張 雪 李 剛

（1.民航河南空管分局，河南 鄭州 450000；2.國機(jī)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院(河南)有限公司，河南 鄭州 450007）

0 引言

雷暴是自然界的一類放電現(xiàn)象，出現(xiàn)時經(jīng)常伴有多種天氣現(xiàn)象的中小尺度的天氣過程，雷暴天氣不僅產(chǎn)生雷電，還時常會伴有大風(fēng)和暴雨，有時甚至?xí)霈F(xiàn)冰雹和龍卷風(fēng)等強(qiáng)對流性天氣。因雷暴具有電壓高、電流伏值大、能量釋放時間短、危害性大等特點，經(jīng)常給航空安全飛行構(gòu)成嚴(yán)重威脅［1］。長期以來，對機(jī)場雷電天氣特征及航班飛行影響的研究，一直受到民航部門及氣象學(xué)者的高度重視。鄭州機(jī)場指的是鄭州新鄭國際機(jī)場，地處河南省鄭州市新鄭市與中牟縣交界處，屬于4F 級國際民用機(jī)場。鄭州機(jī)場屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雷暴天氣較多，特別是夏季發(fā)生概率大，經(jīng)常給航班飛行造成不利影響。基于此，本研究主要對鄭州機(jī)場夏季雷暴特征分析及對航班飛行的影響進(jìn)行分析，并給出了科學(xué)有效的應(yīng)對措施，以期為今后更好的確保航班安全飛行、降低飛行事故提供指導(dǎo)。

1 鄭州機(jī)場夏季雷暴特征分析

通過對2004—2020 年鄭州機(jī)場氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，鄭州機(jī)場近17年累計雷暴日數(shù)為280 d，年平均雷暴日數(shù)為16 d，年最多雷暴日數(shù)為22 d（2008 年），雷暴日數(shù)次多值為21 d，出現(xiàn)在2004年、2005 年；年最少雷暴日數(shù)為10 d（2017 年）。圖1 為2004—2020 年鄭州機(jī)場雷暴日數(shù)年際變化趨勢，近17 年鄭州機(jī)場雷暴日數(shù)總體上呈波動減少變化趨勢，10年平均減少速率為3.627 d。

圖1 2004—2020年鄭州機(jī)場雷暴日數(shù)年際變化趨勢

根據(jù)圖2 可知，鄭州機(jī)場雷暴一般出現(xiàn)在3—9月，大多數(shù)集中在夏季（6—8 月），該時間段雷暴日數(shù)占年累計總數(shù)的80.36%，特別是盛夏7—8 月為雷暴出現(xiàn)高峰期，占年總數(shù)的61.79%；10 月、11 月偶有雷暴天氣出現(xiàn)，其他月份（12 月、1 月、2 月）無雷暴天氣。

圖2 2004—2020年鄭州機(jī)場月累計雷暴日數(shù)分布圖

通過圖3可知，近17年鄭州機(jī)場的雷暴天氣的日變化特征呈“單峰”型，日變化比較顯著，從00 時到12時雷暴頻次不斷增多，到12時達(dá)雷暴高峰，雷暴頻次達(dá)66 次；而從12 時至23 時雷暴不斷減少。通過鄭州機(jī)場雷暴頻次日變化不難發(fā)現(xiàn)，鄭州機(jī)場各個時刻均可能會出現(xiàn)雷暴天氣，大部分雷暴出現(xiàn)白天（07時至18時），該時間段累計雷暴頻次達(dá)602次，占日總頻次的76.30%。特別是中午至午后出現(xiàn)頻次最多，12時、13時累計雷暴頻次均達(dá)到60次以上。

圖3 2004—2020年鄭州機(jī)場雷暴頻次日變化

綜上可知，鄭州機(jī)場雷暴大部分發(fā)生在夏季，出現(xiàn)此類現(xiàn)象的主要原因是夏季副熱帶高壓使西部暖濕氣流特別旺盛，副熱帶高壓加強(qiáng)西伸時，在熱力的作用下，非常適宜于對流的發(fā)展，容易形成雷暴天氣［2］。而從日變化來看，雷暴天氣出現(xiàn)中午至午后的頻次多，這主要是因為太陽輻射的日變化造成氣溫發(fā)生變化，中午至午后是鄭州機(jī)場一天中熱力條件和不穩(wěn)定性條件最佳的時間。

2 雷暴天氣對機(jī)場航班飛行安全的影響

雷暴天氣是中小尺度天氣共同作用的結(jié)果，其出現(xiàn)往往伴隨雷電、強(qiáng)降雨、風(fēng)切變、顛簸、積冰等天氣現(xiàn)象，會造成機(jī)場航班延誤，甚至?xí)l(fā)航空安全事故。

2.1 雷電

雷暴所包含的能量多，會在較短時間內(nèi)產(chǎn)生劇烈放電現(xiàn)象。如果航班在雷雨活動區(qū)運行，由于機(jī)翼、機(jī)身等突出點的電場特別強(qiáng)，引發(fā)雷擊的概率很大。結(jié)合研究資料了解到，雷達(dá)天線是飛機(jī)各個區(qū)域中雷擊概率最高的點，其次是機(jī)翼，機(jī)身被雷擊的可能性較小。一旦航燈、擋風(fēng)玻璃加熱器以及翼尖等飛機(jī)外部設(shè)備的防護(hù)罩被雷擊，則進(jìn)入機(jī)艙的雷電流會損壞設(shè)備和電源［3］。閃電造成的瞬時電磁場會對通信導(dǎo)航系統(tǒng)以及著陸系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備造成一定程度的干擾，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致系統(tǒng)中斷，從而影響航班的安全飛行。

2.2 強(qiáng)降雨

飛機(jī)在雷暴云下方、附近或在雷暴云中飛行也會誤入強(qiáng)降水落區(qū)。在雷暴天氣發(fā)生時，特別容易導(dǎo)致發(fā)動機(jī)被大量降水侵入，給飛機(jī)發(fā)動機(jī)的性能帶來不利影響。同時，強(qiáng)降水期間大氣能見度會非常差。一般來說，雨強(qiáng)越大，對航空飛行能見度的影響就愈大。特別是飛機(jī)在著陸時若遭遇強(qiáng)降水，則危險系數(shù)會大幅增加。

2.3 風(fēng)切變

當(dāng)雷暴發(fā)生時，積雨云下會產(chǎn)生風(fēng)切變，給航班飛行造成很大影響。鄭州機(jī)場夏季多雷陣雨，且時常出現(xiàn)風(fēng)切變，風(fēng)切變中存在湍流以及渦流，風(fēng)切變越大，湍流越強(qiáng)，對航班起降的安全影響越顯著［4］。在航班運行時，假如遭遇低空風(fēng)切變，會導(dǎo)致航空器性能降低，航空器若具備機(jī)動的能量還可能會轉(zhuǎn)危為安。若航空器飛行高度非常低，機(jī)動能量余量不足，則航空器往往無法較好地抵御低空風(fēng)切變，極易引發(fā)航空安全事故。

2.4 顛簸

雷暴云中急劇降低抑或上升的氣流通常會對飛機(jī)運行造成不同程度的影響，尤其是在成熟的雷暴云中，最強(qiáng)上升氣流可達(dá)50～60 m/s，強(qiáng)度特別強(qiáng)。外界空氣在其作用下也呈不穩(wěn)定狀態(tài)，會導(dǎo)致航空器遭受劇烈的顛簸，使得飛行高度在幾秒內(nèi)下降或者上升幾十米，甚至上百米，在顛簸環(huán)境中飛行，不但會影響飛行員的操作能力，還會給乘客身體帶來不同程度的傷害。嚴(yán)重情況下，飛行儀表可能會受損，從而導(dǎo)致飛機(jī)失控［5］。

2.5 積冰

雷暴云體很大，云體內(nèi)某些高度常有過冷水滴。高空云頂被風(fēng)吹出的云砧范圍比較大，高空溫度又特別低。如果飛機(jī)進(jìn)入這些區(qū)域飛行，可能會在短時間內(nèi)遇到強(qiáng)烈的積冰，導(dǎo)致飛機(jī)飛行性能下降，增加操控難度。當(dāng)機(jī)翼和機(jī)尾發(fā)生積冰時，飛機(jī)的氣動和飛行特性都會受到不同程度的破壞，流線型部分的形狀也會出現(xiàn)一些變化，導(dǎo)致機(jī)翼和機(jī)翼的翼型變形。升力系數(shù)減小，阻力系數(shù)增大，機(jī)翼和機(jī)尾積冰會增加飛機(jī)的重量，導(dǎo)致飛機(jī)重心有所改變，破壞原有的氣動性能。此外，飛機(jī)結(jié)冰還會影響儀表和通信，阻礙機(jī)組操作員的目視飛行。擋風(fēng)玻璃上的積冰會降低透明度，影響機(jī)組操作員的視力，特別是在航班起飛和降落階段，很容易導(dǎo)致飛行事故發(fā)生。

2.6 大風(fēng)

雷暴來臨之前，經(jīng)常會伴隨大風(fēng)天氣，一般來說，大風(fēng)天氣在飛機(jī)的起飛和降落期間影響極大。對于雷暴伴隨的大風(fēng)天氣，不同的飛機(jī)型號在起飛與降落時的接受標(biāo)準(zhǔn)也有所差異。對于波音型號，正側(cè)風(fēng)的最大標(biāo)準(zhǔn)為15 m/s。如果風(fēng)速超過15 m/s的安全標(biāo)準(zhǔn)，則極易對航班的起降產(chǎn)生不利影響。如果鄭州機(jī)場西南陣風(fēng)的瞬時速度超過安全標(biāo)準(zhǔn)，則不利于航班的正常起飛和降落。如果飛行以側(cè)風(fēng)橫滾，則風(fēng)對飛機(jī)兩個機(jī)翼的影響也將不同。因此會產(chǎn)生傾斜力矩，即產(chǎn)生側(cè)風(fēng)，則此時著陸的難度系數(shù)會很高。當(dāng)飛機(jī)在強(qiáng)側(cè)風(fēng)條件下接觸地面時，很容易引起異常問題，例如輪胎破裂和起落架損壞，對飛行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2.7 低能見度

雷暴一般伴隨強(qiáng)降水出現(xiàn)，在夏季強(qiáng)降水結(jié)束后，隨著濕度的增加、溫度的驟增，經(jīng)常會導(dǎo)致輻射霧的出現(xiàn)，目前氣象人員對輻射霧的研究已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)，但是對極端情況部分霧的研究極少。團(tuán)霧是人們很熟悉也是經(jīng)常遇見的，這種霧在民航氣象中有一個專有名詞——部分霧（PRFG）：覆蓋機(jī)場重要部分的霧，其余部分是晴空，多指影響機(jī)場局部區(qū)域的平流霧。霧中能見度小于1 000 m，霧擴(kuò)散到離地大于等于2 m高度。簡而言之，部分霧即只出現(xiàn)在局部區(qū)域，其余部分可以是能見度大于10 000 m 的天氣。日常交通中，由于霧的濃淡不均，會造成視覺錯誤，駕駛員對距離和車速的判斷都與實際情況相差較大，視距變短，容易發(fā)生相撞事故。尤其是高速公路上車速較高，一旦發(fā)生交通事故，經(jīng)常會引起連鎖反應(yīng)，最終造成嚴(yán)重交通事故。對航空氣象來說，部分霧對飛機(jī)的起飛、降落都有極大的影響，根據(jù)出現(xiàn)的位置不同會影響到航班的正常運行，嚴(yán)重時可能發(fā)生飛行事故。

3 雷暴天氣下空中交通管制措施

3.1 機(jī)場管制部門要加強(qiáng)和相關(guān)部門的協(xié)作

雷暴天氣的發(fā)生通常十分迅猛，所以鄭州機(jī)場空中交通管制部門應(yīng)加強(qiáng)與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的合作，及時向氣象部門獲悉天氣預(yù)報情況，以便能在雷暴天氣惡劣天氣發(fā)生之前及時做好雷暴預(yù)警以及應(yīng)急保障工作［6］。此外，鄭州機(jī)場管制部門還應(yīng)強(qiáng)化與附近空管部門的溝通以及合作，相互通報各種飛行信息，及時做好空管的交接，盡可能增強(qiáng)雷暴空中交通管制保障能力。

3.2 建立健全應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制

完善的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制能夠大幅降低雷暴、大風(fēng)等突發(fā)惡劣天氣給機(jī)場航班運行帶來的危害和損失。為了更好地在雷暴天氣下保障航班安全運行，需要建立健全氣象災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。首先，要有預(yù)警系統(tǒng)作為支撐，通過對雷暴惡劣天氣進(jìn)行詳細(xì)分析，制定對應(yīng)的應(yīng)急處理方案。空管部門在提前收到雷暴天氣預(yù)警信息之后，需要調(diào)配執(zhí)勤備份人員，增強(qiáng)崗位應(yīng)急能力，利用班前講評會，組織值班管制員提前獲悉天氣發(fā)生和演變趨勢，以便提前應(yīng)對。若雷暴天氣已經(jīng)出現(xiàn)，值班空管人員在收到機(jī)組報告后，需要及時指揮機(jī)組繞飛避開雷雨惡劣天氣活動區(qū)，并且積極向機(jī)組報告能見度以及跑道視程等具體情況，配合航班安全著陸?？展苋藛T還要在雷暴天氣間歇階段加快機(jī)場航班放行速度，不斷提高機(jī)場航班運行效率。其次，要保證地空通信設(shè)備的正常運行，這就要求空管部門定期安排人員對地空通信設(shè)備加強(qiáng)檢查以及日常維護(hù)管理，以確保應(yīng)急通信設(shè)備的安全、正常使用，提升應(yīng)急管理效率。此外，應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制還需要保證隨時有車輛進(jìn)行救援以及物資運輸，以確保雷暴等惡劣天氣下應(yīng)急響應(yīng)處置措施的全面落實，最大程度地保障航班運行安全。

3.3 提升空中交通管制員綜合素質(zhì)

在雷暴惡劣天氣狀況下，不管是機(jī)組人員，還是管制員均受到極大考驗，特別是管制員在保障航班安全運行中發(fā)揮著十分重要的作用。面對雷暴天氣，正常機(jī)場應(yīng)加強(qiáng)對空中交通管制員的培訓(xùn)，提升管制員的綜合素質(zhì)。首先，要針對鄭州雷雨、強(qiáng)降水，低能見度天氣多發(fā)的特點，為管制人員開設(shè)雷暴過程保障案例復(fù)盤以及交流、大面積航班延誤保障等課程。與此同時，要結(jié)合航班運行實際，加強(qiáng)管制人員訓(xùn)練科目的內(nèi)容設(shè)計，定期對管制員進(jìn)行雷暴天氣條件下模擬控制演練，讓管制員具備更多豐富的實踐經(jīng)驗，極大地提升了鄭州機(jī)場雷暴惡劣天氣條件下的運行保障能力。其次，要加強(qiáng)管制人員的反應(yīng)能力以及判斷能力的培訓(xùn)。遇到惡劣天氣時，管制員需要在最短的時間內(nèi)對航班飛行狀態(tài)進(jìn)行分析以及評估，并且及時對航班進(jìn)行管理且發(fā)布科學(xué)合理的指令［7］。最后，要加強(qiáng)管制員的決策能力的培養(yǎng)，提升應(yīng)急處理能力，以便在發(fā)生雷暴惡劣天氣情況時，管制員可以及時預(yù)測飛行器的飛行狀態(tài)，且在遇到突發(fā)狀況時能夠快速靈活地適應(yīng)實際情況，為航班安全飛行提供服務(wù)保障。

3.4 提升對管制及機(jī)組的通報服務(wù)水平

在遇到惡劣天氣時，及時、準(zhǔn)確提供較前端的通報服務(wù)，會對飛行帶來不容小覷的影響。發(fā)布報文是氣象目前的常規(guī)做法，但是具有一定的局限性與延時性，必須達(dá)到特定標(biāo)準(zhǔn)才能進(jìn)行操作，而對外通報服務(wù)是一個比較靈活又較直觀的方式。及時的通報服務(wù)對管制發(fā)布指令能帶來幫助，對機(jī)組做出決策能提供依據(jù)，對航班飛行航線的調(diào)整也能提供理論支持。合理溝通并商討出具體的通報細(xì)則，對管制、氣象雙崗聯(lián)動，機(jī)組、管制雙崗配合都能帶來積極的影響。

4 結(jié)語

①鄭州機(jī)場近17 年累計雷暴日數(shù)為280 d，年平均雷暴日數(shù)為16 d；鄭州機(jī)場雷暴日數(shù)總體上呈波動減少變化趨勢，10 年平均減少速率為3.627 d；鄭州機(jī)場雷暴大多數(shù)集中在夏季（6—8 月），該時間段雷暴日數(shù)占年累計總數(shù)的80.36%。出現(xiàn)此類現(xiàn)象的主要原因是在夏季副熱帶高壓的影響下，西部暖濕氣流特別旺盛，副熱帶高壓加強(qiáng)西伸時，在熱力的作用下，非常適宜對流的發(fā)展，容易形成雷暴天氣。

②雷暴出現(xiàn)過程中往往伴隨雷電、強(qiáng)降雨、風(fēng)切變、顛簸、積冰等天氣現(xiàn)象，會造成機(jī)場航班延誤，甚至?xí)l(fā)航空安全事故。針對雷暴天氣的危害，應(yīng)積極采取合理的空中交通管制措施，并且要加大管制員的培訓(xùn)力度，提升管制員的業(yè)務(wù)素質(zhì)，以更好地為航班的安全運行提供服務(wù)保障。

③近年來對雷暴的觀測研究也越來越重要，目前大部分國際機(jī)場已經(jīng)安裝部分雷電探測輔助工具，如閃電定位儀、雷達(dá)探測、雷電監(jiān)測等，這為氣象人員研究雷暴提供了一定的技術(shù)支持，也為后續(xù)對雷電的統(tǒng)計有較大幫助。