1. 引言
贵阳机场作为一个位于复杂地形中的航空枢纽，其周边多山的地理环境为低空风切变的形成提供了特殊条件。近年来，随着航空运输业的快速发展，贵阳机场的航班量显著增加，低空风切变事件对航班正常运行的影响日益凸显，尤其是在恶劣天气条件下，风切变对飞机起降安全构成了严重威胁。深入分析贵阳机场低空风切变的特征及其影响机理，对于提高机场的运行效率和确保飞行安全具有重要意义。
低空风切变天气一直是航空气象业务保障中的重点与难点，华志强等[1]利用西宁机场2018~2022年航空器低空风切变报告和激光测风雷达等资料，分析低空风切变图像特征和对应天气形势，并探索其预警指标。马敏劲等[2]统计分析了首都国际机场背景风特征和发生低空风切变时的风特征，并针对影响航空飞行安全的低空风切变个例分析了高空形势场，利用中尺度数值模式模拟了低空风切变的发展过程，发现首都国际机场低空风切变自西北向东南方向的发展，高空动量下传可能是诱发机场低空风切变的重要机制。毕波等[3]分析发现，大理机场低空风切变主要出现在干季的日出之后，主要是风场向气压场的调整，在风切变最强阶段，风向切变与风速切变同时存在。王楠等[4]针对乌鲁木齐机场风切变事件，采用FC-III型激光测风雷达产品数据，发现风切变过程发生在特定的地形风作用下，冷锋前小尺度冷空气造成显著的风向风速变化，东南风急流底部与西北风风带形成倾斜向上的垂直切变区，并引发冷锋型低空风切变；风切变发生前1 h，乌鲁木齐机场周边出现了风场转换。沈宏彬等[5]对西南地区低空风切变事件进行统计分析，西南地区低空风切变事件发生的时间主要集中在春季和夏季，云贵准静止锋是贵阳机场的主要影响系统。刘开宇等[6]通过合成分析，对影响贵阳机场低空风切变的系统进行分类，发现冷锋型风切变最多。张亚男等[7]通过合成分析及个例分析相结合的方法，分析了贵阳机场冷锋型、昆明准静止锋型、低空急流型和局地对流型风切变发生时的环流形势、天气系统的配合以及风切变发生时的风场情况。段炼等[8]以台湾地区中正机场为例，介绍新一代低空风切变警告系统的构成及探测原理，选取具有代表性的风切变探测案例，深入分析了其探测过程。朱崔莹等[9]针对激光测风雷达低空风切变识别率不高的现状，引入风切变强度因子构建滑动分析方法，发现风切变发生时，下滑道上侧风的时空变化明显大于顶风：在同一高度上，风速在短时间内存在较强的波动是造成风切变的原因之一。范琪等[10]提出了一种基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法，针对性设计了重点监测区域和告警方式。
2. 资料和研究方法
本文利用2014~2024年贵阳机场航空器语音报告分析贵阳机场低空风切变天气统计学特征，利用常规观测资料、机场自动观测站资料及风廓线雷达资料对贵阳机场低空风切变进行分型，总结不同低空风切变类型的发生阈值，针对贵阳机场常见的低空风切变类型，通过具体个例进行深入分析。
3. 贵阳机场测风设备布局
Figure 1. Schematic diagram of low altitude wind shear prone areas at Guiyang Airport
图1. 贵阳机场低空风切变多发区域示意图
经统计，贵阳机场低空风切变多发区域为跑道北端(19号跑道)及五边延长线9公里、垂直高度约300~400米围城的空间范围(如图1)。
如图2所示，贵阳机场现有测风设备，贵阳机场现有东西跑道两条，其中东西跑道各有自动观测站测风设备，分别位于跑道中间端及南北两端，探测高度10米，仅可以探测跑道上空10米高度的风的水平切变，西跑道南端西南方向有一部边界层风廓线测风雷达，探测高度5000米以下，仅可以探测风廓线附近上空风的垂直切变情况，风的水平切变是无法精确测量，只能与自动观测站测风设备结合使用，定性判断有无低空风切变。对于贵阳机场低空风切变多发区域几乎没有有效测风设备进行风要素的精细化监测，保障难度较大。
Figure 2. Layout diagram of wind measurement equipment at Guiyang Airport
图2. 贵阳机场测风设备布局示意图
4. 风切变的定义及分类
风切变泛指气流在水平和垂直方向发生的变化。低空风切变一般是指发生在500米以下的风切变。由于低空风的切变由于时间和空间尺度非常小，监测和预报难度均非常大。低空风切变一般分三类，分别是风的水平切变、风的垂直切变、垂直气流切变。
4.1. 风的水平切变及标准:
风的水平切变也叫水平风切变，一般是指相同高度的两个点间的风向风速变化(图3)。目前尚无统一的强度标准，一般以2.6 m∙s−1/km作为水平风切变对飞行构成危害的强度标准。
Figure 3. Schematic diagram of horizontal wind shear (green arrow: aircraft heading trajectory; red arrow: wind vector)
图3. 风的水平切变示意图(绿色箭头：飞机航向轨迹；红色箭头：风矢量)
4.2. 风的垂直切变及标准
风的垂直切变也叫垂直风切变，是指同一点不同高度间风向风速的变化(图4)。国际上制订的垂直风切变强度标准为：
微弱：垂直风切变值 < 1.0 m∙s−1/30 m或< 0.033 s−1
轻度：垂直风切变值为1.1~2.0 m∙s−1/30 m或0.034~0.067 s−1
中度：垂直风切变值2.1~4.0 m∙s−1/30 m或0.068~0.133 s−1
强烈：垂直风切变值4.1~6.0 m∙s−1/30 m或0.134~0.20 s−1
严重：垂直风切变值 > 6.0 m∙s−1/30 m > 0.20 s−1
Figure 4. Schematic diagram of vertical shear of wind (green block represents the area of maximum vertical shear of wind profile radar)
图4. 风的垂直切变示意图(绿色块为风廓线雷达风的垂直切大值区)
4.3. 垂直气流切变及标准
垂直气流切变是指同一点不同高度上的垂直速度的变化，垂直气流切变强度，在相同的空间距离内主要由垂直气流本身的大小变化来决定。根据不同强度，垂直气流切变分为下降气流和下冲气流两种。对飞行安全危害最大的是强下降气流，称之为下冲气流。垂直速度 < 3.6米/秒为下降气流，垂直速度 ≥ 3.6米/秒为下冲气流(图5)。
Figure 5. Schematic diagram of vertical airflow shear (the red color block represents the high vertical velocity area of the wind profile radar)
图5. 垂直气流切变示意图(红色色块为风廓线雷达垂直速度大值区)
5. 贵阳机场低空风切变统计特征
Figure 6. Annual variation statistics of low altitude wind shear frequency at Guiyang Airport from 2014 to 2024
图6. 2014~2024年贵阳机场低空风切变次数年际变化统计
如图6所示，2014~2024年贵阳机场共出现低空风切变108次，年平均9.8次，且低空风切变呈现逐年增多趋势，其中2024年低空风切变次数最多，达到20次。
如图7所示，从2014~2024年低空风切变次数季节变化分布可知，贵阳机场夏、秋两季低空风切变发生次数较少，低空风切变主要集中在冬、春两季，其中冬季最多，累计发生49次，以风的垂直切变和水平切变为主，与冬季云贵准静止锋有密切关系。
如图8所示，从2014~2021年贵阳机场低空风切变出现高度统计可知，低空风切变出现的平均高度291米，其中风的垂直切变平均出现高度321米，风的水平切变平均出现高度256米。
如图9所示，按照影响贵阳机场低空风切变的天气系统进行分类，冷锋型低空风切变出现次数最多，达到40次，低空急流型次之，达到31次，静止锋型和局地热对流型最少，分别为18次、19次。由此可见冷锋型及低空急流型低空风切变是日常保障中的重点。
Figure 7. Seasonal variation statistics of low altitude wind shear frequency at Guiyang Airport from 2014 to 2021
图7. 2014~2021年贵阳机场低空风切变次数季节变化统计
Figure 8. Statistics on the average height of low altitude wind shear at Guiyang Airport from 2014 to 2021
图8. 2014~2021年贵阳机场低空风切变平均出现高度统计
Figure 9. Statistics of Low altitude Wind Shear Types at Guiyang Airport from 2014 to 2021
图9. 2014~2021年贵阳机场低空风切变类型统计
6. 贵阳机场一次冷锋过境的低空风切变分析
2024年2月2日14:19~22:00 (北京时)，受冷锋过境配合地面辐合线南北持续摆动影响，贵阳机场11架航空器遭遇低空风切变，具体情况见表1。
2024年2月2日11:00以前，贵阳机场位于地面辐合线后部，机场稳定北风，使用01号跑道向北运行(图10)
，天气适航。
11:00~14:00南风加大影响，地面辐合线持续北退，14:00跑道南头开始转南风，因航空器使用01号跑道向北运行，转风期间有两架航空器遭遇低空风切变复飞，其中T1时刻遭遇顺风切变，T2时刻遭遇逆风切变(图11)。
Table 1. On February 2, 2024, from 14:19 to 22:00, aircraft at Guiyang Airport encountered low altitude wind shear
表1. 2024年2月2日14:19~22:00贵阳机场航空器遭遇低空风切变情况
| 序号 |
时间 |
飞行
状态 |
位置描述 |
高度(米) |
风切变
类型 |
跑道使用情况 |
地面风向转变情况 |
| 1 |
14:28 |
着陆 |
01R入口 |
60 |
④ |
01号跑道 |
14:27，跑道南头开始转风14:58，整条跑道稳定转为
南风 |
| 2 |
14:28 |
着陆 |
01R入口 |
60 |
④ |
| 3 |
17:38 |
着陆 |
19R入口五边 |
35~40 |
③ |
19号跑道 |
17:54跑道北头开始转风，18:15整条跑道稳定转为北风 |
| 4 |
18:25 |
起飞 |
01L一边 |
180 |
④ |
01号跑道 |
偏北风，风速4~7米/秒 |
| 5 |
18:48 |
起飞 |
01L一边 |
180 |
④ |
| 6 |
18:48 |
起飞 |
01L一边 |
180 |
④ |
| 7 |
18:48 |
起飞 |
01L一边 |
180 |
④ |
| 8 |
20:13 |
着陆 |
01R入口
5公里 |
300 |
④ |
| 9 |
22:00 |
起飞 |
01L一边
5~6公里 |
300~350 |
④ |
| 10 |
22:00 |
起飞 |
01L一边
5~6公里 |
300~350 |
④ |
| 11 |
22:00 |
起飞 |
01L一边
5~6公里 |
300~350 |
④ |
Figure10. Runway operation diagram at 11:00 on February 2nd
图10. 2月2日11:00跑道运行示意图
14:58整条跑道稳定转为南风，使用19号跑道向南运行，后续地面辐合线北退，17:00前机场受辐合线前稳定南风控制。17:00~18:00，辐合线在机场附近持续摆动，17:54跑道北头开始转北风，19号跑道向南运行，转风期间有一架航空器遭遇低空风切变。18:15整条跑道稳定转为北风，使用01号跑道向北运行，后续地面辐合线南压。
Figure 11. Runway operation diagram at 14:00 on February 2nd
图11. 2月2日14:00跑道运行示意图
22:00前，机场受辐合线后稳定北风控制，机场上空真高300米以上维持南风，因垂直方向风切变较大，8架航空器遭遇低空风切变，风切变类型为垂直风切变(图12)。22:00后，随着冷空气不断南下堆积，北风层厚度不断增大，贵阳机场上空真高500米以下转为一致偏北风，此次低空风切变过程完全结束。
Figure 12. Runway operation diagram at 22:00 on February 2nd
图12. 2月2日22:00跑道运行示意图
7. 总结
1) 贵阳机场低空风切按照风要素特征分型为：风的水平切变、风的垂直切变及垂直气流的切变，低空风切变出现的平均高度291米，其中风的垂直切变平均出现高度321米，风的水平切变平均出现高度256米。
2) 按照影响天气系统分为：冷锋型、低空急流型、静止锋型和局地热对流型，其中冷锋型低空风切变发生最多，其中低空风切变主要集中在冬、春两季，其中冬季最多。
贵阳机场低空风切变在南风转北风过程中出现概率大，但北风转南风同样需要考虑，且在冷锋过境过程中，低空风切变持续时间较长。