第4章无人机-气象

气象与飞行大气成分与结构航空气象要素常见的天气系统危害航空运输的天气现象大气成分与结构气象与飞行根据大气层中温度随高度变化，大气层分为：大气层对流层平流层中间层电离层/暖层散逸层飞行环境气层特征对流层对流层上界高度低纬度大于高纬度夏季大于冬季低纬度（南北纬30°之间）上界高度为17~18km中纬度（纬度30°~60°）上界高度为10~12km高纬度（纬度60°以上）上界高度为8~9km赤道每上升1000米气温下降大概6.5度，即对流层中平均气温垂直递减率为0.65°C/100m；在对流层中也会出现气温对高度的升高而升高或者在一段高度内气温保持恒定的情况，即“逆温层”或“同温层”；夜间，近地表可能出现逆温，即气温随高度增加而升高；逆温有利于形成雾；气温对飞行速度、滑跑距离等影响①影响飞机平飞最大速度：气温低时，空气密度大，推力增大，尽管空气阻力也增大，但阻力增大数值不及推力增大；②影响飞机滑跑距离：气温高时，空气密度小，使发动机推力减小，飞机增、减速慢，飞机滑跑距离增长；相反，气温低时,空气密度大，飞机增、减速快，飞机滑跑距离就短一些；③影响能耗、升限、载荷：④影响飞机空速表和高度表的示值：空速表和高度表是根据标准密度和标准气温设计。

气象与飞行——气温气温垂直变化及影响：气象与飞行——气温对流层气温垂直变化及影响：1500m对流层下层（1500m以下）6000m对流层中层（下层顶到6000m）对流层上层（中层顶到对流层顶）对流层下层的空气运动受地形扰动和地面摩擦力作用最大，气流混乱中层受地表影响较小，气流相对平稳，可代表对流层气流的基本趋势，云和降水多出现在中层；上层受地面影响更小，水汽含量很少，气温通常在0°C以下，云多由冰晶和过冷水滴组成。气象与飞行——气温平流层气温垂直变化及影响：平流层主要受太阳紫外线辐射影响，气温随着高度升高而升高太阳辐射通过大气层，约有24%会被大气直接吸收平流层飞行的优点：能见度好、气流平稳、空气阻力小气象要素是表征大气物理状态、物理现象以及某些对大气物理过程和物理状态有显著影响的物理量,主要包括气温气压、湿度、风、云、降水、能见度蒸发、辐射、日照以及各种天气现象,其中气温、气压和湿度又称三大基本气象要素。气象与飞行气温是衡量空气冷热程度的物理量,它实质上是空气分子平均动能大小的宏观表现。一般情况下我们可将空气看作理想气体,这样空气分子的平均动能就是空气内能,因此气温的升高或降低代表了空气内能的增加或减少。气象与飞行——气温摄氏温标华氏温标开氏温标(绝对温标)气象与飞行——气温摄氏温标将标准状况下纯水的冰点定为0℃,沸点定为100℃,其间分为100等分,每一等分为1C华氏温标是将纯水的冰点定为32°F,沸点定为212°F,其间分为180等分,每等分为1°F。（可见1℃与1°F是不相等的）气象与飞行——气温绝对温标亦称开氏温标，用符号K表示。规定摄氏零度以下273.15°C为零点，称为绝对零点。其分度法与摄氏温标相同(即绝对温标上相差1K时，摄氏温标上也相差1°C);所不同的只是绝对温标上水的冰点定为273.15K，沸点定为373.15K。K开尔文，为热力学温标或称绝对温标，是国际单位制中的温度单位。C=5/9（F-32）F=9/5C+32K=C+273.15气象与飞行——气温气压即大气压强—是指与大气相接触的表面上，空气分子作用在单位面积上的力。这个力是由空气分子对接触面的碰撞而引起的，也是空气分子运动所产生的压力。常用的气压单位有百帕（hPa)和毫米汞柱（mmHg)航空上常用的气压气象与飞行——气压本站气压场面气压修正海平气压标准海平面气压是指气象台（站）气压表所在高度处的气压，一般由水银气压表测得，经过修订后，其数值即可表示当时本站高度上的气压值，称为本站气压。它是气象台（站）测量气压和研究气压的最基本数据，也是推算其它各种气压值的基础。本站气压气象与飞行——气压修正海平面气压QNH由于各测量站海拔高度不同，本站气压不便于相互比较，为了分析和研究气压水平分布情况，将各地测得的本站气压订正到海平面高度。修正海平面气压就是指本站气压按标准大气推算到海平面高度处（我国以黄海海面为基准）的气压值。海拔高度大于1500m的测站不推算修正海平面气压，因为推算出的海平面气压误差可能过大，失去意义。气象与飞行——气压场面气压是指机场跑道上的气压，一般规定为离机场跑道3米高处的气压，它大致相当于飞机停在机场跑道时，飞机气压高度表所在高度的气压。场面气压QFE气象与飞行——气压标准海平面气压QNE国际民航组织统一采用的标准海平面大气压大气处于标准状态下的海平面气压称为标准海平面气压，其值为1013.25hPa或760mmHg。空气标准密度为1.2250kg/m3海平面气压是经常变化的，而标准海平面气压是一个常数。气压及其影响：♦与高度、温度有关；影响滑跑距离：气压越低（空气密度越小），飞机推力减小，滑跑距离拉长；♦气压是形成复杂天气的主要因素之一气象与飞行——气压气象与飞行——气压国家标准GB1920-80标准大气规定标准海平面重力加速度g=9.80665m/s2海平面空气密度ρ=1.2250kg/m3海平面气压P0=1013.25hPa=760mmHg=1个大气压在海拔11000m以下，气温直减率为0.65°C/100m在11000~20000m，气温不变，为-56.5°C在20000~30000m，气温直减率为-0.1°C/100m大气成分与结构气象与飞行18000ft以上的空气重量仅是海平面的一半·了解温度对飞行的影响·掌握相对湿度的概念·空气的饱和程度·航空气象因素气象与飞行——温湿度1，气温为什么会影响飞行呢？·气温影响空气密度与空气流速，从而影响飞行2，气温对飞机起飞和降落的影响·随着气温的变化，空气密度也在变化。气象与飞行——温度空气密度与气压成正比，与气温成反比气温↑空气密度↓气压↓升力↓滑跑距离↑气温↓空气密度↑气压↑升力↑滑跑距离↓空气湿度·空气中的水汽含量的多少相对湿度·空气中水汽压与饱和水汽压的百分比

空气中水汽含量越高，水气压越大，相对湿

度越大·气温越高，可容纳的水汽就越多

温度升高，饱和状态下水气压增大，可容纳

水汽含量增加，相对湿度减小露点：水汽含量一定，气压一定，气温降低到空气达到水汽饱和的温度，就叫做露点。

气压一定，露点的高低可以表示空气中的水汽含量气象与飞行——湿度·对流产生的原因·对流冲击·风的模式·障碍物对风的影响大气的对流运动大气的对流运动空气对流产生原因：·地球表面受热不均引起空气的对流运动·热胀冷缩原理·地球自传偏向力·空气与空气间的相互作用力（冲击力）大气的对流运动地球自转偏向力由地球自转产生的额外力偏向力主要影响风的方向，从而导致了空气的运动方向变化特点：偏转程度根据纬度不同而变化·在极地偏转程度最大·在赤道降低为0大气的对流运动空气对流之间的作用力称为对流冲击力（垂直运动）对流冲击力冷空气暖空气大气的对流运动对流冲击力分为两类·热力对流：地面受热温度不均匀·动力对流：机械抬升-山坡空气空气大气的对流运动风对飞行的影响：♦风向（水平、垂直）、风速；♦气象上的风向是指风的来向；•风速：lm/s=3.6km/h♦风向风速仪、测风气球、风袋、多普勒测风雷达♦低空风切变；顺风、侧风都是危险因素；♦带来扬沙、沙尘暴天气。气象与飞行——风障碍物对风的影响：气象与飞行——风地面建筑物有关的湍流强度依赖于障碍物的大小和风的基本速度在山地，风沿着迎风侧平稳地向上流动，越过山顶后，会在背风坡形成乱流，所以飞机飞行应避免或尽快脱离背风坡。风·在山谷飞行，向下强烈气流明显·迎风侧气流平稳上升，有助于飞机抬升；背风侧气流湍急，使飞机靠近山体山谷风气象与飞行——影响航行的特殊天气气象与飞行——风的指向器·空气总是寻找低压区，气流由高压流向低压风的模式·气象上的风向是指风的来向风是由空气流动引起的一种自然现象·在北半球，高压向低压区流动的空气向右偏转，产生一个顺时针循环，低压区自产生逆时针循环。·风的模式：高压区风和低压区风低压区高压区气象与飞行——风的模式逆风起飞由于能产生飞机的附加进气量，因而增大飞机运动开始时的方向稳定性和操纵性。顺风时，则相反，增大了起飞和着陆的滑跑距离，使起飞时飞机的稳定性和操纵性变坏，起飞和陆变得困难。飞机的起飞和着陆，通常是在逆风条件下进行的。因为逆风能使离地速度和着陆速度减小，因而，也就能缩短飞机的起飞滑跑距离和着陆滑跑距离。气象与飞行——重要天气系统重要天气系统气团：指在水平方向上，温度、湿度、稳定度等物理特性相近的比较均匀的大块空气。锋面：冷暖气团交界处形成的狭窄过渡带称为锋，又称锋面。气象与飞行——重要天气系统气团概念及形成条件概念：在水平方向上大气的物理属性(温度、湿度和稳定度)，比较均匀的大块空气块；水平尺度达到几百至几千公里，垂直尺度约几公里到十几公里。大范围的性质比较均匀的下垫面；热源：地表辐射；湿源：地表水汽蒸发；具备适当的流场条件，使大范围的空气能在源地上空停留较长的时间或缓慢移动。气团形成的条件：气象与飞行——气团大气处在不断的运动中，当气团在广阔的源地上取得大致与源地相同的物理属性后，离开源地移至与源地性质不同的下垫面时，二者间又发生了热量与水分的交换，则气团的物理属性又逐渐发生变化，这个过程称为气团的变性。对于不同的气团来说，其变性的快慢是不同的。一般说来，冷气团移到暖的地区变性快，而暖的气团移到冷的地区变性慢。气团的变性气象与飞行——气团气团的分类按源地的温度性质，将气团分成北冰洋气团(北极气团和南极气团)、极地气团、热带气团、赤道气团四大类；按源地的湿度性质，又将气团分为海洋性气团和大陆性气团两种。地理分类法：气团形成源地的地理位置按热力分类：根据气团移动时与其所经下垫面的温虫蚣比或两个气团之间W温S对比来划分的分类为冷、暖气团气象与飞行——锋面气象与飞行——锋面锋是一个不太规则的倾斜面，下面是冷空气，上面是暖空气。由于冷空气比暖空气重，因而，它们的交接地带就是一个倾斜的交接地区.锋面的概念:锋面分类:①冷锋:是冷气团向暖气团方向移动的锋。暖气团被迫而上滑，锋面坡度较大，冷暖两方中，冷气团占主导的地位；②暖锋：是暖气团向冷气团方向移动的锋。暖气团沿冷气团向上滑升，锋面坡度较小，冷暖两方中，暖空气占据主导地位；③静止锋是由于冷、暖空气势力相当、强度相当时，它们的交锋区很少移动，这种锋面称为静止锋。冷锋暖锋飞行过程气象与飞行——危害航空运的天气现象滑行起飞爬升航路巡航进近着路滑行两个主要阶段起降阶段时间不长，发生事故的概率95%以上航行阶段时间较长，发生事故的概率5%以下因此主要考虑两个阶段：①起降②航行影响起降的特殊的特殊天气起降事故中，除少数因故障和操纵外，大多数与天气条件有关。严重影响的起降恶劣天气重要有低空风切变顺风切变从小的顺风区进入大的顺风区从逆风区进入顺风区从大的逆风区进入小的逆风区它使飞机空速减小，升力下降，使飞机不能保持高度而向下掉(沉降)(危害大)气象与飞行——风切变气象与飞行——风切变从小的逆风区进入大的逆风区(逆风加大)从顺风区进入无风或逆风区(顺风变逆风)从大的顺风区进入小的顺风区(顺风减小)它使飞机空速增加，升力增大，使飞机上升(抬升)(危害相对较小)逆风切变气象与飞行——风切变从一种侧风或无侧风状态，进入另一种明显不同的侧风状态，分左侧风切变和右侧风切变；访它使飞机发生偏航、侧滑、滚转等现象，侧风较大且变化大时也很危险，飞机会发生滚转、带坡度，是飞机偏离预定下滑着陆方向侧风切变气象与飞行——风切变垂直风切变垂直风切变是一种急剧的下降气流，其尺度从几百米到几公里不等。它往往产生于雷暴、锋面和逆温之下。垂直风切变一方面对飞机直接产生冲击；另一方面：气流撞地后，能激起巨大的涡流，形成强烈的旋转气流，并产生水平切变。气象与飞行——风切变雷暴由积雨云产生的强烈对流性天气(不稳定气层、充沛的水汽、足够的冲击力）雷暴分类一般雷暴(弱雷暴)：只伴有雷声、闪电或阵雨的雷暴强雷暴：伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷风等严重的灾害性天气现象的雷暴一般雷暴结构：

根据垂直气流状况可分为三个阶段：积云阶段、成熟阶段、消散阶段气象与飞行——雷暴雷暴飞行影响雷暴是一种危及航空飞行安全的危险天气（闪电、雷鸣、暴雨、大风、冰雹、积冰、严重时伴有龙卷风、下击暴流、低空风切变）在雷暴中飞行，云中强烈的乱流使飞行发生严重颠簸，甚至使飞机处于无法控制状态；云中大量的过冷水滴会使飞机发生结冰，降低飞行性能；闪电能严重干扰无线电通讯，甚至烧坏仪器；冰雹可能击穿飞机蒙皮；产生风切变（下击暴流）气象与飞行——雷暴影响航行的特殊天气雷暴飞机颠簸飞机颠簸使飞机各部承受的载荷发生变化，可能造成部件损害仪表示度失常增大飞行阻力，增加燃油消耗，影响航程机组人员和旅客困乏疲惫容易造成恐飞症飞机进入扰动空气层后发生的左右摇晃、前后冲击、上下拋掷及机身振颤等现象每次飞行几乎都会遇到，一般不会有太大危险气象与飞行——影响航行的特殊天气飞机积冰

主要分为三类：冰、雾凇、霜

形状分为：槽状冰、楔形冰、混合冰飞机航行时，大气中的过冷水滴在飞机表面冻结成冰层的现象发生在飞机突出的迎风部位积冰后飞机的空气动力性能变坏，影响稳定性和操纵性，翼型变形，增加摩擦阻力和压差阻力天线积冰将妨碍通讯联系座舱盖积冰使目视飞行发生困难冰屑脱落，进入发动机，造成发动机损坏或熄火。大型民航客机一般都有防冰设备，除少数恶劣天气情况下仍有积冰外，一般不会有太大危险气象与飞行——影响航行的特殊天气高空急流指尚空中风速超过30米/秒的强、窄气流。高空急流的分布比较有规律青藏高原：北支西风急流/南支西风急流；夏季北移，冬季南移；南海地区：东风急流在急流中风的水平切变和垂直切变明显，容易使气流产生扰动，从而造成飞机颠簸。气象与飞行——影响航行的特殊天气