无人机航空气象教学文案课件.pptx

1、1 目 录第一节 大气成分与结构第二节 气象要素第三节 气象环境对飞行的影响第四节 气象资料及其来源与服务设施2 一、大气成分与结构大气层的成分，按物质形态的不同可分为干洁空气、水汽和大气杂质三个主要组成部分。干洁空气的组成成分（气体体积百分比大小）如下表所示1.大气成分组成成份体积百分比氮气78%氧气21%稀有气体（氦、氖、氩、氪等）0.94%二氧化碳0.03%其他气体（臭氧、水蒸气等）、杂质0.03%3 一、大气成分与结构水汽（也称水蒸气），在大气组成中占比很小但天气变化与之息息相关。下图是大气水循环过程。1.大气成分表示空中水汽传送过程；和表示降水过程；表示海水蒸发过程；表示地表径流；表

2、示地下径流；表示陆上水蒸发过程；表示植被蒸腾作用的过程。4 一、大气成分与结构大气杂质，是指大气中除了气体成分以外，由液体和固体杂质或微粒组成的混合物的统称，也可称为气溶胶粒子。按粒径大小的不同，大气杂质（气溶胶粒子）分类如下表所示。1.大气成分名称粒径（DP）大小总悬浮颗粒物（TSP）DP100m飘尘DP10m降尘30mDP100m可吸入粒子DP10m细粒子（PM2.5）DP2.5m5 一、大气成分与结构大气层在不同高度上的空气性质是不同的，但在水平方向上的空气性质相对一致，即大气表现出一定的层状结构，根据高度不同气层气温的垂直分布将大气层分为对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层（中层

3、）、电离层（暖层、热层）和外层（散逸层），再上面1000公里外就是星际空间了，如右图所示。2.大气层的结构6 目 录第一节 大气成分与结构第二节 气象要素第三节 气象环境对飞行的影响第四节 气象资料及其来源与服务设施7 二、气象要素1.气温，8 二、气象要素2.气压，9 二、气象要素2.气压，10 二、气象要素大气湿度是表示大气中水汽量多少的物理量。大气湿度有以下几种物理量来表示：1、水汽压与饱和水汽压 水汽产生的压力就称水汽压。2、相对湿度 相对湿度，就是空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值的百分数。3、饱和差 饱和水汽压与实际空气中水汽压之差称饱和差。4、比湿 比湿，是指在一团湿

4、空气中，水汽的质量与该团空气总质量的比值。5、水汽混合比 水汽混合比，是指在一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值。6、露点 露点温度，简称露点，是指当空气中水汽含量不变，气压一定的情况下，使空气冷却达到饱和时的温度。3.湿度，11 二、气象要素降水，是指从云中降落水（包括液态水和固态水）的现象，如雨、雪、冰雹等。依据国家气象部门规定，降水划分为四类：4.降水，名称雨量（24小时内）小雨10mm以下中雨10mm24.9mm大雨25mm49.9mm暴雨50mm以上12 二、气象要素依据降水形成原因不同，可划分为如下几类：4.降水，1、锋面雨 锋面雨，是指冷暖气团相遇，锋面（气团交界处）空气缓慢

5、上升（以每秒厘米的速度计算），在冷气团一侧形成层状的降水，如图所示。13 二、气象要素4.降水，2、对流雨 对流雨，是指近地面高温潮湿，空气强烈受热，引起空气的对流运动，湿热空气在上升时遇冷成云而形成的降水，如图所示。 对流雨的特点是强度大，历时短，范围小，还常伴有暴风，雷电。14 二、气象要素4.降水，3、地形雨 地形雨，是指暖湿气流在沿地表流动的过程中，遇到地形的阻挡，被迫沿着山坡爬行上升，从而引起水汽凝结而形成的降水，如图所示。 地形雨一般只发生在山地迎风坡，因为背风坡气流存在下沉，温度不断增高，形成雨影区，不易形成地形雨。15 二、气象要素4.降水，4、气旋雨 气旋雨，是指地面气压高于

6、空中，气流逆时针旋转上升，形成气旋，气旋中心附近气流上升，引起水汽凝结而形成降水，如图所示。 常见的有热带气旋和温带气旋带来的降水。16 二、气象要素为了便于观察降水情况，常见有两种图表表示：4.降水，1、降水柱状图 降水柱状图，能直观地反映出当地的降水量，能直观地比较当地各个月份降水的多少，易于绘制，易于观看，如图所示。17 二、气象要素4.降水，2、降水量图 降水量图，是表示降水量的空间分布、时间变化和变异情况的地图。18 二、气象要素5.风，风是由空气受热不均产生对流而形成的。1、风向 通常人们认为的风向是八方位，即东、西、南、北、东南、西南、东北、西北八个方位； 气象观测中，风的方向是

7、十六方位； 海上多用36个方位表示； 高空则用角度表示。用角度表示风向，是把圆周分成360度，北风是0度(即360度)，东风是90度，南风是180度，西风是270度，其余的风向都可以由此计算出来。 测量风向的常用工具是风向标。19 二、气象要素5.风，2、风速 风速，是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位是m/s或km/h。 风速等级有明确划分，如表所示：风级名称平均离地面10米处风速（km/h）地面景象0无风1静，烟直上1软风15烟示风向2轻风611感觉有风3微风1219旌旗展开4和风2028吹起尘土5劲风2938小树摇摆6强风3949电线有声7疾风5061步行困难8大风6274折毁树

8、枝9烈风7588小损房屋10狂风89102拔起树木11暴风103117损毁重大12飓风118133摧毁极大131341491415016615167183161842011720222020 二、气象要素6.能见度， 能见度，是反映大气透明度的一个指标，是指视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离。单位用米或千米表示。 测量大气能见度一般可以直接目测，也可以使用大气透射仪、激光能见度自动测量仪等测量仪器测量。 一般能见度划分如表所示：1能见度2030千米能见度极好 视野清晰2能见度1525千米能见度好 视野较清晰3能见度1020千米能见度一般4能见度515千

9、米能见度较差 视野不清晰5能见度110千米轻雾 能见度差 视野不清晰6能见度0.31千米大雾 能见度很差7能见度小于0.3千米重雾 能见度极差8能见度小于0.1千米浓雾 能见度极差9能见度不足100米能见度为零21 目 录第一节 大气成分与结构第二节 气象要素第三节 气象环境对飞行的影响第四节 气象资料及其来源与服务设施22 三、气象环境对飞行的影响1.风切变对飞行的影响 风影响无人机起飞和着陆的滑跑距离和时间。 一般无人机都逆风起降，因为逆风能获得较大的升力和阻力，缩短滑跑距离，从而增大无人机运动开始时的稳定性和操纵性。 着陆时逆风便于修改航向，对准跑道，减少对地的冲击力。 侧风不能过大，否

10、则无法起降。 航线飞行，逆风飞行可增加载重量，但要消耗较多的燃料；顺风飞行需减少载重量，但可节省燃料，并能增大航程和速度，减少时间。最易造成飞行事故的是风切变，风切变，是一种大气现象，是指风向和风速在空中水平或垂直距离上发生明显变化的状况。 23 三、气象环境对飞行的影响1.风切变对飞行的影响风切变产生原因： 1）天气因素 强对流天气、锋面天气、辐射逆温型的低空急流天气等容易产生风切变。 2）地理、环境因素 一般山地高差大，水域面积大、建筑物高大，不仅容易产生风切变，而且其强度也较大。24 三、气象环境对飞行的影响1.风切变对飞行的影响风切变对飞行的影响： 低空风切变中， 顺风风切变会使空速减

11、小； 逆风风切变会使空速增加； 侧风风切变会使无人机产生侧滑和倾斜； 垂直风切变会使无人机迎角变化。 而低空风切变又以微下冲气流危害性最大，如图所示。25 三、气象环境对飞行的影响1.风切变对飞行的影响风切变判断方法： 1）目视判别法 雷暴冷性外流气流的尘云、雷暴云体下垂的雨幡、滚轴状云 2）仪表判别法 空速表、高度表风切变防范措施： 1）认真了解天气预报 2）注意收听地面气象报告和别的无人机在起飞、进近过程中的报告 3）加强工作人员协同 4）不要尝试穿越严重风切变或强下降气流区域 5）要与雷暴的强下击气流区保持距离 6）遭遇风切变时，要脱离切变区进行复飞或到备降场着陆 7）遭遇并完成脱离风切

12、变后，应立即发出关于风切变报告给飞行管制部门26 三、气象环境对飞行的影响2.云对飞行的影响 云是大气中的水蒸气遇冷液化成的小水滴或凝华成的小冰晶等混合组成的漂浮在空中的可见混合体。 1、按云底高度划分云 ： 低云：云底高度在2000米以下； 中云：云底高度在2000米至6000米之间； 高云：云底高度在6000米以上； 27 三、气象环境对飞行的影响2.云对飞行的影响 2、常见有14 种云 高云： 卷云、卷层云、卷积云； 中云： 高层云、高积云； 低云： 淡积云、浓积云、 积雨云；层云、层积云、 雨层云；碎积云、 碎层云、碎雨云。 14种云的分类如图所示。28 三、气象环境对飞行的影响2.云

13、对飞行的影响云对飞行的影响： 1.雨层云对飞行的影响 雨层云，多出现在暖锋和静止锋云系中，常常伴随持续性降雨。云层厚而均匀，呈暗灰色，严重影响视线。 2.积雨云对飞行的影响 积雨云往往伴随有冰雹、闪电、大风、暴雨等天气，这对于飞行在积雨云内或附近的无人机的安全造成了很大威胁。 3.层云对飞行的影响 层云云底很低，在沿海地区，云底常会低于决断高度，造成无人机在降落时，无法正常通过摄像头观察跑道，从而造成无人机复飞。云的防范措施： 通过目视法和雷达扫描法两种方法提前识别并避开。29 三、气象环境对飞行的影响3.能见度对飞行的影响 能见度，是指视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出

14、目标物的最大水平距离。 常见的对能见度造成影响的因素主要有雾、烟幕、风沙、浮尘、霾和降水。防范措施： （1）预防及处置大雾天气的办法：预先了解及盲降； （2）预防及处置烟幕的办法：提前避免或盲降； （3）预防及处置沙尘的办法：无人机上安装防沙装置； （4）预防及处置降水的办法：航线上有降水就需要改变高度飞行或绕开降水区飞行，在进入降水区前打开无人机的防结冰系统。30 三、气象环境对飞行的影响4.湍流对飞行的影响 大气湍流，是一种空气运动特征，除主要的定常运动状态外，还存在各种尺度的空气涡旋运动，表现为速度场的时间不规则性和空间不均匀性。1、分类： 根据产生的垂直高度可将大气湍流分为低空湍流（低

15、于6000米）和晴空湍流（6000米以上） 根据产生的原因又可以将低空湍流分为热力湍流、动力湍流、无人机尾涡湍流、锋面湍流和地形波。2、湍流对飞行的影响： 1）对无人机结构的影响 湍流易造成无人机飞行中出现颠簸，长时间出现这种情况，或超过无人机最大承受能力，无人机的某些部位（例如机翼或尾翼）就可能变形甚至因疲劳而损坏。2）对操纵无人机的影响 颠簸强烈时，容易失去对无人机的操纵。31 三、气象环境对飞行的影响一旦遭遇较强的颠簸，驾驶员应保持沉着冷静，可采取下列措施： （1）操纵动作要柔和，保持无人机平飞； （2）采用适当的飞行速度； （3）飞行速度和飞行高度选定后，不必严格保持； （4）适当改变

16、高度和航线，脱离颠簸区。4.湍流对飞行的影响32 三、气象环境对飞行的影响5.积冰对飞行的影响 积冰，是指各种降水或雾滴与地面或空中冷却物体碰撞后冻结在其表面上的现象。 过冷水滴，是指温度低于0而仍未冻结的云滴或雨滴。 无人机结冰是指无人机机体表面某些部位聚集冰层的现象。 在层状云和积状云中过冷水滴与冰晶的分布如下： （1）零下20至 0：大、小过冷水滴共存； （2）零下40 至零下20：小过冷水滴存在，大过冷水滴冻结成冰； （3）零下40以下：非常小的过冷水滴存在，其他过冷水滴冻结成冰。33 三、气象环境对飞行的影响5.积冰对飞行的影响积冰根据特征可分为明冰、雾凇、毛冰和霜四种，如图所示。3

17、4 三、气象环境对飞行的影响积冰对飞行的影响： （1）积冰使无人机升力面积减小； （2）起落架装置上的结冰，会在收放轮时损坏起落架装置； （3）无人机动、静压孔积冰，会使速度表、高度表等一些重要驾驶仪表失效或者失真； （4）发动机进气道口和动力装置积冰。积冰出现在进气道口，阻滞气流； （5）无人机摄像镜头积冰会严重影响驾驶员视线； （6）无人机天线积冰会影响通讯，甚至中断联络。积冰的防范措施： 1）地面做好预防，提倡无污染起飞 ； 2）空中保持无线电畅通，熟练使用气象机载设备。 5.积冰对飞行的影响35 三、气象环境对飞行的影响锋面天气主要是指锋面附近的云、降水、风等气象的分布情况。1.气团

18、气团，是指巨大空气团，它的范围通常有数千千米，同时在水平方向上具有均匀的温度和湿度属性。 按气团的热力性质不同，划分为冷气团和暖气团；当冷、暖气团相遇时，就产生了锋。6.锋面天气对飞行的影响36 三、气象环境对飞行的影响6.锋面天气对飞行的影响暖锋，是指暖气团推动锋面向冷气团一侧移动的锋。如下左图所示。冷锋，是指冷气团推动锋面向暖气团一侧移动的锋。如下右图所示。37 三、气象环境对飞行的影响6.锋面天气对飞行的影响冷锋和暖锋的比较 冷锋暖锋相同点气团位置冷气团在锋下，暖气团在锋上过境时都会出现阴天、降水等天气现象，降水主要集中在冷气团一侧过境后多晴朗天气不同点锋面坡度较大较小雨区范围以及位置雨

19、区窄，降水主要集中在锋后雨区宽，降水主要集中在锋前天气特征过境前暖气团控制，温暖晴朗冷气团控制，低温晴朗过境时阴天、大风、降温、降雨、降雪多为连续性降水过境后冷气团控制，气温低、气压高、天气转晴暖气团控制，气温高、气压低、天气转晴天气实例北方夏季暴雨，冬季寒潮，春季沙尘暴夏季雨带的北移38 三、气象环境对飞行的影响7. 气压、气温、大气密度对飞行的影响1.气压影响 在大气中，气压是随着高度的增加而减小的，无人机越往高空飞行，飞行所获得的升力就越小。 提升无人机飞行高度的方法：（1）增大机翼面积；（2）增大发动机的功率。2.气温影响 温度太低会导致电子电气设备无法正常启动，还会导致液压油或燃油结

20、冰； 温度太高也会导致电子电气设备性能下降、结构材料承载能力下降等问题出现。3.大气密度影响 空气密度变大，会导致无人机所受到的升力和阻力都会变大。39 目 录第一节 大气成分与结构第二节 气象要素第三节 气象环境对飞行的影响第四节 气象资料及其来源与服务设施40 四、气象资料及其来源与服务设施1.气象图1.卫星云图 卫星云图是由卫星观测到地球上的云层覆盖和地表特征的图像，可以识别不同天气，确定其位置，并估计强度和趋势。卫星云图识别云的判据：结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影、纹理41 四、气象资料及其来源与服务设施1.气象图气象卫星云图分类：（1）红外线卫星云图：利用卫星上红外线仪器，

21、来测量云层温度。如下左图所示。（2）可见光卫星云图：利用云顶反射太阳光的原理制成，可显示云层覆盖的面和厚度。如下右图所示。42 四、气象资料及其来源与服务设施1.气象图（3）水汽图：卫星接收到的辐射决定于水汽含量。如下左图所示。（4）增强红外卫星云图：属于红外线卫星云图的一种，针对对流云所设计，主要目的为突显对流现象。如下右图所示。43 四、气象资料及其来源与服务设施2、地面天气图 地面天气图，是天气分析和预报业务中最基本的天气图，包含地面气温、露点、风向、风速、水平能见度、海平面气压、一些高空气象要素和短期气象要素等变化趋势，如图所示。1.气象图44 四、气象资料及其来源与服务设施地面天气图

22、从四个方面分析：1）等压线及气压系统；2）三小时变压及其中心；3）天气符号，如左图所示；4）锋，如右图所示。1.气象图45 四、气象资料及其来源与服务设施3、天气预报图天气预报图常见的有日常航空天气报告，其填图格式，如图所示。1.气象图46 四、气象资料及其来源与服务设施1.气象图某日某地的航空天气预报，如图所示，在某年12月18日这天4时，风速为2米/秒，风向为西北向，温度8，露点6，天气现象是有大雾，总云量为6等级，场面气压为992百帕，高积云3600米高度，普通层积云1000米高度且云量为3级。47 四、气象资料及其来源与服务设施2.气象资料来源目前国内气象资料获取的主要途径有民航气象预

23、报、气象台站和互联网。1.民航气象预报民航气象预报，一般包括民航机场预报、着陆预报、起飞预报、区域预报、航路预报、重要气象情报、低空气象情报、机场警报和风切变警报等。2.气象台站气象台站，是为国民经济建设和国防建设服务的气象机构。其职能是进行气象观测，积累、整编气象资料，发布天气预报、警报，开展气象科学研究，负责对气象站进行技术指导。3.互联网查询48 四、气象资料及其来源与服务设施3.气象服务设施气象设施，是指气象探测设施、气象信息专用传输设施和大型气象专用技术装备等。气象设施是集气象资料收集、传输、分析各个功能于一体的所有设备的总称。气象设备包括：气象卫星、气象雷达、现代遥感仪器如激光雷达、风廓线仪、微波辐射仪和计算机及特殊辅助设备等