气象和天文（飞行与气象）

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不少读者应该有乘坐飞机的经历，坐飞机的过程中，时常会遇到航班延误或在空中飞行很颠簸的情况。这些情况往往是由于天气原因引起的。从另一个方面来说，民航客机是最为安全的交通工具，其出现事故的概率比其它交通工具都低。但是确实有不少飞机飞行发生了事故，导致飞行事故的罪魁祸首往往就是天气。因此，就不得不谈谈飞行与气象的关系。

调查研究发现：由于气象原因导致的飞行事故占飞行总事故的30％左右；其中，在气象原因导致的飞行事故中，恶劣能见度所造成的飞行事故最多，达40％；雷雨、冰雹和雷雨云造成的事故占25％。由于天气原因导致航班延误一般占总延误次数的70％。

归纳来说，影响飞行的气象要素主要包括以下几点。

• 能见度

能见度常常是影响飞行安全和飞行正常的关键之一。低能见度和低云也是航班延误的主要原因之一。影响能见度的气象要素主要是雾、降水以及沙尘暴。为了消除或减轻雾对于飞行的影响，目前世界上有的机场人工消雾已成为业务工作。

迄今为止，世界上最大的一次空难就是发生在雾天之中。1977年3月27日西班牙属地特纳里夫岛上的圣克鲁斯机场上一架荷兰航空公司的客机在机场有雾的情况下起飞，与一架向起飞线滑行的美国泛美航空公司的客机在十字路口相撞，造成死亡560人、伤70人的大惨案。

（2）云和雷暴

云对飞行有许多不利影响，主要是使空中能见度变坏，在有些云中飞行易产生结冰和颠簸。尤其是不能在雷雨云（图1，又称积雨云）内甚至附近飞行，此种云很厚，云内及附近上升/下降气流和乱流强烈，会产生强烈颠簸，同时云内雷电极强，如击中飞机（图2）易破坏飞机的设备和结构。雷暴是目前被航空界、气象界所公认的严重威胁飞行安全的大敌。

图1 积雨云（雷雨云）

图2 雷击

雷暴是由对流旺盛的积雨云引起的，伴有电闪雷鸣的局地风暴。它是积雨云强烈发展的标志。雷暴云中的强烈上升气流和下降气流可使飞机被动地改变高度。随着强雷暴云来临而在垂直方向、水平方向产生的强烈阵风使飞机偏离跑道，严重影响飞机的起飞、着陆和停放安全。雷暴伴随的暴雨也影响能见度。

• 低空风切变

所谓风切变是指短距离内风向、风速发生突然变化，具有变化时间短、范围小、强度大、发生突然等特点。风切变可以出现在垂直方向或水平方向，分别称为垂直风切变和水平风切变；可出现在高空或低空，出现在600米以下的叫低空风切变。由于低空风切变具有变化时间短、范围小、强度大等特点，再加上目前探测难、预报难、航管难等一系列困难；因此，它在飞机起飞、着陆阶段中对飞行安全构成极大威胁。产生强烈下降气流（又称下击暴流）的低空风切变，对于正在起飞或降落的飞机是非常大的危害，一旦进入这种强下降气流，飞行员常猝不及防，往往还来不及拉起机头，飞机就一头栽倒在地面上了（图3）。图3所示飞机在降落时遭遇低空风切变，翼尖擦地，机身猛烈摇摆，机头一度转向，幸亏飞行员沉着操纵、果断复飞，避免了一起空难。

图3 降落时遇风切变

据调查，从1964年到1982年间由于低空风切变共造成72起飞行事故，其中有29架喷气式客机失事。例如1975年6月24日15时，美国肯尼迪机场一架班机着陆时遇到强烈的下降气流，导致飞机摔裂、112人死亡。当然，如果提高警惕能及时发现风切变的迹象也可化险为夷。例如，1973年6月13日，山西临汾机场地面指挥发现，在五六百米低空，上下云块向两个相反方向很快移动；据此机场指挥判断这里有强的风切变，并及时通知了来降飞机，从而避免了事故发生。

• 结冰

结冰（又称积冰）主要是由于过冷水滴或降水中的过冷雨滴冻结形成的。大气中的过冷水滴是很不稳定的，只要受到轻微的震动就会立刻冻结。积冰主要发生在有过冷水滴的云中，强的积冰多发生在云中温度0～-15℃区域内，因此要避免和减轻积冰，应着重了解飞行区域内的云、降水和温度分布，特别是0～-15℃等温线的位置。

飞机一旦发生积冰，飞机重量增加，飞机的流线型被破坏从而使得飞行性能变坏，使正面阻力加大，升力减小，甚至出现左右机翼升力不对称，操纵困难。如果积冰出现在垂直尾翼则影响航向；空速管严重积冰会使飞行员无法确知飞机空速；积在喷气发动机进口边缘的冰，如掉进发动机甚至可导致发动机突然熄火（图4）。

图4 发动机进气道结冰

1982年1月13日美国一架波音-737客机在华盛顿国际机场起飞，就因机翼和机身积冰造成操纵失灵，机尾撞在桥上，机身断成两截，坠入华盛顿的波托马克河。

所以，积冰在过去有飞机“寿衣”（严重积冰时飞机像穿了衣服）之称。不过，现代飞机都有防止结冰的措施和设备，只要事先启动防冰装置（主要有加热、机械和化学三种防冰装置），一般可以使飞机免于积冰。即使无防冰装置，积冰后只要向上或向下飞离积冰区域也可化险为夷。冬天在易结冰的天气情况下，在起飞之前还需要检查飞机是否出现结冰，如果出现结冰则需要先对飞机进行除冰（图5）。

图5 南航起飞前对飞机进行除冰

• 台风

台风是热带风暴的一种，发源于接近赤道的海洋上，在适当的条件下，就可以由低压气旋发展成强烈的风暴。飞机在台风中飞行，可遇到严重的颠簸、大雨和恶劣的能见度、猛烈的风暴和在着陆时近地面有阵风等危险天气。随着气象预报水平的提高，一般都可以通过气象卫星所提供的云图对台风进行准确预报（图6），因此，飞行前都要先了解一下气象信息。

图6 气象卫星拍摄到的台风

• 气温

航空器的飞行性能与大气的物理状态（密度、温度和压强等）有密切关系，而大气物理状态是随其所在地理位置、季节和高度而变化的。为了准确描述航空器的飞行性能，就必须建立一个统一的标准，即标准大气。目前我国采用的是国际标准大气。标准大气情况，大气温度、密度和压力随高度的变化如图7所示。由于大气密度随着高度的增加而减小，因此在不同海拔的机场起降，同样的飞机载重量往往不一样，相同的机场条件下，在高海拔机场起降飞机载重量小，在低海拔机场起降飞机载重量大。

图7 标准大气情况温度、密度、气压随高度变化

此外，气温也是随季节和时间而变化的，这种变化会导致空气密度的变化，气温升高空气密度变小，气温降低空气密度变大。由于空气密度的变化，会影响飞行的动压，进而影响飞机的起飞和着陆距离。气温升高，起飞和降落时要求的滑跑距离增长；气温降低，滑跑距离缩短。研究表明，在海平面情况，当气温比标准大气温度（15℃）高（低）10℃时，滑跑距离分别增加（减少）10％～11％。换句话来说，在跑道长度一定的情况下，气温高则起飞重量小，气温低则起飞重量大。因此，同样的飞机，在同样的机场，夏天飞行时的起飞重量小于冬天飞行时的起飞重量；夏天由于气温高，如果又受到跑道长度的限制，常常不能满载飞行。

• 气压

飞机的飞行总是离不开需要随时知道气压大小，因为飞机往往使用气压高度表（根据气压的大小确定飞行的高度）来测定飞机所处高度。特别在起飞降落期间要用机场的场面气压来调整高度表。故气象人员如将气压测错或报错，就会直接危及飞行安全。但气压高度表的测量误差相对来说较大，且受到空气温度的影响，因此测量高度通常还将气压高度表和其它测量手段（如无线电高度表等）组合使用。

• 风

飞机在起飞、着陆过程中，一般采用顶风（逆风）的方式以缩短距离。为此，跑道在修建时，其方向的确定就要根据当地的常年风向。侧风会使飞机在起降时偏离跑道，空中飞行则会偏离航线，因此飞行中领航人员要做风的计算和修正。

另一方面，风也是可以加以利用的。在高空飞行中，如果采用顺风飞行的方式，可以大大节省燃料和缩短飞行时间，因此在经批准后也可选择风的最佳高度飞行（空中不同的高度，风速和风向有差异）。逆风飞行正好相反。例如，北京往返乌鲁木齐的航线，高空通常是西风，这样从北京飞往乌鲁木齐需要飞行3小时45分，但回程因为顺风，却只需3小时15分。飞机因此可少装油料，而多载旅客、货物。

但总的来说，虽然有上述气象情况影响飞行，但随着气象探测水平的提高，通过各国气象部门和航空公司紧密完善的合作，飞行会越来越安全。机场现场指挥部门根据大风、雷雨、低能见度、降雪等警报决策是否关闭机场；航空公司根据其目的地机场未来可能出现的天气变化情况决策是否起飞，起飞要加多少油料；飞行员在起飞前，也由航空气象预报人员给予航路危险天气讲解，并提供航路预告图，根据这些预告图，用来选择最佳飞行高度，同时避开航路上雷雨、晴空乱流、结冰等危险天气。