风力切变是一个含意深邃的术语，有人给它下的定义是风速或风向（或二者表有）的突变。自1964年来以，已有32架班机因这一现象而坠毁和险些坠毁。

1982年7月9日，泛美航空公司759航班从新奥尔良国际机场起飞时坠毁，153人丧生。美国国家运输安全局断言，事故起因在于低空“风力切变”。三年后的1985年8月2日，德尔它航空公司191航班在得克萨斯州达拉斯着陆时坠毁，137人丧生，报纸和电台纷纷将罪责归咎于风力切变。新奥尔良惨祸发生后，由美国国家研究委员会组建的第一流的调查小组甚至断言，自1964年以来，32架班机因这一现象而坠毁和险些坠毁。

风力切变

不管怎么说，风力切变是一个含意深邃的术语。气象学家给它下的定义是风速或风向（或二者兼有）的突变。风力切变的起因有：气流流过起伏不平的地带；暖气流从阳光烤热的地面上升；温度与湿度不同的空气团相撞；雷暴。这些因素对正在航行的飞机大多没什么影响。有的只不过产生扰动，使乘客感到颠簸。真正造成机毁人亡的则很少。连不定期观察的人都知道，风强与风向经常在变化，风力切变屡见不鲜。

星式风暴

使飞机在起飞与着陆时遭难的那种风力切变需要进一步予以定义。为此，来自芝加哥大学和博尔德国立大气研究中心（NCAR）的科学家们，最近在伊利诺斯州和科罗拉多州进行了一些现场试验。试验证明，一种叫做微风暴的风力切变是使飞机失事的罪魁祸首。下雨或有雷暴时，会产生一股迅猛下移的气流（下曳气流），它撞上地面时，会呈星光辐射状在水平方向上向四面八方散开，如同水从水龙头流出后撞上水槽一样。微风暴就是在这种时候产生的。

气象学家早就知道，雷暴能产生下曳气流，它们在地面上呈卵形水平地向四下散开，造成气温下降，有时引起疾风。早在1617年，牛津大学毕业的R. Bohun在《风的起因与性质探源》中介绍并概述了来自云层的风，使人们对微风暴中的风有了一定的认识。1946年到1947年间，芝加哥大学气象学家Horace Byers和Roscoe Braham用大量事实确证了由雷暴引起的下曳气流和由此而造成的贴近地面的水平风。然而直到最近，就连专家也还弄不明白为什么有些气流的影响范围与强度会各不相同，为什么具有某种影响范围的另一些气流又会对飞机格外有害。

下曳风暴

1974年4月，正在研究龙卷风对航空服务事业带来哪些危害的Theodore Fujita（他也是芝加哥大学的一位气象学家）观察到，小范围星式风暴灾害是由小范围短时高速下曳气流引起的。他把这种星式风暴命名为下曳风暴。对1975年6月24日发生在纽约市肯尼迪国际机场的东部航线班机坠毁事件进行调查后，Fujita提出一种假设：着陆时，如果飞机穿越下曳风暴区，就有可能坠毁。后来，他又按下曳风暴的水平影响范围尚大小，进一步把它们细分为好几类。影响范围在方圆0.25到2.5英里之间的下曳风暴称为微风暴。现在知道，这一影响范围的下曳风暴危害最大。

对下曳风暴的实地观测

首次对下曳风暴所作的现场研究叫做NIM ROD（意为北伊利诺斯下曳风暴气象学研究），是由来自芝加哥大学、伊利诺斯州水资源勘测机构和全美大气研究中心的调研人员，1978年在伊利诺斯州进行的。由于采用了能测量风暴内部空气运动的多普勒气象雷达和风速表组成的网络（这些仪器能测出风速与风向），气象学家们得以第一次对下曳风暴中的气流进行实地观测。在那之前，下曳风暴在很大程度上带有臆断的色彩。多普勒雷达测出向雷达天线而来和离雷达天线而去的目标的速度。要做到这一点，只要测出雷达发射的微波信号同由目标反射回来的信号频率差即可。频率差与目标的运动速度有关。警察在公路上用多普勒雷达记录车辆速度时，运用的是同一原理。就气象雷达而言，记录的是雨点、雪花乃至风中裹带的昆虫的速度。

为调查下曳风暴所作的第二次成功的现场试验叫JAWS（意为机场天气联合调研），是1982年在丹佛的斯泰普勒顿国际机场进行的。这次调查是Fujita、国立大气研究中心的John McCarthy和笔者联合作出的。我们用机场附近的三台多普勒雷达装置记录了70多个下曳风暴的有关数据。对我们的数据所作的分析表明：微风暴平均持续时间只有10-20分钟；下曳气流撞击地面后紧接着出现的典型的风力切变时速达27英里；第一次撞击后的5 ~ 10分钟内，风力切变时速增至56英里，然后迅速减弱。由于微风暴范围小，寿命短，机场现有的测风系统往往不可能及时测出微风暴以便给飞机报警。在遍及全美国的大约110个主要机场都已装设了低空风力切变报警系统，这是目前仅有的风力切变报警系统（已安装就署的多普勒气象雷达主要用于气象研究而不是报警。不过，美国政府打算1988年初着手安置国家多普勒气象雷达网，以改善气象报警工作）。

伸向飞机的魔爪

风力切变使飞机蒙上遇难的阴影，原因在于：飞机一旦闯进微风暴，就会遇到一股来自下曳气流中央的愈来愈强的逆风。逆风风力逐渐加强，使飞机两翼表面都有气流流过，从而把飞机朝上托，并迫使飞行员降低发动机功率以作抵偿。然后，当飞机飞过下曳气流中央时，逆风风力骤降并变为顺风，流过两翼表面的空气流突然消失，升力随之减小。由于飞行员降低发动机功率而使气流速度下降，或因下曳气流把飞机推向地面（或二种因素兼有），又会使这种升力减小的险况更加恶化。机翼表面的气流由于流速渐失，命能会降到不能维持飞机举力的地步，飞机也就会急速坠向地面。如果发生这种情况时飞机离地面很近，飞行员就可能没有足够的时间采取对策并让发动机重新获得足以抵消气流失速的功率。泛美航空公司班机从新奥尔良国际机场起飞时的坠毁事件，很可能就是这一连串事变引起的。那次事故中的风力切变速度估计为50英里/小时左右，影响范围方圆1.5英里，这表明风速并不要很大就能给飞机构成严重的威胁。起飞与着陆时，这些天气条件造成的后果一样。

对JAWS数据所作的研究清楚地表明了微风暴的起因。必须先有一股强大的下曳气流触及地面，然后才能形成微风暴风力切变。这种情况大多发生在能产生冷空气团的地区，既可能在云中，也可能在云下。这种冷空气团成因一般有两种：1. 雨或冰蒸发后的蒸汽进入地面上方的干燥空气中，2. 冰下落到温度高于冰点的空气层中。由于冷空气密度大于暖空气，所以它向地面下沉，形成下曳气流。以计算机模型和实测数据为依据所进行的计算表明，在这些条件下形成的下曳气流速度很容易达到40英里/小时。当一股迅猛下刮的风吹到地面时，它极有可能转变为刮向四面八方的水平风，速度大约有40英里/小时，从而造成了极强的风力切变。

令人麻痹的雨云

由于在下曳气流形成过程中，降雨起着重要作用，微风暴也常常同雨云有关。不过，雨实际上并不是非落到地面￥可。美国西部各州气候干燥，尽管雨在落地之前可能完全蒸发掉了，它仍会诱发强烈的微风暴。地面上的这些阵雨对飞机的威胁特别大，因为雨云看上去并不可怕，飞行员们也就可能毫无警惕。1984年5月31日，一架联邦航空公司喷气式客机从丹佛斯泰普勒顿机场起飞时所发生的事件正是如此。飞机起飞时，阵雨看来刚刚开始下，只有几点雨滴落到了地面。但是，正当飞机飞离跑道时，它穿越了一阵微风暴，航速降低了25英里/小时。飞机离地面只有10英尺，离跑道尽头只有1100英尺，这时，地面雷达发现机身三处受损。后来，飞机摆脱了微风暴的纠缠并急速爬高，不过，由于机身破损，机舱无法密封，只好返回机场。一场灭顶之灾还是可以勉强摆脱的，因为飞行员们可以采用最近才研究出来的微风暴飞行例程，航速低时要加大飞机的倾角。但是，采用这种新的飞行例程并不意味着飞行员们现在就能安全地穿越微风暴了。只要顺风稍稍强一点，机毁人亡就将无法避免。

实时报警服务系统

由于这种意外事件的发生，联邦航空管理局要求国立大气研究中心在斯泰普勒顿机场建立一个微风暴“实时”预报与报警服务系统（即一种可以马上向任何需要者提供微风暴有关信息的系统），以便在1984年尚未过完的微风暴季使用。（微风暴有季节性，它们一般都伴有雷暴、阵雨，春夏两季发生，或在美国的一些'特定的雷暴区发生）。这一试验名叫CLAWS（意为风力切变的鉴别、定位与防护），主要由训练有素的气象学家在多普勒雷达荧光屏上对所发生的风力切变进行鉴别与定位。这一信息马上通过无线电传递给斯泰普勒顿机场指挥塔内的另一名气象学家，他把这一消息转告给飞行指挥人员，然后由他们去提醒飞行员们注意。这一以人工为主但又非常成功的试验表明，多普勒雷达能够及时进行风力切变报警。试验时正在着陆的一位飞行员夸赞微风暴报警系统拯救了他的飞机使之“没有偏离跑道而一头栽到地上”。实际上，报警信号可以直接告诉飞行员，没有必要转一道手。

经过改进的计算机模型

CLAWS计划表明，科学技术能大大降低风力切变造成的事故率。它还表明，对风力漂移作早期报警，可以让指挥人员估计哪些跑道需要调整，从而减少航班的误期并节省飞机的燃料。今后五年中，极有可能开发成功一个程序，它将提供风力切变和大多数主要机场的灾害性天气情况报警。这一系统将以新型多普勒雷达为主，并将能估算出方圆50英里范围内每隔200到300英尺处的风向与风速。首要任务是开发经过改进的计算机模型，它将能迅速地从雷达和其它仪器数据中分析出风力切变和天气形势信息，并尽快地把信息以简明扼要的方式传递给飞行员。

[Computers and people，1986年5~6月号]