84海里颠簸的分布特征及边界层气象条件分析

8.4海里颠簸的分布特征及边界层气象条件分析

谭艳梅 张利平 陈阳权

民航新疆空中交通管理局气象中心，乌鲁木齐市，新疆 830016

摘要：利用2011年1月-2013年12月航空器颠簸报告、高空、地面气象观测资料、乌鲁木齐机场地面自动观测资料、以及2013年11-12月移动风廓线资料，对乌鲁木齐机场跑道25方向8.4海里附近的非气象原因低空颠簸事件发生规律和边界层气象条件、以及环流背景进行统计分析，结果表明颠簸在夏季6-8月和秋季10月发生次数最多，冬季1-2月最少，午后-夜间最多，凌晨最少，这种分布规律除了与乌鲁木齐机场飞行流量和飞行计划有关外，还与不同季节环流特征和边界层特征有极大关系。近地层层结不稳定、有乱流、风速小于4m/s、无逆温或弱逆温是8.4海里容易发生颠簸的边界层气象条件，春夏季高空槽区配合低空暖脊、秋冬季高空脊区配合低空弱扰动，是8.4海里发生颠簸的有利环流背景。

关键词：颠簸 时空分布 移动风廓线、边界层、气象条件

1 引言

飞机颠簸是影响航空活动的重要因素之一。强烈颠簸会危及飞行安全，特别是对高空飞行的运输机来说，已成为威胁最大的气象危害之一，甚至能造成机毁人亡的事故【1】。飞机颠簸资料主要来源于飞机报告，颠簸的位置与管制区域内航线的设计和飞行高度直接相关，颠簸的频次与航路飞行密度有关。国内外对飞机颠簸的研究工作很多，通过对飞机报告的统计、颠簸气象条件分析、颠簸事件个例模拟，在颠簸的成因、颠簸的类型和颠簸的预报方法等方面取得许多研究成果 【2-5】，指出飞机的颠簸是由大气湍流引起的，风与湍流的出现和发展密切相关，一定条件下的风切变可产生湍流。而湍流能否得以发展取决于风的分布。飞机颠簸最主要的直接原因是来自空中的风切变和温度切变，飞机在起飞和着陆时引起的低空飞行颠簸，主要来自风的垂直切变。李子良等【8】利用中尺度数值模式模拟气流过山生成飞行数值仿真所需要的风场，揭示了飞机在过山脉地形背风面所产生的大气湍流中飞行时引起飞机颠簸的物理机制，程雪玲等【9】通过对大气边界层剪切湍流统计特性的风洞实验模拟，指出非均匀下垫面大气边界层湍流场的速度脉动特点。

新疆民航气象专家通过对乌鲁木齐管制区域的颠簸报告进行统计分析，指出乌鲁木齐机场飞机起飞和降落阶段，颠簸主要在机场上空方圆二十公里左右，颠簸层高度在2000米以下。飞机在爬升和降落阶段，颠簸主要出现在飞行航路上，多在阿什里和阜康附近，高度多在3000-6000米。飞机在巡航阶段，颠簸多出现在阿什里-伊宁、阜康-哈密航段，颠簸高度在6000米以上。乌鲁木齐机场管制区域飞机颠簸可分为锋面颠簸、槽线颠簸、急流颠簸、

东南风层颠簸、晴空颠簸、地形颠簸类。其中东南风层颠簸是乌鲁木齐机场地面或空中东南风层导致的地方性颠簸，多发生在3000米以下，常造成飞机严重颠簸。

但自2010年10月开始，乌鲁木齐机场距离跑道东头8.4海里附近，飞行高度1300-1400米处，频繁出现与已有认识出入很大、原因不明的低空强烈颠簸，曾发生过自动驾驶仪脱开、航空器复飞的严重颠簸不安全事件。而且由于此类颠簸发生位置为最后进近航段，飞行方式由自动驾驶转为手动驾驶，开始建立盲降的位置，高度低且无法绕飞，对飞行操纵影响很大，严重威胁航行安全。气象人员从已有的探测资料，包括乌鲁木齐机场的风廓线雷达资料和中尺度数值预报资料，都不能解释出现强烈颠簸的原因。管理局、空管局等管理部门对此展开了现场调查和专题研究，初步认为系2010年实现投产的米东中泰化学热电厂地面烟囱排放热气，形成烟流抬升所致。

烟流的抬升和传播与边界层环境气象条件有关，什么样的边界层气象条件、什么样的环流配置容易使8.4海里处烟流发展，导致发生颠簸，是新疆民航预报人员面临的严峻的新问题。本文根据近3年来收到的8.4海里非气象原因的飞机颠簸报告，结合探空观测、移动风廓线实验观测资料，统计颠簸事件发生规律，分析有利颠簸发生的边界层气象条件、边界层结构特征、高低空环流配置，对加强8.4海里颠簸的认知，建立相应的预报概念模型，提高预警水平，减少安全隐患具有积极的意义。

2 资料及处理

2.1 航空器空中报告：收集整理了2011年至2013年间收到的8.4海里颠簸的航空器空中报告331份，内容包括颠簸报告时间、颠簸位置、颠簸强度、颠簸高度、飞机机型及状态，对颠簸出现的时间、出现的高度、范围，以及颠簸强度等进行统计分析。

2.2 乌鲁木齐探空资料，乌鲁木齐机场、米东气象站、乌鲁木齐气象站地面观测资料，乌鲁木齐机场风廓线雷达观测资料，米东气象站移动风廓线观测资料。2013年11-12月依托沙漠研究所的移动风廓线雷达在颠簸发生地附近进行为期两个月的试验观测，获取34天数据，其中2000米以下采集到的有效观测数据共28天。对试验观测资料进行分析，并与乌鲁木齐机场风廓线观测资料较对比，研究8.4海里烟囱群烟源对边界层的影响、8.4海里颠簸发生时实验观测地风的表现，从而推测烟源地边界层的湍流特征。

3 颠簸报告的统计特征

3.1时间分布统计特征：

3.1.1 月、季分布统计特征

3年间收到的331份8.4海里航空器空中颠簸报告中，2011年148份， 2012年110份，2013年75份。各季都有报告，其中夏季最多108份，秋季次之97份，春季79份，冬季最少49份。从各月收到的报告数来看，各月都有出现，10月最多48份，其次是5-8月30-40份。9月、12月相对较少，不足20份， 1月最少，仅有10份。

图1：8.4海里颠簸报告的月分布图

3.1.2 小时分布统计特征：

颠簸报告的高峰时段是夜间22 -00点之间，报告份数达到107份，占总数的31%，其次是上午的10 -12点、夜间的20-22点，收到报告份数分别为64份和55份，占总次数的19%、16%。夜间00点之后报告数迅速减少，凌晨03-06点之间报告份数为零，上午9-10点、下午15-17点报告数也是相对较少的时段。

午后到夜间（16：00-24：00）多发时段，分季度来看，夏季收到的颠簸报告最多达到62份，秋季次之51份，春季44份，冬季最少33份。

3.2 强度及持续时间统计特征

收到的331份颠簸报告中，中度颠簸最多143份，中-严重颠簸108份，严重颠簸63次，轻-中度颠簸9份，轻度颠簸3份，未报告强度的5份。强烈颠簸各月都有发生，其中夏季最多，平均每月3次，春秋季次之，平均每月2次，冬季最少，平均每月不到一次。持续时间多在3-4秒（飞行员自述），最长持续时间8秒（有报告记录）。

10203040501月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月

颠簸次数时间（月）0

10

20304050

6000‐…

01‐…02‐…03‐…04‐…05‐…06‐…07‐…08‐…09‐…10‐…11‐…12‐…13‐…14‐…15‐…16‐…17‐…18‐…19‐…20‐…21‐…22‐…23‐…

颠簸发生次数

时间