航空上低能見度探測及影響研究現(xiàn)狀

廖正聰

中國民航飛行學(xué)院

航空上低能見度探測及影響研究現(xiàn)狀

廖正聰

中國民航飛行學(xué)院

低能見度給民航經(jīng)濟(jì)效益和飛行安全造成嚴(yán)重的影響。據(jù)中國民航統(tǒng)計，由于天氣原因而導(dǎo)致的航班延誤一般占總延誤次數(shù)的70%。針對本研究課題，收集整理了大量文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)目前在民航界對低能見度的研究比較多，主要集中在對機(jī)場低能見度的探測、低能見度天氣的預(yù)測和低能見度對航商用航空影響三個方面。

機(jī)場低能見度的探測關(guān)系到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。宋立新、王銀鋼在《人工觀測和器測能見度資料的對比分析》[1]中，通過對張北國家氣候觀象臺2004年至2007年器測能見度和人工觀測能見度資料的統(tǒng)計分析, 對兩種不同觀測手段的差異進(jìn)行了對比, 按照季節(jié)、相關(guān)氣象要素和天氣現(xiàn)象等情況, 詳細(xì)分析了兩種觀測數(shù)據(jù)資料的差異, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在測站觀測到有視程障礙現(xiàn)象時, 人工和器測能見度的累年平均差值最小, 觀測結(jié)果最接近; 晴天總云量0～3成時, 人工和器測能見度的累年平均差值最大, 觀測結(jié)果相差最大。蔡宏榮在《能見度觀測的準(zhǔn)確性初探》[2]中，分析了影響能見度觀測的三個方面，能見度觀測的準(zhǔn)確性, 首先取決于大氣透明度, 即大氣的穩(wěn)定與否,其次是有無影響能見度的天氣現(xiàn)象, 濕度變化以及風(fēng)的大小, 根據(jù)能見度的年、季、日變化規(guī)律, 參照能見度的連續(xù)觀側(cè)記，決定其能見度是增大還是減小, 而后根據(jù)目標(biāo)物背景的改變情況, 以及當(dāng)時的光照條件和不同觀測員的視力加以調(diào)整能見度觀測的準(zhǔn)確性是可以基本保證的。張青富、蒙陳在《對夜間地面氣象觀測的幾點(diǎn)體會》[3]中，指出夜間云、能見度、天氣現(xiàn)象等氣象要素的觀測,一直是從事地面氣象測報人員的難點(diǎn)問題。根據(jù)多年的測報工作實踐,總結(jié)出夜間地面氣象觀測的幾點(diǎn)體會,有利于提高夜間觀測準(zhǔn)確率。趙波《跑道視程的探測及其應(yīng)用》[4]一文中介紹了跑道視程的探測技術(shù)、評估方法和發(fā)展方向，介紹了國內(nèi)跑道視程探測的技術(shù)現(xiàn)狀，并就跑道視程的應(yīng)用提出一些建議。濮江平、胡宗剛等在《能見度自動觀測系統(tǒng)性能對比及分析》[5]中，利用1998年6月至9月間在北京進(jìn)行了一次透射表能見度儀與前向散射式能見度儀的對比試驗。參加試驗的能見度自動觀測系統(tǒng)有透射表兩套、前向散射能見度儀一套和雙光路前向散射能見度儀兩套。五套參試儀器分別被安裝在南苑機(jī)場南北向主跑道的東側(cè)。試驗收集數(shù)據(jù)的起止時間為1998年7月25日09h至8月25日08h, 時間間隔為1min。從總體誤差分布分析,VAISALA公司的前向散射儀FD212表現(xiàn)最好; 其次是跑道中段的PRESEN TEY公司的PEP9012雙光路前向散射儀; 而傳統(tǒng)上認(rèn)為測量結(jié)果較好的M ITRAS透射表在高能見度時表現(xiàn)均不佳。所有參試儀器在能見度低于2000m 時表現(xiàn)都不錯, 能見度4000m以上時, 散射儀的測量值明顯偏高。因此可以認(rèn)為能見度在4000m以下時,參試的五套儀器均能滿足航空氣象保障要求,4000m以上測量結(jié)果的離散性較大, 不確定性均大, 但對飛行安全影響也較小, 可以作為參考使用。王毅、饒瑞中在《空間斜程能見度的影響因素分析》[6]一文中，說明空間斜程能見度是空間目標(biāo)識別的重要參量。水平能見度與大氣消光參數(shù)有明確的關(guān)系,而斜程能見度與大氣消光參數(shù)、觀測方向、太陽天頂角等多種因素有關(guān),目前尚未有明確的結(jié)果。從輻射傳輸理論出發(fā),通過δ-2Eddington近似求解輻射傳輸方程,嘗試推導(dǎo)了空間斜程能見度的表達(dá)式,探討了斜程能見度與觀察者視角、太陽高度角以及大氣光學(xué)特性之間的關(guān)系。

低能見度天氣特征及其預(yù)測方面的研究主要是針對各個機(jī)場來進(jìn)行的。李子良、傅剛、郝麗萍在《川西盆地霧和能見度的氣候特征及其對飛行的影響》[7]一文中，利用川西盆地廣漢機(jī)場氣象臺1986年1月～1995年12月共10a 地面觀測資料,對廣漢機(jī)場低能見度的生消時間、持續(xù)時間和能見度的年季節(jié)變化及其日變化做了統(tǒng)計分析, 研究廣漢機(jī)場全年能見度的飛行氣候特征,特別是低能見度氣候特征對飛行的影響。結(jié)果表明,能見度日變化特征表現(xiàn)為白天早、晚時段能見度較低,午后能見度達(dá)到最高。能見度的季節(jié)變化特征表現(xiàn)為:冬(12,1,2月）、春季(3,4,5月）能見度較低,而夏(6,7,8月）、秋季(9,10,11月）能見度較高。冬季能見度的變化主要受輻射霧影響,夏季能見度的變化主要受降水的影響,隨著降水強(qiáng)度的變化而變化,低能見度時間短暫。各標(biāo)準(zhǔn)低能見度逐時頻率的日變化特征在各季基本相似,低能見度高頻率區(qū)均出現(xiàn)在早晨到上午,低頻率區(qū)均出現(xiàn)在下午。馮漢中、陳永義、成永勤等在《雙流機(jī)場低能見度天氣預(yù)報方法研究》[8]一文中，利用1997～2001年成都站的常規(guī)探空資料和雙流機(jī)場的地面觀測資料,使用支持向量機(jī)(Support Vector Machines,簡稱SVM）方法,選取多種核函數(shù)進(jìn)行雙流機(jī)場低能見度天氣的預(yù)報建模試驗。測試結(jié)果表明:以徑向基函數(shù)和拉普拉斯函數(shù)構(gòu)造的SVM 預(yù)報模型實驗效果最好,Ts 評分分別為0.287和0.292,遠(yuǎn)高于雙流機(jī)場低能見度天氣出現(xiàn)的頻率(0.155）。試驗結(jié)果還表明: 以徑向基函數(shù)構(gòu)造的SVM 預(yù)報模型空報較多,漏報較少;而以拉普拉斯函數(shù)構(gòu)造的SVM 預(yù)報模型空報較少,漏報較多。因此,如果強(qiáng)調(diào)模型對低能見度天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性,則應(yīng)采用以拉普拉斯函數(shù)構(gòu)造的預(yù)報模型,如果強(qiáng)調(diào)對低能見度天氣的預(yù)防性,則應(yīng)采用以徑向基函數(shù)構(gòu)造的預(yù)報模型。張曉暉在《概論機(jī)場能見度的準(zhǔn)確預(yù)報通過對影響能見度的因素的分析》[9]一文中，提出了一種能見度預(yù)報方法——綜合分析法,極大地提高了能見度的預(yù)報準(zhǔn)確率。林建、楊貴名、毛冬艷在《我國大霧的時空分布特征及其發(fā)生的環(huán)流形勢》[10]一文中，根據(jù)1971～2005年35年來714站大霧資料, 統(tǒng)計了我國大霧的時空分布特征和環(huán)流形勢。結(jié)果表明: 年平均大霧最多的地區(qū)主要集中在四川盆地、重慶、云南南部、湖南和江南東部;霧日有明顯的季節(jié)和月際變化, 春、夏季霧的范圍較小, 秋、冬季霧的范圍較大, 內(nèi)陸霧主要為(秋）冬季正態(tài)分布型, 東北的霧夏季偏多, 沿海霧春、夏季較多。霧通常開始于晚上20時(北京時間, 下同）至次日早晨8時(以6～7時為最多）, 結(jié)束于8～12時, 持續(xù)時間大多在1～10h, 持續(xù)3h的霧出現(xiàn)的頻數(shù)最高。近35年霧日的線性趨勢表明: 江南、華南的霧日變化不明顯, 其余大部分地區(qū)的霧日都呈遞減趨勢, 不同能見度的霧日在1985年前后基本上都呈相反的變化趨勢, 并且能見度越低的霧日變化越明顯。主要考慮地面天氣形勢我國大范圍大霧發(fā)生的環(huán)流形勢可分為均壓型和鋒前型兩大類型。葉堤、蔣昌潭、王飛在《重慶市區(qū)大氣能見度變化特征及其影響因素》[11]一文中，分析對2000～2005年的重慶能見度觀測資料進(jìn)行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明:市區(qū)能見度以差和較差為主,能見度的季節(jié)變化、日變化特征明顯,且近年來日平均能見度有所下降。能見度與同期的地面氣象條件、主要空氣污染物的相關(guān)分析結(jié)果表明,在氣象條件中,相對濕度和風(fēng)速對能見度的影響最為明顯,各季能見度均與相對濕度呈顯著負(fù)相關(guān),與地面風(fēng)速呈正相關(guān);在污染物因子中,PM10是能見度下降的最主要原因,且不同季節(jié)PM10對能見度的影響程度不同,其中以冬、夏季影響較強(qiáng)。宮志強(qiáng)在《駱崗機(jī)場一次嚴(yán)重影響航班正常的大霧天氣過程》[12]一文中，分析分析了駱崗機(jī)場2007年12月一次最低能見度＜300米的大霧天氣的天氣形勢、物理量等特征。沈俊、閻鳳霞、王燕雄在《虹橋機(jī)場能見度變化特征分析》[13]一文中，分析了上海虹橋機(jī)場近18年(1987～2004年）能見度的年際變化、季節(jié)變化和日變化特征，發(fā)現(xiàn)虹橋機(jī)場能見度呈逐年下降趨勢，但是能見度低于著陸標(biāo)準(zhǔn)的年發(fā)生頻數(shù)卻趨于減少，能見度的季節(jié)變化特征非常明顯，夏季能見度最佳，冬季最差，出現(xiàn)低能見度的頻數(shù)最高。一天中早晨4～8點(diǎn)的能見度最差，不利于飛機(jī)降落，而13～18點(diǎn)的能見度條件較好。小波分析的結(jié)果表明虹橋機(jī)場能見度變化以年周期和天氣尺度周期(2.5～9.8天）最為顯著，其次為準(zhǔn)雙周振蕩(10～20天）。一年中七八月份能見度最佳，一月能見度最差，轉(zhuǎn)折點(diǎn)一般出現(xiàn)在春末夏初和秋末冬初。虹橋機(jī)場的能見度變化和大霧時數(shù)以及顆粒物關(guān)系密切，呈反位相變化特征。

低能見度對航空運(yùn)行的研究目前相對偏少。馬德榮在《機(jī)場能見度對民航運(yùn)輸影響的初步探討》[14]一文中，對影響烏魯木齊機(jī)場能見度的主要天氣現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)，初步分析了能見度對民航運(yùn)輸?shù)挠绊戇^程，簡單給出了影響效果評估和效益評估的統(tǒng)計模型。王世杰在《影響飛行安全正點(diǎn)的航空氣象要素》[15]一文中，分析了影響飛機(jī)飛行安全正點(diǎn)的低能見度、低云、雷雨、風(fēng)、氣溫和氣壓等氣象要素， 以保證飛機(jī)飛行安全。張秋榮、劉鵬在《航空氣象服務(wù)-飛行安全、正常和效率的保證》[16]一文中，討論了航空氣象服務(wù)對飛行安全的作用。曾志剛在《跑道視程應(yīng)用實踐》[17]一文中，介紹了跑道視程的探測和應(yīng)用，并就如何正確使用提出一些建議。譚壁光在《飛行能見度突變機(jī)制的分析》[18]一文中，根據(jù)我國民航近年來發(fā)生的飛行事故調(diào)查材料, 總結(jié)了飛行事故與能見度的關(guān)系分析了造成事故的能見度條件的某些特征和原因, 著重討論了在飛機(jī)著陸階段能見度突變的某些規(guī)律, 提出了一些避免低能見度事故的建議；楊宗河、董文全在《淺談民航地面氣象觀測》[19]一文中，根據(jù)多年從事氣象觀測工作實踐，著重闡述了氣象觀測對保障航空安全的重要性，民航地面氣象觀測的重點(diǎn)、難點(diǎn)，氣象觀測員的素質(zhì)與責(zé)任，對氣象觀測工作具有實際意義。李惠彬在《對能見度、光學(xué)能見度和跑道視程的理解》[20]一文中，探討了能見度、光學(xué)能見度和跑道視程的聯(lián)系和區(qū)別，并就實際應(yīng)用中的問題提出了自己的看法。

綜上所述，目前航空上低能見度方面的研究主要集中在機(jī)場低能見度的探測、低能見度天氣的預(yù)測和低能見度對航商用航空影響，針對綿陽機(jī)場的低能見度天氣特點(diǎn)研究以及對訓(xùn)練飛行的影響方面的研究還很少。

[1]宋立新,王銀鋼.人工觀測和器測能見度資料的對比分析.科技資訊[J],2008(28）

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[6]王毅,饒瑞中.空間斜程能見度的影響因素分析[J]. 強(qiáng)激光與粒子束，2003.10；

[7]李子良,傅剛,郝麗萍.川西盆地霧和能見度的氣候特征及其對飛行的影響[J] . 中國海洋大學(xué)學(xué)報，2007（3）

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[10]林建,楊貴名,毛冬艷.我國大霧的時空分布特征及其發(fā)生的環(huán)流形勢[J] . 氣候與環(huán)境研究，2008（2）

[11]葉堤,蔣昌潭,王飛.重慶市區(qū)大氣能見度變化特征及其影響因素分析[J]. 氣象與環(huán)境學(xué)報，2006（6）

[12]宮志強(qiáng).駱崗機(jī)場一次嚴(yán)重影響航班正常的大霧天氣過程分析[J] . 空中交通管理，2008（7）

[13]沈俊,閻鳳霞,王燕雄.虹橋機(jī)場能見度變化特征分析.熱帶氣象學(xué)報，2008（1）

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[17]曾志剛. 跑道視程應(yīng)用實踐[J] . 空中交通管理，20079（11）

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.095