航空气象
中国民航气象服务的目标：通过提供及时、准确的气象情报和服务，以实现减少、直至避免因复杂天气造成的飞行事故，为飞行安全、正常和效率做贡献。 气象理论: 我们将包围地球的那一层空气看成一个整体，并把它叫做大气层，简称大气。如果把地球比做一个苹果，那么，大气层的厚度就相当于苹果的一层皮。飞机是在大气的海洋里航行的飞行器。飞机的空气动力、发动机工作的好坏都与了气密切相关，飞机上人员的生活也取决于大气条件。因此，我们有必要了解大气的组成. 包围在地球外部的大气主要有三种成分：由多种气体混合而成的纯干空气、水蒸气以尘埃颗粒。纯干空气含有78％的氮气和21％的氧气，余下的l％由其他各种气体组成，。水蒸气在气象中扮演了一个重要的角色，大气中水蒸气的比例决定一云的形成及其规模。它在大气中的比例随地点和时间的变化而变化，例如：在非常温暖潮}的热带地区，大气中水蒸气的含量就比寒冷干燥的极地地区空气中的水蒸气含量高的多。：气中的尘埃是数量巨大的悬浮颗粒，大部分来自地球表面，如：沙漠、海水中的盐粒、花糊烟尘、汽车尾气等。 大气好似空气的海洋。它的底界明显，就是地面，而顶界则是模糊的。因为除大气：外，还有极其稀薄的星际气体。大气的密度随高度增加而减小，最后就和星际气体连接 来，因此，这两者间并不存在一个明显的界面。如果以空气密度接近于星际气体密度的估计大气的顶界，这一高度为2 000～3 000 km。以气温变化为基准，可将大气分为对流层、平流层、中间层、电离层和散逸层五层。对流层。对流层是大气中最低的一层。它的底界是地面，而顶界则随纬度、季节而变化。在赤道地区，对流层的厚度约为l6 km，而极地地区则减小到8 km，在中纬度地区平均为ll km。这是大部分飞行活动的范围，也是地球各种天气现象如云、雨、雾、雪发生的区域，含有大量的水蒸气及其他微粒。气温随高度的增加而降低，平均每升高1000 m降低6．50C。气温、气压的变化造成空气在垂直方向和水平方向的强烈对流。现代 大型民用运输机的巡航高度一般在11 km左右。 平流层。平流层位于对流层之上，顶界离地约50 km。在平流层的下半部气温几乎不变，平均在--56．5。c左右。上半部分的气温又开始增加直到o。c附近，这是因为臭氧吸收太阳紫外线而引起的升温作用。在这层大气中，天空清晰湛蓝，几乎不存在水蒸气，没有云、雨、雾、雪等天气情况，只有水平方向的风，没有空气的上下对流。平流层的底部是民用运输机比较理想的飞行空间。对流层与平流层的交界，常称为对流层顶 在平流层之上，还有中间层、电离层(暖层)以及散逸层。它们均是按照温度的变化来划分的，由于它们的高度均超出了民用飞机的正常飞行极限，因此，这些层对于民用航空活来说，就显得不重要了。 大气的特性 1)空气密度空气密度是指单位体积内的空气质量。空气和其他物质一样，是由分子所组成。 2)空气压力 空气压力即气压是指空气的压强，即物体单位面积上所承受的空气的垂直作用力。从数量上来说，在静止的大气中，大气压力就是物体单位面积上所承受的大气柱的重量。显然，这个重量是非常大的，在海平面，人体上的压强可以达到约20吨的压力,人体之所以没被压垮是因为人体内部也存在着同样的压力，实际上，如果这个压力被突然释放的话，人体将会爆炸。因此在高空飞行时，必须使用氧气设备或增压座舱，以使气压和氧气维持在一个正常的范围。 3)空气温度 空气温度是指空气的冷热程度。空气温度的高低，实质上表明了空气分子做不规则运动乎均速度大小。 4)空气湿度 湿度是指空气的潮湿程度，气象学中经常使用相对湿度的概念。露点温度对飞行来说非常重要，因为它表示了空气中水分的临界状态。当气温降至其露点温度时，大气中的水分开始凝结，变成看得见的雾、云、降水等天气现象。所以航空气象预报中通常同时给出大气的温度值和露点温度值。一个通常的错误观念是水蒸气比同等体积的干空气重。实际上，水蒸气只是同等体积的干空气重量的62％。因此，温度和露点温度越接近，空气的湿度越大，空气的密度就越小。 5)空气的粘性 河中间的水流得快，河岸边的水流得慢，是因为水具有粘性，同河岸之间发生摩擦的结果。空气和水一样，也有粘性。空气的粘性与水相比要小得多，因此我们不易察觉。空气层间接触面积越大，交换的分子数就越多，粘性力就越大。 6)空气的可压缩性 任何气体都是可压缩的。空气的压缩性是指一定量的空气当压力或温度改变时，其密度口体积发生变化的特性。 国际标准大气 为了提供大气压力和温度的通用参照标准，国际标准化组织规定了国际标准大气(ISA)，作为某些飞行仪表和飞机大部分性能数据的参照基础。全静压系统用来测量气流的全压和静压，并将全压和静压送往相关仪表。静压送往高度表、空速表和升降速度表，全压只送往空速表。 全压由全压管提供，全压管一般位于机翼前缘或飞机机头前部，管上开口正对相对气流，从而使气流能在不受任何飞机构件影响的情况下进入全压管。由于全压管开El正对前方，飞机速度增加时，压力也会随之增大。 静压经静压孔进入全静压系统，静压孔安装于气流相对未受扰动处，多平齐安装在机侧面上，也可和全压管组合在一起安装。 现代大型民航飞机一般都在对流层或平流层内飞行。在这两层大气中，季节、时间、地理位置、高度的不同而变化。大气状态的变化，会使飞机上产生的动力发生变化，从而使飞机的飞行性能也随之变化。因此，同一架飞机在不同的地点做试验，所得出的飞行性能就会有所不同；即使同一架飞机，在同一地点、同一高度试飞：季节或时间不同，所得出的飞行性能也会有所不同；为了便于计算、整理和比较飞行试据并给出标准的飞机性能数据，就必须以不变的大气状态作为基准。为此，制订了国际大气。就是人为地规定一变的大气环境，包括大气温度、密度、气压等随高度变化的关系，得出统一的数据，作，计算和试验飞机的统一标准。国际标准大气由国际民航组织制订，它是以北半球中纬度地区(北纬350～600)大气物理特性的平堪为依据，加以适当修订而建立的。 影响飞行天气 要安全地进行飞行，就必须了解这些危及飞行安全的恶劣天气危害。 雷暴: 雷暴是由强烈发展的积雨云产生的，形成强烈积雨云需要有深厚而明显的不稳定气层， 构成雷暴云的每一个积雨云称为雷暴单体。雷暴单体是一个对流单元，它是构成雷暴云积云阶段、积雨云介段和消散阶段 ·积云阶段 积云阶段又称发展阶段，即从形成淡积云到发展成浓积云的阶段。这个介段的特征是：云内都是上升气流，并随着高度的增加而增强。最大上升气流在云的中、上部。云的下郑四周有空气辐合进入云中，因为大量水汽在云中凝结并释放潜热，所以云中温度高于同高蔓上四周空气的温度。这个阶段云滴大多由水滴构成，但一般没有降水和闪电。 ．积雨云阶段 积雨云阶段是雷暴的成熟阶段。雷暴进入成熟阶段是以强烈的阵风以及它后面紧跟着的隆水为标志的。成熟阶段是雷暴单体发展最强盛的阶段(图6—12(b))。其主要特征是：云中除上升气流外，局部出现有系统的下降气流。上升气流区温度比周围高，下降气流区温度比周匿l低，降水产生并发展。强烈的湍流、积冰、闪电、阵雨和大风等危险天气主要出现在这一阶段。同时，在云的上部，0。C等温线以上，云还在继续发展，假如云顶足够高，能达到对流层顶，它将像“铁砧”一样向外扩张。从云砧可以判断高空风的走向。 ·消散阶段 出现的下降气流在雷暴云下面形成低空外流，从底部切断了上升空气；字气的来源，当降水增强时上升气流逐渐减弱，从而削弱了云的垂直发展。下降气流i中，雷暴单体就进入消散阶段(图6—12(c))。这时云中等温线向下凹，云体向水平：展，强降水和云向水平方向发展的综合作用，使云体趋于瓦解和消散，最后只剩下击；的云砧或转变为其他性质的云体，如伪卷云、积云性高积云、积云性层积云等。 雷暴的种类 ·热雷暴由热力对流产生的雷暴称热雷暴。 夏季的晚上，热雷暴也可能在高空出现。因为条件性不稳定的潮湿空气层上部冷去大气变得不稳定而产生雷暴云。这种雷暴云的特征是有高大的圆形云顶。在这种雷暴芝飞行是可以的。又因为它很高，所以从它的下面飞过通常比较安全，热雷暴也可能出现在沿海地区，当冷的潮湿空气移动到暖海面上时而形成。 由于热力对流往往不够强盛，因而热雷暴表现出范围小、孤立分散、各个雷暴云帕窒塑显间隙的特征。热雷暴也表现出明显的日变化特点。这种日变化，表现在大陆上夷 孽暴多出现在午后至傍晚，入夜以后热雷暴就逐渐消散了。而在海洋或湖泊上空，热霍出现在夜间或黎明，白天减弱和消散。 ·地形雷暴 地形雷暴是暖湿不稳定空气在山脉迎风坡被强迫抬升而形成的雷暴。 典型的地形雷暴常很快形成，雷暴云沿山脉走向成行出现而不大移动，且面积较大，云中气流剧烈，降水强度大，有时还会降冰雹；云底高度较低，常能遮住整个山头，悬崖和峭壁可能被掩盖起来。所以山区飞行一般不宜从云下通过雷暴区。 ．锋面雷暴.在各类雷暴中，锋面雷暴出现的次数最多。据统计，在石家庄地区，锋面雷暴占总雷暴次数的80％以上；在上海地区，6～8月有60％～70％的雷暴形成在锋面附近。锋面雷暴可出现在任何锋面中，不同的锋面中雷暴的表现也不同，暖锋雷暴和静止锋雷暴常隐藏在深厚的层状云系中；冷锋中积雨云通常能够看见，其特点是强度大，许多个雷暴云沿锋线排列成行，组成一条宽几千米至几十千米、长几百千米的狭长雷暴带。 ·飑线风暴,飑线风暴简称飑线。它是由排列成带状的多个雷暴或积雨云群组成的强对流天气带。飑线一般宽度为一到几千米，长度为l50～300 km，垂直范围一般也只达到3 km高度，维持时间约4～18 h。沿着飑线会出现雷电、暴雨、大风、冰雹和龙卷等恶劣天气，是一种线状的中尺度对流性天气系统。图6-13是飑线的立体示意图，图中沿飑线有许多排列成带状的雷暴云。这些雷暴云，有的是一般雷暴，有的是多单体雷暴。飑线的活动常常由几个大而强的雷暴所支配。 雷暴对飞行的影响 (1)颠簸在雷暴云的整个发展过程中，始终存在着强烈的垂直气流，特别是在成熟阶段，既有强烈的上升气流，又有很强的下降气流。这种升降气流靠得很近，并往往带有很强的阵性，忽大忽小，分布也不均匀，有很强的风切变，因此湍流特别强，在几秒钟内飞行高度常可变化几十米至几百米。在雷暴云的周围一段距离内，有时也有较强的湍流。 (2)积冰在雷暴云发展阶段的浓积云中，由于云体已伸至0。C层高度以上，云中水滴呈过冷状态，含水量和水滴直径又较大，所以在其上部飞行常常发生较强的积冰。在雷暴云。 (3)从云下通过如果雷暴不强、云底较高、降水较弱、云下能见度较好，且地势平坦，飞行员有丰富的低空飞行经验，也可从云下通过。一般应取距云底和地面都较为安全的高度。应该指出的是，应尽量不在雷暴云的下方飞行，因为云与地面之间的雷击次数最为频繁，还有可能被强烈上升气流卷入云中和遭遇到下击暴流而失去控制。无论采用什么方法，都应避免进入雷暴云中，尽力保持目视飞行。如果发现已误人雷暴云，应沉着冷静，柔和操纵飞机，保持适当速度和平飞状态，根据具体情况采取措施，迅速脱离雷暴云。 飞机颠簸 飞机颠簸对飞行安全有重大影响，它是由空气中的乱流造成的。为了避免出现飞机颠簸 和尽量减小湍流的影响，飞行人员应具备足够的颠簸知识。 1．大气乱流的种类 ·热力乱流 由空气热力原因形成的乱流称热力乱流。热力乱流主要是由气温的水平分布不均匀而引起的，常常出现在对流层的低层，当有较强的热力对流发展时，也可能扩展到高空。 ·动力乱流 空气流过粗糙不平的地表面或障碍物时出现的乱流，或由风切变引起的乱流，都称动力乱流。其影响范围多在1～2 km高度以下。 ·晴空乱流 晴空乱流是指出现在6 000 m以上高空，与对流云无关的乱流。由于它不伴有可见的天气现象，飞行员难于事先发现，对飞行威胁很大。晴空乱流中有时也会出现一些卷云。 晴空乱流的成因与强风切变有密切关系，在高空急流附近常有强风切变，故常有晴空乱流出现。当然强风切变也可以出现在其他特定区域(如锋区和低涡区)，根据计算和飞机报告，当水平风的垂直切变每l00m达到l～2m／s，水平切变每l00km达到5～6m／s时，常有晴空乱流发生。 ·尾涡乱流 尾涡是指飞机飞行时产生的一对绕翼尖旋转的方向相反的闭合涡旋(图6—15)，它的产生是因为上、下翼面之间的压力差，它们在飞机后面一个狭长的尾流区造成极强的乱流，这就是尾涡乱流。 2．颠簸强度的划分 在飞行中根据飞行员感觉和目测的飞行状态的异常程度，一般把颠簸强度分为三个等级， 3．颠簸时的处置 (1)柔和操作，保持平飞颠簸不强，一般可以不修正，颠簸较强需要修正时，切忌动过猛，以免造成飞行状态更加不稳或使飞机失速。低空飞行时，应特别注意保持安全高度。 (2)采用适当的飞行速度因为颠簸产生的载荷因素变量，除与乱流强度有关外，还与行速度有关，一般速度越大颠簸越强。所以应根据该机型的驾驶手册规定的适当速度飞行。 (3)飞行速度和高度选定之后不必严格保持仪表指针摆动，往往是颠簸的结果，不一表示飞行速度和高度的真实变化，过多地干涉这些变化，只会引起载荷发生更大变化，只速度变化很大时，才需改变油门的位置。 (4)适当改变高度和航线，脱离颠簸区颠簸层厚度一般不超过1 000 m，强颠簸层厚只有几百米。颠簸区水平尺度多在100 km以下，所以飞行中出现颠簸可改变高度几百米暂时偏离航线几十千米，就可以脱离颠簸区。在低空发生强颠簸时，应向上脱离，在高空生颠簸时，应根据飞机性能以及飞机与急流轴相对位置确定脱离方向。误人积雨云、浓积中发生颠簸，应迅速脱离云体到云外飞行。 飞机积冰 飞机积冰是指飞机机身表面某些部位聚集冰层的现象。它是由云中过冷水滴或降水中的士冷雨滴碰到机体后冻结而形成的，也可由水汽直接在机体表面凝华而成。冬季，露天停的飞机有时也能形成积冰。飞机表面上所积的冰是多种多样的：有的光滑透明，有的粗糙不平，有的坚硬牢固，有自松脆易脱。它们的差异主要是由云中过冷水滴的大小及其温度的高低决定的。根据它们的士构、形状以及对飞行影响程度不同，可以分为明冰、雾凇、毛冰和霜四种 低空风切变 20世纪70年代以来，对一些大型运输机在起降时发生的严重事故的分析后确认,低空切变是引起这些飞机失事的主要原因。由于低空风切变具有时间短、尺度小、强度特点，要准确探测和预报还很困难。因此，要求飞行人员必须具备低空风切变的有知识，在飞行中尽量避开它，以确保飞行安全 山地背风波 在山的背风面经常可以观测到与山平行的呈带状的云，两个云带之间为晴天。这云移动很慢，即使在云的高度上风很大，可是云并不被风吹走；或者被吹走后仅几分在同一地区又有相同的云带出现。这说明在山脉的背风侧，气流在一定的地点上升，地点下降，而呈波状运动。气流越山时，在一定条件下会在山脊背风面上空形成波动称山地背风波或地形波和驻波.山地波不同于直接在丘陵或山地附近产生的动力湍流。它是在强风通过山脉时，方向上形成的一系列波动或涡旋。其影响范围，在水平方向上可伸展几十千米至几百向上可伸展到整个对流层。 |
