《无人机事故现场航拍技术》课件-第9讲 航空气象

第9讲：航空气象第9讲：航空气象无人机事故现场航拍技术1234大气性质要素空气运动状况要素大气稳定度大气现象要素CONTENTS目录无人机在大气中飞行，依靠大气产生升力发生在天空中的风、云、雨、雪、雾、电闪雷鸣等一切大气的物理现象气象基本知识点气象对无人机飞行的影响大气性质要素大气性质要素气象气象要素对飞行及安全影响重大，是限制飞行的主要因素之一因大风而炸机因低温无功而返因穿云而失联大风吹过突然失控的无人机大气性质要素无人机作业前应了解天气状况:通过气象站发布的天气预报使用简易的地面测量仪器参考当地原住民的丰富经验大气性质要素大气是一种物体海拔越高空气越稀薄，18000ft高度的大气质量为海平面上的一半质量重量大气性质要素可将大气看作一种混合物，它由三个部分组成：干洁空气水汽大气杂质干洁的空气的组成低层大气的组成大气性质要素气温气压大气湿度气温、气压和空气湿度的变化都会对飞机性能和仪表指示造成一定的影响，主要通过他们对空气密度的影响而实现大气性质要素三大气象要素空气密度与气温、压力的关系为：P=ρRT（大气状态方程）表示空气冷热程度的物理量。大气系统热量的主要是吸收太阳辐射，太阳辐射通过大气层时，有24%直接被大气吸收大气性质要素气温摄氏温标（℃）：纯水冰点0℃，沸点100℃；华氏温标（℉）：纯水冰点32℉，沸点212℉；绝对温标（K）：绝对温度的零度是-273℃。气温度量大气性质要素对升限的影响：气温升高，所有飞机的升限都要减小气温对飞行的影响对滑跑距离的影响：气温升高,空气密度小,飞机增速慢，飞机的离地速度增大，起飞滑跑距离增长对最大平飞速度的影响：气温低时，空气密度大，飞机发动机的推力增大，最大平飞速度的增加大气性质要素气温对飞行的影响对飞机载重的影响：当气温高于标准大气温度时,飞机的载重量是减少对飞机机体的影响：影响飞机机体腐蚀的大气因素是空气的相对温度、空气的温差大气性质要素大气性质要素气温的高低不同、竖向的温差变化，都对无人机产生影响在无人机测绘工作的200-400m空间，会有1.2~2.4℃的温差气温对无人机的影响1）无人机使用的锂聚合物电池最佳工作温度是20-30℃温度越低电池容量损失越快温度过低会导致电池损坏电池对温度敏感大气性质要素2）高温影响电机的散热小微型无人机多使用风冷却（不是水冷却）控制温度风冷对主板和电池的温度调节能力有限气温高于35℃ 适当减少作业时间，避免主板和电池过热3）无人机的部分塑料部件，在高温的烘烤下容易老化，变软、变形大气性质要素即大气压强，是指与大气相接触的面上，空气分子作用在每单位面积上的力气压百帕(hPa)毫米汞柱(mmHg)气压单位大气性质要素气压总是随高度增加而降低的海拔升高，气压降低气压对飞行性能的影响大气压力起飞和着陆距离会增加，爬升率会减小主要的航行仪表。根据气压随高度变化原理可以表示飞机绝对高度的高低。若飞机按气压式高度表指示高度定高飞行，在飞向低压区时，飞机的实际高度将逐渐降低大气性质要素气压式高度表大气湿度是表示大气中水汽含量多少的物理量,与云、雾、降水等密切相关常用下述表示湿度物理量表示：水汽压饱和水汽压相对湿度露点大气性质要素大气压力是大气中各种气体压力的总和大气中的水汽所产生的那部分压力称水汽压单位用hPa表示大气性质要素饱和空气的水汽压（E）称饱和水汽压，也叫最大水汽压，超过这个限度，水汽就要开始凝结单位体积空气中的水汽量有一定限度，达到此限度，空气就呈饱和状态大气性质要素饱和空气饱和水汽压随温度的升高而增大实验和理论都可证明在不同的温度条件下，饱和水汽压的数值是不同的大气性质要素反映空气距离饱和的程度。当其接近100%时，表明当时空气接近于饱和空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值水汽压不变时气温升高饱和水汽压增大相对湿度会减小大气性质要素相对湿度在空气中水汽含量、气压一定时，使空气冷却达到饱和时的温度，称露点温度水汽含量愈多，露点愈高露点也反映空气中水汽含量多少的物理量大气性质要素露点（Td）在实际大气中，空气经常处于未饱和状态露点温度常比气温低（Td<T）因此，根据T和Td的差值，可以大致判断空气中水汽距离饱和的程度大气性质要素1234大气性质要素空气运动状况要素大气稳定度大气现象要素CONTENTS目录地表冷热不均，受热空气膨胀上升，遇冷则收缩下沉，进而产生了大气的升降运动温度越高，大气对流运动越明显，赤道地区对流效果最明显空气运动状况要素空气运动状况要素地球自传➜地转偏向力影响大气北半球向东偏南半球向西偏形成三圈环流北纬30°到赤道之间形成

东北信风按形成原因对流冲击力可分为：原来静止的空气产生垂直运动的作用力热力对流冲击力动力对流冲击力空气运动状况要素对流冲击力热力对流冲击力空气运动状况要素夜晚相反白天在太阳辐射作用下，山岩地、沙地、城市地区比水面、草地、农村升温快，上空受热后温度高于周围空气原理：陆地吸收和散发热量比水面快案例：海陆风空气运动状况要素白天：风从海上刮来因此叫海风夜晚：风从陆上刮来

因此叫陆风是由于空气运动是受到机械抬升作用而引起的如：山地迎风坡面对

空气的抬升等动力对流冲击力空气运动状况要素（1）在较低高度飞行，受上升气流或下沉气流影响导致颠簸对流冲击力对飞行的影响空气运动状况要素上升气流很可能发生在路面或荒地上空下降气流经常发生在水体或稠密植被的区域之上（2）接近地面的对流气流会影响飞行员控制飞机的能力对流冲击力对飞行的影响空气运动状况要素全无植被的地形的上升气流会产生漂浮效应，

导致飞行员飞过预期的着陆点一大片水或稠密植被的地区之上会产生下沉效应，导致飞行员着陆在不到预期的着陆点是指风的来向，最多风向是指在规定时间段内出现频数最多的风向风向空气运动状况要素在气象观测中风的方向分为较细的十六方位海上多用36个方位表示在高空则用角度表示。用角度表示风向，是把圆周分成360°，北风（N）是0°（即360°），东风（E）是90°，南风（S）是180°，西风（W）是270°。风向空气运动状况要素在高空则用角度表示北风（N）是0°（即360°）东风（E）是90°南风（S）是180°西风（W）是270°用角度表示风向，是把圆周分成360°根据风对地面物体或海面的影响程度1806年英国人空气运动状况要素对风力的大小从弱到强将风力划分为0到12，共13个等级。即目前世界气象组织所建议的分级弗朗西斯·蒲福空气运动状况要素自然界的风力实际可以超过12级风力划分扩展到17级，总共18个等级一般工业级无人机能抗6-7级大风空气运动状况要素飞行器相对于其周边空气介质的速度，称为对空速度空中松开气球之后，气球越飘越远，它是被风，即空气介质团的整体裹挟而去的，相对于周围空气几乎没有移动，因此空速为0空速例子空气运动状况要素相对于地面气球离开的速度简称“地速”无人机在诸如室内等平静无风的环境里空速=地速这时候飞机的地速还应加上风速（顺风飞行）或减去风速（迎/逆风飞行）。即使用同样的动力，顺风飞行，无人机对地速度更快，但空速相对较低，反之也是同样道理。如果空速与风速相同、且方向与风向相反时，会出现什么情况呢？这时，无人机相对于地面悬停在了空中，多用来拍摄固定目标。有风的室外环境，我们静止在地面的人看到的无人机移动速度，还需要考虑它在空气中的相对运动空气运动状况要素飞机的地速：使用同样的动力，顺风飞行，无人机对地速度更快，但空速相对较低，反之也是同样道理加上风速（顺风飞行）减去风速（迎/逆风飞行）空速与风速相同、且方向与风向相反时，无人机相对于地面悬停在了空中，多用来拍摄固定目标空气运动状况要素风速和无人机的相对速度决定了升力的大小空速需要得到实时精确的测量，反映给飞控芯片计算机它安装在飞机外面气流受到飞机影响较少的区域，一般在机头正前方、垂尾或翼尖前方空速管是飞机上极为重要的测量仪器皮托管总压管空气运动状况要素美国隐身飞机F-117在机头最前方安装了4根全向大气数据探管，因此该机不但可以测大气动压、静压，而且还可以测量飞机的侧滑角和迎角空气运动状况要素风对飞行的影响主要表现在高空/低空、顺风/逆风/侧风等情况，可以应用升力公式对各种情况进行分析，具体结果为：会增大地速、缩短飞行时间、减少燃油消耗、增加航程

高空顺风会减小地速、增加飞行时间、缩短航程高空逆风会产生偏流，需进行适当修正以保持正确航向高空侧风空气运动状况要素风对飞行的影响主要表现在高空/低空、顺风/逆风/侧风等情况，可以应用升力公式对各种情况进行分析，具体结果为：会增大空速、减小接地速度、缩短着陆距离，故逆风起飞和着陆低空逆风会减小空速、增大接地速度、增加着陆距离低空顺风会产生偏流，对着陆起飞产生不利影响低空侧风1234大气性质要素空气运动状况要素大气稳定度大气现象要素CONTENTS目录大气稳定度指整层空气的稳定程度，有时也称大气垂直稳定度。以大气的气温垂直加速度运动来判定大气稳定度大气中某一高度的一团空气,如受到某种外力的作用后,产生向上或向下的运动时可出现三种情况大气稳定度可出现三种情况移动后逐渐减速，并有返回原来高度的趋势稳定状态移动后，加速向上或向下运动不稳定状态如将它推到某一高度后，既不加速

也不减速，而是在当前位置停下来中性平衡状态气象要素（主要指温度，湿度和大气稳定度）在水平分布上比较均匀的大范围空气团气团大气稳定度垂直高度可达几公里到几十公里，常常从地面伸展到对流顶层，水平范围内几十公里到几千公里。气团的范围大气稳定度热力性质不同冷气团暖气团湿度特征差异干气团湿气团发源地北冰洋气团极地气团热带气团赤道气团气团的分类当气团在源地形成后，气团中的部分空气会离开源地移到与源地性质不同的地面，气团中的空气与新地表产生了热量与水分的交换，这样气团的物理属性就会逐渐发生变化大气稳定度气团的变性冷气团移到暖的地区变性快暖的气团移到冷的地区变性慢锋面冷、暖气团之间的交界面锋线锋面与地面的交线锋锋面与锋线统称锋及锋面天气不同气团之间的温度和湿度有相当大的差别，而且这种差别可以向上扩展到对流层顶层，如果性质不同的两个气团相遇时，他们之间就形成了锋大气稳定度锋两侧的气团在性质上差别很大，所以会出现强烈的热量和水汽的交换，这种交换最常见的天气现象就是降雨和风大气稳定度冷锋暖锋静止锋冷气团主动向暖气团一侧移动的锋面云和降水主要出现在地面锋线后且较窄，多大雨锋线一过云消雨散，天空通常很快放晴风速增加，出现大风

锋面可以分为大气稳定度冷锋暖锋静止锋暖气团主动向冷气团一侧移动的锋面暖锋过境时，温暖湿润，气温上升，气压下降，天气多转云雨天气暖锋比冷锋移动速度慢，可能出现连续性的降水和雾（能见度差）

锋面可以分为大气稳定度冷锋暖锋静止锋冷暖气团势均力敌，锋面很少移动常常冷气团稍强向南移一些，忽而暖气团强时向北推一些，使锋面呈现南北摆动的状况，也称准静止锋春季、初夏和秋天的连阴雨天气和梅雨天气就是受静止锋影响造成的

锋面可以分为1234大气性质要素空气运动状况要素大气稳定度大气现象要素CONTENTS目录大气现象要素指从天空降落到地面的液态或固态水降水降水物理量的指标包括降水量和降水强度雨毛毛雨雪雨夹雪霰冰粒冰雹……大气现象要素从地表开始50英尺内的云雾雾通常发生在接近地面的空气温度冷却到空气的露点时夜间温度降低，低层常常出现逆温，会使得早晨有雾和烟幕大气现象要素云是悬浮在大气中的小水滴、冰晶微粒或二者混合物的可见聚合群体，且具有一定的厚度云云的形成必须有足够的水蒸气和凝结核在常规气象观测中要测定云状、云高和云量。云满天时的云量为8云对安全飞行产生不利影响的原因是影响正常的目测大气现象要素雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中雷电雨云雷电对无人机的影响为了最大限度的发挥无人机的作用，多数无人