0航空氣象-前言

航空氣象學李杰1航空氣象與飛行安全的重要性據(jù)統(tǒng)計，1970年至1989年間，全球在不利于飛行的氣象條件下造成的飛行事故占總飛行事故的30%,僅次于“人為差錯”及“飛機故障”原因，1988--1992年全球飛行事故中29起與天氣有關;在機毀人亡的事故中，33%與天氣有關，1995年全球航空運輸發(fā)生死亡事故57起，死亡1215人，氣象原因占17起。1959年以來，全球僅噴氣式運輸機由于雷雨、積冰、顛簸、低空風切變等惡劣天氣所導致的飛行事故共有23起，中國民航近50年來，由于不利的氣象條件引發(fā)的二等和重大以上飛行事故共有40起，占二等和重大以上飛行事故總數(shù)的31.9%。年份1991199219931994199519961997199819992000近十年平均數(shù)死亡事故（起）4445484756575148483748死亡人數(shù)（人）10901422110913851213184013061244730112612461991-2000年世界航空死亡事故和死亡人數(shù)一覽表2事故原因相關事故數(shù)（次）所占百分數(shù)%相關死亡人數(shù)（人）所占百分數(shù)%機組人員失誤376582468撞地213752343氣象173028724飛機失控81441934發(fā)動機故障916907結構系統(tǒng)故障61115213操作錯誤611181.5維修11.710.08空中起火11.7151.2空中交通管制失誤11.720.16總災難性事故數(shù)（次）57總死亡人數(shù)（人）12151995年世界各種航班飛機災難性事故相關原因統(tǒng)計3危險13分鐘飛機起飛后的6分鐘和著陸前的7分鐘內(nèi)，最容易發(fā)生意外事故－危險的13分鐘在我國曾經(jīng)發(fā)生的空難中，有85％的事故發(fā)生在這13分鐘內(nèi)。在“危險13分鐘”發(fā)生的部分空難

▲1995年美國一架波音757飛機在降落時撞山墜毀?！?996年美國一架波音747起飛后爆炸墜毀?！?997年韓國一架波音747飛機在美國關島降落時墜毀?！?998年我國臺灣一架空中客車在臺北降落時墜毀。▲2002年國航波音767飛機也是在韓國釜山降落時撞山墜毀。▲2004年5月18日，阿塞拜疆貨機在烏魯木齊飛離機場2分鐘后墜毀，7名機組人員全部遇難。4“氣象”、“天氣”、“氣候”區(qū)別“氣象”，用通俗的話來說，它是指發(fā)生在天空中的風、云、雨、雪、霜、露、虹、暈、閃電、打雷等一切大氣的物理現(xiàn)象；“天氣”，是指影響人類活動瞬間氣象特點的綜合狀況。例如，我們可以說：“今天天氣很好，風和日麗，晴空萬里；昨天天氣很差，風雨交加”等等；“氣候”，是指整個地球或其中某一個地區(qū)一年或一段時期的氣象狀況的多年特點。例如，昆明四季如春；長江流域的大部分地區(qū)，春、秋溫和，盛夏炎熱，冬季寒冷，我們就稱這里是“四季分明的溫帶氣候”；每年的7月下旬和8月上旬是北京的雨季等。5氣象學定義及研究內(nèi)容就是研究大氣里的物理現(xiàn)象和物理過程的科學。主要研究內(nèi)容：大氣的組成、范圍、結構、密度等；導致大氣現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的能量來源以及轉化；大氣現(xiàn)象發(fā)生的原因和變化規(guī)律；大氣探測的工具和手段；利用認識的大氣規(guī)律來預報天氣，為國民經(jīng)濟各部門服務；6其它大氣科學分支學科大氣科學氣候學、物候學、古氣候學、年輪氣候學、大氣化學、動力氣象學、大氣物理學：大氣邊界層物理、云和降水物理學、云和降水微物理學、云動力學、雷達氣象學、無線電氣象學、大氣輻射學、大氣光學、大氣電學、平流層大氣物理學、大氣聲學、衛(wèi)星氣象學

天氣學：熱帶氣象學、極地氣象學、應用氣象學：生物氣象學、農(nóng)業(yè)氣象學、森林氣象學、醫(yī)療氣象學、水文氣象學、建筑氣象學、航海氣象學、航空氣象學、軍事氣象學、空氣污染氣象學7航空氣象學發(fā)展簡史1.

20世紀初，航空活動興起之后，航空氣象學開始萌芽。1903年12月17日，美國萊特兄弟

(OrvilleWright&WilburWright)在做人類首次飛行時，先用葉輪式風速表觀測了地面風速，這是第一次航空氣象觀測。1903年12月17日，于美國北卡羅來納州的吉蒂霍克地方，在五位見證者面前，成功的實現(xiàn)人類首次的動力飛行，當日前后共試飛了四次第一次是由OrvilleWright駕駛，飛行了120呎；稍后由兄弟倆輪流駕駛，其中最遠的一次由WilburWright操控，在空中滯留了59秒，飛行了852呎該機于1948年由英國倫敦科學館運往美國，如今被永久地保存在美國華盛頓DC國家航空博物館81903年12月17日，約翰·T·丹尼爾拍下了奧利弗首次動力飛行成功的瞬間91915年，美國氣象局的一名官員乘坐軍用飛機，在圣迭戈附近觀測了山區(qū)的氣流，因為當時人們認為飛機在鉛直氣流中的突然升降是跌入了“空氣的洞穴”。早期的航空氣象學主要著眼于地面風和對流層下部的氣流對飛行的影響。當時的航線天氣預報只包括：雷暴、總云量、地面風、高空風和能見度。20世紀20年代末，出現(xiàn)了無線電探空儀，人們開始能獲取空中的溫度和氣壓的資料，這對航空氣象學的研究和發(fā)展有重要的促進作用。隨著飛行高度的擴展，云、霧、雷暴、積冰、大氣端流、大氣能見度以及它們的預報方法，都成為航空氣象學研究的內(nèi)容。102.第二次世界大戰(zhàn)后，開始用雷達探測強對流天氣，這對保障飛行的安全有重大的作用。50年代以后出現(xiàn)了噴氣式飛機，其巡航高度一般可到9～12公里，超音速運輸機的巡航高度可達20公里左右，飛機逐漸大型化，起飛著陸區(qū)和高空航線上氣象條件的探測和預報成為重要的航空氣象問題。隨著氣象儀器的更加完善，激光技術、氣象衛(wèi)星和電子計算機的使用，航空氣象學的發(fā)展進入了一個新階段。11航空氣象服務發(fā)展

航空氣象服務始于20世紀20年代。1919年9月，國際氣象組織在巴黎召開的第四屆理事會上，決定建立航空氣象學應用委員會，1935年在華沙召開的第七屆理事會上決定把它改名為國際航空氣象學委員會，1951年3月，世界氣象組織又將國際航空氣象學委員會改名為航空氣象學委員會。隨著飛機性能的提高，空中交通量的增大以及微電子技術的發(fā)展，航空氣象服務的內(nèi)容、方式和方法由早期的人工操作進入了當前自動化服務階段。

12航空氣象學基本內(nèi)容

現(xiàn)代的航空氣象學包括航空氣象學原理、航空氣象探測、航空天氣預報、航空氣候和航空氣象服務自動化等。

對航空影響較大的氣象問題有：云、霧、降水、煙、霾，風沙和浮塵等現(xiàn)象，都可使能見度降低，當機場的水平和傾斜的能見度降低到臨界值以下而造成視程障礙時，飛機的起飛和著陸就會發(fā)生困難。當水平能見度小于1500米時，在具有儀表著陸設施的機場，要觀測跑道視距離。在具有儀表著陸系統(tǒng)的機場上，飛機雖然可以在低能見度下著陸，但目前世界上較大的機場，當跑道視距小于400米，判斷高度低于30米時，飛機就難以著陸。觀測斜視能見度，尚缺少有效的儀器，只能根據(jù)水平能見度來推斷。13能見度及其對飛行安全的影響

對航空影響較大的氣象問題有：云、霧、降水、煙、霾，風沙和浮塵等現(xiàn)象，都可使能見度降低，當機場的水平和傾斜的能見度降低到臨界值以下而造成視程障礙時，飛機的起飛和著陸就會發(fā)生困難。當水平能見度小于1500米時，在具有儀表著陸設施的機場，要觀測跑道視距離。在具有儀表著陸系統(tǒng)的機場上，飛機雖然可以在低能見度下著陸，但目前世界上較大的機場，當跑道視距小于400米，判斷高度低于30米時，飛機就難以著陸。14能見度15其他氣象要素及其對飛行的影響

風

飛機起飛著陸、選擇飛行高度、空中領航以及計算飛機活動半徑和燃油消耗等.云著陸、

顛簸、積冰、產(chǎn)生錯覺。降水

起飛著陸、

能見度、跑道的性能、飛機性能16風場17云底高度18雨量19氣壓20高空觀測212223香港大帽山和大老山兩臺雷達的合成雷達圖像。圖中清楚可見在2001年7月25日早上臺風玉兔的風眼在香港西南偏南約200公里。24攝于一九九六年九月二十八日協(xié)調(diào)世界時5時34分的衛(wèi)星圖片。圖示位于北太平洋西部，臺灣以東臺風贊寧(Zane)，以及在更東位置的臺風雅芝(Yates)25香港天文臺新推出全彩色的中層重要天氣圖26

觀測斜視能見度，尚缺少有效的儀器，只能根據(jù)水平能見度來推斷。大氣湍流可以使飛機在飛行的產(chǎn)生瞬間的或長時間的顛簸，當湍流尺度和飛機的尺度相當時，顛簸是劇烈。飛機對湍流的響應同飛行速度、飛行姿態(tài)和翼載荷等有關。強烈的湍流可使飛機失去控制，甚至因過載造成機身結構的變形或斷裂。對飛行影響較大的是晴空湍流、低空風切變和地形波等。

27主要危險天氣及其對飛行的影響顛簸大氣湍流可以使飛機在飛行的產(chǎn)生瞬間的或長時間的顛簸，當湍流尺度和飛機的尺度相當時，顛簸是劇烈。飛機對湍流的響應同飛行速度、飛行姿態(tài)和翼載荷等有關。強烈的湍流可使飛機失去控制，甚至因過載造成機身結構的變形或斷裂。對飛行影響較大的是晴空湍流、低空風切變和地形波。（飛機結構、飛機操縱、儀表指示）

晴空湍流是一種小尺度的大氣湍流現(xiàn)象，多出現(xiàn)在5000米以上的高空。經(jīng)常發(fā)生在急流區(qū)最大風速中心附近風速切變最大的地方，其鉛直厚度只有幾百米到千余米。晴空湍流能造成持續(xù)性的飛機顛簸，由于它不伴有可見的天氣現(xiàn)象，飛行員難以事先發(fā)現(xiàn)。對飛行的影響較大。晴空湍流的物理機制，還不十分明了，還沒有實用的預報方法。曾有人研究用紅外線或激光探測航線前方的晴空湍流的機載儀器，但尚處于試驗階段。28低空風切變低空風切變是發(fā)生在高度幾百米以下的風切變。由于它影響飛機的空速，改變了升力，而使飛行高度突然發(fā)生變化，往往使已降低高度和正在減速著陸的大型飛機發(fā)生嚴重的飛行事故。雷暴、低空急流和鋒面活動是形成低層風切變的主要天氣條件。29積冰

飛機積冰是指飛機機身表面某些部位聚集冰層的現(xiàn)象。它主要由云中過冷水滴或降水中的過冷水滴碰到飛機機體后凍結而成，也可由水汽直接在機體表面凝華而成。飛機積冰常發(fā)生在機尾和機翼的前緣、發(fā)動機及其進氣口、螺旋槳、天線、雷達罩、空速管和風擋上。

機翼上蒙上一層霜一樣的冰

發(fā)動機積冰

30地形波地形波是氣流經(jīng)過山區(qū)時受地形影響而形成的波狀的鉛直運動。氣流較強時鉛直運動也比較強烈。

地形波中的鉛直氣流可使飛機的飛行高度突然下降，嚴重的可造成撞山事故；地形波中強烈的湍流，可造成飛機顛簸；在地形波中鉛直加速度較大的地方，可使飛機的氣壓高度表的指示產(chǎn)生誤差。在日常預報業(yè)務中還不能對地形波做出定量的預報。31雷暴、氣溫變化雷暴是一種發(fā)展旺盛的強對流性天氣。云中氣流的強烈鉛直運動，可使飛機失去控制；云中的過冷水滴，可造成嚴重的飛機結冰；冰雹可打壞飛機；閃電對無線電羅盤和通信設備，造成干擾和破壞；雷擊能損傷飛機的蒙皮。高空風和氣溫的時間、空間分布變化較大，在高速飛行的情況下，氣溫的變化引起空氣壓縮性的改變，影響飛機的空氣動力特性。在制作長途航線飛行計劃時，為了縮短飛行時間和節(jié)約燃油，必須根據(jù)高空風和實際大氣溫度的觀測資料和預報選擇最佳航線、最佳的飛行高度和飛行速度。

地面風向風速特別是大風和風的陣性變化，對飛機的起飛著陸有著嚴重的影響。32雷暴的能量很大，千分之幾到十分之幾秒的雷電放出的電能，可達到數(shù)十億到上千億瓦特，溫度為1萬～2萬℃。平均雷暴，能量數(shù)額約10,000,000千瓦小時(3.6×1013焦耳)，與20千噸核彈頭是等效的。3.6×101333龍卷、颶風（臺風、風暴熱帶）有資料顯示，中國大陸平均每年因臺風及其伴隨的狂風暴雨和風暴潮造成災害的經(jīng)濟損失約246億，死亡人數(shù)高達570人。其中，1975年8月的3號臺風長途奔襲至河南，造成數(shù)以萬計的人喪生，慘絕人寰。1994年8月在浙江瑞安登陸的17號臺風，也至少造成1000多人死亡。34展望飛機性能的進一步提高，自動飛行技術的逐步實用化，出現(xiàn)了“全天候”飛行問題。飛行活動和氣象條件之間正在從氣象條件決定能否飛行，變?yōu)樵趶碗s氣象條件下如何飛行。全天候飛行系統(tǒng)仍然需要按照實際大氣條件來調(diào)整系統(tǒng)的工作狀態(tài)，在起飛和著陸時對氣象數(shù)據(jù)的要求更高了。在未來的航空活動中，除了低能見度，斜視能見度、大氣湍流、雷暴、高空氣象條件的探測和預報仍需逐步解決之外，形成強烈擾動和危害飛行的中，小尺度天氣系統(tǒng)的預報