姜国航班旅客死于气流突变导致的事故超过了其他诸多原因。本文报道了如何对驾驶员预报这种隐蔽的威胁

1994年7月2日，美国航空公司1016航班临进北卡罗来纳州夏洛特机场时，天气突变。毛毛细雨忽地变成倾盆大雨，微风一下子变成高达60海里/小时的强烈阵风，此时，能见度极差 · ，气流方向无法预料，着陆将十分危险。当飞机离跑道1.1公里，距地面仅60公尺时，机长命令一级驾驶员飞绕一下以便再次进场。当飞机机首朝上上升时，事故发生了。35海里/小时的顶风突然转为25海里/小时的顺风，飞机迎面气流速度从160海里/小时跌至115海里/小时，飞机立即失去升力。坠毁已是不可避免的了。

飞机撞到地面碎成三节，烧了起来，有37名旅客丧身，21名受重伤，事后，机长和一级驾驶员跟事故调查人员说，飞机简直是突然坠落的。

这是风切变——风速和风向强烈变化的特点。设在蒙特利尔的国际民用航空管理局指出，1970至1992年间，有565人死于风切变导致的事故中，在美国，航班旅客死于此类事故最多。

目前，美国麻省理工学院林肯实验室的科学工作者已经研究出一种预测风切变的方法，让驾驶员得以采取避让行动。该方法是依靠高功效计算机，把若干气象资料综合起来，从而找出能指明风切变即将来临的温湿度和气流运动的模式。联邦航空局希望能在47个美国机场使用这种装置。目前正在普遍安装能提供关键数据的新一代气象雷达。

一般，风切变总是发生在称作微爆裂的现象中，发生微爆裂时，气流柱从天空降落，撞到地面时向四面八方散开。当飞机接近地面飞入微爆裂中时将受到顶风，而当冲出微爆裂时则受到顺风。在微爆裂的正下方，气流方向发现逆转。正是这种气流方向的戏剧性变化，导致了1016航班的坠毁。

风切变最常发生在雷暴雨天气的暖湿气流中。1991年，林肯实验室的研究人员花了3个月时间研究佛罗里达州奥兰多附近此类天气闻名的区域的雷暴雨中形成的微爆裂。发现当暖湿气流升到风暴上方时，冷却导致水分冷凝甚至冻结，形成的冰、水和冷空气一道下降，其速度在碰撞到地面前迅即达到40海里/小时。这些都发生在短短的2分钟左右的时间内。与绝大多数气象变化相比，微爆裂规模较小，在高达6000米处形成，击中地面时仅覆盖数平方公里，因此较难发现。

根据以贝德福附近为基地的航空研究顾问艾伦 · 伍德菲尔德（Alan woodfield）的看法，微爆裂通常见于大气中含有大量热能的美国和澳大利亚。因此美澳地区微爆裂的活动程度比欧洲要高出百倍。在高密度空运使事故危险节节上升的美国，该问题尤为严峻。

包括夏洛特在内的美国100多个机场，均设有第一代风切变检测装置。这种装置称作低空风切变报警装置（LLWAS），它由若干设置于机场周围测定地平面风速的风速计组成。测得的数据输给中心计算机，它可确定气流模式在如何变化。一旦发现气流速度或方向突然变化，计算机就会发出风切变的警报。这虽然对正在进入机场、来得及采取避让行动的驾驶员有用，但无助于像1016航班那样收到警报时已处于微爆裂中的飞机。夏洛特机场的LLWAS是在1016航班坠落地面22秒以后才发出警报的。

新一代天候雷达乃借助于测定机杨上方及周围大气中的气流运动状况。这种设备称为终端多普勒天候雷达（TDWR），理论上，它可以检测到远达70公里以外的风切变，并可判定其是否向机场移动——不像LLWAS仅能发现紧邻地区范围内的风切变。TDWR的工作原理乃是发射无线电波至诸如尘埃、污染物、雨滴乃至小虫等悬浮粒子，并测定反射回来的信号频率。该频率取决于悬浮粒子是趋向还是远离雷达以及移动速度的大小。这称为多普勒效应。呼啸而过的列车音频变化的现象颇类于此。然后这些信号被输入计算机，后者即可作出机场附近大气中气流模式的三维图。气流速度或方向的迅速变化即能启动风切变警报。

危险的标志

尽管如此，TDWR像以前的检测设备一样，只能发现正在活动的微爆裂。林肯实验室的一位研究人员玛里琳 · 沃尔夫森（Marilyn wolfson）说，只有把雷达的数据与大气温度、湿度的测定结果综合起来，才能在微爆裂发生前预测到它。她和她的同事们确信能够获取这些资料，美国班机不断地记录外界空气的温湿度，并每隔45分钟左右把这些测量结果转发给地面。此外，可由气象工作者发射的气象探测气球搜集这些数据。研究工作者目前正在设计一种方案，把这些资料与雷达数据综合起来，可找出预示微爆裂的天气模式。

该方案的工作原理乃在于寻找液体和冰的数量在迅速增加——导致突然的向下气流的条件——的大气区域。它用雷达测定的结果估算含水量，并借分析雷达温度低于冰点的高空雷达测定的结果估算空气中水滴的大小和冰的含量。还可推测出风暴的质量中心所在（借计算水分的总质量可得），从而追踪该质心的位置，——如果该质心开始下降，则向下气流将跟踪而至。

去年夏天，沃尔夫森及其同事们在田纳西州孟菲斯和佛罗里达州奥兰多两个机场试验了该方案。试验很成功，后来发生的微爆裂有70%以上被预测了出来。沃尔夫森说，联邦航空局计划把该方案纳入把TDWR与LLWAS以及诸如雨量器等其他气象仪器结合起来的规划中。该网络称为综合终端天候网，将给地面管理人员提供机场周围最新的大气三维图。同时也发送给飞机。目前，驾驶员还是靠地面管理人员通知有关的气象状况。联邦航空局计划今年晚些时候开始研制此种新的装置。

但是该规划遇到的第一个障碍，乃是联邦航空局能否设置TDWR。此刻，要寻找安装雷达的地面并非易事，雷达至少需在12公里以外俯视机场。迄今为止，只有豪斯顿国际机场和田纳西州孟菲斯机场的2台TDWR在运行。联邦航空局宣布，已选定了一些设置雷达的地址，不过需要或可能不得不通过法律手段取得这些土地。

1996年年底，所有TDWR将全部安装好。

致命的缺陷

即使是这样，美国的许多小机场仍然没有TDWR，飞机不得不依靠全美飞机都必须携带的、准确性差的机上风切变检测设备。这种设备称作反应风切变设备，可测定机翼上方气流的速度。如果气流速度突然改变，驾驶舱内即发出警报声。可是移动襟翼也会引起机翼上方气流的改变。为避免虚警，当移动襟翼时该装置即自动关掉。当1016航班上升开始飞绕时，驾驶员收回襟翼，因此风切变测检器被关掉了生死攸关的7秒钟。直到飞机坠落地面前3秒钟才发出警报声。因此，现在已对该设备进行了改造，以便在移动襟翼时也能发现风切变。

如果现在安装了新一代的机上检测器，反应风切变设备就显得过时了。其中最先进的检测器实质上是轻便型TDWR：能检测飞机前方大气中的风切变、使得驾驶员有时间采取避让行动的一种多普勒雷达。

1992年，美国国家航天管理局的研究人员在科罗拉多州丹佛以及奥兰多附近，借特意驾机穿过通常发生在夏季午后的微爆裂来检验该设备。发现该设备在雨天的微爆裂中工作很好，但有10%发生在没有雨水反射雷达信号的旱季条件下的风切变过程不易发现。设在佛罗里达州Fort lauderdale，曾研制过一种机上雷达装置的Alliedsignal电子仪器制造厂的工程师比尔 · 韦茨（Bill weist）说，“当天气变干燥时，雷达对微爆裂是完全通透的。”

另一个可供选择的方案，是应用光波而不是无线电波来追踪存在于干燥空气中的、称做气溶胶的微细粒子的运动。利用多普勒效应，可用反射的信号来估量这些微粒运动的速度和方向。这种称作光达的设备，其缺点是在雨天不起作用，这是因为雨水几乎完全吸收光。设于加利福尼亚州Sunnyvale的Lockheed航天公司已经研制了这种设备，估计将可补充雷达装置。Lockheed公司的一位工程师拉塞尔 · 塔葛（Russel Targ）说，由于用光达可推导出没有什么水分反射雷达信号的高空的气流速度，因此它还有其他一些用途。驾驶员可利用该数据选择最有利气流的飞行速度以降低燃料消耗。他说：“在长距离班机上，光达的费用可在一年内得到补偿。”

1994年11月，大陆航空公司波音737成为使用这种雷达风切变检测设备的第一批客机。到明年年底，大陆航空公司的飞机将全部安装上这种设备。Alliedsignal电子仪器厂制造的这种雷达可以检测远达5海里以外的风切变，这就给飞机提供了充分的回旋机会。西屋电子仪器系统的一位工程师布鲁斯 · 马修斯（Bruce Matthews）说，机上风切变雷达适于未安装TDWR的机场着陆用，但也适用于安装TDWR的机场。他指出对机上雷达的数据与TDWR的数据应每分钟对照一次，每隔5至10秒校正一次。

[New Scientist，1995年4月29日]