航空运输地理第三章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 地理与飞行,地表是一个巨系统，是与人类有直接关系的地理环境。航空运输的活动范围在地表空间，地表空间与地球本身的空间位置、地球的结构、性质紧密相关。,地球的运动造成了,昼夜变化、四季更替、地方时差等,与飞行有关的地理现象。飞机相对于地表运动，由此而产生了飞行偏移、飞行中昼夜长短等特殊问题。在飞行层次中，还会伴随各种复杂的天气现象，从而影响和制约飞行活动，威胁飞行的安全。,3.1,地球与飞行,一、地球的自转,二、地球的公转,三、地球的圈层,四、导航,一、地球的自转,自转周期：,23,小时,56,分,4.09894,秒，是一个恒星日,太阳日：相对于太阳自转一周，,24,小时，与恒星日的差异为公转的影响,自转周期：,23,小时,56,分,4.09894,秒，是一个恒星日,南极点上空：顺时针,北极点上空：逆时针,自转周期：,23,小时,56,分,4.09894,秒，是一个恒星日,自转角速度,每小时,15,地球表面自转线速度,随纬度增加而减小,赤道上某点的线速度为,1670,千米,/,小时，北纬,60,处大约为赤道的一半，为,837,千米,/,小时,自转影响,昼夜更替：影响巨大,地方时差（下节讲述）,地转偏向力：惯性原理,昼夜更替,机场灯光、飞行特点等,三、跑道灯光,入口识别灯,入口灯,入口翼排灯,跑道接地带灯,跑道中线灯,跑道边灯,跑道末端灯,地球上物体的偏转规律,北半球：向运动方向的右侧偏转；,赤道：运动物体不发生偏转；,南半球：向运动方向的左侧偏转。,运动物体的偏向对高速度远程的运动物体、对大尺度的空气运动具有重要的研究价值。,地转偏向力的作用必然使飞机在飞行时产生一定程度的偏移，飞机在长距离飞行时受其作用更加明显，实际飞行中，必须克服这一偏转，才能到达目的地。,二、地球的公转,所经过路线的每一点，均在一个平面上，形成一个封闭曲线，为地球轨迹,公转轨迹为椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。由于地球轨道是椭圆形的，随着地球的绕日公转，日地之间的距离就不断变化。,地球轨道上距太阳最近的一点，即椭圆轨道的长轴距太阳较近的一端，称为,近日点,。地球过近日点的日期大约在每年一月初。此时地球距太阳约为,147100000,千米，通常称为近日距。地球轨道上距太阳最远的一点，即椭圆轨道的长轴距太阳较远的一端，称为,远日点,。地球过远日点的日期大约在每年的,7,月初。此时地球距太阳约为,152100000,千米，通常称为远日距。,近日距和远日距二者的平均值为,149600000,千米，这就是日地平均距离,地球绕太阳公转一周所需要的时间，就是地球公转周期。地球公转周期是一年。地球上的观测者，观测到太阳在黄道上连续经过某一点的时间间隔，需,365,日,6,时,9,分,10,秒或,365.2564,日。,公转影响,四季更替,昼夜长短变化,五带划分,四季更替和昼夜长短变化是航班计划安排的重要影响因素,冬春季航班计划,夏秋季航班计划,航班计划,我国规定：,每年,3,月的最后一个星期日至,10,月的最后一个星期六执行夏秋季航班计划，,10,月的最后一个星期日开始到第二年,3,月的最后一个星期六执行冬春季航班计划。,请查询,2011-2012,年的冬春季航班计划和,2012,年的夏秋季航班计划。,2011,年,10,月,30,日至,2012,年,3,月,24,日执行冬春季航班计划。,2012,年,3,月,25,日至,2012,年,10,月,27,日执行夏秋季航班计划。,根据航季的不同，各航空公司将参照执行的航班收益情况，在新航季里对现有航班进行调整，具体内容涵盖,增加新航线、增加新航班、调整航班时刻、调整航班线路及取消航线、航班,等工作。,根据太阳高度和昼夜长短随纬度的变化，将地球表面有共同特点的地区，按纬度划分为五个气候带，即热带、南温带、北温带、南寒带和北寒带。飞机跨越这些气候带时，要考虑到带间气候特点的差异，从而对飞机的适航性能做出评估。,三、地球的圈层,地球的外部圈层,大气圈,水圈,生物圈,岩石圈,飞行圈层,大气圈,深厚的大气好像地球的外衣，它保护了生物免受外层空间各种宇宙射线的危害，防止地表温度的剧烈变化和水分散失。,大气内部的物质始终处于运动态，,一切风云雨雪等天气现象都发生在这一层,。大气对生物界和人类的影响更为深刻，地球上的一切生命都离不开大气。,从航空运输的角度上看，大气层的底层就是飞行活动的空间。,按照大气在垂直方向上温度的变化特点以及空气运动的规律，大气圈可以分为,5,层，即对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。,目前，民航运输飞机大多在,12000,米以下，高空飞行的飞机一般不超过,20000,米，飞行活动主要集中在,对流层和平流层下部的范围之内,，这两个层的性质与特点，严重影响和制约着飞行活动。,而平流层以上的中间层、热层、散逸层与航空运输关系不大，不予介绍。,对流层,对流层是地球大气中最低的一层。对流层中气温随高度增加而降低，空气的对流运动极为明显，空气温度和湿度的水平分布也很不均匀。,对流层的厚度随纬度和季节变化，一般低纬度地区平均为,16,18,千米；中纬度地区平均为,10,12,千米；高纬度地区平均为,8,9,千米。上界在夏季较高，在冬季较低。,对流层集中了全部大气约四分之三的质量和几乎全部的水汽，是天气变化最复杂的层次，也是对飞行影响最重要的层次。飞行中所遇到的各种重要天气现象几乎都出现在这一层，如雷暴、浓雾、低云、雨、雪、大气湍流、风切变等。,在对流层内，按气流和天气现象分布的特点，又可分为下层、中层和上层,3,个层次。,对流层下层，又称摩擦层，其范围自地面到,1,2,千米高度，但在各地的实际高度又与地表性质、季节等因素有关。一般说来，其高度在粗糙地表上高于平整地表上，夏季高于冬季（北半球），昼间高于夜间。,在下层中，气流受地面摩擦作用很大，风速通常随高度增加而增大。在复杂的地形和恶劣天气条件下，常存在剧烈的气流扰动，威胁着飞行安全。突发的下冲气流和强烈的低空风切变容易导致飞行事故。另外，充沛的水汽和尘埃往往导致浓雾和其它影响能见度的现象，对飞机的起飞和着陆构成严重的障碍。,为了确保飞行安全，每个机场都规定有各类飞机的起降气象条件。另外，对流层下层中气温的日变化极为明显，昼夜温差可达,10,40,。,对流层中层的底界即摩擦层层顶，上界高度约为,6,千米，这一层受地表的影响远小于摩擦层。大气中云和降水现象大都发生在这一层。这一层的上部，气压通常只有地面的一半，在那里飞行时需要使用氧气。一般轻型运输机、直升机等航空器常在这一层中飞行。,对流层上层的范围从,6,千米高度伸展到对流层的顶部。这一层的气温常年都在,0,以下，水汽含量很少。各种云都由冰晶或过冷却水滴组成。在中纬度和副热带地区，这一层中常有风速等于或大于,30,米秒的强风带，即所谓的高空急流。飞机在急流附近飞行时往往会遇到强烈颠簸，使乘员不适，甚至破坏飞机结构和威胁飞行安全。,平流层,平流层位于对流层顶之上，顶界伸展到约,50,55,公里。现代大型喷气运输机的高度可达到平流层底层。,在平流层下半部，随着高度的增加气温最初保持不变或微有上升，到,25,30,千米以上气温升高较快。平流层的这种气温分布特征同它受地面影响小和存在大量臭氧（臭氧能直接吸收太阳紫外辐射）有关。,这一层过去常被称为同温层，实际上指的是平流层的下部。在平流层中，空气的垂直运动远比对流层弱，水汽和尘粒含量也较少，因而气流比较平缓，能见度较佳。,对于飞行来说，平流层中气流平稳、空气阻力小是有利的一面，但因空气稀薄，飞行器的稳定性和操纵性恶化，这又是不利的一面。综合而言其利大于弊，这个空间是飞机比较理想的飞行高度层。随着飞机飞行上限的日益增高和火箭、导弹的发展，对平流层的研究也日趋增多。,水圈,水圈包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等，它是一个连续但不很规则的圈层。,从离地球数万公里的高空看地球，可以看到地球大气圈中水汽形成的白云和覆盖地球大部分的蓝色海洋，它使地球成为一颗“蓝色的行星”。,大气圈和水圈相结合，组成地表的流动系统。,飞机在飞行时常遇到的雨雪雷电等天气状况，都与大气圈和水圈密切相关。,生物圈,生物圈是指地球表面有生命活动的圈层，实际上与大气圈和水圈相互交叉渗透。上至大气层的对流层顶，下至海洋深处都有生命存在。,除了人类以外，对飞行影响最大的生物就是鸟类了，全世界每年大约发生,1,万鸟撞飞机事件，很多都造成了严重的后果。,2007-2009,年各年度春季鸟击事件报告统计图,在,2009,年春季上报的,171,起鸟击事件中，仅,7,起事件经识别或鉴定后报告了发生撞击的物种信息。,在明确撞击物种信息的,7,份报告中，全部来自机场的独有报告，报告发生撞击的鸟种有：燕子,4,起，猎隼,1,起，阿穆尔隼,1,起，环颈雉,1,起，均为近年来统计到的常见鸟击鸟种。,猎隼，大型猛禽。主要以鸟类和小型动物为食。分布广泛，我国和中欧、北非、印度北部、蒙古常见。可驯养用于狩猎。国家一级保护动物。,繁殖于西伯利亚至朝鲜北部及中国中北部、东北，印度东北部有记录。迁徙时见于印度及缅甸；越冬于非洲。 分布状况：在繁殖分布区甚常见。罕见于华东及华南。,环颈雉分布于欧洲东南部、蒙古、朝鲜、俄罗斯东南部、中国、越南北部、缅甸北部等地。栖息于中、低山丘陵的灌丛、竹丛或草丛中。善于奔跑，飞行快速而有力。以植物的嫩叶、嫩芽、草茎、果实和种子为食，也吃昆虫和小型无脊椎动物。,岩石圈,对于地球岩石圈，主要由地壳和地幔圈中上地幔的顶部组成，从固体地球表面向下一直延伸到软流圈。岩石圈厚度不均一，平均厚度约为,100,公里。,大气圈、水圈、生物圈、岩石圈不是独立存在的，这些圈层之间相互交叉，相互制约，形成了人类赖以生存的自然环境。,四、导航,天文导航,无线电导航,卫星导航,1,、天文导航,天文导航是根据天体来测定飞行器位置和航向的航行技术。天体的坐标位置和它的运动规律是已知的，测量天体相对于飞行器参考基准面的高度角和方位角就可以计算出飞行器的位置和航向。,天文导航系统是自主式系统，不需要地面设备，不受人工或自然形成的电磁场的干扰，不向外辐射电磁波，隐蔽性好，定向、定位精度较高，定位误差与时间无关，因而天文导航在航天器上得到一定的应用，但是这种导航方式容易受到天气条件的制约，当空中能见度较差时，无法对天体进行观测，也就无法实施导航。,2,、无线电导航,无线电导航利用电磁波的,3,个基本特性,电磁波在自由空间直线传播；,电磁波在自由空间的传播速度是恒定的；,电磁波在传播路线上遇到障碍物时会发生反射。,无线电导航的优点是不受时间、天气限制，精度高，定位时间短，设备简单可靠；其缺点是必须辐射和接收无线电波，因而易被发现和干扰，需要载体外的导航台支持，一旦导航台失效，与之对应的导航设备就无法使用。,无线电导航设备在过去几十年中发展出很多种类。我国目前正在使用的主要有两类。一类叫无方向信标，也叫中波导航台，英文缩写为,NDB,；另一类是甚高频全向信标（缩写为,VOR,）和测距仪（缩写为,DME,）组成的系统。,在中波导航台系统中，飞机使用可以转动的环状天线接收信号，当测到电波最强的方向时，天线停止转动，于是就测出电台与飞机之间的方位。飞机按这个方向飞行，就能准确地飞到电台所在的位置。中波导航台准确性低并且容易受到天气的影响，但它价格便宜，设备结实耐用，所以世界上很多中小型机场和发展中国家的多数机场还在使用它。,甚高频全向信标台使用甚高频电波，直线传播，不受天气影响，准确度高。,VOR,的天线在发射时不停地转动，发射出的信号按方向改变而改变。飞机收到,VOR,信号时，机上的仪表按照信号的频率和强度变化自动指示出正北方向和飞机相对于发射台的方向。,VOR,的作用有效范围在,200,千米以内，通常在航路上每隔,150,千米左右建立一个,VOR,台。飞机根据航空地图上标出的,VOR,台的位置，就可以在航路上顺利地飞行了。在使用,VOR,航路飞行时，驾驶员只能知道发射台的方向，但不能确定飞机与发射台之间的距离。,当测距仪系统,DME,与,VOR,配套使用后，则可解决此问题。,DME,的地面发射台和,VOR,台建在同一地点或建在机场附近，它所使用的频率是超高频，频率在,1000,兆赫左右。,这套系统由飞机上的询问机和地面台站上的应答机构成。,飞机上的询问机向地面发出一对脉冲信号，脉冲之间的间隔是随机的，使不同飞机发出的信号都不同。,地面应答机接收到这对脉冲信号后发回同样的一对脉冲信号。把发出信号和收到返回信号所消耗的时间与无线电波传播的速度相乘，就可以算出飞机与地面站之间的距离。,测距仪可以测量出的距离最远可达,500,千米，误差仅为,200,米左右。在天空中飞行的各架飞机在询问时所发出的脉冲对的间隔不同，在接收时只接收自己所发出的脉冲信号。同时有几架飞机向地面站询问时，它们的信号彼此不会混淆。,VORDME,系统的无线电波在天空中划出一条明确的通道，这条空中通道就叫航路。,飞机在航路上飞行，随时可以从仪表上得知自己的航向和位置，根据地面管制员的调度，一个接一个地按航路点飞行，直至飞完全程。,VOR-DME,导航系统保证了飞机能安全有秩序地飞行，极大地提高了空中的交通流量和飞行安全。现在这个系统成为世界上大部分地区主要的导航手段。,建设,VORDME,的航路，费用很高。不可能把地面上所有台站之间都建立起航路，一般只能在中心城市之间或中心城市到一般城市之间设立航路。,如果飞机在两个没有航路的一般城市之间飞行，为了保证飞行安全，这时飞机不得不采取从一个城市沿着已有的航路飞到中心城市，再沿另一条航路飞往所要去的一般城市。这样飞行不但浪费了燃油和时间，又使航路变得拥挤。,在飞机上应用了电子计算机以后，这个问题才得以解决。从两个以上的,VOR,地面台站收到的信号经过飞机上的电子计算机处理后得出一条实际上没有地面台站的航线，在这条航线上设置出假想的航路点，飞机按照这条航线飞行，同样也可顺利抵达目的地。这种专门设计的计算机被称为航线计算机。飞机上配备了这种计算机后，就可以在能收到两个以上,VOR,地面台站所发出的信号的地方，按照计算机计算出来的航线飞行，这种方法叫区域导航。它把,VOR,的导航范围由几条航路扩展为一个平面，这个平面就是各个,VOR,导航台站无线电信号所能覆盖的整个平面。,VORDME,系统使用的甚高频和超高频电波是直线传播的，作用距离在,200,千米之内。在浩瀚的大洋或大面积的无人区中，是无法建造出联接一条航路的诸多,VOR,站的。为了满足远距离导航的需要，又开发出罗兰系统和欧米加系统，这两种系统使用了低频和甚低频的无线电波，作用距离都在,2500,千米以上。在地球表面只要建立起若干个这类台站，就可以为飞机飞越大洋或辽阔的无人区导航。这种导航的缺点是精确度不够高，而且需要功率非常强大的发射台。,20,世纪,60,年代以后，有关专业人士又开始寻找更好的方式以取代无线电导航系统。,3,、卫星导航,卫星导航定位指利用卫星导航定位系统提供的位置、速度、时间等信息来完成对地球各种目标的定位、导航、监测和管理。在卫星导航系统中卫星的位置是已知的，用户利用其导航装置接收卫星发出的无线电导航信号，并经过处理，可以计算出用户相对于导航卫星的几何关系，最后确定出用户的绝对位置，有时还可以确定出运动速度。,卫星导航综合了传统导航系统的优点，真正实现了各种天气条件下全球高精度被动式导航定位，特别是时间测距卫星导航系统，不但能提供全球和近地空间连续立体覆盖、高精度三维定位和测速，而且抗干扰能力强。,卫星导航系统由导航卫星、地面台站和用户导航设备三大部分组成。由多颗卫星组成的导航卫星网构成一组流动的导航台，地面台站负责对卫星跟踪测量和控制管理，地面控制中心根据跟踪测量数据计算出轨道，并将随后一段时间的卫星星历预测数据注入到卫星上，以供卫星向用户发送。用户导航设备通常由接收机、定时器、数据预处理器、计算机和显示器等组成。,GPS,（美国）,GLONASS,（俄罗斯）,伽利略（欧盟，中国参与）,北斗卫星（中国，覆盖亚洲）,3.2,时差与飞行,地球自转造成了不同经度地区的时刻不同，当飞行跨越经度时，就产生了时刻上的不统一。目前，世界主要航线的分布多呈东西向，沿着这些航线飞行时，必然跨越经度，所以就必须进行时差的换算。这个问题对安排航班计划具有实际意义。此外，时差和飞行中昼夜长短的变化对机组人员的生物钟也产生较大影响。因此，正确掌握时差的换算，对于各项航空运输活动具有重要意义。,1,：经线和纬线,2,：地方时,3,：理论区时,4,：各国当地标准时,LST,5,：世界标准时,GMT,6,：标准时差,SCT,7,：航班时刻和航行时间的计算,8,：协调世界时,1,：经线和纬线,本初子午线,零度经线,东经和西经,BJS,：,116,。,28,，,E,，,39,。,48,，,N,相同纬度的城市具有十分接近的气候特征，相同经度的城市时间是一样的,日界线,地球逆时针方向旋转，地表不同经度两地之间的东西是相对的，难以确定谁在谁的东面。,为了统一全球的日期和时刻，必须划出日界线。,日界线划在,180,。,经度处,东经,180,。,为最早（最东）,西经,180,。,为最西（最西）,东西,12,区在同一个时区，钟点相同，但是日期相差一天,日界线放在,0,度经线上最理想，它有利于世界各地日期的换算，但是,0,度线空过许多欧洲国家，把它作为日界线，这些国家就会出现同时有,2,个日期的现象。为了避免这一现象，日界线划在太平洋上，并且有几个弯折。,跨越日界线时的规律：,A,.,向东越过日界线，减一日；向西越过日界线，加一日,B,.,东、西十二时区内钟点相同；东十二区总比西十二区早一天,C,.,东十二区为最东、西十二区为最西。,2,：地方时,地方时就是指当地的时间。,由于地球不停地由西向东旋转，使得东面总比西面先见到太阳，也就是东面亮的早，所以正午时刻也来得早。这就造成了经度不同的地区时刻不同。,不同经线上具有不同的地方时,只适用于当地。,地方时的计算,根据地球自转的角速度，可进行不同经度之间地方时的换算。,两地地方时之差，就是地球以转过两地经度差所用的时间。例如：,0,经线与,90,经线两地的地方时之差，就是地球转过,90,所用的时间，即,6,小时。,实际上，只要知道任何两地之间的经度差，就可以相互换算地方时。,设：已知地的地方时为 ，所求地的地方时为 ，两地经度差为 ，则有：,该式中，当所求地在已知地的东面时，取加号；在已知西面时，取减号。两地之间的经度差根据经度确定，如都在东经或西经则相减；若一地在东经，另一地在西经则相加。,地方时算起来比较麻烦,如果把经度分得很细，就会出现许多个地方时，假如,1,度一个地方时，全球就出现,360,个地方时，这对于通讯与交通是极不便的,为克服这一缺陷，引入区时,3,、理论区时,把全球按经度划分为,24,个时区，各个时区都以本区内的中央经线的地方时作为全区共同使用的时刻，这样全球使用的不同时间，就减少到,24,个。而且每,15,个经度划一个时区，地球转过,15,个经度恰好用一小时的时间，这样计算起来极为方便。,具体划分方法：,首先分别以,0,经线为中央经线，向东、向西各,7.5 ,，划出两个相对的时区。分别称为中时区和东西十二区。注意，东西十二区是一个时区，即既是东十二区，又是西十二区。,然后从中时区依次向东、向西再分别分出,11,个时区。这样一共分为,24,个时区，如此划分，可以看出，中央经线都是,15 ,的倍数。,所在时区的计算：,n= 15 ,（四舍五入，取整数）,小数点后一位数在,5,以下，说明离中央经线不超过,7.5 ,，故舍去。小数点后一位数在,5,以上，说明离中央经线已超过,7.5 ,，实际上已经进入下一个时区，因此要入，时区数应加,1,例：求北京所在的时区,北京的经度,116 ,，,n= 116 /15 7.7,取整数，,n=8,，即东八区。,4,：各国当地标准时,LST,有些国家并不是按照理论上的,24,个时区来划分的，而是参考本国的行政规划，根据需要确定的，因此与理论区时略有差异，这样划分得到的时刻系统称为当地标准时,LSTLOCAL STANDARD TIME,各国实际采用的时刻系统，时区之间的界线不完全是经线，多是曲线和折线，主要是考虑行政区划。,CHINA,东,5,区到东,9,区,统一采用东,8,区的区时,假如北京,6,点，那么新疆也是,6,点，但是天很黑，为此，新疆的作息制度比北京推迟,2,个小时,5,：世界标准时,GMT,格林威治时,英国伦敦格林威治天文台采用的地方时，即本初子午线上的地方时,GMT,是世界各国所参照的标准时刻系统，各国实际采用的当地标准时均可以用,GMT+/-SCT,（标准时差）来表示，即某地的标准时比,GMT,早或者晚多少小时和分钟,6,：标准时差,SCT,STANDARD CLOCK TIME,当地标准时与格林威治时的标准时差,7,：航班时刻和航行时间的计算,思路,标准要统一,例题,1,：我国访美代表团要在,10,月,1,日,8,时前从纽约乘专机赶回北京参加国庆活动，如果航行时间为,14,小时,30,分，如何紧凑地安排专机起飞时刻？,分析：此题实际上要求最晚的起飞时刻。可以先考虑航行时间，求出起飞时北京时间是多少，然后利用区时的换算求得当地的起飞时刻。当然也可以先考虑时区的换算，求也在北京时间,10,月,1,日,8,时的时候，纽约的时刻是多少，然后再考虑航行时间，推算起飞时刻。,解,：,起飞时北京时间应为：,10,月,1,日,8,时,14,小时,30,分,= 9,月,30,日,17,时,30,分,起飞时纽约的时间应为,E = E0n,E0 = 9,月,30,日,17,时,30,分,n,的确定,纽约在西经,74,应在西五区；北京在东经,116 ,，应在东八区；,n,= 13,正负号确定,纽约在北京的西面，取负，故有,E = 9,月,30,日,17,时,30,分,13,小时,= 9,月,30,日,4,时,30,分,8,：协调世界时,UTC,是经过平均太阳时（以格林威治时间,GMT,为准）、地轴运动修正后的新时标以及以秒为单位的国际原子时所综合精算而成的时间，计算过程相当严谨精密，比,GMT,更加精准。,UTC,与,GMT,相差必须在,0.9,秒以内，若大于,0.9,秒则由位于巴黎的国际地球自转事务中央局发布闰秒，使,UTC,与地球自转周期一致。当前全世界民用时指示的时刻就是协调世界时，世界上授时台发播的时号大部分是协调世界时时号。,GMT,： 由于地球轨道并非圆形，其运行速度又随着地球与太阳的距离改变而出现变化，因此视太阳时欠缺均匀性。视太阳日的长度同时亦受到地球自转轴相对轨道 面的倾斜度所影响。为着要纠正上述的不均匀性，天文学家计算地球非圆形轨迹与极轴倾斜对视太阳时的效应。平太阳时就是指经修订后的视太阳时。,如果使用需求不需要精确到秒，则二者可视为等同。,3.3,气象与飞行,一、航空气象要素,二、常见的天气系统,三、危害航空运输的天气现象,一、航空气象要素,气温,气压,湿度,三大气象要素对飞行的影响,风,云,降水,能见度,气象要素是表征,大气物理状态,、,物理现象,以及,某些对大气物理过程和物理状态有显著影响的物理量,，主要包括气温、气压、湿度、风、云、降水、能见度、蒸发、辐射、日照以及各种天气现象，其中,气温、气压和湿度,又称三大基本气象要素。,1,、气温,气温是,衡量空气冷热程度,的物理量，它实质上是,空气分子平均动能大小,的宏观表现。一般情况下我们可将空气看作理想气体，这样空气分子的平均动能就是空气内能，因此气温的升高或降低代表了空气内能的增加或减少。,摄氏温标,华氏温标,开氏温标（绝对温标）,摄氏温标将标准状况下纯水的冰点定为,0,，沸点定为,100,，其间分为,100,等分，每一等分为,1,。,华氏温标是将纯水的冰点定为,32F,沸点定为,212F,，其间分为,180,等分，每一等分为,1F,。,可见,1,与,1F,是不相等的。,绝对温标亦称,开氏温标,，用符号,K,表示。,规定摄氏零度以下,273.15,为零点，称为绝对零点。其分度法与摄氏温标相同（即绝对温标上相差,1K,时，摄氏温标上也相差,1,）；所不同的只是绝对温标上水的冰点定为,273.15K,，沸点定为,373.15K,。,2,、气压,气压即大气压强，是指,与大气相接触的表面上，空气分子作用在单位面积上的力,。这个力是,由空气分子对接触面的碰撞而引起的,，也是空气分子运动所产生的压力。,常用的气压单位有百帕（,hPa,）和毫米汞柱（,mmHg,）。,航空上常用的气压,本站气压,场面气压,修正海平气压,标准海平面气压,本站气压,是指气象台（站）气压表所在高度处的气压，一般由水银气压表测得，经过修订后，其数值即可表示当时本站高度上的气压值，称为本站气压。,它是气象台（站）测量气压和研究气压的最基本数据，也是推算其它各种气压值的基础。,用一端封闭并抽成真空的玻璃管，倒插在水银槽中，当水银柱压强与大气压强相平衡时，用水银槽平面到水银柱顶的高度来测定大气压强。水银柱的高度必须以温度为,0,，重力加速度为,9.80665,平方米,/,秒的情况下所具有的高度为准。当测量气压时，温度和重力加速度与上述情况不符，则必须对由此引起的偏差加以订正，气象观测称为本站气压订正。,场面气压,QFE,场面气压是指机场跑道上的气压，一般规定为离机场跑道,3,米高处的气压，它大致相当于飞机停在机场跑道时，飞机气压高度表所在高度的气压。,国际民用航空公约,的,附件,3,建议使用着陆跑道入口端最高点处的气压作为场面气压，通常可用机场标高处的气压代替。场面气压是调整飞机上气压高度表的依据，直接关系到测定飞行高度的准确性。由于气压误差,1,毫米汞柱会造成,10,米左右的误差，因此必须准确无误。同时气压是随时间和地点变化的，有的机场跑道两端标高不同，相应场面气压也不相同，为了能够正确地指示飞机相对于机场跑道的高度，在起飞或着陆时，必须根据当地当时的场面气压来校正飞机气压高度表的示度。,修正海平面气压,QNH,由于各测站海拔高度不同，本站气压不便于相互比较，为了分析和研究气压水平分布情况，将各地测得的本站气压订正到海平面高度。,修正海平面气压就是指本站气压按标准大气推算到海平面高度处（我国以黄海海面为基准）的气压值。海拔高度大于,1500m,的测站不推算修正海平面气压，因为推算出的海平面气压误差可能过大，失去意义。,标准海平面气压,QNE,大气处于标准状态下的海平面气压称为标准海平面气压，其值为,1013.25hPa,或,760mmHg,。海平面气压是经常变化的，而标准海平面气压是一个常数。,飞机飞行时，测量高度多采用无线电高度表和气压式高度表。,无线电高度表所测量的是,飞机相对于所飞越地区地表的垂直距离。,无线电高度表能精确地测得飞机相对于所飞越地表的飞行高度，,不能显示实际相对于机场标准高度或者相对海平面的高度,。,如果在地形多变的地区上空飞行，飞行员试图按无线电高度表保持规定飞行高度，飞机航迹将随地形起伏。而且，如果在云上或有限能见度条件下飞行，将无法判定飞行高度的这种变化是由于飞行条件受破坏造成的，还是由于地形影响引起的。这样就使无线电高度表的使用受到限制，因而它主要用于校正仪表和在复杂气象条件下着陆使用。,气压高度表是主要的航行仪表。它是一个高度灵敏的空盒气压表，但刻度盘上标出的是高度，另外有一个辅助刻度盘可显示气压，高度和气压都可通过旋钮调定。,高度表刻度盘是在标准大气条件下按气压随高度的变化规律而确定的，即气压式高度表所测量的是气压，根据标准大气中气压与高度的关系，就可以表示高度的数值。,高度的测量和名词定义,确定航空器在空间的垂直位置需要二个要素：,测量基准面和自该基准面至航空器的垂直距离。,在飞行中，航空器对应不同的测量基准面，相应的垂直位置具有特定的名称。,高,高度,高,是指自,某一个特定基准面,量至一个平面、一个点或者可以视为一个点的物体的垂直距离。,高度,是指自,平均海平面,量至一个平面、一个点或者可以视为一个点的物体的垂直距离。,平均海平面,指在某一时刻假设没有潮汐、波浪、海涌或其它扰动因素引起的海面波动，海洋所能保持的水平面。,其高度是利用人工水尺和验潮仪长期观测而得。按观测的时间长短不同分为：日平均、月平均、年平均和多年平均海平面。,日平均海平面不但随天气状况而变化，且具有季节、半年、一年和多年周期变化。,月平均海平面年内最高值和最低值之差：渤海,60,70,厘米，黄海,35,50,厘米，东海,30,35,厘米，南海,20,40,厘米。,年平均海平面较差可达,10,厘米左右。,中国于,1956,年规定，以青岛验潮站观测所得的多年平均海平面为全国统一的高程起算面，称为青岛平均海面或黄海基准面。中国地形图上所指的海拔高度，就是从这个海平面起算的。,因此,在地图和航图上，地形和障碍物的最高点用标高表示,。,标高是指地形点或障碍物至平均海平面的垂直距离,。,为了便于管制员和飞行员掌握航空器的超障余度，避免航空器在机场附近起飞、爬升、下降和着陆过程中与障碍物相撞，航空器和障碍物在垂直方向上应使用同一测量基准，即平均海平面。,因此，在机场地区应使用修正海平面气压（,QNH,）作为航空器的高度表拨正值。,在飞行中，航空器对应不同的测量基准面，相应的垂直位置具有特定的名称。,飞行中选择不同的气压高度基准面就对应不同的气压高度，飞行中常用的气压高度有场面气压高度、修正海平面气压高度和标准海平面气压高度。,场面气压,QFE,指航空器着陆区域最高点的气压。,场面气压高度（场高）,场面气压高度是飞机相对于起飞或着陆机场跑道的高度。为使气压式高度表指示场面气压高度，飞行员需按场压来拨正气压式高度表，将气压式高度表的气压刻度拨正到场压值上。,修正海平面气压高度（修正海压高度或海压高度或海高 ）,修正海平面气压高度是指以海平面气压调整高度表数值为零，上升至某一点的垂直距离，即气压式高度表拨正到修正海平面气压值时，高度指针所指示的数值就是修正海平面气压高度。,在飞机着陆时，将高度表指示高度减去机场标高就是飞机距机场跑道面的高度,。,标准大气压：,1013.2,百帕（或,760,毫米汞柱或,29.92,英寸汞柱）。,标准气压高度,标准海平面气压是指在标准大气条件下海平面的气压，其值为,1013.25hPa,（或,760mmHg,）。标准海平面气压高度是指以标准大气压调整高度表数值为零，上升至某一点的垂直距离，即气压式高度表拨正到标准大气压值时，高度指针所指示的数值就是标准气压高度。,使用气压式高度表表示高时,必须使用场面气压作为高度表拨正值,表示高度时,必须使用修正海平面气压作为高度表拨正值,表示飞行高度层时,必须使用标准大气压作为高度表拨正值,二、修正海平面气压（,QNH,）,/,标准大气压（,QNE,）的适用区域,航空器在不同飞行阶段飞行时，需要采用不同的高度测量基准面。,在地图和航图上，地形和障碍物的最高点用标高表示。标高是指地形点或障碍物至平均海平面的垂直距离。,为了便于管制员和飞行员掌握航空器的超障余度，避免航空器在机场附近起飞、爬升、下降和着陆过程中与障碍物相撞，航空器和障碍物在垂直方向上应使用同一测量基准，即平均海平面。因此，,在机场地区应使用修正海平面气压（,QNH,）作为航空器的高度表拨正值。,在航路飞行阶段，,由于不同区域的,QNH,值不同，如果仍然使用,QNH,作为高度表拨正值，航空器在经过不同区域时需要频繁调整,QNH,，并且难以确定航空器之间的垂直间隔。,若统一使用,QNE,作为高度表修正值，则可以简化飞行程序，易于保证航空器之间的安全间隔。,为了便于空中交通管制员和飞行员明确不同高度基准面的有效使用区域并正确执行高度表拨正程序，高度表拨正值适用范围在垂直方向上用,过渡高度,和,过渡高度层,作为垂直分界，在水平方向上用,修正海平面气压适用区域的侧向界限,作为水平边界。,原来使用三个高度，后来发生过事故，现在主要使用两个高度,QNH,QNE,介绍三个名词,过渡高度,过渡高度层,过渡夹层,过渡高度：是指一个特定的修正海平面气压高度，在此高度或以下，航空器的垂直位置按照修正海平面气压高度表示。,过渡高度层：是在过渡高度之上的最低可用飞行高度层。过渡高度层高于过渡高度，二者之间满足给定的垂直间隔。,过渡夹层：是指位于过渡高度和过渡高度层之间的空间。,离场航空器,离场航空器在爬升过程中，保持本场的,QNH,直至达到过渡高度（过渡高度是指一个特定的修正海平面气压高度，在此高度或以下，航空器的垂直位置按照修正海平面气压高度表示）。,在穿越过渡高度或者在过渡高度以下穿越修正海平面气压适用区域的侧向水平边界时，必须立即将高度表气压刻度调到标准大气压,1013.25hPa,，其后航空器的垂直位置用飞行高度层表示。航空器在修正海平面气压适用区域内，按过渡高度平飞时，应使用机场的修正海平面气压。,航路飞行,在航路、航线及未建立过渡高度和过渡高度层（在过渡高度之上的最低可用飞行高度层）的区域飞行，航空器应使用标准大气压,1013.25hPa,作为高度表拨正值，并按照规定的飞行高度层飞行。,进场航空器,进场航空器在下降穿过机场的过渡高度层，或者在过渡高度以下进入修正海平面气压适用区域侧向边界时，应立即将高度表气压刻度调到本场,QNH,值，其后航空器的垂直位置用高度表示。,建立机场过渡高度和过渡高度层的办法,机场标高 过度高度 过度高度层,1200,米（含）以下,3000,米,3600,米,1200,米至,2400,米（含）,4200,米,4800,米,2400,米以上 视需要定 视需要定,飞行高度层配备,从,2007,年开始中国已经实施,RVSM,，即在飞行高度层,29000,英尺（,8850,米） 至,41000,英尺（,12500,米）之间的高度层空间范围内，飞机之间的最小垂直飞行间隔标准由过去的,2000,英尺缩小为,1000,英尺，这样一来能够增加,6,个新的飞行高度层，缩小垂直间隔的英文全是 “,Reduced Vertical Separation Minimum”,简称,RVSM,。）,2007,年,10,月,18,日国务院、中央军委决定对,中华人民共和国飞行基本规则,做如下修改：,一、第十四条第三款修改为：“等待空域通常划设在导航台上空；飞行活动频繁的机场，可以在机场附近上空划设。等待空域的最低高度层，距离地面最高障碍物的真实高度不得小于,600,米。,8400,米以下，每隔,300,米为一个等待高度层；,8400,米至,8900,米隔,500,米为一个等待高度层；,8900,米至,12500,米，每隔,300,米为一个等待高度层；,12500,米以上，每隔,600,米为一个等待高度层。”,二、第八十条第一款第一项修改为：“真航线角在,0,度至,179,度范围内，高度由,900,米至,8100,米，每隔,600,米为一个高度层；高度由,8900,米至,12500,米，每隔,600,米为一个高度层；高度在,12500,米以上，每隔,1200,米为一个高度层。”,第二项修改为：“真航线角在,180,度至,359,度范围内，高度由,600,米至,8400,米，每隔,600,米为一个高度层；高度由,9200,米至,12200,米，每隔,600,米为一个高度层；高度在,13100,米以上，每隔,1200,米为一个高度层。”,3,、湿度,湿度是用来度量空气中水汽含量多少或空气干燥或潮湿程度的物理量。,常用的湿度表示方法有相对湿度、露点、温度露点差、绝对湿度、水汽压等。,相对湿度,相对湿度表示空气中的实际水气压（,e,）与同温度条件下的饱和水汽压（,E,）的百分比，即 。,其大小反映了,空气距离饱和状态的程度,。在温度一定的情况下，单位体积空气所容纳的水汽含量有一定的限度，如果水汽含量达到了这个限度，空气就呈饱和状态。饱和空气的相对湿度为,100,。,相对湿度主要受气温和水汽含量的影响,，水汽含量越多，水汽压越大，相对湿度越大；在水汽含量不变时，温度升高，饱和水汽压增大，相对湿度减少。,通常情况下温度变化大于水汽含量的变化，所以一个地方的空气相对湿度主要受温度的影响。如早晚温度低，相对湿度大，而中午和午后温度高，相对湿度就小。,当空气中水汽含量不变且气压一定时，气温降低到使空气达到饱和时的温度，称为露点，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度。,气压一定时，水汽含量越多，露点温度就越高；水汽含量不变时，气压增加，露点温度也随之提高。,当空气处于未饱和状态时，其露点温度低于气温，温度与露点之差称为温度露点差。,可用温度露点差判断空气的饱和程度，温度露点差越小，空气越潮湿。潮湿空气会使发动机和飞机的有关金属部分锈蚀。金属锈蚀后，不但会降低材料的强度，缩短机件的使用年限，而且还会影响飞机上某些设备的正常工作。飞机上的用电仪表、用电器具和电子设备等受潮后，会降低绝缘性能，导致元件性能改变，甚至发生故障。,4,、三大气象要素对飞行的影响,对发动机推力的影响,飞机的可用推力随温度的增大而减小；反之，温度降低，飞机的可用推力增大。当温度较低时，也就是在冷区，实际大气密度大于标准大气密度，空气作用于飞机上的力变大，发动机功率增加，推力增大；反之，温度较高时，发动机推力减小。,在固定高度上飞行时，飞机穿越锋区时，在锋区内温度变化比较剧烈，推力会有明显变化。在个别情况下，在较短时间内推力可能减少（进入暖空气侧）或增大（进入冷空气侧）,5%-10%,。,对巡航速度的影响,在巡航时，作用在飞机上的重力,G,和升力,Y,保持平衡,为巡航时的升力系数,为机翼面积，,为空气密度，,为巡航速度,由此可见，由于空气密度随高度减小，在其他条件不变的情况下，巡航速度随高度增高而增大，例如,10km,高度的巡航速度比海平面附近增大,70,以上。,当飞机沿等压面飞行时，空气密度仅随温度变化。,由热力学方程可知：,当飞机沿等压面飞行时，密度仅随温度变化而变化，因此，温度越高，密度就越低，而速度就越大。,按等压面飞行时，由于气温变化的影响，,B747,、,TU154,等飞机的速度变化可达,40km/h,以上。,对飞机起飞和着陆的影响,飞机的起飞和着陆数据（起飞滑跑距离和离地速度、着陆滑跑距离和着陆速度），在很大程度上取决于大气状态的物理特性。,气温对飞机起飞着陆的影响，主要表现为滑跑距离的长度。无论从飞行安全或机场建设需求考虑，都希望飞机的滑跑距离越短越好。,以,L,表示起飞滑跑距离，有：,为重力加速度,为滑跑中发动机的平均推力,为跑道的滚动摩擦系数,若气温升高，机场海拔高度增高，即气压减小，其离地速度和滑跑距离均增大。因为空气密度减小，要获得同样的升力必须增大空速，同时空气密度减小，发动机功率减小，飞机增速减缓，因而使起飞滑跑距离增长。,对大多数喷气式飞机，在发动机转数不变的条件下，气温每升高,10,，起飞滑跑距离增加,13%,，而气温每下降,10,，起飞滑跑距离减少,10,。,对飞机载重的影响,飞机的载重量受气温变化的影响很大。当气温高于标准大气温度时，空气密度变小，产生的升力减小，因而载重量减小；反之，则载重量增加。,对于,120,吨重的喷气式飞机，在,30,时比,15,时减少,7,吨载重量，在,0,时则可增加,8,吨载重量。对于,25,吨重的螺旋桨飞机，若发动机内部的温度为外部温度,3,倍，在,30,时要比,15,时减少,0.9,吨载重量，在,0,时则可增加,1,吨载重量。,对飞机升限的影响,飞机升限是飞机最重要的技术性能之一。在一定的飞行状态下，飞机能够上升的最大高度，叫做飞机升限。飞机升限与大气物理状态有关。温度变化时，飞机升限变化很大。,假设涡轮喷气式飞机在,11000,米高度上进行水平飞行，如果飞机从,53,进入,32,的高温区，那么推力减小,15%,，飞机开始掉高度。为了恢复飞行状态，必须增大发动机转数，需增大,5.5%,。当在接近升限高度上飞行时，气温升高,10,。如果飞行速度不变，飞机要掉高约,500,米。在其它条件不变的情况下，温度升高，飞机升限降低；反之温度降低，飞机升限升高。,对燃油消耗的影响,当气压和气温下降时，小时燃料消耗量是减少的。计算表明，如果气温变化,30(,例如，由冬季转为夏季，或由夏季转为冬季,),，小时燃料消耗量变化,5%,6%,。,一定距离沿航线的飞行所需要的燃料量，决定于公里燃料消耗量。如果气温升高或降低时，同时改变飞行高度，那么，即使飞行速度不变，公里燃料消耗量也会有很大的变化。在高空飞行时（平流层），为了保持飞机的稳定性和操纵性，避免飞机进入临界迎角，常常不得不降低飞行高度。在转入较低的高度层飞行时，由于气温升高，公里燃料消耗量能增加,15%,以上。,5,、风,风的概述,风压定律及其应用,对起飞和着陆的影响,风速,风速是指单位时间内空气微团的水平位移，常用的表示风速的单位是米,/,秒（,m/s,），千米,/,小时（,km/h,）和海里,/,小时（,n mile/h,）也称为节（,KT,）。,1m/s=3.6km/h,1KT=1.852km/h,风的测量方法,仪器探测和目视估计,常用仪器,风向风速仪：测量近地面风常用的仪器,测风气球：高空风,风袋：便于飞行员观测跑道区的风向风速,多普勒测风雷达 ：和机载设备一致,风压定律及其应用,根据长期气象实践可知风向与气压水平分布之间的关系。自由大气中风基本上是沿等压线吹的。,在北半球，背风而立，低压在左，高压在右；在南半球则相反。,在摩擦层中，由于风向斜穿等压线流向低压，故在北半球，背风而立，低压在左前方，高压在右后方；南半球则相反。,这就是白贝罗定律，又叫风压定律。,结合风压定律，利用天气图上的气压场可以判断有关航路或者飞行空域内风的分布情况。以北半球为例，在如图情况下，假设一飞机从,A,点飞向,B,点，此时航行中受到右侧风，根据风压定律，可判定,A,点气压低，,B,点气压高（即飞机从低压飞向一个高压）。同理，如知道,A,、,B,点气压高低情况，可判断风的分布情况。,风对起飞和着陆的影响,飞机的起飞和着陆，通常是在,逆风条件,下进行的。因为逆风能使离地速度和着陆速度减小，因而，也就能缩短飞机的起飞滑跑距离和着陆滑跑距离。逆风起飞由于能产生飞机的附加进气量，因而增大飞机运动开始时的方向稳定性和操纵性。顺风时，则相反，加大了起飞和着陆的滑跑距离，使起飞时飞机的稳定性和操纵性变坏，起飞和着陆变得困难。,ICAO,建议,在风速不超过,5,节时，也可顺风。,跑道的数目和方位应至少能满足,95%,的侧风负荷要求,跑道系统由于侧风导致受限的时间百分比应该低于,5%,为什么建立交叉跑道的重要原因。,我国大型民用机场没有建设交叉跑道。,我们应用最简单的起飞模式，定量估算逆风对起飞指跑时间和距离的影响。,起飞滑跑时，飞机是以初速为零的等加速运动,离地时刻飞机相对于地面的速度等于,当取逆风风速,=10,米,/,秒、,=360,千米,/,小时,在这种情况下，起飞滑跑时间和距离较无风时分别缩短了,10,和,19,。,风向对起飞和着陆的影响,在侧风较大的情况下，飞机起飞和着陆的操纵变得相当复杂。,在侧风中滑跑时，飞机两翼所受风的作用力不相同，迎风一侧机翼的升力增加，背风一侧机翼的升力减小，于是产生了一个倾斜力矩；另外，由于侧风压力中心与飞机重心不重合，还会产生出一个使飞机向逆风方向旋转的转弯力矩。当侧风很大时，与转弯力矩作用相反的跑道道面对机轮的反作用力，不足以使飞机保持平衡，机头便向侧风方向偏转。所以飞机在侧风中滑跑时，应向侧风方向压杆以消除倾斜力矩，向侧风的反方向蹬舵以消除转弯力距。,风向与跑道夹角,Y-5,Y-7,B757,0,度,15,米,/,秒,25,米,/,秒,25,米,/,秒,45,度,8,米,/,秒,18,米,/,秒,18,米,/,秒,90,度,6,米,/,秒,12,米,/,秒,15,米,/,秒,风对航行的影响,当风速一定时，与无风比较，顺风飞行可使航程增大，正侧风及逆风飞行使航程缩短，且以逆风飞行航程减小最多。因此，只要条件允许，机组就应选择在顺风或顺侧风高度上飞行，以增大航程或节省飞行时间和燃料。,6,、云,云的概述与分类,低云,中云,高云,云对飞行影响综述,云（,Cloud,）是悬浮在空气中的小水滴和（或）冰晶共同组成的可见聚合体，其底不接触地面。,不同的云对飞行的影响是不同的，对目前性能较好的大型喷气式运输机来说，只有少数云对飞行产生重要影响。,云的分类（根据云底高度进行分类）,低云：,2500,米以下,中云：,2500-6000,米,高云：,6000,米以上,低云：对飞行的影响最大,淡积云：光线忽明忽暗,浓积云：颠簸、积冰、低能见度，禁止飞行,积雨云：强对流天气，对飞行影响很大,碎积云,层积云,层云：低能见度，影响起飞和着陆,碎层云：与层云类似,碎雨云：对起飞和着陆有重大影响,中云,高层云,高积云,高云,卷云,卷层云,卷积云,总结：,对飞机起降和低空飞行影响最大的云主要是低云。在低云和有限能见度条件下，飞机的起飞、着陆及低空、超低空飞行，都会变得困难。,飞机在云区飞行容易导致低能见度和飞机颠簸等现象。云状不同，影响的程度也不同。以上各种云中，对飞行影响最大的是积雨云和浓积云，无论在航线上或起落过程中都应避开。,云,层云,大饼,积云,包子,7,、降水,降水是指云中降落至地面的水滴、冰晶、雪等的现象。,降水常使能见度恶化，损失飞机的空气动力学性能，改变跑道状态，给飞行、起飞和着陆造成困难和危险。,降水的分类,按降水物的形态和下降时的特征分类,雨,：滴状液态降水，下降时清晰可见，降落至温度低于,0,的地表面时，可在地面或物体上形成透明粗糙的冰层，称为雨凇。,毛毛雨,：细小粒液体降水（直径小于,0.5,毫米）纷密