1. 引言
风切变(Wind Shear)是指在大气中两个不同气流之间由于风速和/或风向的突变所形成的剧烈风场梯度现象。作为影响航空飞行安全的高风险天气之一，风切变常出现在起飞、进近和着陆等低空阶段，对飞行器产生强烈扰动，严重时可引发复飞、中断起飞甚至飞行事故。国际民航组织(ICAO)已将低空风切变列为重点预警类气象灾害，要求各机场与航空气象部门建立完善的监测、识别和通报机制[1]。
我国西北地区地形复杂多样，风场扰动频繁，风切变天气时有发生。兰州中川国际机场地处河西走廊东段，北邻九州台地、南靠秦岭余脉，周边地形起伏明显，易形成局地风场扰动和下击气流。春末夏初正值冷暖气团交汇频繁、天气系统活跃的过渡期，对流发展迅速，突发性风切变风险进一步加剧[2]。根据历史数据统计，兰州机场5年以来低空风切变航空器报告份数为261份，年均发生次数约52次，年均发生次数在各类机场中占据首位，研究和总结天气规律对于航班正常运行有重要意义。
本文以2025年4月26日兰州中川机场风切变天气过程为研究对象，基于实况报文、天气图资料等多源信息，从天气背景、风切变结构特征、监测识别方法及预报难点等方面展开系统分析。2025年4月26日下午13:00开始，兰州机场气象台在运行过程中监测到风速风向的突变，气象部门分别于13:15和15:50发布了持续时间分别为90分钟及30分钟的风切变预警，同时多个时段报文显示存在风向跳变、阵风增强、对流云团发展等典型风切变特征。此次天气过程共造成15个航班返航/备降，在机场低空关键高度范围内构成了较为典型的突发性风切变事件，具有一定代表性和研究价值。深入分析其成因、演变过程与监测特征，对于提升我国西北地区机场风切变预报预警能力、完善终端区精细化气象服务体系具有重要意义。
2. 资料与方法
本研究系统还原当日风场扰动演变过程，提取关键气象要素变化特征，探讨风切变的成因与预报难点。为确保分析的系统性与准确性，研究主要采用以下数据资料和方法手段。
2.1. 数据来源
(1) 机场气象实况报文(METAR/SPECI)：采集兰州机场2025年4月26日00:00~24:00 (UTC)逐小时气象实况报文，重点提取风速、风向、能见度、云状云量、气压和天气现象等要素，作为识别风切变突变点的基础数据。
(2) 中央气象台天气图资料：包括当天的地面天气图、高空天气图、区域风场分布图等，用于分析大尺度天气系统背景，识别冷暖空气交汇区、槽脊结构与切变线活动。
(3) 雷达图资料：用于识别积雨云(CB)分布、回波强度变化及对流发展状况，辅助判断风切变是否由对流触发。
(4) 机场地面自动观测站(AWOS)资料：关注风切变时段内跑道两端风向风速变化。
2.2. 分析方法
(1) 时间序列对比分析法：对逐小时报文中风速风向进行时序性比对，提取突变点并评估ΔV值(风速突变梯度)及风向跳变幅度。
(2) 天气图综合分析法：利用地面与高空天气图识别天气系统演变路径，定位风切变触发的背景系统(如冷锋、槽线、地形扰动区)。
(3) 垂直风廓线结构分析法：如具备风廓线数据，则可进一步判断风切变类型(水平型、垂直型或混合型)及危险层高度。
(4) 综合判断法：结合风场突变、CB出现、能见度变化等多个气象要素交叉验证，确保风切变判定结果的客观性与完整性。
3. 天气背景分析
风切变的产生往往受到多种天气要素及局地地形共同作用的影响。2025年4月26日，兰州机场所出现的风切变过程发生于午后至傍晚这一典型对流活跃时段，其背景形势具有较强的不稳定性和突发性。通过对当天高空环流形势、地面天气图和区域地形特征的综合分析，可以较为清晰地把握本次风切变形成的宏观气象条件。
3.1. 高空环流形势分析
为深入了解2025年4月26日风切变发生时的大尺度天气背景，图1展示了当日08时(北京时间) 500 hPa、700 hPa和850 hPa三个主要高空层面的环流形势。
Figure 1. Evolution of high-altitude weather system at 08:00 on April 26, 2025
图1. 2025年4月26日08时高空天气系统演变图
从500 hPa图可见，500 hPa槽线位于40˚N，95˚E附近，兰州机场处于槽前西南气流中，该槽系自新疆东部东移发展，槽后冷空气影响加强，为低层提供较强的冷平流支持；700 hPa图显示，黄土高原至河西走廊一带存在冷暖空气交汇带，垂直温度递减率约为0.53˚C/100m (接近中性层结的典型阈值0.6˚C/100m)，有利于对流潜势的积累；850 hPa图上，甘肃中部位于等温线弯曲区及风向辐合区，北侧冷空气南压、南侧维持一定暖湿输送，构成低层不稳定层结结构。综合三层形势，兰州机场上空具备风向切变、风速增强和冷暖对峙等特征，为后续风切变发展提供动力基础。
3.2. 地面天气形势演变
地面天气图资料显示，当日兰州处于较弱的低压控制下，受槽前西南气流和地形扰动影响，局地热力抬升显著。午后，地面气温快速升高，形成一定的热低压区，造成局地风场扰动增强。
Figure 2. Evolution of ground weather situation at Lanzhou Airport on April 26, 2025
图2. 2025年4月26日兰州机场地面天气形势演变图
图2展示了2025年4月26日08时、14时和17时三个时次的地面天气形势演变情况，揭示了兰州机场风场突变的背景机制。从图中可以看出：
08时(左)：兰州地区处在一个较为松散的低压场中，西南方向高原边缘存在一定的等压线收敛，地面风场整体较弱，气压梯度小，风速不大，尚未形成明显的局地扰动。
14时(中)：随着午后地面受热增强，甘肃中部地面等压线逐渐收紧，出现了明显的气压梯度加大趋势，区域性热低压发展形成。在兰州附近，冷暖空气交汇增强，风场扰动开始活跃，地面风向呈现一定的波动变化。
17时(右)：西北冷高压逐步东移，与青藏高原南部扰动系统叠加，兰州处于两系统过渡带，风向迅速偏转为西北风，等压线密集，局部风速明显增强。地面浅层冷空气渗透叠加地形效应，成为风向跳变与阵风突发的主要诱因。
综上，地面气压场的演变与局地热力扰动共同构建了风切变发生的背景环境，也说明兰州机场区域在短时间内具备复杂的风场调整基础，是当日风切变的重要触发条件之一。
3.3. 局地地形与地表热力条件
兰州中川机场位于兰州北部、黄河以北的河谷阶地之间，北有九州台地、南临乌鞘岭，属典型的河谷型机场。春季地表回暖快，谷地气温较高，易形成热低压区。气流在受地形通道引导的同时，也容易受到周边山地的反向扰动，导致风向不稳定，增强风切变发生的概率。
此外，地形还可能对下沉气流或飑线传播路径造成重新分布，使得风切变更具局地性和突发性。例如当对流单体在地形障碍处遇阻反折，易诱发小尺度旋转或涡流，增加低空风场的垂直不连续性，形成短时强切变。
3.4. 对流潜势与不稳定结构
从不稳定指数判断角度来看，尽管本地无高能暴发对流条件，但地面气温升高叠加高空冷空气入侵，形成了典型的“冷顶暖底”结构，有利于积雨云(CB)在午后发展。实况报文也证实了13:00~16:00期间，机场多次出现CB记录，并伴随风向跳变和阵风现象，进一步验证了此次风切变具备“对流触发 + 地形放大”的复合成因。
综上所述，2025年4月26日兰州机场风切变事件发生在冷暖空气交汇、地面风场不稳、地形通道效应增强的典型背景下，属于大气层结不稳定与局地地形动力共同作用的产物。此类形势在春末夏初西北地区具有一定代表性，对机场风切变监测与预报提出了较高要求。
4. 风切变过程及特征分析
2025年4月26日，兰州中川国际机场在下午时段出现了显著风切变特征。通过对当日00时至16时(北京时间08:00~24:00)期间逐小时及特殊天气报文(METAR/SPECI)的综合分析，可以清晰地识别出风切变出现的时间、结构特征及其演变过程。本章将从实况风场变化入手，结合风速、风向突变和云量结构等因素，系统剖析本次风切变的主要特征[3]。
4.1. 风切变出现时段判定
根据报文显示，自北京时间13时(0500Z)起，机场风向由前期的多变或偏南风(如130˚、160˚、180˚)突然转为偏东风(如120˚、040˚)，同时风速自3~4 m/s迅速增强至7 m/s以上，并出现阵风，如图3所示。
Figure 3. Time series of wind speed and direction at Lanzhou Airport on April 26, 2025
图3. 2025年4月26日兰州机场风速与风向时间序列图
特别是以下几个关键时段具有显著变化：
(1) 14:00 (0600Z)
METAR：12003MPS 030V180
表示风向从30˚至180˚剧烈摆动，出现风向旋转；存在显著的水平风切变迹象。
(2) 14:29 (0629Z) SPECI报文
风向为190˚、风速6 m/s，风向摆动范围达160˚至220˚，为机场近地面风场异常变化的直接证据。
(3) 15:00 (0700Z)~16:00 (0800Z)
风向从210˚、240˚转为快速偏北，风速变化频繁，同时伴随积雨云(CB)出现，显示出对流发展、下击暴流或锋面扰动对风场结构的扰乱作用。
这些现象表明：风切变发生于午后至下午(北京时间13:00~16:00)之间，主要集中在地面至500米的起飞/进近关键高度层，属低空风切变事件。
4.2. 风切变类型识别与结构特征
为了更直观呈现风向变化在时空上的突变特征，本文将2025年4月26日06:00~16:00期间兰州机场逐时报文中的风向数据绘制为极坐标图(见图4)。该图通过极径表示风速强度，方位角表示风向，外围8个象限分别代表主导风向区间(北、东北、东、东南、南、西南、西、西北)，便于观察风向的突变行为。
Figure 4. Polar coordinates of wind direction
图4. 风向极坐标图
从图中可以明显看出，13:00~16:00期间风向轨迹呈现剧烈扰动，风向自偏南(约150˚~180˚)快速跳变至偏北或偏西北方向(约300˚~330˚)，且风速亦随之增强，达到6~8米/秒，表现出典型的“风向突变 + 风速放大”特征。这种风向的快速回旋变化，与SPECI报文中记录的CB云发展时段高度吻合，表明低层风场受到对流活动显著干扰，风切变信号显著。
此外，极坐标图中风向变动路径在14时前相对平稳，集中于南偏东方向，但自14:26开始路径呈放射状跳跃分布，进一步说明对流扰动与地形共同造成了短时风场结构的重塑，为风切变触发机制提供关键佐证。
综合分析显示，本次风切变事件属于典型的低空垂直风切变叠加水平风向突变的混合型风切变，表现为以下几点：
(1) 垂直风切变显著
根据连续报文中不同高度层风速变化幅度(如地面风速6 m/s，200~300米高度层达到13 m/s)，超过《ICAO风切变标准》定义的ΔV > 6 m/s判据。
(2) 水平风向切变剧烈
风向在短时内从偏南迅速跳变为偏北或东北方向，摆动幅度超过180˚，对起降路径构成干扰。
(3) 阵风现象突出
如14:26 (0526Z) SPECI中，记录01007G13MPS，存在阵风13 m/s的突变，叠加风向340˚至070˚的摆动，确认风切变伴有突发下击暴流或强对流下沉气流。
4.3. 对流云系与雷达特征分析
Figure 5. Time stamp of CB cloud appearance on April 26, 2025
图5. 2025年4月26日CB云出现时间标记图
由图5可见，在13:00~16:00时段，报文中频繁出现CB (积雨云)符号，特别是在下列时次：
14:00 (0600Z)：SCT033CB；
14:26 (0626Z)：FEW033CB；
15:00 (0700Z)：FEW033CB；
16:00 (0800Z)：FEW033CB，且风速为24,004 MPS。
这些积雨云表明，机场附近存在中等以上对流单体活动，可能触发短时强降水、下击暴流和切变。CB云的底高在3300英尺附近，接近机场起降航道，增加了危险性。
根据对流风暴微结构理论，当对流云发展至成熟期时，易产生干冷下沉气流，一旦触地后向四周扩散，即形成风切变。这一机制与实况报文中风向剧烈变化、阵风增强形成了高度一致的响应特征。
2025年4月26日风切变发生时段，兰州机场附近对流活动频繁，雷达回波频繁发展并快速演变。图6所示为不同时刻(04:38~05:08 UTC)的兰州多普勒天气雷达组合反射率图，显示在机场上空存在明显的中尺度强回波带，强度达30~45 dBZ，分布呈东西向条带状推进，伴有“钩状”、“弧状”及不规则回波结构，表明系统组织性较差但强发展性强，为低层提供了持续抬升条件。
同时，自动观测系统数据显示，在05:16至05:23 UTC时段内，兰州机场多条跑道观测到风向风速急剧变化。例如RWY19风速由3.7 m/s升至6.4 m/s，最大阵风达到10.8 m/s，RWY01也出现明显逆风增强，风切变特征显著。这表明风切变发生时机场周边对流云团快速发展、下击暴流和局地辐合扰动明显，是风切变突发的直接触发机制之一。
Figure 6. Combined Reflectivity Map of Lanzhou Airport on April 26, 2025 (04:38~05:08 UTC)
图6. 2025年4月26日兰州机场组合反射率图(04:38~05:08 UTC)
4.4. 飞行运行影响与典型性分析
结合风速风向突变与雷达CB记录，可推断在14:30~16:00期间兰州机场存在显著飞行安全风险，包括：
(1) 起飞阶段遭遇顺风或风向突变，影响滑跑加速与抬轮判断；
(2) 进近阶段遭遇逆风突转为侧风，增加复飞概率；
(3) 飞行员PIREP极可能报告飞行震荡、下降率异常、自动驾驶脱离等情况。
本次风切变事件虽持续时间不长，但具备以下典型性：
(1) 突发性强：风向剧变发生于短时内，机场由弱风迅速发展至大阵风状态；
(2) 对流主导驱动：以CB发展为主要触发机制，构成夏季过渡期风切变的典型样态；
(3) 地形强化效应明显：兰州机场位于河谷地形中，南北两侧地形封闭，风流易形成“漏斗效应”，进一步放大垂直与水平切变。
5. 风切变天气的预报与监测思路
风切变因其突发性强、尺度小、影响剧烈，尤其在河谷型机场如兰州中川机场，受地形扰动与局地热力条件影响，发生过程更为复杂。2025年4月26日，兰州机场突发风切变事件，表现出“时间短、结构乱、风向突变大”等典型特征，严重威胁航空安全，也暴露出当前预报与监测体系的局限性。本文以此次事件为例，系统分析风切变预报中的核心难点，并提出相应改进思路。
5.1. 风切变预报的困难与误差来源
首先，风切变的空间尺度小、持续时间短，通常发生在数百米高度、十几分钟内，常规的数值模式难以解析其微观动力过程，导致预报难以细化至航站区精度[4]。其次，高空冷空气渗透与地面热力扰动往往是非对称发展，对流并不总是表现为雷暴或降水，而是以CB云或干性下沉气流为主，导致对流识别门槛高，增加了漏报风险。
此外，地形影响风场的再分布机制较复杂，兰州机场两侧山地所引导的风流分叉、偏折效应，会造成风向的非线性变化。标准预报模型无法充分考虑地形影响下的风向切变模拟，进一步限制了风切变预警的提前量和准确率[5]。
5.2. 实时监测手段的现状与评估
目前，风切变监测主要依赖以下几类设备与手段：
(1) 风廓线雷达(WPR)与激光雷达(LIDAR)：能提供机场附近垂直高度层风速风向变化图，对识别低空垂直风切变具有较高灵敏度，适用于进近跑道方向的危险层识别[6]；
(2) 自动气象观测系统(AWOS)：可在地面层快速发现风速风向突变点，适合监测起飞滑跑区域的风切变[7]；
(3) 飞行员实时报告(PIREP)与TWR观察：提供主观感受与视距观察，是现阶段不可替代的补充信息来源；
(4) 雷达 + 卫星云图融合监测：尤其在CB发展和飑线接近时，通过回波移动趋势预测风切变风险区域。
以兰州机场为例，目前虽已部署有AWOS及常规雷达，但在低层风廓线雷达、激光雷达等精密设备上尚未实现全面布设，这使得对突发性小尺度风切变的预警响应仍存在盲区，特别是在无降水雷达特征或无明显CB时，地面风场突变更难被捕捉。
5.3. 预报改进方向与建议
针对风切变的预报需求，建议从以下方向进行系统优化：
(1) 提升数值预报精度与分辨率，现行GRAPES、WRF等中尺度模式在2~3公里水平分辨率下已可模拟一定程度的局地扰动，但仍需结合机场小尺度地形参数进一步嵌套，提高风场模拟精度。
(2) 引入AI识别与快速更新算法，利用历史风切变案例训练神经网络模型，从云图、雷达回波、LIDAR数据中识别易发区域，实现“类雷达 + 类经验”的预警触发机制。
(3) 推动多源监测融合与预警机制协同，建议在机场运行指挥系统中集成气象、雷达、塔台、航情等信息，实现风切变风险等级智能提示与动态通报，提升调度响应效率。
(4) 加强风切变数据库建设与复盘系统开发，对每次实际发生的风切变过程进行系统记录与后评估，构建局地典型成因模型，并形成培训教材和处置手册，为后续预报服务提供数据支持。
综上所述，风切变预报的关键在于“提前识别 + 快速响应 + 多源印证”，未来需通过技术手段与机制优化的“双轮驱动”，逐步实现从“感知型预警”向“主动型预测”过渡，为民航飞行安全提供更加精准、实时、可操作的支持。
6. 结论与建议
风切变作为一种典型的高风险天气现象，在复杂地形机场运行中具有较强的不确定性与突发性。2025年4月26日，兰州中川机场在下午时段出现了短时强风切变过程，表现为风速风向突变、阵风增强及积雨云发展等显著特征。通过对当日逐小时气象报文、天气图形势及区域气候地形的综合分析，本文对该次风切变天气的发生背景、结构特征、监测手段与预报思路进行了系统剖析，主要得出以下结论：
(1) 风切变发生于4月26日13:00~16:00 (北京时间)期间，具有突发性强、变化快的特点。风向在短时间内发生近180度跳变，风速突增至阵风13 m/s，属于低空混合型风切变过程，对飞行起降阶段构成显著干扰。
(2) 天气形势表现为高空槽东移叠加局地地形热力扰动，构成典型的“冷顶暖底”不稳定结构。地面风场受弱冷空气渗透影响，触发局地对流单体发展，CB云在机场附近形成并引发下击暴流和风场扰动。
(3) 现有常规监测手段难以完全捕捉风切变全过程。机场AWOS和METAR报文虽可反映地面风向风速变化，但缺乏对垂直风廓的持续观测能力，导致危险高度层风切变难以提前识别。
(4) 风切变预报面临的主要困难包括尺度小、演变快、地形影响强、对流触发机制复杂等因素。数值模式分辨率有限，且难以准确模拟地形扰动和非强对流型切变过程，增加了业务预警难度。
基于上述结论，本文建议加快兰州中川机场风廓线雷达(WPR)、激光雷达(LIDAR)等低空观测手段的部署，提高对垂直风切变的实时识别能力，强化监测装备建设；将机场气象、塔台、飞行员报告、雷达与云图信息进行融合，形成闭环式预警流程，推动多源信息融合预警机制；通过典型过程归档与复盘分析，建立局地切变特征模型，为人工智能识别与业务预警提供数据支撑；提升风切变通报与响应效率，强化塔台、调度与气象部门的信息联动机制，最大程度降低其对航空运行的影响[8]。
兰州机场此次风切变事件体现了复杂地形区风场扰动的典型特征，对研究我国西北地区机场低空风切变、完善终端区精细化气象预报服务体系具有一定借鉴意义。