危險天氣及其對飛行的影響

1、危險天氣及其對飛行的影響【摘要】：氣象觀測中出現(xiàn)的大風、惡劣能見度、積雨云、雷暴、冰雹等危險天氣對飛行安全有嚴重影響，本文簡要介紹了我國氣象地面觀測中8種危險天氣出現(xiàn)和消失的評判標準，對危險天氣的形成原因和機理進行了分析，最后，簡要論述了風切變、雷暴、積雨云等危險天氣對飛行安全的影響，并對部分危險天氣的防護進行了討論?！娟P(guān)鍵字】：危險天氣；積雨云；雷暴；低空風切變；飛行安全。1 危險天氣概述地面觀測危險天氣主要有大風、惡劣能見度、積雨云、冰雹、云敝山、低云、雷暴、颮或龍卷8類。2 危險天氣的形成2.1 大風(gale)大風是指蒲福風級8級風（平均風速為172 207ms）的別稱。在我國氣象觀測

2、業(yè)務(wù)中規(guī)定，瞬間風速達到或超過 17ms（或目測估計風力達到或超過8級）的風稱為大風。某一日中有大風出現(xiàn)，稱為大風日。2.3 惡劣能見度航空中使用的能見度定義為：視力正常的人在晝間能看清目標物輪廓的最大距離；在夜間能看清燈光發(fā)光點的最大距離。它對飛機的起降有著最直接的關(guān)系，每一個機場都對每一類按入口速度劃分的航空器的起降制定有明確的能見度標準，小于標準的禁止起降。對于航空活動來說，大氣透明度是引起能見度變化的最主要因素。它們在一定條件下積聚起來形成各種天氣現(xiàn)象，影響大氣透明度，使能見度減小。這類天氣現(xiàn)象主要包括水汽凝結(jié)物形成的天氣現(xiàn)象和固體雜質(zhì)凝結(jié)形成的天氣現(xiàn)象。水汽凝結(jié)物形成的天氣現(xiàn)象主要包

3、括：低云、霧和降水。近地面附近以霧的影響最為常見。影響霧中能見度的因素主要是霧滴的濃度和大小。霧滴的大小越小，霧的濃度越大，霧中能見度越差。固體雜質(zhì)形成的天氣現(xiàn)象包括煙幕、霾、風沙、浮塵和吹雪。煙粒主要是來自于工業(yè)區(qū)和居民區(qū)。煙粒常積聚在逆溫層下而形成煙幕，對能見度構(gòu)成影響。當大量固體雜質(zhì)浮游在空中使能見度小于5千米就會形成霾，有霾時，地面能見度一般不會小于1千米，但空中能見度會很差。吹雪中能見度很差，在降雪過程中有吹雪時，就會產(chǎn)生雪暴，能使能見度減小到幾十米，對飛行危害很大。2.3 積雨云(Cumulonimbus或CB)積雨云是指濃厚龐大的云體，垂直發(fā)展旺盛，云頂隨云的發(fā)展逐漸展平成砧狀，

4、并出現(xiàn)絲縷狀結(jié)構(gòu)的直展云。常伴有雷陣雨。當形成濃積云之后，若空氣對流運動繼續(xù)增強，云頂垂直向上發(fā)展更加旺盛，達到凍結(jié)高度以上，原來濃積云的花椰菜狀的云頂開始冰晶化，其明顯而清晰的邊緣輪廓開始在某些地方變得模糊，此時就進入積雨云階段。 積雨云臃腫龐大，云底高一般約在400-l000米，在潮濕地區(qū)出現(xiàn)的高度通常比在干燥地區(qū)低近一半；冬季寒冷地區(qū)約4500米，夏季溫暖地區(qū)約18,000米；積雨云云頂很高，可達對流層頂(800-12000米)。全球除了南極以外的地區(qū)，大多在溫暖潮濕的地面上空、山區(qū)上空以及在熱帶海洋部分上空。積雨云分兩種：禿積雨云和鬃積雨云。禿積雨云為積雨云的初始階段，云狀特征除了在云

5、頂邊緣的某些部位由于冰晶化而開始模糊，呈現(xiàn)絲縷結(jié)構(gòu)之外，其它特征與濃積云相似，無明顯差別。鬃積雨云在對流發(fā)展極盛階段，此時云頂發(fā)展到極高，由于該高度遠高于凍結(jié)高度，出現(xiàn)大量的冰晶，而且又受到上空強穩(wěn)定層的阻抑，所以云頂花椰菜狀迅速消失，趨向平展，形成鐵砧狀，稱為云砧。邊緣出現(xiàn)細鬃條紋，故稱“鬃狀”。積雨云云砧有時也由于發(fā)展過程中因高空風速極大，水平運動加強，使云頂沿風的去向水平鋪展開來而形成。積雨云云底陰暗，并有亂流造成的起伏。在云的前方有升降氣流造成的滾軸狀云。2.4 冰雹冰雹是一種固態(tài)降水物，系圓球形或圓錐形的冰塊，由透明層和不透明層相間組成。直徑一般為5-50毫米，最大的可達10厘米以上

6、。雹的直徑越大，破壞力就越大。冰雹常砸壞莊稼，威脅人畜安全， 是一種嚴重的自然災害。很多雹災嚴重的國家已進行了人工防雹試驗。產(chǎn)生冰雹的云是一種發(fā)展十分強盛的積雨云，而且只有發(fā)展特別旺盛的積雨云才可能降冰雹。冰雹的形成需要以下幾個條件：大氣中有相當厚的不穩(wěn)定層存在；要有強的風切變；云的垂直厚度不能小于68千米；積雨云內(nèi)含水量豐富；云內(nèi)應有傾斜的、強烈而不均勻的上升氣流，一般在1020米/秒以上。 冰雹災害是由強對流天氣系統(tǒng)引起的一種劇烈的氣象災害，它出現(xiàn)的范圍雖然較小，時間也比較短促，但來勢猛、強度大，并常常伴隨著狂風、強降水、急劇降溫等陣發(fā)性災害性天氣過程。冰雹出現(xiàn)時，常常伴有大風、劇烈的降溫

7、和強雷電現(xiàn)象。2.5 云敝山云敝山是指發(fā)展旺盛的低碎云（碎層云、碎積云和碎雨云）遮蔽了山體，使部分山體在某一高度上不可見的現(xiàn)象。碎層云云片較薄，有時不易發(fā)現(xiàn)，移動特別明顯，可在短時間布滿天空；碎積云云塊破碎，中部稍有凸起，形狀多變；碎雨云云體呈破碎的片狀或塊狀，形狀極不規(guī)則，移動較明顯。2.6 低云低云通常稱之為“低云族”，常指高度在2500米以下的云，個別地區(qū)有時高達3500米。低云多由水滴組成，厚的或垂直發(fā)展旺盛的低云則是由水滴、過冷水滴、冰晶混合組成。云底高一般在2500米以下，但又隨季節(jié)、天氣條件及不同的地理緯度而有變化。大部分低云都可能產(chǎn)生降水，雨層云常有連續(xù)性降水，積雨云多有陣性降

8、水，有時降水量很大。2.7 雷暴(Thunderstorms)由對流旺盛的積雨云引起的，伴有閃電雷鳴的局地風暴，稱為雷暴，是積雨云強烈發(fā)展的標志。雷暴發(fā)生時一般伴有閃電現(xiàn)象，當閃電發(fā)生時，積雨云中的電場強度可達到每平方米20000伏特以上，同時，它還是一種含有多種嚴重危險天氣的典型系統(tǒng)，伴有大風、暴雨、冰雹、積冰、顛簸、龍卷風和下?lián)舯┝鞯忍鞖猬F(xiàn)象。在地面觀測中僅指伴有雷鳴和電閃的天氣現(xiàn)象，是積雨云及其伴生的各種強烈天氣的總稱。產(chǎn)生雷暴的云稱之為雷云，其成因或者說其所蘊涵的能量主要來自大氣的運動，氣流的運動、摩擦以及風對云塊作用，令其作切割地球磁場的磁感線運動，使不同的電荷、帶電微粒進一步分離、

9、極化，最終形成積聚大量電荷的雷云。當雷云的電場強度達到足夠大時將引起雷云中的內(nèi)部放電，或雷云間的強烈放電，或雷云對大地、其他物體間放電，即所謂雷電。雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地間迅猛地放電。其中后一種即云層對大地的放電，則對建筑物、人和建筑物內(nèi)電子設(shè)備產(chǎn)生極大危害，是人類研究的主要對象。2.8 龍卷(tornado)或颮(squall)龍卷是指小直徑的劇烈旋轉(zhuǎn)風暴，產(chǎn)生于十分強烈的雷暴中，以積雨云底部下垂的漏斗云的形式出現(xiàn)。而颮是指在強冷鋒前或積雨云前沿所出現(xiàn)的狹窄的強風帶，在其過境時，風速突增，風向突變，氣象要素急驟變化，常伴有陣性降水。3 危險

10、天氣對飛行的影響據(jù)資料統(tǒng)計，30%的飛行事故與天氣有關(guān)，造成飛行事故的天氣主要有：惡劣能見度（40%），雷雨、冰雹和積雨云（25%），顛簸和急流（6%）和飛機積冰（10%）。由于氣象原因造成飛行事故中，多數(shù)出現(xiàn)在飛機著陸前后，約占57%。3.1 低空風切變對飛行的影響低空風切變是指發(fā)生在600米以下的風向風速的突然改變。在氣象上，發(fā)生風切變的重要天氣條件有積雨云、雷暴等。起飛、著陸一般是頂風（逆風）以縮短滑跑距離；順風會增大起飛和著陸的滑跑距離；側(cè)風則會使飛機偏離跑道，空中飛行則會偏離航線。在航行飛行時，順風可以節(jié)省航時和燃料。在這一因素中，低空風切變是在飛機起飛、著陸階段威脅飛行安全的一個重

11、要因素。跑道附近存在低空風切變時，當飛機從小的順風進入大的順風區(qū)域，或從大的逆風進入小的逆風或順風區(qū)域時，飛機速度就會減小，升力就會下降，飛機下沉，導致飛機無法正常起飛或飛機提前降落，危及飛行安全，當飛機進入另外一種風切變，即風速垂直切變的強烈下沉氣流時，由于強度很大，甚至可能把飛機直接“砸”到地面，引發(fā)嚴重的飛行事故。3.2 惡劣能見度對飛行的影響大風刮起的揚塵、沙塵暴以及大霧是影響飛機起降、航班正常的最主要天氣現(xiàn)象。往往會造成大面積的返航備降或航班延誤。3.3 積雨云對飛行的影響云對飛行有許多不利影響，主要是使空中能見度變壞，在有些云中飛行易產(chǎn)生結(jié)冰和顛簸。尤其是不能在積雨云內(nèi)甚至附近飛行

12、；積雨云很厚，云內(nèi)及附近上升（下沉）氣流和亂流強烈，會產(chǎn)生強烈顛簸。積雨云發(fā)展到旺盛階段，就可能產(chǎn)生雷暴、閃電、強陣風、強顛簸、積冰甚至龍卷或颮等嚴重影響飛行的天氣，其影響范圍可達到周圍30公里。在飛行活動中，穿越積雨云相當危險，一般應采取繞飛或爬升到其頂部以上通過。其中爬升通過，由于受到飛機本身性能的限制以及積雨云發(fā)展的不穩(wěn)定性，應特別注意。降水使能見度減??；降水中過冷卻水滴易造成飛機積冰；降水影響跑道使用性能；可使發(fā)動機熄火，特別是處于著陸的低速飛行階段；強降水下方易出現(xiàn)強下沉氣流，伴有風切變，可造成飛機操縱困難，甚至事故發(fā)生；強降水惡化飛機的空氣動力學性能。氣溫較低時，凍雨的出現(xiàn)會嚴重影

13、響飛行的安全。凍雨在露天停放的飛機表面形成的冰層，會使飛機的空氣動力性能變差，使飛機升力減小，阻力增大，影響飛行的安定性和操作性。另外，凍雨在跑道表面的凍結(jié)，也會影響跑道的摩擦性能，對飛機的起降、滑行和制動等飛行活動，造成不利影響，留下飛行事故隱患。強烈垂直發(fā)展的積雨云（也稱雷雨云）會產(chǎn)生雷雨，是對航空飛行安全威脅最大的天氣現(xiàn)象之一。其對飛行的影響主要表現(xiàn)在：云中強烈的湍流和上升、下降氣流等，易使飛機產(chǎn)生顛簸；常與雷雨云相伴出現(xiàn)的結(jié)冰、雷電、強陣雨和惡劣能見度等均會給飛機的操控造成一定的困難；此外，在旺盛發(fā)展的雷雨云中，有時還會遇到冰雹、下?lián)舯┝?、低空風切變和龍卷等更加危險的情況，一旦處理措施

14、有誤，可能造成嚴重的后果。3.4 冰雹對飛行的影響飛行中遇到冰雹，由于相對速度很大，所以飛機的雷達罩、機翼、水平安定等部位易遭雹擊，冰雹發(fā)生在零度等溫線(正負5C)附近的下降氣流中，從而使飛機的空氣動力性能變差，加大了失速速度，容易造成飛行事故。3.5 云敝山和低云對飛行的影響云敝山發(fā)生時，由于敝山云發(fā)展較快，移動迅速，當飛機穿越敝山云時極易撞到云后山體，造成事故。低云中除了積雨云，其他低云也會對飛行產(chǎn)生影響，如影響空中能見度，給著陸帶來困難，飛機在穿越低云時，會產(chǎn)生輕中度顛簸或結(jié)冰。3.6 雷暴對飛行的影響雷暴云能生產(chǎn)各式各樣的危及飛行安全的天氣現(xiàn)象，例如強烈的湍流、積冰、閃電擊(雷擊)、雷

15、雨、大風，有時還有冰雹、龍卷風、下沖氣流和低空風切變。雷暴是目前被航空界、氣象界所公認的嚴重威脅飛行安全的敵人。3.6.1 顛簸顛簸是飛機在飛行過程中經(jīng)常遇到的一種狀況，由于空中氣流方向不定，強弱不一，飛機在空中的飛行運動也會隨著氣流發(fā)生不規(guī)則的變化，飛機飛行中突然出現(xiàn)的上下拋擲、左右搖晃及機身振顫等現(xiàn)象。成熟階段的雷暴云，最強的上升氣流可達到5060m/s，同臺風不相上下，航空器在雷雨區(qū)內(nèi)飛行，飛機會遇到嚴重顛簸，使飛行高度在幾秒內(nèi)升降幾十米到幾百米。嚴重時，飛行儀表失真，飛機操縱困難甚至失控，是導致飛行事故最危險的天氣現(xiàn)象之一。3.6.2 飛機積冰雷暴云中含有大量的過冷水滴。容易造成飛機積

16、冰，特別是在飛機起飛著陸階段，往往速度較低，不易操縱，如果飛機在起飛著陸時遇到積冰往往會引發(fā)飛行事故。3.6.3 下?lián)舯┝飨聯(lián)舯┝魇抢妆娏野l(fā)展的產(chǎn)物，其水平尺度通常為440千米，產(chǎn)生的雷暴大風可達18米秒以上，但其生命周期很短，一般只有1016分鐘(微下?lián)舯┝髦挥袔追昼?。由于下?lián)舯┝?包括微下?lián)舯┝?中伴有強烈的下降氣流和雷暴大風，對飛機的起降有極大的危害，如果航空器在起飛階段遇到下?lián)舯┝?，如果處置不當，就會導致飛行事故的發(fā)生。3.7 大氣湍流對飛行的影響大氣中常常有不規(guī)則的氣流存在，我們把這種不規(guī)則的氣流稱為大氣湍流(又稱大氣亂流)，分為熱力亂流、動力亂流、晴空亂流和航跡亂流。高空急流是

17、位于高空中的一條狹窄的強風帶，它的中心風速相當大，最大時速甚至可達300多公里。它基本是水平的，沿著地球的緯線分布，平均高度在810公里左右。順急流飛行，可增大飛機速度，節(jié)省燃料，縮短航行時間或增大航程，逆急流飛行則相反。高空急流附近，也是顛簸經(jīng)常發(fā)生的區(qū)域，且常為無云的晴空顛簸，主要是位于急流北側(cè)下方13公里處。和雷暴一樣，飛機在飛行中遇到大氣湍流和高空急流時，將受到不均勻空氣的動力沖擊，造成飛機左右搖晃，前后顛頓，上下拋擲以及局部振顫等現(xiàn)象。這種顛簸對于飛機結(jié)構(gòu)、飛行操縱、儀表指示都有很大的影響。如劇烈的顛簸會損壞飛機的某些部位(例如機翼或尾翼)、使飛機極難操縱、儀器儀表產(chǎn)生明顯誤差等。4

18、 危險天氣防護在實際觀探測中，危險天氣并不是獨立出現(xiàn)的，而是一種或幾種伴隨出現(xiàn)的。例如大風、積雨云和雷暴使能見度惡化，強烈發(fā)展的積雨云會產(chǎn)生雷暴或冰雹，雷暴常伴有冰雹、甚至會出現(xiàn)龍卷或颮等等。因此在防護危險天氣時，各飛行保障部門應協(xié)同工作，相互配合，共同實現(xiàn)對危險天氣的防護。4.1風切變的防護在制訂機場使用細則時要考慮機場周圍地形環(huán)境，要注明在什么情況下可能存在風切變，如果有如何避讓。在指揮過程中，要加強同氣象部門的協(xié)調(diào)，認真研究天氣實況，對有可能存在風切變的天氣要加強對風向、風速的觀測，并把有關(guān)情況告之飛行員，保障飛機安全，嚴禁飛機進入有嚴重風切變的區(qū)域。配備風切變的探測與報警設(shè)備，及時探出風切變的存在。4.2 惡劣能見度的防護煙幕、霾、風沙、浮塵、吹雪、揚塵、大霧、低云和降水等天氣現(xiàn)象對能見度影響甚大，是形成惡劣能見度的充分