穆漢文

（湖南機(jī)場股份有限公司懷化芷江機(jī)場分公司 湖南懷化 419100）

民航客機(jī)在飛行過程中，其本身及地面設(shè)施的安全維護(hù)受到許多自然因素的威脅，其中，最重要的因素之一就是雷暴。如果大氣條件不穩(wěn)定，則容易誘發(fā)雷暴，在積雨云云中、云間或云地之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象，并可伴隨暴雨、冰雹和風(fēng)切變等現(xiàn)象的出現(xiàn)。這種惡劣的天氣條件很容易對民航空中飛行安全和地面設(shè)施運(yùn)行安全造成重大影響。如果能夠?qū)σ饳C(jī)場雷暴天氣的要素進(jìn)行全面詳細(xì)的觀測分析，了解并熟悉掌握其對飛行安全的影響，便可為機(jī)場未來災(zāi)害天氣預(yù)警和民航安全飛行提供有力保障。

1 雷暴天氣對空中飛行的影響

1.1 積冰

飛機(jī)發(fā)動機(jī)積冰包括汽化器積冰與進(jìn)氣口積冰，其中，汽化器積冰會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火。如果空氣中存在足夠的水分子，同時汽化器溫度低于冰點(diǎn)，從外界吸入的空氣溫度會降低15℃，此時極易積冰［1］，文丘里管的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)盤上會積聚越來越多的冰，管口直徑縮小，吸入的空氣量也隨之減少，最終導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火。進(jìn)氣口積冰會阻塞進(jìn)氣孔，發(fā)動機(jī)里無法進(jìn)入空氣，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)引擎熄火。屬于飛機(jī)操縱面的副翼、升降舵及方向舵在飛機(jī)出現(xiàn)積冰后，會改變飛機(jī)的重心位置，從而影響飛機(jī)的控制效率及杠桿力，對飛機(jī)的橫向、縱向靜態(tài)與動態(tài)的穩(wěn)定性極為不利。飛機(jī)的升力面若積冰，會導(dǎo)致飛機(jī)正常飛行升力不足，還會造成飛機(jī)失速（機(jī)翼失速或者尾翼失速）。機(jī)翼表面積冰會導(dǎo)致飛機(jī)無法平穩(wěn)飛行，飛行員若無法觀察到尾翼上的積冰，一旦操作失誤，極有可能會釀成慘劇。若積冰使得飛機(jī)的皮托管和靜壓孔發(fā)生阻塞，則控速表會失效，影響飛機(jī)正常飛行。飛機(jī)使用的燃料往往很難凍結(jié)，但燃料箱中的燃料某些時候會和水混合，在低溫環(huán)境中，水一旦積冰，燃油口會被小冰塊堵塞，導(dǎo)致燃油無法正常運(yùn)輸，在民航飛行過程中，一旦燃油箱積冰，則發(fā)動機(jī)必定會熄火，從而嚴(yán)重威脅到航班飛行安全。天線上若出現(xiàn)積冰，則往往會導(dǎo)致天線破裂，并對雷達(dá)通信造成極大干擾，從而對飛機(jī)安全穩(wěn)定飛行帶來不利影響。

1.2 雷電

積雨云內(nèi)的正、負(fù)電荷達(dá)到一定數(shù)值時，在積雨云中、云外和云底均會產(chǎn)生雷電現(xiàn)象。飛機(jī)在大氣中飛行時極易遭受雷擊，導(dǎo)致燃油箱著火，進(jìn)而出現(xiàn)航空飛行事故。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料表明，飛機(jī)不同部位遭受雷擊的概率有很大差異，其中，雷達(dá)天線遭受雷擊的概率最大。此外，雷擊所引發(fā)的瞬間磁場還會對儀表盤、磁羅盤、降落系統(tǒng)及導(dǎo)航系統(tǒng)等造成影響，使通信系統(tǒng)紊亂，導(dǎo)致飛機(jī)和地面通信網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系，遠(yuǎn)離既定航線。

1.3 大暴雨

飛機(jī)在狂風(fēng)暴雨中航行時，飛行速度會加快。在航空器轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的情況下，小雨滴進(jìn)入渦輪增壓制冷壓縮機(jī)后會因?yàn)閾]發(fā)作用吸取發(fā)熱量，使發(fā)動機(jī)燃燒室溫度降低，溫度較低的氣體很容易縮小體積，造成發(fā)動機(jī)壓縮比擴(kuò)大，進(jìn)而增加航空器發(fā)動機(jī)的推動力，導(dǎo)致飛機(jī)加速。但是，如果降水抗壓強(qiáng)度很大，打火不及時，也會造成熄火，尤其是當(dāng)飛機(jī)處在低速降落過程中時。除此之外，大暴雨還會持續(xù)導(dǎo)致能見度降低，飛機(jī)在強(qiáng)降雨中起降會嚴(yán)重干擾駕駛員的正常工作，威脅航班的安全著陸［2］。

2 機(jī)場雷暴天氣氣象要素

2.1 降水

根據(jù)降水量多少，可將雨分成6種，即小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨。由于暴雨的強(qiáng)度變化相對較快，觀察者可以用特定方法來估計雨的強(qiáng)度，即仔細(xì)聆聽雨聲、觀察雨的速度及短時間內(nèi)的積水情況。要確定雷暴期間的中度和重度降水，必須使用現(xiàn)代氣象探測設(shè)備，即多普勒雷達(dá)，捕捉垂直向機(jī)場或上空移動的降水回波，仔細(xì)分析雷達(dá)回波高強(qiáng)度區(qū)域的分貝強(qiáng)度和降水向機(jī)場移動時的模式，并根據(jù)實(shí)際觀測仔細(xì)分析中度和重度降水的情況。氣象觀測員根據(jù)長期經(jīng)驗(yàn)，可以推斷出機(jī)場有代表性的回聲強(qiáng)度，并作為區(qū)分中度和重度降水的標(biāo)準(zhǔn)［3］。如果量化常數(shù)的值小于標(biāo)記的雷達(dá)回波中的回波強(qiáng)度值，回波強(qiáng)度指數(shù)就會大于量化常數(shù)的值，則未來一段時間內(nèi)機(jī)場將出現(xiàn)重度降水；反之，則意味著機(jī)場將出現(xiàn)中度降水。

2.2 能見度

在發(fā)生雷暴期間，雨水和水蒸氣會導(dǎo)致大氣能見度迅速下降，通常可降到1000m 以下，隨后，強(qiáng)烈的雷暴云就像雷暴區(qū)上空的大鍋，大大降低了光源強(qiáng)度及與目標(biāo)和背景有關(guān)的亮度值，因此，即使沒有輕霧、薄霧或其他云層，遠(yuǎn)處場景也會成為一個盲點(diǎn)，使飛行能見度降低。低能見度會對飛行員的判斷產(chǎn)生影響，增加操作難度及飛機(jī)著陸的高、飄、跳等危險情況的發(fā)生，從而造成飛機(jī)受損。此外，還會使跑道濕度增加、摩擦系數(shù)降低，使飛機(jī)在著陸階段沖出或偏離跑道。

2.3 低空風(fēng)切變

低空風(fēng)切變是指600m 以下空氣層中風(fēng)向和風(fēng)速突然改變的現(xiàn)象，它是雷暴天氣期間常見的氣象現(xiàn)象，也是飛機(jī)起飛和降落時的主要威脅因素。低空風(fēng)切變主要有兩種類型：一種是由超級單體風(fēng)暴引發(fā)的低空風(fēng)切變，其特點(diǎn)是規(guī)模小、持續(xù)時間短、強(qiáng)度高；另一種由多單體風(fēng)暴引發(fā)的低空風(fēng)切變，其在地表附近變成強(qiáng)大的冷空氣外流，即向各個方向傳播的陣風(fēng)鋒。目前，還沒有定性、定量和準(zhǔn)確的方法來檢測機(jī)場的風(fēng)切變，但可以通過觀察個別風(fēng)暴體的基本特征來尋找風(fēng)切變的跡象［4］。如果觀察到雷云基低靠近地面，高度小于800m，天空大部分是黑暗的，基底有一條快速移動的球形或滾動的云帶，那么，從云基低到地面的區(qū)域可以認(rèn)為是一個低風(fēng)切變的區(qū)域。這種云基結(jié)構(gòu)是強(qiáng)大的向上和向下的氣流共同作用的結(jié)果。云基的強(qiáng)大下行氣流在接近地面時變成了強(qiáng)大的冷空氣，這可以被認(rèn)為是導(dǎo)致云基快速移動的外力，隨著云基的移動，表面的風(fēng)速穩(wěn)定上升，溫度急劇下降，壓力值穩(wěn)定上升。如果風(fēng)暴變成了颮，可以假設(shè)低風(fēng)切變位于從風(fēng)暴中心到風(fēng)暴前沿20km的半徑內(nèi)。此外，雷暴前沿的特點(diǎn)是風(fēng)向和風(fēng)速在短時間內(nèi)迅速變化。觀察到暴雨前時，機(jī)場的氣象觀測員應(yīng)盡快向空中交通管制和其他有關(guān)人員發(fā)出警報，并記錄和報告有關(guān)情況。

2.4 其他相關(guān)氣象要素

在雷暴期間，除了降水、風(fēng)切變、低能見度和其他影響飛機(jī)起飛和降落的觀測和預(yù)報外，還必須仔細(xì)分析低云量、溫度、風(fēng)向和風(fēng)速、氣壓等氣象因素。一般來說，100m以下的碎雨云往往伴隨著短時間內(nèi)出現(xiàn)的大雨，并迅速消散，這種變化和低云的存在很容易被觀測者所忽視。雷暴導(dǎo)致氣壓上升，溫度下降，溫度和氣壓的增減隨暴風(fēng)雨的強(qiáng)度變化而變化，應(yīng)根據(jù)雷雨的強(qiáng)度記錄氣壓和溫度的增減并做好報告。雷暴期間的風(fēng)向變化與雷暴的方向和速度變化有很大關(guān)系，因此，應(yīng)仔細(xì)做好觀測，詳細(xì)準(zhǔn)確地記錄和報告。當(dāng)冰雹和龍卷風(fēng)同時發(fā)生時，觀測者易忽視對觀察結(jié)果的記錄，這可能導(dǎo)致測量結(jié)果的丟失［5］。

3 民用航空雷暴天氣的保障措施

3.1 做好基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)和建設(shè)

空中交通管理系統(tǒng)的設(shè)備對應(yīng)系統(tǒng)的不同部分，每個部分有不同的功能，通信設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、雷達(dá)、監(jiān)視設(shè)備和避雷器等設(shè)施設(shè)備對飛行都有著重要的作用［6］。地面保障人員必須嚴(yán)格按照規(guī)定，在雷雨季節(jié)到來前及時進(jìn)行檢查和維修，對于出現(xiàn)的安全問題，必須及時發(fā)現(xiàn)并解決，以便在雷暴天氣期間能夠正常運(yùn)行。工作人員的培訓(xùn)應(yīng)側(cè)重于空中交通管制員和氣象人員的天氣知識和技能提升，空中交通管制員可以通過模擬雷暴天氣下的航班保障工作來進(jìn)一步提高他們的應(yīng)對能力；氣象人員應(yīng)在雷暴天氣來臨前做好換季知識培訓(xùn)工作，平時應(yīng)注意做好雷暴天氣經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和分析，得出當(dāng)?shù)乩妆┨鞖庖?guī)律，不斷提高雷暴天氣觀測和預(yù)報能力，能夠向空中交通管制員提供及時、準(zhǔn)確和有效的天氣信息。在信息溝通建設(shè)方面，氣象部門應(yīng)與各氣象服務(wù)用戶簽訂好服務(wù)保障協(xié)議，及時、準(zhǔn)確地向管制部門和其他相關(guān)用戶通報天氣變化情況；管制部門也需要主動加強(qiáng)與氣象部門的溝通，以便在雷暴天氣時及時獲得有效信息，做好航班保障工作。因此，做好硬件和“軟件”建設(shè)顯得尤為重要，這將進(jìn)一步提高地面保障能力，減少雷暴等惡劣天氣對航班保障的負(fù)面影響。

3.2 加強(qiáng)機(jī)場雷暴天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警

積雨云的單體通常在500hPa 處沿著上升氣流的方向移動，而積雨云的云砧在大氣阻力的影響下進(jìn)一步加長，因此，可以結(jié)合積雨云加長的方向來確定積雨云未來的運(yùn)動方向。在雷雨季節(jié)，機(jī)場氣象臺站應(yīng)密切監(jiān)測云層和天空條件的變化，并結(jié)合探測儀器，如多普勒雷達(dá)回波和閃電定位傳感器，提供有關(guān)機(jī)場中雷暴方向、持續(xù)時間和強(qiáng)度的實(shí)時信息，密切監(jiān)測積雨云的滲透情況。如果積雨云穿過機(jī)場，它可以向幾個方向擴(kuò)散并籠罩機(jī)場。如果檢測到閃電向天頂移動，其他閃電可能會在主方向或鄰近方向跟隨，應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)觀察，以避免混淆，并詳細(xì)記錄閃電主體的方位；如果閃電和雷暴在多個方位角連續(xù)發(fā)生，應(yīng)仔細(xì)識別，提前預(yù)測系統(tǒng)的運(yùn)動路徑，并結(jié)合探測設(shè)備進(jìn)行連續(xù)觀測，并應(yīng)當(dāng)及時向管制部門通報天氣情況。在特殊天氣情況下，關(guān)注本場雷達(dá)的回波發(fā)展趨勢，關(guān)注本場區(qū)域各氣象要素的變化情況，及時發(fā)布特殊天氣報告，以確保飛機(jī)的正常起降和相關(guān)地面設(shè)施的安全。

3.3 做好應(yīng)急演練工作

雷暴天氣對飛行安全影響重大，對空管運(yùn)行保障也是一種挑戰(zhàn)，機(jī)場空管保障部門應(yīng)特別注重實(shí)戰(zhàn)應(yīng)急演練的開展。演練前，要制訂科學(xué)合理的演練計劃，提前做好天氣狀況和趨勢的查詢。演練過程中，應(yīng)制訂科學(xué)、適當(dāng)和有效的控制計劃和程序，保證演練的安全正常實(shí)施，在演練中，提高各崗位之間的協(xié)作效能，規(guī)范信息溝通程序。演練結(jié)束后，應(yīng)做好評估及總結(jié)工作，改進(jìn)工作方法，完善保障措施。做好應(yīng)急演練，旨在提高管制員和氣象員在雷暴天氣環(huán)境下對業(yè)務(wù)知識的理解和運(yùn)用能力，增強(qiáng)人員的個人應(yīng)對處置能力，以達(dá)到提高整體空管運(yùn)行保障能力、保障飛行安全的目的。

3.4 引入先進(jìn)的指揮技術(shù)與氣象探測設(shè)備

采用先進(jìn)的氣象探測設(shè)備，對于提高應(yīng)對雷暴天氣的早期預(yù)警能力至關(guān)重要。目前，多普勒雷達(dá)是使用最廣泛的具有良好反饋的氣象儀器之一，它可以準(zhǔn)確地識別穩(wěn)定云和積雨云，對于識別強(qiáng)對流條件下的雷暴天氣也很有效。通過對多普勒回波進(jìn)行分析，可以更好地判斷是局部的熱對流雷暴還是系統(tǒng)引起的雷暴。局部的熱對流雷暴規(guī)模較小，對地面的影響范圍僅為9～10km，初步分析表明，它們大多是相對孤立的散射體，而不是位置固定的整體，有清晰的外輪廓，整個亮度平衡良好，反轉(zhuǎn)率低。使用多普勒雷達(dá)，可以通過反射回波對雷暴形成、發(fā)展和跟蹤的實(shí)際過程進(jìn)行透徹的分析，這大大提高了氣象觀測的準(zhǔn)確性和及時性，避免了傳統(tǒng)人工觀測可能出現(xiàn)的錯誤判斷。為了使雷暴天氣期間的空中交通管理更加科學(xué)合理，應(yīng)該對空中交通管制設(shè)施進(jìn)行更安全、更先進(jìn)和更優(yōu)化的部署［7-8］。例如，與相鄰航班同時飛行會導(dǎo)致安全事故，而在雷雨期間，這種情況更容易發(fā)生，為了避免這種情況，飛機(jī)必須以正確的隊形飛行，管制員必須確保飛機(jī)以垂直間隔飛行，并在任何時候都保持穩(wěn)定的高度間隔，如果相鄰的飛機(jī)平行飛行，管制員可以通過將它們分成扇形或組來控制它們，并改變它們的位置關(guān)系，以便它們能夠安全飛行。

4 結(jié)語

綜上所述，惡劣天氣不但會影響飛機(jī)的安全運(yùn)行，還會嚴(yán)重阻礙公共交通事業(yè)的健康發(fā)展。提高觀測技術(shù)手段，做好對機(jī)場雷暴的全面觀測和分析，迅速制定有效的保護(hù)措施，對機(jī)場的安全運(yùn)行和民航的安全飛行起著關(guān)鍵作用。氣象觀測工作人員應(yīng)努力提升自身業(yè)務(wù)能力，提高觀測的及時性和準(zhǔn)確性，以有效避免傳統(tǒng)人工觀測方法造成的誤差，確保航班的安全飛行和機(jī)場設(shè)備的安全運(yùn)行得到有效保障。同時，空管單位要做好基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和應(yīng)急演練工作，提高空管人員的專業(yè)技術(shù)水平。