冲上云霄

微爆和下降气流

雷暴附近经常存在强烈的流出和低水平的风切变的危险。


卡斯滕·希恩(Karsten Shein)
Comm-Inst气候科学家

飞机通过一次突降飞行将首先遇到强劲的逆风,诱使功率降低,然后迅速转向顺风并失去高度。应立即启动全功率复飞
认识到下行渗透。
A在进行了漫长而平稳的飞行之后,两位飞行员都期待着几天的休息。副驾驶安顿在最终进近维修点上方的滑行道上,注意到傍晚雷暴活动突然波及到他们的雷达范围。

大部分活动舱都在跑道之外,导致高级飞行员反驳说,在第一批坠落击中飞机之前,它们就在FBO内部。由于频率很忙,并且上次天气检查的天气微风多变,因此飞行员不必费心去检查一下风。

安装襟翼,放低车轮,使高度计朝着场高方向旋转时,飞机突然加速并突然颠簸升空。

副驾驶员已经将手放在油门上,开始将其向后拉并向前推动鼻子,但他的机组人员迅速伸出手,将副驾驶员的手和油门向前推到停止位置,平静地说“我已经坐飞机了。 ”

公务机对飞行员的输入反应迅速,就像空速下降和高度开始迅速下降一样。当喷气机挣扎时,GPWS在他们的耳边呼啸而过,但开始恢复高度。

副驾驶员意识到刚发生的事情,要求错过方法,并要求将方法引导至第二种方法。当他们重返短决赛时,正好在跑道以东的风暴已经过去,飞行员顺利降落。

不幸的是,并非所有的微爆事件都如此温和地结束。自从动力飞行初期以来,这些雷暴副产品就使飞机坠落,尽管进行了反复的培训和能够发现并向飞行员发出警报的技术,飞行员仍然遇到它们,有时甚至会导致致命的后果。

绝热冷却

STL附近的微爆的地面多普勒天气雷达信号(密苏里州圣路易斯)。雷达可以提供微爆探测,但是由于爆暴的形成和迅速消散,预警的准备时间并不多。

每当空气变得比周围的环境浓时,空气就会下降。发生这种情况的原因有多种,但最常见的原因是空气迅速冷却。当空气以机械或热的方式上升时,就会发生这种冷却。

机械过程是迫使空气流过障碍物(例如上升的地形)的过程,而热过程是将空气加热而密度降低并上升的过程。无论哪种情况,上升的空气都绝热地冷却,这意味着它在冷却时不会向周围传递热量或物质。

绝热冷却是空气包裹气象概念的核心-隔离的空气在大气中向上或向下移动。随着空气上升到环境密度较小的高度,空气会膨胀。

在膨胀过程中,其体积增加,但其质量保持不变,这意味着其密度-因此压力-降低。这也意味着对于不饱和空气,其温度以-9.8°C / 1000 m(-5.38°F / 1000 ft)的恒定速率降低。

随着空气的冷却,湿度上升,水蒸气凝结,将热量释放到包裹中,从而降低了冷却速度。不太恒定的是,饱和绝热消失率约为每1000英尺-3.6至-9.2°C(-2至-5°F)。

由于较低大气层的高度的冷却速度约为每1000 m -6.5°C,因此上升的空气会比周围的空气迅速致密,尤其是在空气保持不饱和的情况下。结果是冷的浓空气将通过其下方的较热空气下降。

尽管它也会随着降温而绝热地变暖(再次以9.8°C / 1000 m的速度降温),但是如果存在水或冰,蒸发和升华会从空气中吸收热量,从而减缓变暖。在某些情况下,下降的空气将保持比下降时的空气更冷,更稠密,从而使其沿着倾斜的地形流回,或者在热下降的情况下到达地面。

李流

从即将来临的Helo看,2016年7月,PHX(亚利桑那州凤凰城国际机场)附近发生湿爆。大量的雨井经常有强烈的向下气流和微暴,应避免通过飞行。

机械降落气流经常出现在山脉的下风坡上,例如奇努克(又称föhn或Santa Ana)的特技风和下风风,它们会产生低水平的旋翼,很容易使飞机离开或到达附近机场时感到不安。

这些变暖的风通常随着它们下降而加速,达到70 kts或更高的速度。创纪录的奇努克阵风在Spearfish SD附近是93 kts,这也使表面温度在短短2分钟内从-4°F(-20°C)升高到45°F(7°C)。

奇努克(Chinook),以及在较小程度上,所有下坡风(例如夜间在山谷中发生的风)都是相对较浅的事件。如果飞行员距离炮弹高出几百英尺,他们可能不会受到影响。

它们将始终来自不断上升的地形,并且如果主要的大气流动来自不同的方向,则可能会产生突然的风移(方向切变)。它们到达时也可能会产生速度剪切,导致速度和阵阵性突然增加,可能持续几分钟。

该低水平的风切变也将随着角散风的消散而出现,从而使气流返回其先前状态。但是,至关重要的是,飞行员在着陆时必须谨慎行事,因为风的浅性意味着飞机将在着陆之前,低速和慢速配置且对控制输入的响应性较差时会着陆。必须安全着陆或四处走走。

如果可能发生奇努克或山谷降落气流,则在跑道长度允许的情况下,必须保持比正常情况下更大的进近速度。另外,如果有风,则从高海拔地区吹来风,要求对进场进行风向检查。

在每次雷暴天气中,强烈的热驱动下沉现象更为普遍。在编队期间,雷暴主要由上升气流驱动,而下降气流很少。然而,在到期时,同时存在上下浮动。

在大多数雷暴天气中,缺少高风切变意味着向下的气流穿过上升的气流核心,使两者杂乱无章,并限制了向下气流在离开风暴基地时的强度。在耗散阶段,杂乱无章的上升气流无法维持风暴,而下降气流占主导地位。

但是,大多数离开风暴基地的向下气流只会产生相对较弱的径向流出,无法使飞机翻倒。通常,在即将来临的风暴中,我们觉得这是阵阵阵阵阵阵阵风。

爆发

向下爆发及其更紧凑的变体(称为微爆发)是强大的向下爆发,能够通过避免与向上爆发互动来维持与地面的连贯性。

突降没有明确定义,但通常将其描述为快速发展的强突降,可能仅持续几分钟。当它们到达地面时,它们会放射状地散开,通常会在其核心周围产生水平旋转的空气涡流,该涡流可以向空中延伸数百英尺。

如果爆破半径小于2.5英里(4公里),则分为微爆裂;如果半径较大,则分为大爆裂。突降也可以分为干裂和湿裂,这取决于它们是否伴有雨水。

通常可以很容易地从从云层延伸出来的雨竖井中识别出湿的爆发,并且普遍存在于潮湿的潮湿地区。在干旱地区,下吸气流的温暖空气和云层下方的干燥空气可能结合在一起,使雨水蒸发成维加河,使“暴发”更加困难,“尘埃”可能会被吹走。表面的径向图案。

每当飞行员看到积雨云下方的处女时,他们都应该承担伴随发生的突降。虽然突发暴发的突然发生和短暂性使其难以预测,但气象学家仍可以确定支持突发突发的大气条件。

这些因素包括高空风,高空低湿度和干燥的中层空气。这种情况通常与潮湿的亚热带地区(例如美国东南部)午后的夏季雷暴有关。

在多普勒雷达上通常还可以看到突降,该多普勒雷达可测量朝向和远离雷达的反射率的运动。就像雷达可以拾取旋转龙卷风的信号一样,内窥镜上发散的运动模式将识别出可能的爆发。

突遇

突降对航空业构成的危险是其猛烈的力量以及它们对经过其领土的飞机采取行动的方式。在强雷暴天气下的气流可能超过100 kts,当气流到达地面并扩散时,几乎没有减慢气流的速度。

飞机可能会通过两种方式遇到下降气流。第一个是它直接飞过它,第二个是向下气流从侧面撞击飞机。

由于地面上不断扩展的爆发性爆发的前缘是向外推动并上升到前缘涡流中的空气,因此对飞机的影响很可能是抬升上风翼。

当涡旋经过飞机时,升力将转移至顺风机翼,而逆风机翼可能会被迫向下飞行,从而可能引发不受控的侧倾。传递更加复杂,并且多年来一直是导致几起引人注目的商业空难的原因。

在直通场景中,降落或起飞的飞机会遇到侧倾涡旋的前缘和随之而来的强劲逆风。最初,飞机膨胀并似乎增加了空速。

飞行员的本能反应是降低动力并降低鼻子。几秒钟后,飞机进入降落核心,在那里,100 kt的风直接向下推动飞机,而飞机可能拥有的任何逆风优势都丧失了。

在这里,经历了高度的快速损失。未经训练的反应将是向后拉动轭并增加力量以保持高度和空速。不幸的是,由于喷气机花了一些时间来加速,在低速下突然的背压可能会导致失速。

最后,如果飞机尚未撞击任何地形或障碍物,则它会从突降核心离开强劲的顺风区域,这可能会严重降低空速。即使飞机此时产生最大推力,空速也可能不足以阻止下降,并且试图强行爬升可能会导致失速。

在飞机经过向下爆发所需的几秒钟内,它可能经历了150 kt的剪切(逆风向顺风的变化)。

避免和恢复

1985年8月2日,洛克希德L-1011 TriStar在DFW(达拉斯-沃思堡)的进近路线上进行了一次微爆,造成137人死亡,并引起人们对航空突降的危险的关注。

由于该事故,在数十个主要机场安装了风切变监测系统,并指示飞行员在遇到风切变时进行报告,并且在整个ATC系统中对低水平风切变(LLWS)进行ATC报告是标准化的。

而且,许多商务飞机和所有商用喷气飞机现在都具有机载风切变检测和警报系统,该系统能够迅速检测并向飞行员发出可能发生的风切变情况的警报。现在,该系统通常集成到机载气象雷达航空电子设备中。

毫无疑问,避免遇到突降的最佳方法是永远不要直接在雷暴下方飞行,并且如果要在低于1000英尺的AGL下运行,则最好不要在距离飞行路线约2英里内的任何雷暴基准高度以下飞行。

但是,如果您无意间遇到了突发事件,及时识别是必不可少的。在出现强烈的低水平风切变的第一个迹象时,应启动全功率复飞。并且,如果在起飞时发生,请保持全力。

应设置俯仰以实现最佳爬升(对于配备了此类飞机的飞机,应在操纵摇杆激振器的情况下进行设置),并在穿透下爆核心时略微减小俯仰,以说明离开核心时随之而来的空速损失。

结论

即使只是被怀疑,突降也没什么大不了的,而且在飞机准备第二次进近时可能已经消散了。由于一次爆炸中的作用力可能很大,并且前缘是可能会使飞机翻倒的旋涡,因此机翼应尽可能保持水平,直到没有爆炸。

在繁忙的机场,将以前的飞行员报告当做福音很容易,但是您可能会无意中直接飞入突发性事件中,因为突发性事件是短暂的,并且会在没有警告的情况下发生。

进场时在您前面的飞机可能会通过雨轴而不会发生意外,但是一分钟后到达同一位置时,可能会突然爆发。重要的是,当飞行员在进场或离场时遇到风切变时,应立即将其报告给空中交通管制。

此类报告应具体,例如“在最终风中遇到风切变,在300英尺处损失15 kts”,同时避免使用术语“负”或“正”,因为它们的含义可能被误解为空速或高度的增减,或者未遇到风切变。

如果具体细节未知,对飞机的影响将会发生(例如,“最终的风切变,失去的高度,所需的最大功率”)。每一点信息都会对您的飞行员有所帮助。


Karsten Shein是ExplorEiS的联合创始人兼科学总监。他曾是Shippensburg大学的助理教授和NOAA的气候学家。 Shein持有具有仪器等级的商业许可证。

(17)