频次较少，另有12次低空风切变强度未详细报告，原因可能是在遭遇风切变的紧急情况下，机组忙于执行风切变改出动作而未能记录或报告。由不同机型报告的不同强度低空风切变发生频次[图3（d）]看出，CRJ-900机型报告的频次最多，共计50次，其中中度及以上强度风切变39次，CRJ-900机型体积、重量较小，当遭遇不稳定气流时相对其他大型飞行更易遭遇颠簸、风切变等天气。

低空风切变发生在一定的大气环流背景下。为研究造成新疆地区低空风切变的主要影响系统，选取低空风切变发生频次较多的喀什机场、吐鲁番机场、库尔勒机场、克拉玛依机场共计50次报告样本作为代表，对当日500 hPa形势场、低空急流（700 hPa、850 hPa）及低空风切变发生时机场整点实况报告的天气现象和云组进行统计（表1）。选取低空风切变当日08：00 500 hPa形势场，当机场附近存在明显闭合低值系统时，定为低涡型；机场受高空深槽或浅槽影响时，定为低槽型；当机场位于脊区并存在明显的偏西风气流时，定为西风气流型。

由表1看出，50次样本中出现低空风切变时上述机场天气形势为西风气流型共计19次、低涡型共计17次、低槽型共计14次，分别占比38％、34%、28％。喀什机场低涡型天气形势出现频次最多，共计7次，其中中亚低涡出现4次，低涡中心位于咸海附近，其余3次低涡中心位于北疆西北部。吐鲁番机场主要天气形势有低涡型和西风气流型，其中低涡中心主要位于北疆阿勒泰地区一带，机场常处低涡底部。库尔勒机场3种天气形势出现低空风切变的频次基本相同。克拉玛依机场主要天气形势为西风气流型，共出现4次。低空急流也是引起风切变的主要原因之一，上述50次低空风切变样本中，有32次机场附近存在低空急流区。从低空风切变发生时机场整点实况天气现象统计中发现，有23次低空风切变出现时机场报告有对流云（积雨云、浓积云），低空风切变出现时机场报告有大风天气15次，另有12次低空风切变发生时机场无特殊天气报告，主要出现在11：00—18：00。

喀什机场位于塔里木盆地西北部，主降跑道RWY 26方向为263°，次降跑道RWY 08方向为83°，机场标高1 380.5 m。2021年3月30日16：05，南航CZ6886次航班在喀什机场RWY 26着陆过程中遭遇低空风切变，地面及空中风向风速急剧变化，飞机飞行姿态出现较大偏差，机组复飞再次进近后在26号跑道正常落地。此次低空风切变事件具有一定的极端性，因此从天气形势发展变化、机场自动观测系统数据以及风切变发生时飞机机载设备记录等方面分析此次低空风切变事件的天气背景，探究其发生原因。

此次低空风切变发生前（08：00—15：00），喀什机场风向在280°~340°间变化，期间平均风速最大为10 m·s^-1，机场上空无云，且无重要天气影响。由2021年3月30日16：00—23：00喀什机场整点观测报文（表2）可以看出，16：00风向、风速报告分别为220°、3 m·s^-1，风向在160°~260°之间变化，17：00机场报告有少量云底高1 200 m的层积云；20：00机场云量增多至3~4分量，并出现少量积雨云，受对流云影响机场平均风速增大至10 m·s^-1，风向340°；21：00—23：00，积雨云云量增加至3~4分量，23：00机场出现风向不定且平均风速为10 m·s^-1、阵风风速为16 m·s^-1的大风。

3月30日08：00，200 hPa[图4（a）]新疆受脊区影响，塔里木盆地中西部处于强盛的西北急流区，急流轴位于35°N—40°N之间，最大风速为60 m·s^-1左右；500 hPa[图4（b）]北疆位于中心强度为524 gpm、-36 ℃的冷涡底部，塔里木盆地西部至咸海之间存在低槽，此时盆地处于暖脊区，槽前西南风急流受帕米尔高原阻挡转为西北风急流，对比700 hPa、850 hPa发现塔里木盆地西北部同样存在急流区，850 hPa塔里木盆地内为暖中心（图略）；海平面气压场[图4（c）]表现为东欧至西伯利亚地区处于宽广的高压区，高压前部已控制北疆地区并沿天山形成西南—东北走向的等压线密集带，说明有冷空气在天山北侧堆积。为判断地面是否有冷锋生成，利用锋生函数公式（朱乾根等，2007）计算后发现，塔里木盆地西部锋生函数为1.5×10^-5 K·m^-1·s^-1，说明有冷锋生成。

综上所述，结合当日机场天气实况，本次风切变发生前塔里木盆地西部因低槽及地面高压系统影响有部分冷空气东移进入盆地，与盆地内相对暖的下垫面相互作用出现地面锋生，冷锋附近斜压性导致垂直环流发展，从而在一定程度上有利于风切变的发生。另外，机场上空高层至低层均有急流区存在，加剧了地面锋线附近的上升运动及高空锋区内的下沉运动，当飞机穿越急流区附近时易遭遇颠簸、风切变。

为分析低空风切变发生前喀什机场上空大气稳定度情况，沿76.01°E做温度平流及垂直速度的纬度-高度剖面（图5），发现3月30日08：00[图5（a）]盆地内冷暖平流界线明显，地面至400 hPa为冷平流区，喀什西北部（40°N附近）地面至700 hPa有强度为-120×10^-5 ℃·s^-1的冷平流中心，且配合垂直速度为5 Pa·s^-1的下沉气流，中低层强冷空气翻越天山已进入塔里木盆地。400~200 hPa为暖平流区域，中心值为120×10^-5 ℃·s^-1，这种配置有利于高层暖平流向低层输送，使低层增温，而低层增温、高层降温是大气层结不稳定增强的机制之一。16：00低空风切变发生前[图5（b）]，因高层暖平流的输送及午后塔里木盆地升温，温度平流增大至20×10^-5 ℃·s^-1，喀什西北部的冷平流减弱，冷、暖平流差达100×10^-5 ℃·s^-1，在喀什附近有明显的冷、暖平流交汇区。同时，垂直速度变化明显，从早间的下沉气流变为上升气流，最大上升运动中心在700 hPa附近，垂直速度中心值增大至-1.2 Pa·s^-1，喀什机场西北部形成强的交替垂直运动区。综上分析，低空风切变发生前喀什机场上空大气层结不稳定，大气垂直运动强，16：00喀什机场处于上升、下沉运动区交界处，因此增加了出现低空风切变的概率。

由喀什机场3月30日16：00—16：10逐分钟风向风速变化[图6（a）、（b）]可看出，16：00 RWY 26和RWY 08风向分别为200°、120°，风速分别为5.0、3.0 m·s^-1，16：04 RWY 26风向转为西风270°，风向变化70°，16：05低空风切变发生时RWY 26风速由一分钟前的5.0 m·s^-1 突增至10.6 m·s^-1、风向维持270°，此时RWY 08风向110°、风速3.0 m·s^-1，16：05—16：15 RWY 26阵风风速达13.0 m·s^-1，除了水平风速切变外，跑道两头风向呈明显的“对头风”，说明同时存在水平风向的切变。对于水平风切变强度国际上暂无统一标准，为说明本次个例中飞机遭遇的水平风切变强度，使用美国机场低空风切变警报系统标准，该标准规定当机场风切变数值β≥7.70 m·s^-1时，将对飞行造成威胁并且存在强水平风切变，β计算参考Kessler（1985）文献。计算得到本次风切变数值β为12.84 m·s^-1，远大于风切变强度标准参考值，说明本次风切变事件具有强度强的特点。

由2021年3月30日16：05：00—16：05：10飞机在遭遇低空风切变10 s内离跑道高度、空中风速及风向变化（图7）可看出，16：05：04飞机高度下降至距跑道道面2.0 m高度，风向为55°并相对飞机落地方向为右侧风，风速为3.0 m·s^-1，当飞机继续下降至约1.0 m高度时，风向转变为87°，风向从右侧风变为顺风，16：05：05当飞机即将着陆、距离跑道高度仅有0.6 m时，风向转变为153°左侧风，风速增大至10.8 m·s^-1，16：05：06风速突增至17.8 m·s^-1、风向为160°，此时机组立即执行复飞，复飞后3 s内（16：05：07—16：05：10）随着飞机高度上升风速急剧减小，降低至0.5 m·s^-1。从以上变化可以发现，飞机在落地前几秒风向从右侧风转为顺风再转为左侧风，呈顺时针变化，风速由3.0 m·s^-1突增至17.8 m·s^-1，随后短时间内突降，可见水平风速突增的过程中存在较强的水平风切变。同时，飞机在2.0 m和0.6 m高度的垂直风速差达20.8 m·s^-1，根据国际民用航空组织推荐的风切变强度标准判断（张利平等，2012；国际民用航空组织，2018），飞机在3.0 m以下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。

综上所述，通过对喀什机场实况观测资料及飞机机载设备观测的风向风速变化情况分析，结合大尺度环流背景，推断此次低空风切变是因下击暴流所致。下击暴流通常因热力不稳定加剧下沉运动，当到达地面附近时，由垂直运动转换为水平运动，从而引起地面水平方向的瞬时大风（周后福等，2017）。此次个例中水平及垂直方向的风向风速变化基本符合上述特征，因当日喀什机场无雷达资料，因此无法用雷达资料加以佐证。

利用机场语音方式航空器报告、机场例行观测报文、ERA-5再分析资料统计了新疆地区2020年1月1日—2022年7月31日17个机场的低空风切变时空分布特征、引起低空风切变的大尺度天气系统类型，并利用Vaisala气象自动观测系统数据、飞机机载探测数据等资料，从环流背景、气象要素变化等方面分析了喀什机场一次典型低空风切变个例事件，得到如下结论。

（1）新疆地区各机场均有低空风切变报告，喀什机场、吐鲁番机场、库尔勒机场、克拉玛依机场出现低空风切变频次相对其他机场较多。新疆地区风切变具有明显的月分布特征，5—7月出现频次较多，季节分布表现为夏季出现低空风切变频次最高，占样本总数的52%，春季次之，占比25%，秋季和冬季低空风切变出现频次相对较少。低空风切变集中出现在12：00—20：00，其中16：00—20：00出现频次最多。

（2）新疆机场低空风切变在90~300 m高度范围内频发，平均高度为210 m，中等强度的低空风切变出现频次最多，占样本数约66%，小机型飞机更易遭遇低空风切变。

（3）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，其中西风气流型出现最多，占比38%，低空急流、机场附近的对流云也是引起低空风切变的主要原因，同时地形环境也是新疆机场低空风切变频发的原因之一。

（4）分析喀什机场一次低空风切变个例后发现，高空形势场属低槽型，地面冷锋附近斜压性导致盆地西部垂直运动强烈发展，最终导致此次低空风切变的发生。飞机进近和复飞过程中遭遇强风切变，包括强水平风向、风速的切变和强垂直风切变。结合大尺度环流背景及机载探测数据分析，推断受中小尺度系统影响，飞机在下降过程中可能遭遇下击暴流，从而引发此次强低空风切变。

低空风切变的预报、预警仍是一个需要深入研究的难题，由于新疆地区低空风切变的样本及观测资料有限，本文选取样本和统计分析结果的代表性存在一定局限性。本文风切变个例发生前，机场跑道两头风向呈“对头风”，风速差距较大，因此在缺少激光雷达等探测资料的情况下，日常工作中可利用机场自动观测设备数据、大气垂直运动指数等常规资料综合判断低空风切变出现的概率，向飞行机组及相关单位提前做出预警。另因文章篇幅有限，在对天气系统分类中未研究低层及地面天气系统对低空风切变事件的影响，期望今后随着各类资料的不断积累和丰富，能够对以上不足之处加以补充，以对新疆地区低空风切变进行更深入的研究。