「讀史醒腦，科學興业」睇返航空史，微下擊暴流（Microburst）搞出過唔少大鑊。呢啲教訓令班科學家同工程師實實在在做嘢，慢慢將理論變真功夫。歷史話畀我哋知「齋噏唔會發達㗎」，每樣進步都係汗同數據搏返嚟，得個樣嘅嘢實穿煲。想更上一層樓？冇得偷雞，唯有踏實做嘢至係王道。
微下击暴流风切变严重威胁航空安全，引发多起重大事故。本篇涵盖微下击暴流的发现、研究，飞行员风切变培训项目的开展，以及风切变探测系统的研发、测试与应用，这些成果成功挽救生命财产。文中按时间顺序梳理进程、关键节点及技术转移的最佳实践方法，为相关领域提供重要参考。
在航空领域，微下击暴流、风切变是一个极为关键且危险的因素。自20世纪60年代起，多起商业客机不明原因坠毁事件引起了广泛关注。美国国家运输安全委员会在调查这些事故时，虽未能明确部分坠机的具体原因，但发现恶劣天气与事故存在关联。芝加哥大学的藤田哲也教授深入研究后推测，这些事故或许是由科学界尚未充分认知的雷暴引发的风切变所导致。1975年东方航空66号航班的事故发生后，藤田教授经过详细分析，提出了“下击暴流”的概念。之后，他又将直径≤4千米的小尺度下击暴流定义为“微下击暴流”，这类微下击暴流对商业飞机的安全运行构成了极大的威胁。然而，藤田教授的这一假设在当时的科学界引发了诸多质疑。
从航空气象学理论角度来看，风切变是指风向和风速发生剧烈变化的现象。在飞机的飞行过程中，风切变会对飞机的空气动力产生显著影响。当飞机遭遇风切变时，其周围的气流状态会发生突变，导致飞机的升力、阻力和操纵性能发生改变。而微下击暴流所引发的风切变，由于其尺度小、强度大，对飞机的影响更为严重，可能使飞机在短时间内失去升力，进而引发飞行事故。
微下击暴流的发现与研究
1976年秋，美国国家大气研究中心的罗伯特·塞拉芬和克利福德·穆里诺意识到，可以利用NCAR的多普勒雷达来验证下击暴流的存在。他们的提议得到了藤田教授的认可。1978年，在国家科学基金会的资助下，“北伊利诺伊下击暴流气象研究”项目正式开展。
1978年5月29日，这是一个具有里程碑意义的日子。藤田教授和吉姆·威尔逊通过多普勒雷达首次观测到了下击暴流。当时，他们观测到的小尺度、发散性流出气流，峰值风速达到了24米/秒。由于此次下击暴流距离雷达非常近，当气流经过雷达所在地时，他们甚至能够直观地感受到其影响。在项目进行期间，雷达共探测到约50次微下击暴流，这一成果有力地证实了微下击暴流的真实存在。
由于下击暴流的垂直深度非常浅，一般小于1千米，为了更全面、深入地研究其三维风场结构，科研人员决定开展新的研究项目。1982年，藤田、威尔逊和约翰·麦卡锡提议在科罗拉多州丹佛市斯泰普尔顿国际机场附近开展“联合机场天气研究”野外项目。该项目的初期资金由NSF和NCAR提供。然而，美国联邦航空管理局（FAA）对微下击暴流风切变对商业飞机的潜在危险持有怀疑态度，因此在项目初期并未给予支持。直到1982年泛美航空759号航班在新奥尔良国际机场发生事故后，FAA才改变态度，为JAWS项目提供了支持。
在JAWS项目开展期间，丹佛斯泰普尔顿机场附近共探测到193次微下击暴流。科研人员通过对这些微下击暴流的观测和分析，详细研究了其结构、演变过程和形成原因。从结构上看，微下击暴流的下沉气流在撞击地面后会迅速水平向外扩散；在时间演变方面，整个过程通常较为短暂，从下沉气流开始到强烈水平风爆发再到强烈风切变消散，一般仅需15-20分钟，而且风切变通常在下沉气流到达地面后的5分钟内达到最大强度。这些观测结果表明，要及时对微下击暴流进行预警，就需要一个能够快速更新信息的自动探测系统。此外，研究还发现，微下击暴流既可能在干旱的高平原地区的小雨天气中出现，也可能在潮湿的美国东南部的大雨环境里发生。
微下击暴流气流示意图。下沉气流冲向地面
并水平扩散之前是处于旋转状态的（藤田，1985年）
微下击暴流对航空的威胁
藤田教授对四起微下击暴流导致飞机失事的严重事故进行了深入研究，这些事故共造成了499人不幸遇难。
1974年1月30日，泛美航空806号航班在美属萨摩亚帕果帕果降落时，飞机在距跑道18000英尺、高度约900英尺的下降过程中首次遭遇微下击暴流，随后又再次受到微下击暴流的影响，最终无法成功着陆，机上96人不幸丧生，仅有5人幸存。
1975年6月24日，东方航空66号航班在纽约约翰·F·肯尼迪机场下降着陆时，在高度约500英尺处首先遭遇微下击暴流的逆风，当高度降至400英尺时又遭遇下沉气流，飞机最终在跑道前2400英尺处坠毁，造成113人死亡，11人受伤。
1982年7月9日，泛美航空759号航班在新奥尔良机场附近起飞时遭遇微下击暴流，飞机在滑跑时先受到逆风影响，起飞后又遭遇下沉气流，最终在163英尺高度失速坠毁，导致152人死亡，9人受伤，其中还有8名地面人员不幸遇难。
191号航班烧焦的残骸，图片来源《达拉斯晨报》
1985年8月2日，达美航空191号航班在得克萨斯州达拉斯 – 沃思堡机场着陆时，遭遇了一个结构复杂、具有脉动特征且包含多个水平涡旋的微下击暴流。飞机在距跑道约3.5英里、高度约1500英尺处首次遭遇逆风，该微下击暴流直径达3英里，飞机最终在跑道前1.5英里处坠毁，越过高速公路撞上一辆汽车后又撞上几个水箱，造成机上136人死亡，地面1人死亡，26人受伤。
对四起飞行事故的分析（藤田，1985年，1986年）
这些惨痛的事故充分说明了微下击暴流对航空安全的巨大威胁。从航空气象学和飞行力学的原理来分析，微下击暴流会使飞机周围的气流场发生剧烈变化，导致飞机的空速、高度和姿态难以稳定控制。当飞机进入微下击暴流区域时，可能会突然遭遇逆风，空速瞬间减小，升力也随之降低，飞机有失速的风险；随后又可能遇到下沉气流，飞机高度急剧下降；紧接着是顺风，空速又会突然增大，这一系列复杂的气流变化给飞行员的操作带来极大困难，稍有不慎就会引发严重的飞行事故。
微下击暴流的垂直横截面（威尔逊等人，1984年）
JAWS项目通过对大量微下击暴流事件的研究，得出了三个重要结论：首先，微下击暴流确实存在，并且在高平原气候中出现的频率较高；其次，微下击暴流会导致飞机因空速变化而损失升力，进而引发致命的飞机坠毁事故；最后，微下击暴流可以利用多普勒雷达和风速计网络进行探测。这为后续应对微下击暴流对航空的威胁奠定了理论和实践基础。
风切变探测系统的开发与应用
在确认微下击暴流的存在及其对航空的巨大威胁后，接下来的十年间，地面和机载风切变探测系统进入了密集开发阶段。这一过程涉及到大学、国家实验室、航空公司、飞行员、飞机制造公司、空中交通管理人员以及多个政府机构之间的密切跨学科合作。各方充分发挥各自的专业优势，共同致力于风切变探测系统的研发。
与此同时，为了提高飞行员应对微下击暴流的能力，相关机构为飞行员开发了专门的培训辅助工具。这些工具不仅包括理论知识的传授，还利用飞机模拟器，让飞行员在虚拟环境中模拟遭遇微下击暴流的场景，练习各种规避操作，从而提高他们在实际飞行中的应对能力。航空公司也积极行动起来，制定了详细的避免危险风切变的操作标准，并采购了先进的机载风切变警报系统。
通过各方的共同努力，这十年间取得了丰硕的成果。20世纪90年代，FAA在美国45个主要机场设计、采购并安装了风切变探测和预警系统，为飞行员提供及时准确的风切变信息。随后，一些国际机场也纷纷效仿，安装了类似的系统。到1996年，美国和外国飞机上的机载前视警报系统获得认证，截至2004年，投入使用的此类系统已超过4000个。这些系统的广泛应用取得了显著成效，自1994年后，美国再未发生过由风切变导致的商业客机坠毁事故，有力地保障了航空安全。
1979年，下一代天气雷达项目正式启动。这一项目的开展为航空安全领域带来了新的契机，FAA敏锐地意识到可以利用NEXRAD来提高航空安全和效率，于是随即开展了相关研究。1984年，“风切变分类、定位与规避”项目在丹佛斯泰普尔顿机场展开。在该项目中，NCAR的气象学家与FAA的空中交通管制员紧密合作，他们在塔台中并肩工作，详细记录每一次风切变事件，并对利用雷达为飞行员提供风切变警报的可行性进行了全面测试。在测试过程中，NCAR的气象学家负责监测雷达数据，一旦发现微下击暴流的迹象，就及时将信息传达给空中交通管制主管，主管再迅速将信息转发给相应的管制员，由管制员提醒进近和离场的飞行员。CLAWS项目的成功示范，为后续风切变探测系统的发展提供了重要的实践依据，促使FAA坚定了采用脉冲多普勒天气雷达进行微下击暴流探测和预警的决心。
FAA对运行风切变探测系统提出了明确且严格的目标，要求实现风切变预警的完全自动化，即无需人工干预，并且要达到较高的技术水平，探测概率大于90%，误报概率小于10% 。然而，在20世纪80年代初，实现这一目标面临着诸多难以逾越的技术挑战。一方面，雷达反射率和多普勒径向速度数据的质量常常受到多种因素的干扰，比如地物杂波会对雷达信号产生遮挡和反射，导致数据失真；远处风暴的“折叠”回波会混入有效信号中，增加信号处理的难度；多普勒数据的模糊性也会使数据分析变得复杂。另一方面，当时还没有能够达到经验丰富的雷达气象学家分析能力的全自动模式识别算法，无法准确地从复杂的雷达数据中识别出微下击暴流的特征。此外，FAA脉冲多普勒雷达可能的工作频率缺乏足够的发射机，无法满足系统对信号发射强度和稳定性的要求；而且，当时仅在极少数地点和特定气候条件下通过实验得出了微下击暴流的特征，数据的匮乏使得对微下击暴流的研究和系统开发受到很大限制；当时的信号处理能力在技术上也难以满足实时、准确处理大量复杂数据的需求。
面对这些困难，FAA果断决定采用快速原型制作流程。这一流程打破了传统的研发模式，让在多普勒天气雷达研究以及飞机多普勒探测方面具有专业知识的机构共同参与合作。同时，FAA还选择在一定程度上使运行系统采购与原型系统测试重叠进行。这样做的目的是为了更好地开发运行软件，及时发现并解决部署后运行系统可能出现的性能问题，确保系统能够尽快投入实际使用并稳定运行。
终端区多普勒天气雷达（TDWR）试验的微下击暴流及强度分布（FAA）
1983年，TDWR原型开发工作在波士顿拉开帷幕。科研人员利用大学实验室提供的脉冲多普勒天气雷达开展实验，迈出了关键的第一步。随后开发了一种可移动的S波段脉冲多普勒天气雷达，并于1984年至1985年在田纳西州孟菲斯进行风切变探测测试。在测试过程中，科研人员不断优化雷达的性能和探测算法，积累了大量宝贵的数据和经验。
1985年，达美航空191号航班在达拉斯-沃思堡国际机场遭遇微下击暴流事故，这一悲剧的发生进一步凸显了风切变探测系统的紧迫性和重要性。鉴于此，以及当时风切变探测雷达原型已取得的进展，FAA于1985年正式启动TDWR采购计划。此后，该雷达原型先后转移至亨茨维尔国际机场（1986年）和丹佛斯泰普尔顿机场（1987年），在不同的气候环境中获取微下击暴流事件的多普勒数据集，为开发基于人工智能的初始自动微下击暴流模式识别算法提供了丰富的数据支持。
1988年，TDWR在丹佛进行正式运行演示，这是风切变探测系统发展历程中的一个重要里程碑。在此次演示中，TDWR成功全自动探测到一次峰值速度差达80节（1节≈0.51米/秒 ）的微下击暴流，并及时向四架进近着陆的飞机自动发出预警。这四架飞机的飞行员均及时收到警报，并成功执行了从风切变培训辅助工具中学到的新微下击暴流规避操作，成功摆脱了微下击暴流的威胁。其中一架进近飞机的飞行员回忆，在收到警报后，飞机立即遭遇了强烈下沉气流，他迅速运用微下击暴流遭遇处置程序，将发动机推力推至最大，最终成功避免了事故的发生。这次演示的成功，充分展示了TDWR的有效性和可靠性，为其后续的推广应用奠定了坚实的基础。
同年，FAA进行45套C波段TDWR生产系统的竞争性采购。1988年丹佛TDWR运行演示成功后，FAA与雷神公司签订生产合同，预计1992年开始交付首批运行版TDWR。1989年，TDWR原型机转移至堪萨斯城国际机场，在中西部的运营环境中进行测试。在测试过程中，科研人员发现，由于当地的地理环境和气象条件较为复杂，需要进一步改进微下击暴流识别算法，以减少鸟类群和因强风在不规则地形上吹拂产生的不规则地面风模式所导致的误报。1990年，TDWR原型机转移至奥兰多国际机场，并转换为C波段运行。这一调整的目的是为了改善地物杂波抑制效果，将波束宽度从1°减小到1/2° ，从而提高雷达的探测精度和可靠性。
在奥兰多，微下击暴流活动的频率远高于之前的测试环境。频繁发生的微下击暴流导致机场进港容量频繁受损，严重影响了机场的正常运营。这一情况促使微下击暴流预警策略发生重大改变。在奥兰多开始提供微下击暴流运行预警初期，许多飞行员在目视观测到的气流流出区域似乎不影响其飞行路径时，会忽视或不重视微下击暴流警报。这一现象表明，需要针对奥兰多这样的特殊环境制定新的预警标准。于是，科研人员在奥兰多开发并测试了一种新的算法，用于确定何时向飞行员发出警报。经过实际应用验证，这一修订后的算法和相应降低的警报频率更受飞行员认可，有效提高了飞行员对警报的重视程度和应对效率。
此外，FAA发现在微下击暴流高发期，空中交通管理支持亟待改进。由于奥兰多机场频繁探测到微下击暴流，进港飞机常常需要进入等待航线，这不仅影响了更广泛区域的运营，还给交通管理带来了巨大压力。为了解决这一问题，杰克逊维尔空中航线交通管制中心请求获取TDWR实时数据显示，以便提前预测奥兰多机场无法接收进港飞机的情况，并提前规划其空域内的等待航线。同时，奥兰多空中交通管制部门提出，需要具备预测微下击暴流影响的能力，以便主动调整终端交通流量，最大程度减少飞机遭遇微下击暴流的可能性。基于这些需求，科研人员开发了两种定制化预报：一是短期（0-20分钟）未来风暴位置预报，使终端管制员能够及时识别产生微下击暴流的风暴何时接近起降跑道，从而主动将飞机交通转移到备用跑道；二是微下击暴流流出开始和增强的预测，为管制员提供更精准的决策依据。
基于TDWR降水产品的模式识别算法可以生成未来产生微下击暴流风暴位置的短期预测。然而，从微下击暴流动力学的科学研究可知，要实现可靠的微下击暴流业务预测，不仅需要脉冲多普勒天气雷达数据，还需要热力学信息。考虑到这一点，以及对多传感器输入的其他需求，例如联合使用脉冲多普勒天气雷达与风速计数据，以及TDWR未扫描的锥形区域内风暴的跟踪信息，TDWR原型机逐渐转变为综合终端天气系统原型。ITWS原型机整合了飞机报告、地面观测和数值预报模型的数据，能够实时自动生成温度和湿度的垂直剖面，结合下降风暴核心的反射率信息，可用于预测地面流出的强度，为微下击暴流的精准预警提供了更有力的支持。
20世纪90年代，计算机性能取得了显著提升，这为ITWS原型机的发展带来了新的契机。借助强大的计算能力，微下击暴流和阵风锋风切变模式识别算法得以充分利用图像处理技术的重大进展，显著提高了探测性能，尤其是在阵风锋探测方面取得了长足进步。在后续的发展过程中，2000-2010年，随着雷神公司生产的TDWR在美国各地机场逐步安装，提高TDWR全自动探测微下击暴流技术能力的研究仍在持续深入。科研人员致力于改进TDWR的信号处理技术，以解决长期存在的抑制地物杂波、避免远距离风暴干扰，同时减少多普勒速度模糊影响的问题。经过不懈努力，新的信号处理算法成功提高了对移动散射体（尤其是鸟群）产生的杂波的抑制能力，有效减少了微下击暴流误报，进一步提升了系统的可靠性和准确性。
在机场监视雷达（ASR-9）的天气系统处理器方面，它与TDWR并行开发，旨在为那些安装专用多普勒天气雷达成本效益不高的机场提供风切变防护服务。WSP原型机与TDWR原型机在堪萨斯城国际机场和奥兰多国际机场协同运行，通过借鉴TDWR的运行概念和算法技术，WSP成功将基于雷达的广域风切变预警能力扩展到另外35个美国大中型机场，进一步扩大了风切变预警的覆盖范围，为更多机场的航空安全提供了保障。
低空风切变警报系统
在TDWR研发的同时，一种基于风速计的风切变探测系统也在不断改进，以实现对微下击暴流的有效探测，这就是低空风切变预警系统LLWAS。LLWAS系统最初由FAA在20世纪70年代开发，其目的是探测大规模风切变，例如海风锋、阵风锋以及冷暖锋等，以应对1975年东方航空66号航班在约翰·F·肯尼迪机场的风切变事故。该系统第一阶段的探测算法相对简单，主要是将机场中心区域的风速与周围五个风速计的测量值进行比较。当矢量差达到15节时，系统会向空中交通管制员闪烁显示风速和风向信息，管制员再将这些信息告知着陆或即将起飞的飞行员，由飞行员手动分析风切变对飞行操作的影响。
然而，这种简单的系统在实际应用中存在明显的局限性。由于传感器间距过大，它无法捕捉对飞机至关重要的小而强烈的风切变事件，如微下击暴流。而且，网格内的风的变化常常引发频繁误报，因为所有外围传感器都要与机场中心场传感器进行比较，只要稍有差异就可能触发警报，导致误报率居高不下。
1982年JAWS野外实验的研究表明，密集的风速计网络可以有效探测微下击暴流。基于这一发现，1983年，FAA要求NCAR开发增强版LLWAS，即LLWAS-NE。在1983-1988年期间，NCAR的科研人员全力以赴，开发并测试了LLWAS-NE系统。该系统具备了探测微下击暴流的能力，并能够根据与跑道对齐的逆风/顺风增益或损失以及事件位置确定其强度，在设计性能上与TDWR相同，即探测概率≥90%，误报率≤10% 。
1988年，LLWAS-NE在丹佛斯泰普尔顿机场进行运行演示，展示了其良好的性能。之后，它进一步发展成为第三阶段升级版的LLWAS，这一阶段的系统同时使用风速计和多普勒雷达来探测风切变，实现了多种探测手段的融合。1990-1991年，利用NCAR的S波段多普勒雷达，在丹佛对集成的LLWAS -NE和TDWR原型系统进行了测试。一项独立研究得出结论，该组合系统显著提高了警报覆盖范围和准确性，为保障航空安全提供了更可靠的支持。此后，第三阶段高级版本的LLWAS系统在40个有风切变风险的主要机场实施，其中9个主要机场采用了TDWR和LLWAS的组合解决方案，进一步提升了对微下击暴流的监测和预警能力。
飞行员培训
20世纪80年代，风切变事故频繁发生，给航空安全带来了巨大挑战，引起了各方的高度关注。美国国家运输安全委员会、美国联邦航空管理局（FAA）和美国国家航空航天局率先对这些事故的安全问题展开审查，商业航空公司也迫切希望找到有效的解决方案。在此背景下，NCAR和MIT等院校与航空业密切合作，深入研究微下击暴流对飞机性能的影响。
经过多方共同努力，政府与行业团队联合开发了一个全面的培训项目，最终形成了风切变培训辅助工具（FAA 1987b）。该工具旨在实现三个重要目标：一是让飞行员全面了解风切变的原理、特点和危害；二是教会飞行员如何从视觉上识别微下击暴流的迹象，例如观察地面尘土飞扬、雨滴飘落方向异常等；三是提高飞行员在无意中遭遇微下击暴流时成功实施规避操作的能力。
从飞行理论和实践角度来看，飞行员在应对微下击暴流时面临诸多困难。研究表明，飞行员很难从视觉线索中准确识别微下击暴流，因为微下击暴流的尺度较小，其影响范围和特征在视觉上并不总是明显。而且，一旦遭遇微下击暴流，飞行员有效应对风切变识别和飞行恢复所需的反应时间非常短，通常只有5- 15秒，这对飞行机组的协调配合能力提出了极高的要求。
在无意中进入微下击暴流后，飞行员必须迅速做出正确的决策，通过调整俯仰姿态来控制飞行路径，同时可能还需要降低空速，以确保飞行路径的稳定控制和保持安全高度。然而，在真实空速和高度之间进行权衡与传统飞行员训练的理念相悖。在传统训练中，飞行员习惯保持一定的空速以维持飞行姿态和升力，但在微下击暴流环境下，为了避免飞机失速和坠毁，有时需要牺牲空速来换取高度的稳定。这就需要花费大量精力向飞行员传授这些新的风切变规避操作，让他们理解并熟练掌握在微下击暴流情况下的特殊应对策略。
为支持这一教育工作，科研人员从风切变事件的数字飞行数据记录器中提取关键信息，创建了微下击暴流数据集，并将其应用于飞机模拟器中。通过在模拟器中模拟各种微下击暴流场景，飞行员能够在安全的环境下反复练习应对技巧，熟悉不同情况下的操作流程，提高应对实际突发状况的能力。然而，由于当时行业内可用的模拟器数量有限，这在一定程度上减缓了培训进程。
鉴于TDWR和LLWAS风切变探测系统在全国范围内全面投入使用还需要数年时间，为了尽快提升飞行员的应对能力，航空业尽快启动了风切变培训项目。国际航空安全基金会和国际航空运输协会在这一过程中发挥了重要作用，它们积极推动国际培训法规的制定和推广，促使风切变培训项目成为一个全球性的重要举措。该项目重点在于让飞行员从驾驶舱内就能识别微下击暴流，提前做好规避准备，以及在飞机意外遭遇微下击暴流时能够迅速、准确地实施规避操作。通过这一培训项目的实施，在自动风切变探测系统全面部署之前，就有效减少了微下击暴流事故的发生，为航空安全提供了重要的人力保障。
从研究到应用的最佳实践
应对风切变对航空运行的影响是一个复杂的跨学科挑战，涉及大气科学、电子技术、航空工程、交通运输管理等多个领域，对社会产生了深远影响。将科学知识转化为实际应用的过程面临诸多困难，包括研究界缺乏技术转移知识和经验，使得科研成果难以快速有效地应用到实际中；业务运行与学术界之间存在参与障碍，双方缺乏有效的沟通和理解，导致研究成果与实际需求脱节；不同学科使用的技术术语和行话不同，增加了信息交流的难度；参与者的动机各不相同，研究人员注重学术成果，企业追求经济效益，政府部门则关注公共安全，如何协调各方利益成为一大难题。
然而，风切变项目成功克服了这些困难，取得了显著成效。该项目的成功得益于多方面因素：首先，有科学素养、有愿景、强有力的领导是项目推进的关键，能够协调各方资源，确保项目目标的明确和执行的高效；其次，所有参与者都对提高航空安全表现出坚定的承诺，他们积极投入到项目中，为实现共同目标而努力；再者，从项目一开始就深度吸引利益相关者参与，包括航空公司、飞行员、科研机构、政府部门等，充分听取各方意见，使项目方案更符合实际需求；同时，项目充分认可各个学科在解决问题中的关键作用，促进了跨学科的合作与交流；采用快速原型制作和渐进式系统开发方法，能够快速迭代优化系统，及时适应实际需求的变化；持续且透明地进行系统性能验证，确保系统的可靠性和有效性；开展大量的教育、培训和宣传工作，提高了各方对风切变的认识和应对能力。这种模式与如今的融合研究理念相契合，为解决复杂的科学技术问题提供了宝贵的经验。
LLWAS/TDWR用户小组的成立在项目中起到了至关重要的作用。该小组成员来自多个领域，包括气象科学家、软件和航空工程师、项目经理、飞行员、行业协会代表、飞机制造商、FAA空中交通和飞行标准代表以及NTSB人员等。他们的职责是确定机场终端区域飞行员和管制员对危险天气信息的需求，重点关注可通过改进的LLWAS和/或自动TDWR满足的需求；为TDWR和LLWAS产品及显示的开发提供专业指导，确保系统功能符合实际使用要求；制定准确及时传播信息的程序和术语，保证信息传递的准确性和高效性。在1986年6月至1991年11月期间，该小组多次召开会议，深入讨论并明确了风切变警报信息、更新频率、性能要求、术语以及整体运行概念，为项目的顺利推进奠定了坚实的基础。
持续评估风切变探测系统预警服务的有效性也是项目的重要环节。由沃尔普国家运输系统中心领导的多项研究从飞行员和空中交通管制员的角度，对预警策略、信息传递、探测准确性以及决策影响进行了全面评估。为使系统有效，它必须提供能让飞行员在起飞和着陆操作中迅速做出决策以避免进入微下击暴流的信息，同时又不干扰空中交通管制员的主要职责。这些运行影响研究的结果被用于完善系统的预警策略和阈值，形成了从运行到研究的良好反馈循环，不断优化系统性能，提高预警的准确性和及时性。
在开发风切变探测系统的同时开发风切变培训辅助工具也是项目的一项重要最佳实践。在自动风切变探测系统全面部署之前，风切变培训辅助工具通过提高飞行员对微下击暴流现象的理解和应对能力，挽救了许多生命，为航空安全提供了重要的过渡保障。
对未来的思考
尽管在过去的几十年中，应对微下击暴流对航空威胁的工作取得了显著成果，但我们不能因此而掉以轻心。微下击暴流和风切变仍然是雷暴天气中的常见特征，它们的存在持续对航空安全构成严重威胁。随着全球航空运输量的不断增长，保障飞行安全的任务更加艰巨，对微下击暴流的研究和应对措施的持续改进显得尤为重要。
从航空气象学的发展趋势来看，随着科技的不断进步，天气雷暴的空间和时间分辨率不断提高。这为我们更深入地研究微下击暴流提供了新的契机。未来，这些高精度的天气雷暴中小尺度模型可用于创建更加真实、详细的微下击暴流模型数据集，为飞机模拟器提供更丰富的模拟场景。通过在模拟器中对下一代飞机进行全面测试，可以更准确地量化其在微下击暴流环境下的易受影响程度，从而为飞机设计和改进提供更有针对性的建议，提高飞机的抗风切变能力。
同时，对新一代飞行员和空中交通管制员的培训也至关重要。他们需要接受更加系统、全面的教育和培训，深入了解微下击暴流的形成机制、危害特点以及应对策略。只有这样，当面对复杂多变的微下击暴流情况时，飞行员才能迅速做出准确的判断和正确的操作，空中交通管制员才能合理指挥交通，最大程度减少微下击暴流对飞行安全的影响。
此外，行业和管理部门须继续将飞机易受风切变影响的问题列为航空安全的重中之重。加大对相关研究和技术开发的投入，推动下一代风切变探测系统的设计、开发、测试和部署。新一代的探测系统应具备更高的准确性、更广泛的覆盖范围和更快的响应速度，能够更及时、精准地探测微下击暴流，为飞行员提供更充足的预警时间，进一步提升飞行安全性。
下一代雷达技术的研究
长期以来，业务TDWR一直是美国主要机场实时微下击暴流决策支持的重要支柱，为保障航空安全发挥了关键作用。然而，随着科技的不断发展，寻求更先进的雷达技术替代TDWR成为了研究的重要方向。自2000年以来，已经有多项关于下一代雷达选择的研究，其中相控阵雷达（PAR）和激光雷达的应用受到了广泛关注。
相控阵雷达（PAR）具有一些独特的优势，例如其波束指向可以快速灵活地改变，能够实现对不同区域的快速扫描。但目前用PAR替代TDWR的效益尚不明确，主要存在两个方面的问题。一方面，典型的气象监测PAR设计的波束宽度比TDWR更宽，旁瓣也更高。这使得在严重的地物杂波环境中，PAR探测地面微下击暴流流出的难度可能比TDWR更大。地物杂波会对雷达信号产生强烈的反射和干扰，较宽的波束宽度和较高的旁瓣会增加杂波的影响，降低雷达对微下击暴流信号的识别能力。另一方面，虽然PAR在跟踪下降风暴核心方面可能会表现得更好，这是微下击暴流预测算法的一个重要输入，但在风暴产生地面流出之前，可靠的微下击暴流预测的主要障碍一直是难以准确估计下降风暴核心下方的温度和湿度剖面。目前的技术手段在这方面还存在较大的局限性，即使PAR在其他方面具有优势，也难以完全弥补这一关键短板。
微下击暴流雷达观测，图像来源于NWS
激光雷达在微下击暴流探测方面也具有出了一定的潜力。自2005年以来，在拉斯维加斯对激光雷达进行了测试，其目的是提高在极具挑战性的杂波环境中对低反射率“干”微下击暴流流出的探测能力。测试结果表明，该激光雷达在探测“干”微下击暴流方面确实具有更好的性能，能够有效识别传统雷达难以探测到的微下击暴流。然而，FAA尚未投入大量资金将激光雷达作为其委托系统。这主要是因为将激光雷达纳入正式的航空安全监测体系需要进行大量的评估和验证工作，包括其长期稳定性、与现有系统的兼容性以及成本效益等方面的考量。
后记
科学改变世界，思想铸就未来。
已故的藤田哲也教授通过发现微下击暴流及其对飞机性能的影响，为后续的研究和开发奠定了坚实的基础，他的开创性工作为整个项目指明了方向。藤田哲也作为下击暴流研究的先驱者，他的贡献不仅在于发现和证实了这一气象现象，更在于引发了航空领域对这一事件的关注和变革。他的科研精神、研究方法以及取得的成果，都将在航空和气象科学发展的长河中留下浓墨重彩的一笔，激励着后来者不断攀登科学高峰，为保障人类生命财产安全、推动气象科学进步而不懈努力。
罗恩·泰勒博士和当时NCAR的主任比尔·赫斯博士在早期坚定支持这项研究，他们的远见卓识和果断决策为项目的启动和初期发展提供了重要的支持和保障。
FAA的唐·特恩布尔领导了TDWR项目，他的卓越领导能力和专业素养推动了TDWR系统的研发和部署进程。罗兰·鲍尔斯和大卫·欣顿领导了NASA机载风切变预警系统的开发项目，为提高机载预警能力做出了重要贡献。
美国联邦航空管理局（FAA）对开发和实施运行探测与预警系统的持续投入，FAA在项目推进过程中发挥了关键的主导作用，确保了研究成果能够顺利转化为实际应用，为航空安全提供了有力保障。
数百名科学家、工程师、技术人员、行业高管、安全组织代表、飞行员和飞行员组织都为此付出了辛勤努力，做出了重要贡献。他们在各自的岗位上发挥专业优势，共同推动了科学技术和航空安全的发展。
参考文献
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