2023年《安全管理》之地形波危害飞行安全.docx

地形波危害飞行平安 地形波产生的非对流湍流是最强烈的单湍流形式，300米高的小山就能产生地形波活动。 1991年3月3日，美国联合航空公司一架波音737飞机在美国科罗拉多州的科罗拉多斯普林斯机场进近着陆时坠毁，机上5名机组人员和20名旅客全部遇难。这是机长按仪表飞行方案在晴空的一次定期航班飞行。 飞行数据记录器的信息说明，飞机用右转弯45°切入飞第四边，然后右转弯入第五边进场着陆。这一飞行阶段的指示空速从139节至160节摇摆不定，其局部原因是由于阵风条件造成的。飞机在进入第五边这一飞行点时把起落架完全放到了着陆位置，襟翼放到30°。切入下滑道后不久，飞机从稳定飞行中开始偏离下滑道，紧接着副驾驶发出“哎唷〞的惊叹。在最后一分钟飞行中，飞行数据记录器记录的g力轨迹为0.6g和1.6g，这说明飞机遇到了湍流。 在机场海拔高度以上1000英尺时，副驾驶发出“1千英尺〞的标准情况通报。4秒后，他又发出“天啊〞的惊叫，紧接着机长发出襟翼收到15°指令。目击者证实，飞机在第五边对准跑道进近时向右倾斜，倾斜的机翼改平，然后开始向右稳定压坡度。这样，压坡度一直持续到飞机倒飞并直线栽下。不到3秒，飞机就象一把10万磅的飞镖以200节的速度撞地，飞机接地前曾用过载象一把10万磅的飞镖以200节的速度撞地，飞机接地前曾用过载4拉杆，显然是想以此改出。 检查飞机残骸没有发现结构或系统缺陷。所有操纵面都接近中立位置，配平处于正常飞行状态，所有机翼阻流片收起，2台发动机的反推装置收起，襟翼处于10°位置（适合波音737飞机），所有前缘增升装置翻开。整个进近阶段两台发动机都运转正常，而且接地时2台发动机都以接近复飞的推力运转。 机组人员显然没有患病或失去驾驶能力。与稀奇古怪的谣传相反，驾驶舱内没有“情人吵闹〞的任何迹象。 方向舵液压系统发现小异常，也就是在输入轴上发现备用方向舵致动器动力控制装置推压的擦伤。但这种小小的缺陷不会造成飞机失控这类程度的方向舵故障。 除天气原因外，实际上没有发现任何有形的证据能解释这种无控滚转运动。美国国家运输平安委员会气象委员会的地面风数据调查说明，失事地区的风场有一条由西向东的变移线。风流会聚在这一地区，可以沿不连续的变移线形成涡旋。 波音飞机公司的计算机模型指示，飞机在失去操纵性之前没有遇到上升气流或下沉气流，但飞机在失去操纵性之前数秒钟发生了逆风变顺风的风逆转。 美国全国大气研究中心（NCAR）、国家海洋大气局（NOAA）和怀俄明大学的科学家一致认为飞机可能遇到了滚轴和涡旋。 经过两年的努力，国家运输平安委员会也能对这起飞机失事作出结论，但确定了以下两大可能性： ——飞机横侧操纵系统或方向操纵系统故障； ——遇到极端大气湍流。 大气湍流造成的无控滚转力矩很可能是一种所谓〞滚轴〞。滚轴是多山地区上空的大风产生的一种水平轴线涡旋（就像一种横龙卷风）。总之，地形波活动引起的低滚轴可能造成飞机滚转倒飞。 认识地形波 在所有形式的非对流湍流中，没有一种比地形波活动有关的湍流更强烈或更频繁。如果，你在北美落基山脉或塞拉山脉上空及其附近飞行，你就需要认识这种天气现象，以防止旅客不舒适和防止飞机遇到强湍流、失去操纵或更严重的情况发生。 当风吹过崎岖不平的地形时，气流被扰乱。如果风力足够强和地形上下起伏很大，那就可能形成地形波。尽管强烈的地形波活动通常与大山脉有关，但高度300米的小山也能产生地形波活动。在极端情况下，山区的湍流具有破坏力。 在出现稳定气团时，大地形波活动与跨越山脉的大压差有关。由于压差大，山脉上空的大气从高压流向低压。当气流跨越山脉时，气流被迫机械（山形）升起，而且被山脉本身不自然地维持在那些高度层。大气的稳定性将使其在可能时尽快恢复原高度层。因此，上升气流一越过山顶，就会像越过水坝的水流一样瀑布般地在山反面落下，造成所有高度层大规模不平衡。下降气流沉到底之后，大气寻求平衡时会导致大湍流。 另外，下降气流从其稳定高度射下后将从地面反弹起来，上升气流大大越过稳定高度并以波动作用重复运动，波动作用可向山脉的顺风方向延伸数百英里。 美国全国大气研究中心已对地形波进行了多年研究，其中，包括用装备仪器的飞机进行贯穿飞行。在1992年的一次最优测量中，全国大气研究中心成功地预测并精确记录了落基山上空的一次大地形波。这次大地形波贯穿全国大气研究中心装备了大气测量设备和贯性导航系统的“刀鞘〞和“空中女王〞飞机选择的高度和航线。“刀鞘〞飞机在2万、3万和3.9万英尺遇到了强湍流，“刀鞘〞和“空中女王〞飞机在1.5万英尺以下的所有高度层都遇到了强湍流。有个位置的风速在3英里的航迹上从零到95节变化不定。在同一时间，两架飞越落基山的DC－8飞机报告几乎失去操纵，而且山反面的地面风速超过100节。具有挖苦意味的是全国大气研究中心设在杰斐县机场的机库险些被100多节的地面风吹毁。几乎没有地形波能到达这种破坏程度。 对地形波活动一定要高度重视。目前美国对地形波的预报是准确而可靠的，国家气象局最少能提到数小时发布地形波活动预报。为了更准确地预报地形波活动，气象学家要求每个驾驶员在存取天气信息时提供以下有价值的信息： ——山反面测量点压力迅速下降； ——飞越山脉时温度变化率到达6.7℃； ——飞越山脉时风速到达以30节或更大； ——山脉上空有标准的荚状高积云； ——山反面有强地面阵风或高吹尘。 在上述情况下，当冷高压气流越过山脉向东移动时，就会出现有潜在危险的大地形波活动。美国70%的大地形波活动发生在1月和2月，但9月至第二年5月强寒流也能产生地形波。在开展完好的地形波中飞行，可能会导致不舒服、危险或发生更严重的灾难。曾在地形波中飞行过的驾驶员详细地描述了他们的惊险飞行感受： “……强湍流。飞机左右两侧横滚35°。飞机上升和下降率每分钟超过2022英尺。空速波动高达25节。〞 “……上升气流非常强，发动机功率只能处于慢车。飞机迅速上升时，0.86马赫警报会响。〞 “……我们的丹佛以东大约30英里处失去4000英尺高度，飞机几乎失去控制。330飞行高度层和290飞行高度层之间有强湍流。〞 “……几乎用最大飞行操纵面偏转才能保持飞行高度。〞 强大的地形波确实很容易超过你的飞机性能。 观察地形波 有些地形波几乎没有迹象或没有目视迹象。如联合航空公司的波音737飞机失事就发生在非常枯燥的条件下，而且几乎没有或没有目视地形波活动征候。 地形波活动常常要有充分的湿气，以促进三种独特的云状形成。如果你能在飞行中看出这些云状，那么你将真正能防止最坏的情况发生。 （一） 位于山脉上空的荚状云是地形波活动的主要征候。荚状云的形成如下：当来自山脉向风面的稳定气团被地形迫使向上移动时，就会在温度和露点均等的高度发生凝结。凝结活动进一步冷却了已经稳定的气团，因此，一旦地形允许，稳定气团就会开始下降。这种凝结活动常常发生在地形波活动的甚顶峰，在山顶或山反面留下一块平滑的透镜状高积云。这些所谓的荚状云有时看上去像静止的烟突状或层状云。附近航站将发布“标准荚状高积云〞飞行通报。如果你看到标准荚状高积云，就可以肯定地波活动正在产生。 当荚状高积云外表平滑时，就说明它是片流状态，而且可能有相当大的平滑气流上下波动。在此情况下，由自动驾驶仪驾驶的，在地形波附近保持高度飞行的飞机将感到轻微空速波动。 当地形波扩大到像拍岸碎流那样的破裂阶段时，荚状高积云将呈现出边缘参差不齐或破损状态，这是强混乱气流的明显征候。 （二） 滚轴云是地形波活动的第二征候。当稳定气流像瀑布一样落下山反面而寻求平衡时，可能会出现反复过渡性上冲和弹回原地。在回流的上点，滚轴可能形成强大的侧旋涡。如果，此时有足够的湿气，滚轴将以云的形式出现。滚轴云和山脊在一条平行线上，外形像小积云或碎积云。滚轴云虽然看起来像静止的。但定时摄影响说明滚轴云是稳定移动的，在上风向形成，下风向消散。滚轴云的云底比山脊的高度低点，但云顶可以延伸到比云底高1万英尺或更高。 滚轴云是非常危险的，曾测量到滚轴云产生的上升气流和下沉气流速度每分钟超过5000英尺。没有人知道滚轴气流上升或下沉速度的极限，但只有龙卷风能超过强滚轴的湍流强度。实际上可能是落基山东边一点的滚轴造成了联合航空公司那架波音737飞机横滚倒飞坠毁。 （三） 焚风壁云可能是地形波的另一征候。如果山脉向风面底层有足够的湿气，那么湿气就会凝结，并在山峰直接形成很厚的山帽云。这种山帽云或焚风壁云将在山的背风面下垂，而且，可能相当长地悬挂在背风面山坡。悬挂程度根本与下沉气流的猛烈程度成正比。在背风面垂挂很长的任何帽云都说明有极大的下沉气流和极大的湍流。 除以上三种明显的云状外，大的地形波活动还有一种征候。如果天空晴朗和地面枯燥，你会看到过渡性上冲稳定气流冲击地面而产生的高吹尘从山脉背风面数英里内升起。如果空气非常枯燥，这是你可能看到的唯一目视征候。 地形波区 美国加利福尼亚州毕晓普附近的所谓“毕晓普〞波被认为是美国也许是全世界最强烈的地形波生成区。除落基山和塞拉山两个地形波主要生成区外，西海岸地区其他山脉也有地形波活动，但其他山脉的地形波云的云量却很少。 欧扎克山、阿勒格尼山、卡茨基尔山、阿迪龙达克斯山和白山也有地形波生成，但没有西部大山区的地形波强烈，也没有潜在的破坏力。另外，阿马拉契亚山脉南部也有许多顶峰能生成较大的地形波。 地形波活动的潜在限度很大，在300英尺高山上空高达75000英尺处曾测量到地形波活动，尽管这种地形波非常微弱，而且只能通过科学仪器才能测出。 沿地形波飞行 飞行方案控制台首先要知道地形波的活动情况。山区航线飞行的航行通报一般应包括有关地形波信息。同时还应该设法获得山区附近地形波活动和湍流的驾驶员报告。山区附近机场的自动控制系统和着陆系统的任何航行通报都应该对出现的地形波活动提出警告。 当得到的气象信息有强地形波活动征候时，应该研究一条飞越其他地区的航线。地形波活动可能持续数小时。在飞行中，驾驶员报告是最好的即时信息源。当你接近任何疑心有地形波活动的区域时，你可以要求管制员提供先前的驾驶员报告并适当修改航线。显然，气象雷达没有探测地形波的功能，因为没有足够的湿气就不能有效地反射回波。另外，一些本卷须知如下： ——确保不飞入滚轴或在滚轴区附近飞行。对待这些高能涡系要像对待开展完好的雷暴一样，尽管这两种现象实际完全不同。 ——防止在地形活动区上空的对流层边界及其附近飞行。 ——防止在边缘参差不齐的荚状云附近飞行，在任何荚状云区飞行都要特别注意变化不定的高度和空速。 ——如果避不开地形波活动区，就要像回避大湍流那样在对流层边界以上数千英尺飞行。 ——向东飞行时空速偏移是