《卫星气象学》课件：卫星气象在航空的应用.ppt

1、卫星气象在航空的应用卫星气象在航空的应用央广网北京5月20日消息（央广记者 刘祎辰）据中国之声新闻和报纸摘要报道，国务院日前下发了关于促进通用航空业发展的指导意见，国家发改委负责人昨天透露，我国将在未来逐步扩大低空空域（1000米以下的飞行区域）开放力度。通用航空，是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包比如急救直升机、搜救机的作业，甚至咱们平时经常说的航拍活动等，都属于这个范畴。通用航空和公共运输航空是民航业的两大支柱。近年来，这个领域发展迅速。国家发改委基础司副司长任虹：截止2015年底，通用机场超过300个，通用航空企业281家，在册通用航空器1874架，2015年飞行量

2、达到73.2万小时。但总体上看，我国通用航空业规模仍然较小，基础设施相对滞后。除了基础设施建设的相对滞后，低空空域管理也对通用航空的发展起到了一定的制约作用。对此，任虹表示，意见将扩大低空空域开放力度，例如将划设低空目视飞行航线，方便通用航空器快捷机动飞行。任虹：空域改革和通用航空的发展是一个相互递进的过程。通用航空的发展创造更多需求，推进空域改革；空域改革反过来也给予通用航空或者其他民航业更大的空间。天气与飞行天气与飞行据资料统计:30%的飞行事故与天气有关。造成飞行事故的天气: 恶劣能见度（40%）; 雷雨,冰雹和积雨云（25%）; 颠簸和急流占（6）%; 飞机积冰（10%）。由于气象原因

3、造成飞行事故中,多数出现在飞机着陆前后,约占57%。飞飞 机机 积积 冰冰v飞机积冰指冰、雪、霜冻结在飞机机体 表面和操纵面表面的现象。v飞机积冰常发生在飞机表面的突出部位 上，主要包括机翼及尾翼的前缘、发动 机进气口、螺旋桨、天线、雷达罩、空 速管和风挡上。1994年10月31日，当地时间约下午4点，西蒙斯航空公司4184航班，从印地安纳波里斯到芝加哥，飞机在有利于积冰的气象条件下等待了30分钟，突然翻滚并从大约10000英尺的高度坠下，猛冲入ROSELAWN附近的豆子地里，机上68人顷刻死去。1986年12月15日，西安管理局An-24-3413号机执行兰州西安成都往返航班任务。9时03分

4、从中川机场起飞，9时05分飞机高度2700M，入云，有轻度积冰，9时11分上升到3470M，速度300KM/H，9时15分速度减到195KM/H，9时29分机组要求返航(右发停车)。飞机保持2600米高度飞回中川机场，当时结冰相当严重。9时53分，飞机仍在云中飞行，据气象台报告，云高600M，10时05分飞机降落时，由于下滑高度不正常而复飞，飞机保持约10-20米的高度在跑道上平飞。飞出跑道后，发现前面有一排树，左座又拉了一杆，飞机便带着25-30度的右坡度撞断了15棵树和1根电线杆之后触地。机上旅客37人，死亡6人。目前，许多飞行手册规定：飞机在云中或降水区域中飞行要打开防冰装置，飞机起飞前

5、必须除尽机翼、机身各部位的积冰和霜。积冰的形成飞机积冰的基本条件1、原理云中存在过冷水滴，过冷水滴是不稳定的，稍受震动，即冻结成冰。 当飞机在含有过冷水滴的云中飞行时，如果机体表面温度低于0，过冷水滴就会在机体表面某些部位冻结，并聚积成冰层。2、积冰过程过冷水滴温度接近0：冻结蒸发再冻结过冷水滴较小，温度接近-20：直接冻结3、基本条件气温低于0， 飞机表面的温度低于0，和有温度低于0的水滴存在。水汽的相变水汽的相变凝结、凝结、 蒸发、蒸发、 冻结、冻结、 融化、融化、 凝华、凝华、 升华升华凝结过程：空气上升过程中冷却在高空，空气中的水汽与凝结核结合凝结成小水滴。 水汽的凝结条件：水汽过饱和

6、；空气中存在凝结核。蒸发过程：干空气混入云层，使水滴蒸发，云层消散。冻结过程：云中的水滴在气温低于0度时并不会立即冻结，水滴的冻结需要一种叫做冰核的小颗粒。冰核能促进水滴的冻结，但是当气温高于零下1215度时，云中有效的冰核数量很少，因此这时云中很容易存在大量过冷却水滴。当气温接近零下40度时，水滴的冻结不再需要冰核的作用，因此这时云中基本上不存在过冷却水滴了。二、积冰的种类1.明冰（明冰（ Clear Ice ）：）：光滑透明、结构坚实。在0-10的过冷雨中或大水滴组成的云中形成 无论对于预报员或飞行员来说，认识积冰的不同类型都是很重要的，因为不同的积冰类型对飞行的危害程度是不一样的。主要的

7、积冰类型为：明冰、毛冰、雾淞和霜。明冰（Clear Ice） 明冰凝结时只有少部分水滴是立即凝结的，大多数水滴是有一个流动的过程逐渐凝结的，因此明冰没有气泡，密度大，透明，并且质地坚硬。明冰对飞行的危害性 明冰具有较大危险性，因为：它会在积冰部位形成突出的角，这将明显影响气流它是透明的，机组不容易发现它不容易除去，因为它不仅凝结在机体前缘。2、毛冰（Mixed Ice）表面粗糙不平，冻结得比较坚固，像白瓷，形成在温度为-5-15的云中；毛冰形成的温度一般大于-15度。毛冰对飞行的危害性毛冰与明冰相比，其积冰形式和危害性几乎是一样的3、雾淞（Rime Ice）不透明，表面粗糙。多形成在温度为-2

8、0左右的云中当过冷水滴在飞机表面迅速凝结时形成松脆的不透明的白色雾淞。一般形成于机翼前缘和机体其它突出部位的前缘。飞机上的雾凇 理论上雾淞多发生于外界气温较低、云中含水量低、水滴小的情况下。 实际的积冰报告表明在温度低于-15度时，雾淞的发生率只比其它种类的积冰略多，并非很明显。雾凇对飞行的危害性 雾淞是最常见的积冰类型，但它的危害较小，因为它多在机体突出部位的前缘发生，而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，它松脆的质地使除冰较容易。4.霜霜 （Frost）飞机由低于0 的区域进入较暖的区域时，水汽在飞机表面上凝华而成。注：霜是在晴空中飞行时出现的一种积冰，它是未饱和

9、空气与温度低于0的飞机接触时，如果机身温度低于露点，水汽在机体表面直接凝华而成各种积冰的发生率 雾淞最常见Clear0 C to -10 CMixed-10 C to -15 CRime-15 C to - 40 C这只是大概的规律 积冰的类型与气温没有绝对关系，不同的飞行员驾驶不同的飞机同时通过同一个区域时，可能报告遇到不同的积冰类型，积冰的类型与很多因素有关。积冰强度及影响因子在一个相同的积冰天气环境下，积冰的强度取决于飞机的类型，飞机的设计，飞行的高度，飞行的速度等因素。大型民航客机不容易积冰，因为高度高，速度大，防冰设备强大。但教练机就不一样。目前积冰强度的官方定义是针对飞行员报告的，

10、现在FAA正在对这个定义进行评估，准备重新进行定义以便飞行员、预报员以及其它相关人员能有一个统一的积冰强度的定义。 （一）积冰强度的划分（一）积冰强度的划分 飞机积冰强度等级划分积冰等级弱积冰中积冰强积冰极 强单位时间积冰厚度（mm/min）0.60.61.01.12.02.0飞行过程所积冰层厚度（cm）5.05.115.015.130.030.0也可以根据积冰对飞行影响的程度来判断。目前的积冰强度有微量、轻度、中度，严重4个等级。微量积冰 微量积冰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航径，除非这种积冰达到1小时以上。轻度积冰 轻度

11、积冰指如果这种积冰持续1小时以上，则对飞行将构成威胁，因此间断使用防冰除冰设备成为必要，如果需要在这种环境中长时间飞行，则必须改变高度或改变航径。轻度积冰是最常见的。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，因此必须启用防冰除冰设备，并且如果预计持续的时间略长，则要求改变高度或航径。严重积冰在严重积冰的环境下，防冰除冰设备已经无法将冰层除去或防止积冰增加，需要立即改变高度或航径。（二）影响积冰强度的因子 1云中过冷水含量和水滴的大小2飞行速度3机体积冰部位的曲率半径大多数气象学家同意云中过冷却水滴含量、温度、云滴大小是影响积冰强度的最重要因子。 飞机积冰与气象条件一、积冰与云中温度、

12、湿度的关系（一）飞机积冰与云中温度的关系飞机积冰通常形成于0-20范围内；强积冰多发生在强积冰多发生在-2-2-10-10范围内范围内积冰不会发生在气温低于-40时，因为此时不存在过冷水滴。气温对飞机积冰的影响还体现在另一个方面：当飞机从温度低于0 的大气中进入温度高于0 的大气中时，由于机体表面保持较低温度，因此碰到温度高于0 的水滴时也可能发生积冰。（一）飞机积冰与云中温度的关系（二）飞机积冰与云中湿度的关系温度露点差越小，相对湿度就越大，越有利于积冰的形成。飞机积冰一般发生在云中温度露点差0时，大气层结呈对流不稳定，即大气中e随高度升高而降低时大气为对流不稳定。位温平流同时代表了温度和湿

13、度的平流，直接反映了相应高度层的e变化趋势，使我们可以更方便的判断各层e的垂直分布变化情况从而更准确地判断大气层结的未来趋势。Pe对流指数对流指数 位温平流 e平流的表达式为：dydvdxduee 当中低层的e平流为正，中高层的e平流为负时，说明低层有正的能量输入，高层有负的能量输入，易产生对流性天气且进一步维持。当中低层的e平流为正，中高层的e平流也为正，但低层平流量远大于高层平流量时，也要特别注意不稳定能量的潜在威胁。 因此选取了低层850hPa及中层500hPa的e平流来表征大气层结的对流不稳定变化趋势。图 为2003年5月28日0600UTC 700hPae值，黑点为北京（根据WAFS

14、美国华盛顿据27日1200UTC预报资料制作）。单位: 为了判断上下层能量平流的差别，我们统计500hPa与850hPa的e平流差值。64次雷暴日中，28次为负值，即500hPa相对于850hPa为小的能量平流，占总数的43.8%。但在伴随10mm以上降水量的9次较强雷暴中，有7次为上负下正，可见中低层e平流差对于强雷雨和持续雷雨的预报具有一定指示意义，但对于一般性雷暴，则指示意义不大。此结果也说明了强雷雨需要较持续的不稳定能量的输入。垂直速度 垂直速度由积分连续方程得到： p=p0+( )(p0-p) 这里垂直速度仅指大尺度运动的垂直速度，不包括对流性上升与下沉运动的速度。正值为下沉运动，负

15、值为上升运动。yvxu 图 为2003年5月28日0600UTC 700hPa垂直速度,阴影区域为上升运动区（根据WAFS美国华盛顿据27日1200UTC预报资料制作） 统计63次雷暴日中，700hPa及850hPa均为上升气流的次数为28次，占总数的44.4%，而有一层以上为上升气流的次数为48次，占总数的76.2%，说明雷暴出现时并非中低层均为上升气流，而是在中低层存在上升气流即有可能出现雷暴。 同时，在20次强雷暴中，两层均为上升气流的次数为12次，占总数的60%；850hPa为上升气流的16次，占总数的80%；700hPa为上升气流的14次，占总数的70%。而且中低层上升速度越大越有利

16、于雷暴的产生。航路积冰预报航路积冰预报 积冰指数积冰指数(RH-50)*2)*(T*(T+14)/-49)指数为正，代表孤立的潜在积冰区，而指数为正，代表孤立的潜在积冰区，而最可能最可能出现积冰的区域，积冰指数接近出现积冰的区域，积冰指数接近100。 1、颠簸指数LP指数法： 当L0时预报有颠簸 ，计算出概率P诊断分析产品介绍7.2680.7180.3182.52uTuLznn0 . 5 911Lpe判断：当70%P50%，预报有轻度颠簸；当85%P70%，预报有中度颠簸；当P85%，预报有严重颠簸； 特点：同时考虑了风场水平切变、垂直切变和温度场水平切变对颠簸的影响颠簸指数Ellrod 指数 垂直风切变 VWS= 散度 DIV=总形变 DEF= 其中切变项DSH=拉伸项 DST=诊断分析产品介绍EIVWSDEFDIVVZ 根据EI判断：当8EI4时，预报有轻度颠簸；当12EI8时，预报有中度颠簸；当EI12以上时，预报有严重颠簸； ()dudvdxdy22DSHDST()d vd ud xd y()dudvdxdy特点：主要考虑风场垂直和水平切变以及形变对颠簸的影响