无人机技术基础：无人机飞行气象课件.pptx

1、无人机技术基础 无人机飞行气象2掌握不同气象条件下的飞行处置方法了解与无人机飞行相关的气象知识34.1大气的状态及运动4.1.1大气的成分大气指的是包围着整个地球的大气圈。它不仅是生物维持生命所必需的，而且参与地球表面的各种过程，如水循环、化学和物理风化、陆地上和海洋中的光合作用及腐败作用等，各种波动、流动和海洋化学也都与大气活动有关。44.1大气的状态及运动4.1.1大气的成分影响飞行的天气主要是指低层大气（本单元如无特殊指出大气均是指低层大气），低层大气主要由干洁空气、水汽、大气杂质组成，如图所示。干洁空气是构成大气的主要部分，一般意义上，我们所说的空气就是指这一部分，干洁空气主要由氮气和

2、氧气构成，其体积分别占干洁空气的78%和21%，其他气体占1%，主要有二氧化碳、臭氧、氩气、氖气等。干洁空气的这一比例在50km高度以下基本保持一致。54.1大气的状态及运动水汽大气中的水汽主要来源于江、河、湖、海等的水面蒸发，潮湿陆地和物体表面蒸发以及植物的蒸腾。水汽在大气中的含量随着高度的增加而减少，水汽随大气运动而运动，并在一定条件下发生状态变化，即水的三种状态（固态、液态、气态）之间的相互转变。这一变化过程伴随着能量的释放和吸收，在大气中运动的水汽，通过状态变化传输能量，把热量从一个地方带到另一个地方，如图所示。热量传递是大气中的一个重要物理过程，与气温及天气变化关系密切。大气杂质又称

3、为气溶胶粒子，是指悬浮于大气中的固体杂质和液态微粒。大气中的固体杂质和液体微粒使大气的能见度变坏，其可充当水汽凝结核，对云、雨的形成起着重要的作用，同时它们能吸收一部分太阳辐射和阻挡地面放热，对地面和空气温度有一定的影响。64.1大气的状态及运动4.1.2标准大气和气象要素大气在世界的不同地区，其特点是不同的，为了在进行航空器设计、试验分析时，所用的大气物理参数不因地而异，必须建立一个统一的标准，即所谓的国际标准大气。以北半球中纬度地区大气物理特性的平均值为依据，并加以适当修改而建立。国际标准大气认为空气是完全气体，即满足气体状态方程，相对湿度为0，海平面高度为0m，称为ISA标准海平面，气温

4、为15，海平面气压为1013.25hPa。1.标准大气74.1大气的状态及运动4.1.2标准大气和气象要素气象要素是表示大气中物理现象和物理变化过程的物理量。比如气温、气压、湿度、风向、风速、能见度、降水量、云量、辐射等。气象要素表征大气的宏观物理状态，其中气温、气压和空气湿度成为三大气象要素。2.气象要素84.1大气的状态及运动4.1.2标准大气和气象要素（1）气温 气温是指空气的冷热程度。气温的高低表明空气分子做不规则运动平均速度的大小。当空气获得热量时，分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温也就升高，反之当空气失去热量时，分子运动的平均速度减小，平均动能减少，气温也就降低。气温的高低

5、可以用温度计来测量。一般用T来表示，我国和世界上的大多数国家通常采用的是摄氏温度，单位用表示，以气压1013.25hPa时水的冰点为0，沸点为100，期间100等份中的1份即为1。理论研究上常用绝对温标，以K表示，其一度间隔和摄氏度相同，但绝对零度是-275.15，两者的关系是T(K)=t()+273.15。2.气象要素94.1大气的状态及运动4.1.2标准大气和气象要素（2）气压 气压即大气压强，是指与大气相接触的面上，空气分子作用在单位面积上的力。这个力是由于空气分子的无规则运动，而对接触面产生碰撞引起的，也是空气分子运动所产生的压力。常用度量气压的单位有百帕（hPa）和毫米汞柱（mmHg

6、）。1hPa=100N/=0.75mmHg在大气处于静止状态时，某以一高度上的气压值等于其单位面积上所承受的上部大气柱的重量，随着高度增加，上部大气柱越来越短，且空气密度越来越小，大气柱重量也就越来越小。航空上常用的几种气压有本站气压、修正海平面气压、标准海平面气压和场面气压。2.气象要素104.1大气的状态及运动4.1.3大气的运动空气的水平运动就是通常所说的风。空气的运动是在力的作用下产生的。作用于空气的力除重力之外，尚由于气压分布不均产生的气压梯度力，由于地球自转而产生的地转偏向力，由于空气层之间、空气与地面之间存在相对运动而产生的摩擦力，由于空气做曲线运动时产生的惯性离心力。这些力在水

7、平分量之间的不同组合，构成了不同形式的大气水平运动。地表冷热不均，造成同一水平面气压差异，气流从高压区流向低压区，这就形成了风，风是气流的水平运动。1.大气的水平运动 114.1大气的状态及运动4.1.3大气的运动大气运动的能量来源是太阳辐射，根本原因是地面冷热不均。热量分布不均导致大气压力变化后产生大气运动，并形成尺度不一的大气环流，产生热量、水分等物质的与能量输送，影响和制约着不同地区的天气和气候。124.1大气的状态及运动4.1.3大气的运动风对航空器的飞行有影响，近地面的风，对飞机起降的安全有直接影响。飞机顺风起飞、着陆会增加滑跑距离，当风速超过规定值时，就有可能冲出跑道或撞击障碍物的

8、危险；逆风起落可以缩短滑跑距离，故一般采用逆风起降，但如果逆风超过一定限度也可使飞机操纵困难，有可能使飞机在跑道头提前接地；当飞机在侧风中起降时，飞机除向前运动外，还顺着侧风方向移动，如不及时修正就会偏离跑道方向，飞机接地后，在滑行过程中，侧风对飞机垂直尾翼的侧压力，会使机头向侧风方向偏转，有可能使飞机打转等后果。我们经常所说的一架多旋翼无人机的抗风能力，一般是针对水平风而言。这种能力一般跟飞控的姿态限幅、多旋翼飞行平台的水平飞行阻力及动力电池的剩余马力三个因素有关。由于现在民用无人机飞控设计并无严格的行业标准，所以在抗风能力的表现上，各家存在不同差异。1.大气的水平运动 134.1大气的状态

9、及运动4.1.3大气的运动大气运动除了水平运动，还存在上升下降气流，这就是所谓的空气的垂直运动，也称为垂直风。垂直风有很多种，与多旋翼相关的两种分别是热力型气流和动力型气流。2.大气的垂直运动 热力热力型气流型气流是由地面热力性质引起的，太阳照射，空气受热膨胀，密度减小，形成上升气流，太阳越强，水平风速越小，这种作用越明显。热力型气流会对多旋翼续航时间产生明显影响。例如，晴朗中午在郊外拍摄，悬停在道路上空的功率将小于悬停在草地上空的功率，航时也是前者大于后者。需要注意一点，当水平风较大时，热力型气流会被吹乱吹散，投影也不会在热表面上，这是寻找热力型气流只能根据经验或者地面站观察转速了。动力型气

10、流动力型气流是由于空气运动时受到机械抬升而引起的，如上坡迎风面对空气的抬升，建筑物对空气的抬升。这两类也是运行多旋翼需要特别注意的。广阔的山坡迎面风会提供稳定的上升气流，适当时可以加以利用。某些特殊建筑与地形产生的上升气流面积小且不规则、并不稳定，在风速较大时要避免进入，进入则会出现颠簸、碰撞、任务图像不稳定等问题。144.2云和降水4.2.1云云是指停留大气层上的水滴或冰晶胶体的集合体。云是地球上庞大的水循环的有形的结果。太阳照在地球的表面，水蒸发形成水蒸气，一旦水汽过饱和，水分子就会聚集在空气中的微尘（凝结核）周围，由此产生的水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就产生了云的外观。154.2云

11、和降水4.2.1云地球上江、河、湖、海、陆地表面、动植物体内的水分，受到阳光的照射，不断地蒸发，变成水蒸气混入大气中，便随着暖气流的上升，升入高空，由于高空的温度越来越低，水蒸气遇冷会变成小水滴。如果高空的温度低于0，水蒸气会变成小冰晶，无数的小水滴或小冰晶集合在一起，便形成了云。1.云的形成164.2云和降水4.2.1云（1）热力作用在阳光下，由于日照强烈，近地面的地层被急剧地增热，附近的空气就发生上升运动。我们在夏季白天常见的山状的云，就是由于这种作用形成的。（2）锋面作用锋面是气象学上的冷暖空气交锋时的界面，当暖而轻的空气向前进时，遇到冷而重的空气的阻挠，暖空气就会主动地在冷空气斜面上滑

12、升，这时的界面叫做暖锋面。暖空气在暖锋面上倾斜上升，就会形成大范围深厚的云层，当冷空气向前进遇到暖空气时，就会冲到暖空气的下面迫使暖空气上升，这时的界面叫做冷锋面。暖空气被迫在冷锋上上升。2.影响云形成的因素174.2云和降水4.2.1云（3）地形作用平流的湿空气遇到山脉、丘陵或高原等地形的阻拦时，就会被迫上升，在迎风的山坡上形成云或雾。此外，由于空气的垂直乱流的作用，以及由于湿空气层夜间的辐射作用，也会使空气的水汽凝结成云。机场上空高度较低的云会使飞行员看不清跑道，直接影响飞机的起降。其中，危害最大的云是对流云，飞机一旦进入，易遭到电击，使仪表失灵，油箱爆炸，或者造成强烈颠簸、积冰，使操纵失

13、灵，发生飞行事故。2.影响云形成的因素对流云184.2云和降水4.2.2降水降水是自然界中发生的雨、雪、露、霜等天气现象的统称。其中以雨、雪为主，就我国而言以降雨最为重要。水滴或者固态冰雪颗粒在重力作用下，克服空气阻力从空中降落到地面的现象称为降水。194.2云和降水4.2.2降水地球上的水受到太阳光的照射后，就变成水蒸气被蒸发到空气中去了，水蒸气在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴，这些小水滴又小又轻，被空气中的上升气流托在空中，就是这些小水滴在空中聚成了云。这些小水滴要变成雨滴降到地面，它的体积大约要增大100多万倍。小水滴增大自己的体积主要依靠两个手段，一是凝结和凝华增大，二是依靠云滴的碰撞合

14、并增大。当大云滴越长越大，最后大到空气再也托不住它时，便从云中直落到地面，成为我们常见的雨水。1.降水的形成204.2云和降水4.2.2降水（1）理论因素水汽、上升运动和冷却凝结是形成降水的理论因素。在水汽具备的条件下，只有空气冷却，水汽才能凝结形成降水。而促使水汽冷却凝结的主要条件是空气的垂直上升运动。当湿空气在某种外力作用下被抬升后就会被促使空气冷却，导致降水。但是上升运动能否继续发展，与大气层结的稳定度有关。2.影响降水的因素（2）实际因素影响降水的实际因素有很多，主要有四个：海陆位置的影响，沿海迎风区降水多，离岸风区降水少，内陆地区空气干燥，降水少。大气环流的影响，盛行上升气流的地区降

15、水多，盛行下沉气流的地区降水少，受夏季风影响的地区或季节降水多，受冬季风影响的地区或季节降水少。洋流的影响，寒流流经的沿海地区降水少，暖流流经的沿海地区降水多。地形的影响，暖湿气流流经的山地迎风坡降水多，山地背风坡降水少。214.2云和降水4.2.2降水（1）锋面雨 两个温湿特性不同的气团相遇时，在其接触区由于性质不同来不及混合而形成一个不连续面，称为锋面，锋面随冷暖气团的移动而移动。从运动学观点分类，可分为冷锋、暖锋、静止锋、锢囚锋。锋面雨是由锋面活动形成的，如图所示。暖锋雨是冷暖气团相遇时，暖湿气团会推动锋面向冷气团一侧移动，峰后暖空气一方面向冷空气方向推进，同时又沿锋面缓慢上升，在上升过

16、程中冷却而产生的降雨。因暖锋坡度很小，故暖锋雨降雨面积大、雨水强度小、历时长。冷锋雨是冷暖气团相遇时，冷气团楔入到暖湿气团之下，推动暖湿气团上移冷却而产生的降雨，冷锋雨一般强度较大，历时较短，雨区范围较小。3.降水的类型224.2云和降水4.2.2降水（2）对流雨 因地面受热，温度升高，使靠近地面、带有大量水汽的下层暖空气膨胀上升，并和上层空气形成对流，下层空气上升到空中时，凝结降雨，称为对流雨。对流雨一般发生在夏季酷热的午后，其降雨强度较大，但历时短，降雨面积小。对流雨常伴有阵风和雷电，故又成为热雷雨。3.降水的类型234.2云和降水4.2.2降水（3）地形雨 空气在运移过程中，遇山脉的阻挡

17、，气流被迫沿迎风坡上升，由于动力冷却而成云下雨称为地形雨，如图所示。地形雨多发生在山脉的迎风坡，背风坡因空气下沉使饱和含水量增大，降雨将减少或停止。如我国秦岭南坡是东南和西南暖湿气流的迎风坡，其降雨量明显大于北坡。3.降水的类型244.2云和降水4.2.2降水（4）气旋雨 气旋是中心气压低于四周的大气旋涡。在北半球，气旋内的空气作逆时针旋转，并向中心辐合，引起大规模的上升运动，水汽因动力冷却而致雨，称为气旋雨。中国大部分地区处于温带，多为南北向气流，是暖湿气流和冷气流交接地带，因此，气旋雨十分发达。各地气旋雨都占年降雨量的60以上，其中华中和华北地区超过80，西北内陆地区也达到70。3.降水的

18、类型254.3 能见度能见度由人工观测者定量估计，为气象目的而定义。一般定义为，在当时的天气条件下，正常人的视力能将具有足够大视角并与背景有足够亮度的目标物从背景中区别出来的最大距离，单位为m或km。1.定义能见度是基本的气象量，即大气透明度，可以客观地测量，并用气象光学视程表示。气象光学视程是指由白炽灯发出的色温为2700K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度。264.3 能见度人工观测能见度，一般指有效水平能见度，是指台站四周视野中1/2以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。白天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认的目标物 (黑色

19、、大小适度)的最大水平距离；夜间能见度则是指假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小的黑色目标物能被看到和辨认出的最大水平距离。不同气象条件下能见度的一般值如图所示。2.观测方法274.3 能见度在航空学上，能见度分为地面能见度、空中能见度、跑道视程。3.分类（1）地面能见度地面能见度又叫气象能见度，是指昼间以靠近地平线的天空为背景，视角大于20的地面灰暗目标物的能见度。气象能见度是假定目标与背景原有的亮度对比和视觉都比较标准的条件下观测的能见度，基本上只受近地面水平方向大气透明度的影响。为了便于应用, 航空气象报告中统一使用气象能见度。284.3 能见度（2）空中能见度 在航空活动中，从空中

20、观测目标时的能见度。按观测方向的不同，空中能见度分为空中水平能见度、空中垂直能见度和空中倾斜能见度，如图所示。由于飞行过程中，目标物与其背景并不是静止不动的，所经过的大气的透明度也在时刻变化，再加上其他影响空中能见度的因素，观测的时候相对困难。因此对空中能见度不做太多观测，只大致估计其好与坏，当空气混浊,大气透明度差时,就会进行垂直能见度的观测，它的数值等同于飞机爬升到地面较大目标物开始变得模糊或者飞机下降到刚好能看清地面较大能见目标物时的高度。3.分类294.3 能见度（3）跑道视程 在跑道中线，航空器上的飞行员能看到跑道面上的标志或跑道边界灯或中线灯的距离。我们所说的航空器上的飞行员所处的

21、高度可以认为大约5m；所谓标志是指为了表示跑道中心线或接地线用白漆在跑道表面画出的标志。一般来说，跑道视程是指从飞机的接地地点看到的能见距离。但在实际上是不可能到跑道中间去观测的，这就必须取一个能代替接地地点的位置，使测量出的能见距离尽可能和接地地点测量的一致。国际民航组织建议这个位置应是在离跑道中线一侧不超过120m处。代表接地地带的观测，其观测位置应沿跑道，离入口处约300m；代表跑道中间地段和较远地段的观测位置，应位于沿跑道入口约1000m到1500m，但要离跑道另一端300m。决定这些点和必要时增加的点的确切位置时，应考虑航空的、气象的和气候的因素后，例如长跑道、沼泽地和其它有利于雾气

22、形成的区域，再予决定。3.分类304.3 能见度（4）视程障碍 视程障碍天气现象简称视程障碍，是指空气中因为存在水汽凝结物、干质悬浮物等而使空气变得污浊，并造成能见度下降的一类天气现象。包括雾、雪、沙尘暴、扬尘、浮尘、烟幕、霾，是在一定条件下产生的，反映大气中的不同物理过程，是天气变化的体现，也是天气预报的依据之一，对人们的生产、生活、交通运输都有极大影响。314.4 天气分析在广大空间里存在着的水平方向上物理属性（主要指温度、湿度和稳定度等）相对比较均匀的大块空气，称为气团气团。在同一起团中，各地气象要素的重点分布几乎相同，天气现象也大致一样。气团的水平范围可达几百到几千公里不等，垂直范围可

23、达几公里到几十公里，常常从地面伸展到对流层顶。按气团的热力性质分类就是依据气团的温度和所经下垫面的温度对比来划分，分为冷气团和暖气团；按地理分类，气团常分为冰洋气团、极地气团、热带气团、赤道气团。气团的形成需要具备两个条件气团的形成需要具备两个条件，一是要具备大范围物理性质比较均匀的下垫面，如辽阔的海洋，浩瀚的沙漠，大面积冰雪覆盖的极区等；二是稳定的环流条件，使空气能较长时间的缓慢移动在温、湿特性比较均匀的下垫面上，从而获得与下垫面相同的物理属性。 4.4.1气团324.4 天气分析大气处在不断的运动当中，当气团在广阔的源地上取得与源地大致相同的物理属性后，离开源地移至与源地性质性质不同的下垫

24、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。 4.4.1气团气团变性的快慢主要取决于这几个方面：一是源地性质与所经下垫面的性质差异的大小；二是离开源地时间的长短和路程远近；三是空气运动的状态和季节。通常情况下，冷气团变性快于暖气团，陆地上的气团变性快于海洋上的气团。在冬季，我国大部分地区主要受变性极地大陆气团的影响，来自西伯利亚和蒙古的冷空气控制我国大部分地区，一般多大风、降温天气，气候特点是干燥、晴朗、低温、多偏北风；华南、西南等地受热带海洋气团影响，潮湿多阴雨或雾。在夏季，我国沿海主要受变性热带海洋气团影响，气候特点是炎热、潮湿、多雷雨，如

25、江淮的梅雨天气；在我国西北地区主要受热带大陆气团影响，干燥、炎热、少雨，在它的控制下常出现严重的干旱和酷暑；云南、云贵高原南部受西南季风影响，形成了得天独厚的独特气候，如西双版纳的四季如春。在春季，变性的极地大陆气团和热带海洋气团势力相当，互有进退，因此是锋面和气旋活动最频繁的时期，天气比较复杂；秋季，变性的极地大陆气团开始活跃，变性热带气团南退，我国出现最为宜人的秋高气爽天气。334.4 天气分析冷暖气团之间的狭窄过度地带称为锋，锋的结构如图所示。锋具有一定的宽度，在地面上，范围在3040km，在高空，锋的宽度可达几百公里，由于地转偏向力的作用，锋在空中呈现倾斜状态，锋的宽度远小于长度，可以

26、把锋看成几何面，故称锋面。锋和某一等压面相交的区域，称为锋区，锋区中温度的水平梯度特别大，等温线密集，并随高度向冷区倾斜，实际上，锋就是两个性质不同的气团的过渡区。锋面与地面的交线称为锋线。锋面和锋线统称为锋。锋面两侧温差大（等温线密集）。温差的大小是锋面强度的重要指标，温差大锋区强，温差小锋区弱。在垂直方向锋下是冷气团，锋上是暖气团，锋区内气温随高度递增（或等温），厚度约数百米；在暖气团水平方向上气压变化不大，穿越锋面进入冷气团中，由于锋下密度大，气压逐渐升高，锋处于低压槽中，最大曲率出现在锋线处；锋处于低压槽中，水平方向从锋后到锋前，风成气旋式转变，穿越锋到冷区风速会增大，到暖区风速会减小

27、，地面锋线处有气流辐合，垂直方向通过锋区，风向将作顺时针（暖锋）或逆时针（冷锋）转动。4.4.2锋1锋的结构344.4 天气分析锋按照其伸展高度分类，划分为地面锋、对流锋、高空锋；按照气团的发源地划分为冰洋锋、极锋、热带锋；根据锋的移动方向，可以将锋划分为冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋，这是主要的分类方法。4.4.2锋2.锋的分类354.4 天气分析（1）冷锋 冷气团主动向暖气团移动形成的锋是冷锋，锋后冷气团占主导地位，推动者锋面向暖气团一侧移动，如图所示。根据移动速度的快慢，可分为缓行冷锋和急行冷锋。冷锋是我国重要的天气系统之一，全年均可出现，冬季，强冷锋可自北向南影响到全国各地，直至华南沿海

28、，夏季，主要在长江以北地区活动。在夏季，冷锋带来云雨天气，时有雷暴产生。在冬季，冷锋位于北方时，云雨分布在锋线附近，范围不大，发展不强，有时出现无云的“干冷锋”，锋后多大风；冷锋越过黄河向南移动时，水汽不断增多，云雨天气加强并扩展到锋后；冷锋移到长江以南时，水汽进一步增多，造成宽广的云雨天气。4.4.2锋2.锋的分类364.4 天气分析（2）暖锋 暖锋是指在锋面移动过程中，暖空气推动锋面向冷气团一侧移动的锋，如图4-4-3所示。在我国境内，暖锋多同冷锋相伴而生，常出现在东北及长江中下游地区的气旋中。暖锋所到地区升温，在东北及长江中下游地区以锋面气旋的形式出现。暖锋附近多云雨，云区宽广，靠近地面

29、锋线附近处，云最低、最厚，离锋线越远，云就越薄越高。远离锋线的地方观测其云序为：卷云、卷层云、高层云、雨层云等层状云（稳定的暖气团），连续性降水常出现在锋前雨层云中，降水宽度在200千米以上。不稳定的暖气团云系：层状云中有积状云凸起（积雨云和雷暴云），形成阵性降水。4.4.2锋2.锋的分类374.4 天气分析（3）准静止锋 冷暖气团势力相当或有时冷气团占主导地位，有时暖气团占主导地位，锋面很少移动或处于来回摆动状态的锋。准静止锋也可因地形阻挡而形成，如岭南山地、云贵高原、天山北麓等地区，都可形成准静止锋。准静止锋的云区、雨区比暖锋更宽，冬季有时云雨区并不紧靠地面锋线；降水强度虽比暖锋小，但降水

30、持续时间长，往往是连绵细雨；抬升的暖气团潮湿不稳定时可出现积雨云和雷阵雨；准静止锋附近风力很小。4.4.2锋2.锋的分类384.4 天气分析（4）锢囚锋 当三种不同性质的气团（暖气团、冷气团、更冷气团）相遇时，先形成两个锋面，之后，若其中一个锋面追上另一个锋面，即形成锢囚锋。常见的是冷锋赶上暖锋，或是两条冷锋相遇并逐渐合并，是地面全被冷空气占据，原来的暖空气被迫抬离地面，依照其两侧冷空气的温度差异和推移情况，将锢囚锋分为冷式锢囚锋和暖式锢囚锋。锢囚锋的天气保留原来冷锋和暖锋的一些特征，由于锢囚后，暖空气被抬升到很高的高度，因此，云层增厚，降水增强，雨区扩大，风力界于冷锋与暖锋之间。4.4.2锋

31、2.锋的分类394.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境风矢量（风向、风速）在空中水平和垂直方向上的变化称为风切变。对飞机起飞和安全着陆威胁最大的是低空风切变，即发生在着陆进场或起飞爬升阶段的风切变。它不仅能使飞机航迹偏离，而且可能使飞机失去稳定，如果处置不当，常会产生严重后果。404.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境风矢量（风向、风速）在空中水平和垂直方向上的变化称为风切变。对飞机起飞和安全着陆威胁最大的是低空风切变，即发生在着陆进场或起飞爬升阶段的风切变。它不仅能使飞机航迹偏离，而且可能使飞机失去稳定，如果处置不当，常会产生严重后果。1.低空风切变414

32、.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境所谓低空风切变是在近地面层附近的每一高度上或不同高度上很短距离内风向风速发生较大的变化，或短距离上升、下沉气流突然变化的现象。（1）水平风的垂直切变 这是指水平风在垂直方向上两个不同高度点之间的风向和风速的变化。（2）水平风的水平切变 这是指水平风在水平方向上两个不同距离点之间的风向和风速的变化。（3）垂直风的切变 这是指上升或下降气流（垂直风）在水平方向（或航迹方向）上的变化。1.低空风切变424.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境飞机在大气中飞行，会遇到顺风、逆风、侧风和垂直风等因素的影响。因此，根据飞机相对于风矢量的

33、方位不同，把风切变区分为顺风切变、逆风切变、侧风切变和下冲气流等四种形式。2.对飞行有影响的风切变434.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境（1）顺风切变顺风切变是指飞机从静风到小顺风、小顺风到大顺风、逆风到静风、大逆风到小逆风区域内飞行，这是一种比较危险的风切变。在这种情形下飞行，由于顺风矢量增大，机体与空气的相对速度减少，升力随之减少，飞机从正常轨道下跌。如果目测高度低，不及时修正，飞机在着陆过程中将会提前触地，如图所示。2.对飞行有影响的风切变444.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境（2）逆风切变逆风切变是指飞机从顺风由大到小、顺风到静风、静风到小逆

34、风、小逆风到大逆风。在这种情况下飞行，由于顺风矢量减少，逆风矢量增大，机体与空气的相对速度增加，升力随之增大，飞机将高于正常轨迹。在着陆过程中，如果目测过高，不及时修正，就会造成飞机着陆速度过大，滑跑距离增长，甚至会冲出跑道，如图所示。2.对飞行有影响的风切变454.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境（3）侧风切变侧风切变是指飞机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的情况。在着陆过程中，使飞机向左或向右偏航，发生侧滑、滚转或偏转而对不准跑道，如图所示。2.对飞行有影响的风切变464.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境（4）下冲气流切变下冲气流切

35、变是指飞机从无明显的升降气流区域进入到强烈的下冲气流区域的情形。在这种情形下对飞行的危害最大，如图4-5-4所示。2.对飞行有影响的风切变474.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境低空风切变产生的原因产生低空风切变的原因主要有两大类，一类是大气运动本身的变化所造成的的，另一类则是地理、环境因素所造成的，有时由两者综合而成。（1）强对流天气 强对流天气通常指雷暴、积雨云等天气。在这种天气条件影响下的一定空间范围内，均可产生较强的风切变，尤其是在雷暴云体中的强烈下降气流区和积雨云的前沿阵风锋区更为严重，如图所示。对于特别强的下降气流称为微下冲气流，是对飞行危害最大的一种。2.对飞

36、行有影响的风切变484.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境（2）锋面天气 无论是冷锋或暖锋均可产生低空风切变，不过其强度和区域范围不尽相同。这种天气的风切变多以水平风的水平和垂直切变为主，一般来说，其危害程度不如强对流天气的风切变。（3）辐射逆温型的低空急流天气 在秋冬季节晴空的夜间，由于强烈的地面辐射降温而形成低空逆温层的存在，该逆温层上面有动量堆积，风速较大形成急流，而逆温层下面风速较小，近地面往往是静风，所以产生逆温风切变。（4）地形地物 当机场周围山脉较多或地形比较复杂时，常会遇到由于地形造成的低空风切变。当盛行风横越山脉时，在其迎风面会形成上升气流，飞机会上升高度，

37、而在背风面出现下降气流时，飞机会掉高度，在山顶附近的风速将会增大。由于风切变现象具有时间短、尺度小、强度大的特点，从而带来了探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列困难，是一个不易解决的航空气象难题。某些强风切变是现有飞机的性能不能抗拒的，因此，对付风切变的最好办法是避开它。进行风切变的飞行员培训和飞行操作程序设置，在机场安装风切变探测和报警系统，以及机载风切变探测、告警、回避系统，都是减轻和避免风切变危害的途径。2.对飞行有影响的风切变494.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境1.积冰的定义积冰是指飞机机体表面某些部位聚集冰层的现象。积冰主要是由于过冷水滴或降水中的过冷雨滴碰

38、到飞机机体后冻结形成的，也可由水汽直接在机体表面直接凝华而成。2.积冰的类型飞机积冰主要分为三类：明冰、毛冰、雾凇和霜。3.积冰504.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境（1）明冰 明冰的形状像冬季地面上常见的薄冰，透明，表面光滑，在飞机上冻结牢固。明冰对飞机飞行的危害较大，除了会改变飞机的气动特性外，积冰较厚时，还可能使飞机的重心改变，产生俯仰力矩，使飞机的安全性能变差，冰层破碎后的冰块可能还会打坏发动机。（2）毛冰 毛冰表面粗糙不平，冻结的比较牢固，色泽像白瓷，又称瓷冰。毛冰对飞机的气动特性的改变比明冰大，所以，毛冰对飞机飞行的危害不亚于明冰。（3）雾凇和霜 雾凇是由许多

39、颗粒状冰晶组成的表面粗糙的不透明冰层，它是最常见的积冰类型，危害比较小，因为它多在机体突出部位的前缘发生，而飞机的防冰除冰装置也在这个位置，同时，它的积冰形状对气流的影响较小，它松脆的质地是除冰工作比较容易；霜是在晴空飞行时出现的一种积冰，它是水汽在寒冷的机体表面直接凝华而成，形状与地面的霜相似，原来在寒冷的空域中飞行的飞机，突然进入暖湿空气中，就会有霜出现，但不久后，机体增温，霜就会消失。3.积冰514.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境3.积冰的强度在相同的积冰天气环境下，积冰的强度主要取决于飞机的类型、飞机的设计、飞行的高度、飞行的速度等因素。积冰的强度分为微量积冰、轻

40、度积冰、中度积冰和严重积冰。（1）微量积冰微量积冰是指冰层的生成速度略大于其升华速度，这种积冰没有明显危害，无需启动防冰除冰设备，也无需改变飞行高度或者航线，除非这种积冰达到1小时以上。（2）轻度积冰轻度积冰如果持续时间在1小时以上，则将对飞行构成威胁，因此需要间断地使用防冰除冰设备，如果需要在这种环境中长时间飞行，则必须改变飞行高度或改变飞行航线。（3）中度积冰中度积冰只要持续很短时间就会对飞行造成威胁，必须使用防冰除冰设备，如果飞行时间略长，那么就要改变飞行高度或航线。（4）严重积冰在严重积冰情况下，防冰除冰设备已经无法将冰层除去或防止冰层增加，需要立即改变飞行高度或航线。3.积冰524.

41、5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境5.积冰的危害飞机一旦发生积冰，它的气动性能就会变坏，积冰会破坏飞机的流线型，使正面阻力增大，升力和推力减小，使飞机重量增加，操纵困难，严重的时候会危及飞行安全，造成人员伤亡，因此各国都投入大量人力和物力，研究气象设备和分析研究天气现象，杜绝因积冰引起的飞行事故。3.积冰534.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境在飞机起飞、降落和空中飞行的各个阶段都会受到气象条件的影响，风、气温、气压都是影响飞行的重要气象要素。地面风会直接影响飞机的操纵，高空风会影响飞机在航线上的飞行速度和加油量。气温高低，可改变发动机的推力、影响空速表、

42、起落滑跑距离等。气温高于标准大气温度时，会增加飞机起飞滑跑距离和上升爬高时间，降低飞机载重量。气压会影响飞机的飞行高度。由于各地气压经常变化，往往造成气压高度表指示的误差。此外，雷暴、低云、低能见度、低空风切变、大气湍流、空中急流、颠簸、积冰等天气现象都直接威胁飞行安全。4.不同环境的气象特点544.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境1.高空、平流层的一般气象条件（1）对流层上层温度分布在水平方向上，高纬度地区的气温比低纬度地区的气温低；在垂直方向上，气温随高度递减，到达对流层顶气温最低。平流层下层的温度分布：水平方向上，冬天中纬度地区气温较高，低纬度地区和高纬度地区气温较低

43、，夏天高纬度地区气温比低纬度地区高；在垂直方向上，冬天中低纬度地区的温度随高度升高而增加，极地地区随高度升高而降低，夏天气温都随高度增加而增加。（2）高空、平流层的气压分布在垂直方向上，大气压力总是随高度递减的；在水平方向上，对流层会形成许多高低压系统，而平流层在冬季会形成以极地为中心的大低压，在夏季则形成以极地为中心的大高压。（3）高空、平流层风的分布在垂直方向上，对流层的风速随高度增高而加大，冬季比夏季增加更厉害；平流层的风速随高度总是减小的，冬季比夏季风速略有减小。在水平方向上，冬季以偏西风为主，低纬地区以东风为主，在夏季，低纬地区对流层以东风为主，高纬地区仍然以偏西风为主；平流层以偏东

44、风为主。4.不同环境的气象特点554.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境2.高空、平流层影响飞行的因素（1）臭氧对飞行的影响飞机进入臭氧层时，气温会剧增从而对飞机飞行产生影响。（2）空气密度减小空气密度减小会造成飞机发动机推力减小，飞机平飞的最大速度也会减小（3）目视条件的变化目视条件的变化对飞机的飞行影响比较大。4.不同环境的气象特点564.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境2.高空急流（1）高空急流定义及形成高空急流是位于对流层上层或平流层中的一股强而窄的强风带，平均风速达到100km/s；风的水平切变量级为5m/s，垂直切变量级为510m/s。高空急流

45、的形成经常是和大气中有大的水平气温梯度相关的，根据下层风加热成风等于上层风的原理而形成。（2）高空急流范围、方向及特点高空急流一般长几千千米，宽度几百至千余千米，厚度几千米。高空急流中心长轴称为急流轴，方向基本是水平的，按纬度方向分布。在急流轴附近风切变很强，湍流也强，急流轴线上风速最低值为30m/s，而且风速分布不均匀，大小风速区会交替出现。4.不同环境的气象特点（3）不同地域的高空急流温带急流出现在中纬度地区，冬季多位于北纬4060之间，夏季多位于北纬70附近。副热带急流出现在深厚的副热带高压北缘，冬季约位于北纬2532，夏季向北推移约1015个纬度，有时更多一些。热带东风急流出现在热带对

46、流层顶附近或平流层中，一般位于副热带高压南缘，在北纬1520之间，高度为1416km，平均风速为3040 m/s，夏季比冬季强得多。极地平流层急流也称极地黑夜西风急流，极地平流层急流位于纬度5070上空，其风向有明显的年变化，从隆冬时的强大的西风，在夏季变为很强的东风，且冬季的西风远远强于夏季的东风。574.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境（4）高空急流的判断方法利用空中等压面图判断急流等高线密集区就是强风区。利用空间垂直剖面图来判断急流。利用卫星云图判断急流。急流区有时有卷云、卷层、卷积云，多出现在急流右侧（背向而立）。卫星云图上急流云系的北部边界一般呈反气旋性弯曲或准直

47、线状，边界整齐光滑，位置与急流轴大体吻合。利用高空云的形状来判断急流。与高空急流相关的高空云的形状包括：移动迅速的细长束状、辐辏状的卷云带；呈波脊状，并不断变化的卷云、卷层云；荚状高积云和卷积云，这类高空云沿顺风方向长度很大，且经常是多层的。4.不同环境的气象特点3.晴空乱流 （1）晴空乱流的定义与发生情况 晴空乱流是指出现在6000m以上高空且与对流云无关的乱流。通常发生在空中气温水平梯度较大和风切变较大的地区，在风的垂直切变每100m达到12m/s，水平切变每100km达到56m/s的区域，常有晴空乱流发生。（2）晴空乱流的判断在250hPa或200hPa（百帕）等压面图上，一般在急流轴附

48、近高空槽中的冷平流大于5/100km时，这是产生晴空乱流重要指标。高空急流彼此靠近到500km以内时，在汇合区产生晴空乱流的可能性很大。在高空高压脊发展增强且急流通过时，在轴线两侧可出现中度以上的晴空颠簸，颠簸层厚度为最大风速高度上下各伸展1000m或再多一些。地面上有气旋新生时，在急流轴北侧及地面气旋新生区以东，从高空脊线往上、下游各500km的范围内有晴空乱流。584.5 中低空飞行的大气环境4.5 中低空飞行的大气环境（3）晴空乱流与飞行 在晴朗的天气下，飞行员看不到外界任何一点引起颠簸的迹象，完全在不知不觉的情况下飞进乱流区,高空晴空颠簸一般为中度以上颠簸，对飞行安全有很大影响。每次飞行前，应该详细了解航线附近天气，判断有可能出现晴空乱流的区域，提前作好准备，在飞行中应密切注意大气温度和风的急剧变化，当进入颠簸区后，应沉着冷静，柔和操纵，视具体情况，迅速脱离颠簸区。4.不同环境的气象特点创新成就未来