0航空气象-前言

航空气象学李杰1航空气象与飞行安全的重要性据统计，1970年至1989年间，全球在不利于飞行的气象条件下造成的飞行事故占总飞行事故的30%,仅次于“人为差错”及“飞机故障”原因，1988--1992年全球飞行事故中29起与天气有关;在机毁人亡的事故中，33%与天气有关，1995年全球航空运输发生死亡事故57起，死亡1215人，气象原因占17起。1959年以来，全球仅喷气式运输机由于雷雨、积冰、颠簸、低空风切变等恶劣天气所导致的飞行事故共有23起，中国民航近50年来，由于不利的气象条件引发的二等和重大以上飞行事故共有40起，占二等和重大以上飞行事故总数的31.9%。年份1991199219931994199519961997199819992000近十年平均数死亡事故（起）4445484756575148483748死亡人数（人）10901422110913851213184013061244730112612461991-2000年世界航空死亡事故和死亡人数一览表2事故原因相关事故数（次）所占百分数%相关死亡人数（人）所占百分数%机组人员失误376582468撞地213752343气象173028724飞机失控81441934发动机故障916907结构系统故障61115213操作错误611181.5维修11.710.08空中起火11.7151.2空中交通管制失误11.720.16总灾难性事故数（次）57总死亡人数（人）12151995年世界各种航班飞机灾难性事故相关原因统计3危险13分钟飞机起飞后的6分钟和着陆前的7分钟内，最容易发生意外事故－危险的13分钟在我国曾经发生的空难中，有85％的事故发生在这13分钟内。在“危险13分钟”发生的部分空难

▲1995年美国一架波音757飞机在降落时撞山坠毁。▲1996年美国一架波音747起飞后爆炸坠毁。▲1997年韩国一架波音747飞机在美国关岛降落时坠毁。▲1998年我国台湾一架空中客车在台北降落时坠毁。▲2002年国航波音767飞机也是在韩国釜山降落时撞山坠毁。▲2004年5月18日，阿塞拜疆货机在乌鲁木齐飞离机场2分钟后坠毁，7名机组人员全部遇难。4“气象”、“天气”、“气候”区别“气象”，用通俗的话来说，它是指发生在天空中的风、云、雨、雪、霜、露、虹、晕、闪电、打雷等一切大气的物理现象；“天气”，是指影响人类活动瞬间气象特点的综合状况。例如，我们可以说：“今天天气很好，风和日丽，晴空万里；昨天天气很差，风雨交加”等等；“气候”，是指整个地球或其中某一个地区一年或一段时期的气象状况的多年特点。例如，昆明四季如春；长江流域的大部分地区，春、秋温和，盛夏炎热，冬季寒冷，我们就称这里是“四季分明的温带气候”；每年的7月下旬和8月上旬是北京的雨季等。5气象学定义及研究内容就是研究大气里的物理现象和物理过程的科学。主要研究内容：大气的组成、范围、结构、密度等；导致大气现象发生、发展的能量来源以及转化；大气现象发生的原因和变化规律；大气探测的工具和手段；利用认识的大气规律来预报天气，为国民经济各部门服务；6其它大气科学分支学科大气科学气候学、物候学、古气候学、年轮气候学、大气化学、动力气象学、大气物理学：大气边界层物理、云和降水物理学、云和降水微物理学、云动力学、雷达气象学、无线电气象学、大气辐射学、大气光学、大气电学、平流层大气物理学、大气声学、卫星气象学

天气学：热带气象学、极地气象学、应用气象学：生物气象学、农业气象学、森林气象学、医疗气象学、水文气象学、建筑气象学、航海气象学、航空气象学、军事气象学、空气污染气象学7航空气象学发展简史1.

20世纪初，航空活动兴起之后，航空气象学开始萌芽。1903年12月17日，美国莱特兄弟

(OrvilleWright&WilburWright)在做人类首次飞行时，先用叶轮式风速表观测了地面风速，这是第一次航空气象观测。1903年12月17日，于美国北卡罗来纳州的吉蒂霍克地方，在五位见证者面前，成功的实现人类首次的动力飞行，当日前后共试飞了四次第一次是由OrvilleWright驾驶，飞行了120呎；稍后由兄弟俩轮流驾驶，其中最远的一次由WilburWright操控，在空中滞留了59秒，飞行了852呎该机于1948年由英国伦敦科学馆运往美国，如今被永久地保存在美国华盛顿DC国家航空博物馆81903年12月17日，约翰·T·丹尼尔拍下了奥利弗首次动力飞行成功的瞬间91915年，美国气象局的一名官员乘坐军用飞机，在圣迭戈附近观测了山区的气流，因为当时人们认为飞机在铅直气流中的突然升降是跌入了“空气的洞穴”。早期的航空气象学主要着眼于地面风和对流层下部的气流对飞行的影响。当时的航线天气预报只包括：雷暴、总云量、地面风、高空风和能见度。20世纪20年代末，出现了无线电探空仪，人们开始能获取空中的温度和气压的资料，这对航空气象学的研究和发展有重要的促进作用。随着飞行高度的扩展，云、雾、雷暴、积冰、大气端流、大气能见度以及它们的预报方法，都成为航空气象学研究的内容。102.第二次世界大战后，开始用雷达探测强对流天气，这对保障飞行的安全有重大的作用。50年代以后出现了喷气式飞机，其巡航高度一般可到9～12公里，超音速运输机的巡航高度可达20公里左右，飞机逐渐大型化，起飞着陆区和高空航线上气象条件的探测和预报成为重要的航空气象问题。随着气象仪器的更加完善，激光技术、气象卫星和电子计算机的使用，航空气象学的发展进入了一个新阶段。11航空气象服务发展

航空气象服务始于20世纪20年代。1919年9月，国际气象组织在巴黎召开的第四届理事会上，决定建立航空气象学应用委员会，1935年在华沙召开的第七届理事会上决定把它改名为国际航空气象学委员会，1951年3月，世界气象组织又将国际航空气象学委员会改名为航空气象学委员会。随着飞机性能的提高，空中交通量的增大以及微电子技术的发展，航空气象服务的内容、方式和方法由早期的人工操作进入了当前自动化服务阶段。

12航空气象学基本内容

现代的航空气象学包括航空气象学原理、航空气象探测、航空天气预报、航空气候和航空气象服务自动化等。

对航空影响较大的气象问题有：云、雾、降水、烟、霾，风沙和浮尘等现象，都可使能见度降低，当机场的水平和倾斜的能见度降低到临界值以下而造成视程障碍时，飞机的起飞和着陆就会发生困难。当水平能见度小于1500米时，在具有仪表着陆设施的机场，要观测跑道视距离。在具有仪表着陆系统的机场上，飞机虽然可以在低能见度下着陆，但目前世界上较大的机场，当跑道视距小于400米，判断高度低于30米时，飞机就难以着陆。观测斜视能见度，尚缺少有效的仪器，只能根据水平能见度来推断。13能见度及其对飞行安全的影响

对航空影响较大的气象问题有：云、雾、降水、烟、霾，风沙和浮尘等现象，都可使能见度降低，当机场的水平和倾斜的能见度降低到临界值以下而造成视程障碍时，飞机的起飞和着陆就会发生困难。当水平能见度小于1500米时，在具有仪表着陆设施的机场，要观测跑道视距离。在具有仪表着陆系统的机场上，飞机虽然可以在低能见度下着陆，但目前世界上较大的机场，当跑道视距小于400米，判断高度低于30米时，飞机就难以着陆。14能见度15其他气象要素及其对飞行的影响

风

飞机起飞着陆、选择飞行高度、空中领航以及计算飞机活动半径和燃油消耗等.云着陆、

颠簸、积冰、产生错觉。降水

起飞着陆、

能见度、跑道的性能、飞机性能16风场17云底高度18雨量19气压20高空观测212223香港大帽山和大老山两台雷达的合成雷达图像。图中清楚可见在2001年7月25日早上台风玉兔的风眼在香港西南偏南约200公里。24摄于一九九六年九月二十八日协调世界时5时34分的卫星图片。图示位于北太平洋西部，台湾以东台风赞宁(Zane)，以及在更东位置的台风雅芝(Yates)25香港天文台新推出全彩色的中层重要天气图26

观测斜视能见度，尚缺少有效的仪器，只能根据水平能见度来推断。大气湍流可以使飞机在飞行的产生瞬间的或长时间的颠簸，当湍流尺度和飞机的尺度相当时，颠簸是剧烈。飞机对湍流的响应同飞行速度、飞行姿态和翼载荷等有关。强烈的湍流可使飞机失去控制，甚至因过载造成机身结构的变形或断裂。对飞行影响较大的是晴空湍流、低空风切变和地形波等。

27主要危险天气及其对飞行的影响颠簸大气湍流可以使飞机在飞行的产生瞬间的或长时间的颠簸，当湍流尺度和飞机的尺度相当时，颠簸是剧烈。飞机对湍流的响应同飞行速度、飞行姿态和翼载荷等有关。强烈的湍流可使飞机失去控制，甚至因过载造成机身结构的变形或断裂。对飞行影响较大的是晴空湍流、低空风切变和地形波。（飞机结构、飞机操纵、仪表指示）

晴空湍流是一种小尺度的大气湍流现象，多出现在5000米以上的高空。经常发生在急流区最大风速中心附近风速切变最大的地方，其铅直厚度只有几百米到千余米。晴空湍流能造成持续性的飞机颠簸，由于它不伴有可见的天气现象，飞行员难以事先发现。对飞行的影响较大。晴空湍流的物理机制，还不十分明了，还没有实用的预报方法。曾有人研究用红外线或激光探测航线前方的晴空湍流的机载仪器，但尚处于试验阶段。28低空风切变低空风切变是发生在高度几百米以下的风切变。由于它影响飞机的空速，改变了升力，而使飞行高度突然发生变化，往往使已降低高度和正在减速着陆的大型飞机发生严重的飞行事故。雷暴、低空急流和锋面活动是形成低层风切变的主要天气条件。29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。它主要由云中过冷水滴或降水中的过冷水滴碰到飞机机体后冻结而成，也可由水汽直接在机体表面凝华而成。飞机积冰常发生在机尾和机翼的前缘、发动机及其进气口、螺旋桨、天线、雷达罩、空速管和风挡上。

机翼上蒙上一层霜一样的冰

发动机积冰

30地形波地形波是气流经过山区时受地形影响而形成的波状的铅直运动。气流较强时铅直运动也比较强烈。

地形波中的铅直气流可使飞机的飞行高度突然下降，严重的可造成撞山事故；地形波中强烈的湍流，可造成飞机颠簸；在地形波中铅直加速度较大的地方，可使飞机的气压高度表的指示产生误差。在日常预报业务中还不能对地形波做出定量的预报。31雷暴、气温变化雷暴是一种发展旺盛的强对流性天气。云中气流的强烈铅直运动，可使飞机失去控制；云中的过冷水滴，可造成严重的飞机结冰；冰雹可打坏飞机；闪电对无线电罗盘和通信设备，造成干扰和破坏；雷击能损伤飞机的蒙皮。高空风和气温的时间、空间分布变化较大，在高速飞行的情况下，气温的变化引起空气压缩性的改变，影响飞机的空气动力特性。在制作长途航线飞行计划时，为了缩短飞行时间和节约燃油，必须根据高空风和实际大气温度的观测资料和预报选择最佳航线、最佳的飞行高度和飞行速度。

地面风向风速特别是大风和风的阵性变化，对飞机的起飞着陆有着严重的影响。32雷暴的能量很大，千分之几到十分之几秒的雷电放出的电能，可达到数十亿到上千亿瓦特，温度为1万～2万℃。平均雷暴，能量数额约10,000,000千瓦小时(3.6×1013焦耳)，与20千吨核弹头是等效的。3.6×101333龙卷、飓风（台风、风暴热带）有资料显示，中国大陆平均每年因台风及其伴随的狂风暴雨和风暴潮造成灾害的经济损失约246亿，死亡人数高达570人。其中，1975年8月的3号台风长途奔袭至河南，造成数以万计的人丧生，惨绝人寰。1994年8月在浙江瑞安登陆的17号台风，也至少造成1000多人死亡。34展望飞机性能的进一步提高，自动飞行技术的逐步实用化，出现了“全天候”飞行问题。飞行活动和气象条件之间正在从气象条件决定能否飞行，变为在复杂气象条件下如何飞行。全天候飞行系统仍然需要按照实际大气条件来调整系统的工作状态，在起飞和着陆时对气象数据的要求更高了。在未来的航空活动中，除了低能见度，斜视能见度、大气湍流、雷暴、高空气象条件的探测和预报仍需逐步解决之外，形成强烈扰动和危害飞行的中，小尺度天气系统的预报