張 序,趙 波,譚 力,郝 帥,鄧 豪,楊承翌

(1.中國國際航空股份有限公司 運行控制中心西南分控中心 飛行簽派室,成都 610202；2.中國國際航空股份有限公司 培訓部西南分部,成都 610202；3.中國國際航空股份有限公司 西南分公司成都飛行部,成都 610202；4.西藏航空有限公司 運行控制部,成都 610202)

民航工程

降水的形成及其對飛行安全的影響和對策研究

張 序1,2,趙 波3,譚 力3,郝 帥1,鄧 豪1,楊承翌4

(1.中國國際航空股份有限公司 運行控制中心西南分控中心 飛行簽派室,成都 610202；2.中國國際航空股份有限公司 培訓部西南分部,成都 610202；3.中國國際航空股份有限公司 西南分公司成都飛行部,成都 610202；4.西藏航空有限公司 運行控制部,成都 610202)

分析了降水的基本概念、形成、分類以及降水的主要天氣系統(tǒng)。首先對降水可能使航空器發(fā)動機熄火、使航空器滑跑滑水等現(xiàn)象做了研究。重點研究了降水伴隨的低能見度、低空風切變、航空器積冰對飛行安全的影響，并且分析了飛行人員在各種狀況發(fā)生的同時可能發(fā)生的錯誤操作。最后對降水伴隨的危險進行總結并提出預防和改進的措施，并針對機場保障部門對降水的應對措施進行了分析說明。

航空運輸安全；降水；低能見度；積冰；低空風切變

在航空安全中，由環(huán)境因素引發(fā)的重大飛行事故占飛機事故總數(shù)的31%，影響航空運輸安全的危險天氣因素較多，而在我國航空運輸中，降水是主要影響飛行安全的危險天氣。因此本文就降水基本概念和對飛行的影響加以分析討論，并研究了針對降水出現(xiàn)時所帶來的危害天氣的對策。國內外在降水對飛行的影響方面有一些研究，陳會芝[1]研究了危險天氣條件下航空飛行與安全，廖正聰[2]研究了低能見度對飛行的影響，黃方斌[3]研究了雷雨天氣對飛行的影響及其對策，張序[4]研究降水中飛行積冰對飛行的影響，許杰[5]研究了降水的形成以及對飛行的影響。但是在這些研究討論中，就降水的形成以及對民航飛行安全性的影響和對策的分析卻不夠具體和全面，而具體地從飛行人員角度來談降水對飛行安全的影響以及對策研究就更少了。本文正是結合國內外論文的這種現(xiàn)狀才做的研究。

1 降水的形成

降水主要有兩種形成方式，一種是雨滴碰撞，一種是雨滴凝華。雨滴碰撞是指當云中出現(xiàn)了體積差異較大的雨滴后，由于云內氣流有不同的方向和速度，使得雨滴之間發(fā)生碰撞并且增長，當大雨滴不斷地碰撞吸收小雨滴，雨滴重量不斷增加，就形成了降水雨滴。雨滴凝華是指在降水的云層中共存著大小雨滴，冷暖雨滴和冰水雨滴。

2 降水的主要天氣系統(tǒng)

降水形成的天氣系統(tǒng)主要有5種，包括：鋒面和鋒面氣旋的降水、空中切變線和低渦降水、低渦降水、風帶中高空槽降水、熱帶氣旋降水。鋒面氣旋降水是鋒面活動引起的，通過氣旋的抬升作用使得鋒面氣旋降水更加強。鋒面氣旋和鋒面都是影響我國降水的主要天氣系統(tǒng)，它們可能出現(xiàn)在一年的四季，影響鋒面降水的發(fā)展和持續(xù)時間的長短，主要因素是看鋒面暖氣團的水汽是否飽和，是否能夠得到暖氣團水汽的不斷供應。空中切變線和低渦是指出現(xiàn)在8.5kPa或7kPa上的中低層天氣系統(tǒng)，由于空中切變線氣流帶來了充足的水汽，并且這些天氣系統(tǒng)一般都有較強的上升運動趨勢，這使得其成為我國重要的降水系統(tǒng)。低渦所帶來的降水大多出現(xiàn)在低渦中心或者低渦中心移動方向的前半部分，有時其后半部分也可能產(chǎn)生降水，但強度不如前部，東北低渦影響范圍較大，有的持續(xù)時間很長，足以造成東北地區(qū)連陰雨天氣持續(xù)數(shù)日。針對高空槽降水，風帶中高空槽降水的強度和范圍，與風帶中高空槽的強弱有關，風帶中高空槽越深厚，降水也越強。當風帶中高空槽占據(jù)的范圍很廣時，高空槽前的降水區(qū)也比較寬廣。而熱帶氣旋降水集中在沿海地區(qū)，并且在山脈的迎風坡形成暴雨中心，我國南部各島因為地理位置比較特殊，受地形影響全年皆有暴雨天氣，各地出現(xiàn)暴雨的時間同熱帶氣旋的走向和強弱有關。

3 降水對飛行安全的影響

3.1 降雨誘發(fā)能見度急劇變化

3.1.1 地面能見度的降低

降水的種類、強度以及飛行的速度與能見度的變化關系密切，強度不大的降水時，地面能見度一般大于4 km。地面能見度是確定飛行氣象條件和機場開放或關閉的重要依據(jù)之一。地面能見度過低容易使飛行員看不清目標物體的輪廓，特別在夜間，不能及時判別相鄰航空器的距離，容易造成地面相鄰航空器或與障礙物的擦掛，甚至航空器和航空器相撞的事故。

3.1.2 空中能見度的降低

受到視覺方面的生理的影響，在雨中飛行若速度較大時，空中能見度會減少到1 km及以下，如果在強降水中飛行時空中能見度會更低。這是因為降水不僅使能見度變差，而且在它打在風擋玻璃上時形成的水膜折射光線會影響飛行員的視線，這在起飛和著陸階段最為明顯。它使飛行員無法正確判斷航空器離跑道高度，容易造成接地不良，加之在該情況下因道面積水而產(chǎn)生不均勻反光，造成飛行員對外界物體的形貌判斷也會明顯改變,模糊飛行員的視覺。對于夜間飛行，所產(chǎn)生的錯覺更為嚴重。

3.2 降水造成航空器積冰

當降水區(qū)域的溫度接近于2到-8℃時[6]，過冷的小雨滴在航空器表面容易形成積冰，特別在機翼前緣及上表面最容易積冰。

3.2.1 積冰形成的條件

一般認為，積冰的環(huán)境條件是可見濕度(云、霧、雨和雪)和結冰溫度。有的事故記錄表明，上述積冰條件中的結冰溫度并不是絕對的，出現(xiàn)積冰時的環(huán)境溫度不一定要限制在冰點以下。以下3種情況就是應該注意的積冰危險區(qū)域[7]：1)下降階段。當飛機在較高航線飛行時，飛機表面溫度是在0 ℃以下。如飛機下降過程中遇到潮濕空氣，即使此時環(huán)境溫度在冰點以上也可能形成透明冰或霜；2)即使周圍環(huán)境溫度在冰點以上，機翼油箱部位的表面溫度也有可能低于0 ℃，當遇到降雨時就可能形成冰并粘附在機翼上；3)雖然在飛行高度上的溫度在冰點以上，但如遇到過冷雨，也可能在飛機上形成透明冰。

3.2.2 航空器發(fā)動機積冰對飛行的影響

積冰會使發(fā)動機進氣量減少，進而減少發(fā)動機的推力[8]。進氣口的積冰破裂后進入發(fā)動機，會造成發(fā)動機內部的損壞，甚至熄火。如果飛行人員早期就已經(jīng)打開除防冰設備，航空器的動力很快就恢復了。如果沒有，則飛行人員會感覺發(fā)動機推力明顯不足，并且燃油的消耗也在增大。

3.2.3 航空器機翼積冰對飛行的影響

航空器機翼積冰，會改變機翼翼形，進而改變機翼的氣動外形，影響飛機升力，增加航空器阻力，導致失速速度增加、機動性能和著陸性能惡化。飛行人員在操作航空器降落的過程中，因為機翼積冰，所以機翼的翼面效應很差，拉動駕駛桿達不到所需要的轉彎坡度，容易過量操作，使得航空器失速墜毀。

3.2.4 航空器尾翼積冰對飛行的影響

航空器尾翼積冰時，可能導致尾翼失速，當尾翼失速發(fā)生在進近時，航空器最為危險。因為飛行人員通常在最后進近階段都會使用全襟翼形態(tài)來降低進近速度達到安全落地的目的。這個時候也正是尾翼氣動載荷最大的時候，尾翼的少量操作會給航空器的姿態(tài)帶來很大的改變，不管飛行人員如何操作航空器，想要控制航空器的姿態(tài)是很難的。

3.2.5 航空器空速管積冰對飛行的影響

航空器空速管積冰或者靜壓孔積冰，會使航空器氣壓式高度表、升降速率表和空速表等儀表的指示錯誤，甚至失效。飛行人員可以通過使用備用靜壓源來解決，但是需要注意的是，使用備用靜壓源和空速管除冰設備后，高度表的指示正常，但是會有誤差，高度表指示高于實際高度，這意味著飛行人員可能處于危險之中，卻毫不知情，特別是在山區(qū)飛行，高度表指示誤差會釀成大禍。航空器的靜壓孔堵塞，升降速率表指示為零，此時，雖然空速會隨著油門的變化而變化，但是空速表指示錯誤，因為靜壓保持不變。當速度很小時，飛行人員可以通過增大油門來改出，但是當航空器空速表指示錯誤時，這種危險很容易被掩蓋，因為航空器在高空飛行時沒有參照物，飛行人員很難通過視覺判斷速度大小。另外，在管制區(qū)域，空中交通管制員要求飛行人員通過修正并保持空速來保持航空器之間的間隔，當空速表指示錯誤時，飛行人員飛行時指示仍是空速，不管是大于還是小于實際空速，對飛行的安全威脅都是很大的。

3.3 強降水形成風切變

強降雨區(qū)域，特別是伴隨著雷暴的強降雨，在積雨云下會產(chǎn)生風切變，風切變對于低速航空器是相當危險的[9-10]。航空器處于著陸階段時，速度較低，起落架和襟翼都處于放下位，阻力較大，航空器各方面的性能都較低，高度也低。一旦遇上風切變，航空器很難保持正常姿態(tài)，危及著陸安全。

3.3.1 順風風切變對起飛著陸的影響

順風風切變有3種情況:(1)航空器從逆風區(qū)進入順風區(qū);(2)航空器從靜風區(qū)進入順風區(qū);(3)航空器從小順分區(qū)進入大順風區(qū)。順風風切變是非常危險的，它使得航空器的空速減小，升力下降，如果飛行人員不及時地加大油門，并且增大俯仰角度，航空器將低于正常的下滑高度，使得進近的安全高度得不到保障，容易造成航空器不能越障進近，或者航空器過早接地等危險。

3.3.2 逆風風切變對起飛著陸的影響

逆風風切變有3種情況:(1)航空器從順風區(qū)進入逆風區(qū);(2)航空器從靜風區(qū)進入逆風區(qū);(3)航空器從小逆風區(qū)進入大逆風區(qū)。逆風風切變使得航空器空速增加，升力上升，它對于飛行的危害相對較低。但若果飛行員不適當?shù)販p少油門，減小俯仰迎角，航空器結構會因為速度過大而損壞。另外航空器遭遇逆風風切變會使得進近時高于下滑道，在降落時也有可能使飛機沖出跑道。

3.3.3 側風風切變對起飛著陸的影響

側風風切變值得是航空器從無側風狀態(tài)進入側風狀態(tài)，或者從側風狀態(tài)進入無側風狀態(tài)。航空器遭遇側風風切變時，航空器的航向姿態(tài)會受到影響，風切變強度越大，危險越大。因為側風風切變是陣性的，總是突然給航空器一個相左或者向右的力，飛行人員操作不當時，容易過量操作，使航空器不能對準跑道中線，進而威脅了航空器的降落安全。

3.3.4 垂直風切變對起飛著陸的影響

垂直風切變指的是航空器進入下?lián)舯┝鲄^(qū)，飛機的性能是先變好，后變壞的。特別在下?lián)舯┝鲄^(qū)的中心位置時，航空器受到強烈的下沖氣流，性能急劇降低。飛行人員往往會錯誤地認為有的逆風風切變總是單一存在的，其實大多逆風風切變都是下?lián)舯┝髑岸?。?jīng)驗不足的飛行人員發(fā)現(xiàn)空速增大時，會做出收油門增大仰角的動作。他們不知道的是接下來就是下沖氣流最強的時候，然而處于低速高迎角的航空器此時的性能是最差的時候，航空器非常不安全。緊接著是下?lián)舯┝鞯暮蠖?，強順風加上下沖氣流，使得航空器很容易失速墜毀。

3.4 大暴雨能使航空器發(fā)動機熄火

航空器進入降水區(qū)，過多雨滴進入發(fā)動機汽缸，點火不及時容易造成發(fā)動機喘振，嚴重時會造成發(fā)動機熄火。對于螺旋槳發(fā)動機的航空器，只要有雨滴進入發(fā)動機汽缸，航空器發(fā)動機就有可能喘振甚至熄火。

3.5 降水影響跑道的使用

機場在降雨時或者降雨后，由于雨水來不及流出道面，或者機場排水能力不夠的情況下，跑道以及滑行道會產(chǎn)生積水現(xiàn)象。當航空器在濕跑道上滑行時，輪胎會與跑道表面上的積水接觸，輪胎會擠壓水面，水面會給輪胎一個反作用力，這個反作用力的水平分力會阻礙輪胎前進，這個反作用力的垂直分力會使輪胎不斷的彈起，減少輪胎與跑道表面的接觸面積，進而減少輪胎與跑道表面的摩擦力，減弱了航空器的操控性和航空器的剎車效應，使得航空器容易偏離或者沖出跑道。

4 遭遇降水的對策研究

4.1 降水低能見度的應對辦法

飛行人員在持續(xù)降水區(qū)域飛行時，因為能見度差，通常比較緊張，急于尋找機場，導致精力分配不均勻，忽視了航空器飛行姿態(tài)和高度，容易造成飛行事故[11]。對于這種情況，飛行人員一定要沉著冷靜，嚴格按照飛行計算機所提示的數(shù)據(jù)飛行,嚴格按照儀表規(guī)則飛行,盡量使用自動駕駛儀系統(tǒng)操縱飛機平穩(wěn)飛行,建立直觀的視覺參考。當斷開飛機自動駕駛儀系統(tǒng)后,飛行人員切記不要盲目修正,避免粗猛的過量的操縱動作,飛行人員應該柔和地操縱飛機,使飛機保持穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。

當降落機場不符合最低降落標準時，一定要果斷復飛，不能執(zhí)意降落，在平時的飛行訓練中，飛行人員應加強對于在復雜天氣下的飛行訓練，訓練自己在復雜天氣情況下對飛機的管理能力。對于夜間飛行，降水所帶來的低能見度更加惡劣，一些經(jīng)驗不足的飛行人員，在降落過程中，過早打開航空器著陸燈，會在航空器前面形成光屏，使得飛行人員看不清機場跑道入口，給飛行操作帶來困難。因此有經(jīng)驗的飛行人員會在看清機場跑道入口，并且有把握安全落地時，才打開航空器的著陸燈。

4.2 冷降水航空器積冰的解決辦法

地面起飛前檢查飛機是否結是非常重要的，即使有空中除冰裝置的航空器也必須在起飛前除冰，除冰的方法可以采用機械除冰法、加熱除冰法和化學藥劑除冰法。機械除冰法常用于清理低速航空器的機翼和尾翼的積冰，加熱除冰法應用最廣泛，使積冰部位的溫度達到0度以上，以達到除冰的效果，化學藥劑除冰法多用于防止螺旋槳上的積冰，把化學藥劑噴灑在螺旋槳葉片上，降低了結冰的冰點，達到除冰的效果。對在空中飛行的航空器，如果知道前方有可能有積冰區(qū)，應該提前打開除防冰裝置；如果積冰發(fā)生在暖鋒云層下面，飛行人員操控航空器下降高度就可以脫離積冰區(qū)；如遇到的是過冷凍雨，飛行人員操控航空器上升高度就可以脫離積冰區(qū),飛行中飛行人員應該密切注意飛機積冰的出現(xiàn)和強度。飛機積冰時，應該柔和操作，盡量避免急劇上升下降、急轉彎、大坡度轉彎等大動作。著陸時不要把油門收光，避免飛機失速。

4.3 遭遇降水風切變的解決辦法

及時正確地判斷風切變的強度大小和類型，做出相應的措施，是減輕和避免風切變的最佳辦法[12]。判別風切變的方法有：目視判別方法、飛機儀表判別方法、機載風切變警報系統(tǒng)和地面風切變探測系統(tǒng)。而針對風切變可以有3個方面的應對措施：(1)對飛行的機組成員進行風切變模擬訓練，提高他們對風切變的應對處理能力，讓他們感受各種強度類型的風切變，以便在實際情況下能更好低處理風切變；(2)提高飛行人員對風切變的理解水平和重視性。事先飛行人員應該仔細認真地了解和熟悉航路的天氣預報和天氣實況，利用一切經(jīng)驗手段，盡可能地避開風切變的影響；(3)如前行航班遭遇風切變時，飛行人員應該盡量避開風切變飛行，而不應該過度自信，相信自己的飛行技術能夠應對風切變的影響。

4.4 機場對于降水的應對措施

在降水天氣的管制運行中，機場地面部門應當充分了解跑道道面情況，例如積冰程度、積水程度以及跑道道面受污染的程度。同時機場地面部門還應了解其對飛機的影響程度，是否適合飛機起降，對飛機的起降過程有什么特殊要求，然后及時通告進近的航空器。此外，機場地面部門應該監(jiān)控和測試跑道道面摩擦系數(shù)，同時及時向航空器通報跑道道面降水的嚴重程度和剎車效應等級等情況，降低危險系數(shù)[13-14]。

5 結論

降水的形成是復雜的，可以通過雨滴的碰撞形成，也可以通過雨滴的凝華形成，降水按性質可以分為陣性降水、間歇性降水、連續(xù)性降水，降水從形態(tài)上主要可以分為固態(tài)降水和液態(tài)降水。降水能誘發(fā)地面能見度和空中能見度急劇地降低，有時它打在風擋玻璃上形成的水膜折射光線會影響飛行員的視線，這在起飛和著陸階段是很危險的[15]。當降水區(qū)域的溫度于2℃到-8℃時，過冷的小雨滴在航空器表面容易形成積冰，不同的積冰對飛機的危害程度不一樣，不同位置的積冰對航空器的性能影響也不一樣。降水伴隨的風切變對于低速航空器是非常危險的，一旦遇上風切變，航空器很難保持正常姿態(tài)，危及著陸安全。強降水惡化航空器氣動構型，降低航空器性能，降落操作不當時，容易使航空器過早接地。降水使得航空器在起飛著陸中出現(xiàn)滑水現(xiàn)象，減小航空器輪胎和跑道道面的摩擦力，使得航空器不易操控，容易偏離跑道或者沖出跑道。飛行人員在持續(xù)降水區(qū)域飛行時，因為能見度差，通常比較緊張，急于尋找機場，導致精力分配不均勻，忽視了航空器飛行姿態(tài)和高度，容易造成飛行事故。機組之間應該合理配合，管理好航空器。另外加強低能見度的模擬飛行，反復訓練。飛行前，航空器必須要除冰，飛行中主要是對積冰的預防，在進入可能有積冰的區(qū)域，應該提前打開除、防冰裝置。降水會伴隨著風切變，飛行人員可以依靠目視判別、飛機儀表判別、機載風切變警報系統(tǒng)和地面風切變探測系統(tǒng)來判別風切變，通過使用必要的最大推力和控制航空器的俯仰姿態(tài)來改出。但是這種技術是非常微妙的，所以飛行人員應該盡可能地避開有可能存在風切變的地區(qū)飛行。機場應該通過氣象資料對降水天氣進行預警，還應該對著陸條件進行檢查。

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(責任編輯：宋麗萍 英文審校：劉敬鈺)

Researchoftheformationofprecipitationanditsinfluenceontheflightsafetyandthecountermeasures

ZHANG Xu1,2，ZHAO Bo3，TAN Li3，HAO Shuai1，DENG Hao1,YANG Cheng-yi4

(1.Dispatch Office of Southwest Sub-control Center,Operation Control Center,Air China Limited,Chengdu 610202,China；2.Training department of Southwest,Operational part-time instructor,Air China Limited,Chengdu 610202,China；3.Chengdu Flying Department,Southwest Branch,Air China Limited,Chengdu 610202,China；4.Tibet airlines flight operation control department,Chengdu 610202,China)

This paper analyzes the influence of precipitation accompanied by low visibility,low-level wind shear,aircraft icing on flight safety,and the possible error operation made by flight crew in various conditions,such as aircraft engine flameout,aircraft taxiing and skiing.Finally,this paper puts forward the countermeasures to the airport security department regarding precipitation.

flight safety;precipitation;low visibility;icing;low-level wind shear

2014-06-26

張序(1982-)，男，四川簡陽人，助理工程師，主要研究方向：航班的運行控制與精細化放行、駕駛艙資源管理，E-mail:zhangxulikeyou@sina.com。

2095-1248(2014)06-0073-05

F562

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2014.06.013