第4章無人機-氣象

氣象與飛行大氣成分與結(jié)構(gòu)航空氣象要素常見的天氣系統(tǒng)危害航空運輸?shù)奶鞖猬F(xiàn)象大氣成分與結(jié)構(gòu)氣象與飛行根據(jù)大氣層中溫度隨高度變化，大氣層分為：大氣層對流層平流層中間層電離層/暖層散逸層飛行環(huán)境氣層特征對流層對流層上界高度低緯度大于高緯度夏季大于冬季低緯度（南北緯30°之間）上界高度為17~18km中緯度（緯度30°~60°）上界高度為10~12km高緯度（緯度60°以上）上界高度為8~9km赤道每上升1000米氣溫下降大概6.5度，即對流層中平均氣溫垂直遞減率為0.65°C/100m；在對流層中也會出現(xiàn)氣溫對高度的升高而升高或者在一段高度內(nèi)氣溫保持恒定的情況，即“逆溫層”或“同溫層”；夜間，近地表可能出現(xiàn)逆溫，即氣溫隨高度增加而升高；逆溫有利于形成霧；氣溫對飛行速度、滑跑距離等影響①影響飛機平飛最大速度：氣溫低時，空氣密度大，推力增大，盡管空氣阻力也增大，但阻力增大數(shù)值不及推力增大；②影響飛機滑跑距離：氣溫高時，空氣密度小，使發(fā)動機推力減小，飛機增、減速慢，飛機滑跑距離增長；相反，氣溫低時,空氣密度大，飛機增、減速快，飛機滑跑距離就短一些；③影響能耗、升限、載荷：④影響飛機空速表和高度表的示值：空速表和高度表是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)密度和標(biāo)準(zhǔn)氣溫設(shè)計。

氣象與飛行——氣溫氣溫垂直變化及影響：氣象與飛行——氣溫對流層氣溫垂直變化及影響：1500m對流層下層（1500m以下）6000m對流層中層（下層頂?shù)?000m）對流層上層（中層頂?shù)綄α鲗禹敚α鲗酉聦拥目諝膺\動受地形擾動和地面摩擦力作用最大，氣流混亂中層受地表影響較小，氣流相對平穩(wěn)，可代表對流層氣流的基本趨勢，云和降水多出現(xiàn)在中層；上層受地面影響更小，水汽含量很少，氣溫通常在0°C以下，云多由冰晶和過冷水滴組成。氣象與飛行——氣溫平流層氣溫垂直變化及影響：平流層主要受太陽紫外線輻射影響，氣溫隨著高度升高而升高太陽輻射通過大氣層，約有24%會被大氣直接吸收平流層飛行的優(yōu)點：能見度好、氣流平穩(wěn)、空氣阻力小氣象要素是表征大氣物理狀態(tài)、物理現(xiàn)象以及某些對大氣物理過程和物理狀態(tài)有顯著影響的物理量,主要包括氣溫氣壓、濕度、風(fēng)、云、降水、能見度蒸發(fā)、輻射、日照以及各種天氣現(xiàn)象,其中氣溫、氣壓和濕度又稱三大基本氣象要素。氣象與飛行氣溫是衡量空氣冷熱程度的物理量,它實質(zhì)上是空氣分子平均動能大小的宏觀表現(xiàn)。一般情況下我們可將空氣看作理想氣體,這樣空氣分子的平均動能就是空氣內(nèi)能,因此氣溫的升高或降低代表了空氣內(nèi)能的增加或減少。氣象與飛行——氣溫攝氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)開氏溫標(biāo)(絕對溫標(biāo))氣象與飛行——氣溫攝氏溫標(biāo)將標(biāo)準(zhǔn)狀況下純水的冰點定為0℃,沸點定為100℃,其間分為100等分,每一等分為1C華氏溫標(biāo)是將純水的冰點定為32°F,沸點定為212°F,其間分為180等分,每等分為1°F。（可見1℃與1°F是不相等的）氣象與飛行——氣溫絕對溫標(biāo)亦稱開氏溫標(biāo)，用符號K表示。規(guī)定攝氏零度以下273.15°C為零點，稱為絕對零點。其分度法與攝氏溫標(biāo)相同(即絕對溫標(biāo)上相差1K時，攝氏溫標(biāo)上也相差1°C);所不同的只是絕對溫標(biāo)上水的冰點定為273.15K，沸點定為373.15K。K開爾文，為熱力學(xué)溫標(biāo)或稱絕對溫標(biāo)，是國際單位制中的溫度單位。C=5/9（F-32）F=9/5C+32K=C+273.15氣象與飛行——氣溫氣壓即大氣壓強—是指與大氣相接觸的表面上，空氣分子作用在單位面積上的力。這個力是由空氣分子對接觸面的碰撞而引起的，也是空氣分子運動所產(chǎn)生的壓力。常用的氣壓單位有百帕（hPa)和毫米汞柱（mmHg)航空上常用的氣壓氣象與飛行——氣壓本站氣壓場面氣壓修正海平氣壓標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓是指氣象臺（站）氣壓表所在高度處的氣壓，一般由水銀氣壓表測得，經(jīng)過修訂后，其數(shù)值即可表示當(dāng)時本站高度上的氣壓值，稱為本站氣壓。它是氣象臺（站）測量氣壓和研究氣壓的最基本數(shù)據(jù)，也是推算其它各種氣壓值的基礎(chǔ)。本站氣壓氣象與飛行——氣壓修正海平面氣壓QNH由于各測量站海拔高度不同，本站氣壓不便于相互比較，為了分析和研究氣壓水平分布情況，將各地測得的本站氣壓訂正到海平面高度。修正海平面氣壓就是指本站氣壓按標(biāo)準(zhǔn)大氣推算到海平面高度處（我國以黃海海面為基準(zhǔn)）的氣壓值。海拔高度大于1500m的測站不推算修正海平面氣壓，因為推算出的海平面氣壓誤差可能過大，失去意義。氣象與飛行——氣壓場面氣壓是指機場跑道上的氣壓，一般規(guī)定為離機場跑道3米高處的氣壓，它大致相當(dāng)于飛機停在機場跑道時，飛機氣壓高度表所在高度的氣壓。場面氣壓QFE氣象與飛行——氣壓標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓QNE國際民航組織統(tǒng)一采用的標(biāo)準(zhǔn)海平面大氣壓大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的海平面氣壓稱為標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓，其值為1013.25hPa或760mmHg?？諝鈽?biāo)準(zhǔn)密度為1.2250kg/m3海平面氣壓是經(jīng)常變化的，而標(biāo)準(zhǔn)海平面氣壓是一個常數(shù)。氣壓及其影響：?與高度、溫度有關(guān)；影響滑跑距離：氣壓越低（空氣密度越?。?，飛機推力減小，滑跑距離拉長；?氣壓是形成復(fù)雜天氣的主要因素之一氣象與飛行——氣壓氣象與飛行——氣壓國家標(biāo)準(zhǔn)GB1920-80標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)海平面重力加速度g=9.80665m/s2海平面空氣密度ρ=1.2250kg/m3海平面氣壓P0=1013.25hPa=760mmHg=1個大氣壓在海拔11000m以下，氣溫直減率為0.65°C/100m在11000~20000m，氣溫不變，為-56.5°C在20000~30000m，氣溫直減率為-0.1°C/100m大氣成分與結(jié)構(gòu)氣象與飛行18000ft以上的空氣重量僅是海平面的一半·了解溫度對飛行的影響·掌握相對濕度的概念·空氣的飽和程度·航空氣象因素氣象與飛行——溫濕度1，氣溫為什么會影響飛行呢？·氣溫影響空氣密度與空氣流速，從而影響飛行2，氣溫對飛機起飛和降落的影響·隨著氣溫的變化，空氣密度也在變化。氣象與飛行——溫度空氣密度與氣壓成正比，與氣溫成反比氣溫↑空氣密度↓氣壓↓升力↓滑跑距離↑氣溫↓空氣密度↑氣壓↑升力↑滑跑距離↓空氣濕度·空氣中的水汽含量的多少相對濕度·空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比

空氣中水汽含量越高，水氣壓越大，相對濕

度越大·氣溫越高，可容納的水汽就越多

溫度升高，飽和狀態(tài)下水氣壓增大，可容納

水汽含量增加，相對濕度減小露點：水汽含量一定，氣壓一定，氣溫降低到空氣達(dá)到水汽飽和的溫度，就叫做露點。

氣壓一定，露點的高低可以表示空氣中的水汽含量氣象與飛行——濕度·對流產(chǎn)生的原因·對流沖擊·風(fēng)的模式·障礙物對風(fēng)的影響大氣的對流運動大氣的對流運動空氣對流產(chǎn)生原因：·地球表面受熱不均引起空氣的對流運動·熱脹冷縮原理·地球自傳偏向力·空氣與空氣間的相互作用力（沖擊力）大氣的對流運動地球自轉(zhuǎn)偏向力由地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的額外力偏向力主要影響風(fēng)的方向，從而導(dǎo)致了空氣的運動方向變化特點：偏轉(zhuǎn)程度根據(jù)緯度不同而變化·在極地偏轉(zhuǎn)程度最大·在赤道降低為0大氣的對流運動空氣對流之間的作用力稱為對流沖擊力（垂直運動）對流沖擊力冷空氣暖空氣大氣的對流運動對流沖擊力分為兩類·熱力對流：地面受熱溫度不均勻·動力對流：機械抬升-山坡空氣空氣大氣的對流運動風(fēng)對飛行的影響：?風(fēng)向（水平、垂直）、風(fēng)速；?氣象上的風(fēng)向是指風(fēng)的來向；?風(fēng)速：lm/s=3.6km/h?風(fēng)向風(fēng)速儀、測風(fēng)氣球、風(fēng)袋、多普勒測風(fēng)雷達(dá)?低空風(fēng)切變；順風(fēng)、側(cè)風(fēng)都是危險因素；?帶來揚沙、沙塵暴天氣。氣象與飛行——風(fēng)障礙物對風(fēng)的影響：氣象與飛行——風(fēng)地面建筑物有關(guān)的湍流強度依賴于障礙物的大小和風(fēng)的基本速度在山地，風(fēng)沿著迎風(fēng)側(cè)平穩(wěn)地向上流動，越過山頂后，會在背風(fēng)坡形成亂流，所以飛機飛行應(yīng)避免或盡快脫離背風(fēng)坡。風(fēng)·在山谷飛行，向下強烈氣流明顯·迎風(fēng)側(cè)氣流平穩(wěn)上升，有助于飛機抬升；背風(fēng)側(cè)氣流湍急，使飛機靠近山體山谷風(fēng)氣象與飛行——影響航行的特殊天氣氣象與飛行——風(fēng)的指向器·空氣總是尋找低壓區(qū)，氣流由高壓流向低壓風(fēng)的模式·氣象上的風(fēng)向是指風(fēng)的來向風(fēng)是由空氣流動引起的一種自然現(xiàn)象·在北半球，高壓向低壓區(qū)流動的空氣向右偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個順時針循環(huán)，低壓區(qū)自產(chǎn)生逆時針循環(huán)。·風(fēng)的模式：高壓區(qū)風(fēng)和低壓區(qū)風(fēng)低壓區(qū)高壓區(qū)氣象與飛行——風(fēng)的模式逆風(fēng)起飛由于能產(chǎn)生飛機的附加進(jìn)氣量，因而增大飛機運動開始時的方向穩(wěn)定性和操縱性。順風(fēng)時，則相反，增大了起飛和著陸的滑跑距離，使起飛時飛機的穩(wěn)定性和操縱性變壞，起飛和陸變得困難。飛機的起飛和著陸，通常是在逆風(fēng)條件下進(jìn)行的。因為逆風(fēng)能使離地速度和著陸速度減小，因而，也就能縮短飛機的起飛滑跑距離和著陸滑跑距離。氣象與飛行——重要天氣系統(tǒng)重要天氣系統(tǒng)氣團(tuán)：指在水平方向上，溫度、濕度、穩(wěn)定度等物理特性相近的比較均勻的大塊空氣。鋒面：冷暖氣團(tuán)交界處形成的狹窄過渡帶稱為鋒，又稱鋒面。氣象與飛行——重要天氣系統(tǒng)氣團(tuán)概念及形成條件概念：在水平方向上大氣的物理屬性(溫度、濕度和穩(wěn)定度)，比較均勻的大塊空氣塊；水平尺度達(dá)到幾百至幾千公里，垂直尺度約幾公里到十幾公里。大范圍的性質(zhì)比較均勻的下墊面；熱源：地表輻射；濕源：地表水汽蒸發(fā)；具備適當(dāng)?shù)牧鲌鰲l件，使大范圍的空氣能在源地上空停留較長的時間或緩慢移動。氣團(tuán)形成的條件：氣象與飛行——氣團(tuán)大氣處在不斷的運動中，當(dāng)氣團(tuán)在廣闊的源地上取得大致與源地相同的物理屬性后，離開源地移至與源地性質(zhì)不同的下墊面時，二者間又發(fā)生了熱量與水分的交換，則氣團(tuán)的物理屬性又逐漸發(fā)生變化，這個過程稱為氣團(tuán)的變性。對于不同的氣團(tuán)來說，其變性的快慢是不同的。一般說來，冷氣團(tuán)移到暖的地區(qū)變性快，而暖的氣團(tuán)移到冷的地區(qū)變性慢。氣團(tuán)的變性氣象與飛行——氣團(tuán)氣團(tuán)的分類按源地的溫度性質(zhì)，將氣團(tuán)分成北冰洋氣團(tuán)(北極氣團(tuán)和南極氣團(tuán))、極地氣團(tuán)、熱帶氣團(tuán)、赤道氣團(tuán)四大類；按源地的濕度性質(zhì)，又將氣團(tuán)分為海洋性氣團(tuán)和大陸性氣團(tuán)兩種。地理分類法：氣團(tuán)形成源地的地理位置按熱力分類：根據(jù)氣團(tuán)移動時與其所經(jīng)下墊面的溫蟲蚣比或兩個氣團(tuán)之間W溫S對比來劃分的分類為冷、暖氣團(tuán)氣象與飛行——鋒面氣象與飛行——鋒面鋒是一個不太規(guī)則的傾斜面，下面是冷空氣，上面是暖空氣。由于冷空氣比暖空氣重，因而，它們的交接地帶就是一個傾斜的交接地區(qū).鋒面的概念:鋒面分類:①冷鋒:是冷氣團(tuán)向暖氣團(tuán)方向移動的鋒。暖氣團(tuán)被迫而上滑，鋒面坡度較大，冷暖兩方中，冷氣團(tuán)占主導(dǎo)的地位；②暖鋒：是暖氣團(tuán)向冷氣團(tuán)方向移動的鋒。暖氣團(tuán)沿冷氣團(tuán)向上滑升，鋒面坡度較小，冷暖兩方中，暖空氣占據(jù)主導(dǎo)地位；③靜止鋒是由于冷、暖空氣勢力相當(dāng)、強度相當(dāng)時，它們的交鋒區(qū)很少移動，這種鋒面稱為靜止鋒。冷鋒暖鋒飛行過程氣象與飛行——危害航空運的天氣現(xiàn)象滑行起飛爬升航路巡航進(jìn)近著路滑行兩個主要階段起降階段時間不長，發(fā)生事故的概率95%以上航行階段時間較長，發(fā)生事故的概率5%以下因此主要考慮兩個階段：①起降②航行影響起降的特殊的特殊天氣起降事故中，除少數(shù)因故障和操縱外，大多數(shù)與天氣條件有關(guān)。嚴(yán)重影響的起降惡劣天氣重要有低空風(fēng)切變順風(fēng)切變從小的順風(fēng)區(qū)進(jìn)入大的順風(fēng)區(qū)從逆風(fēng)區(qū)進(jìn)入順風(fēng)區(qū)從大的逆風(fēng)區(qū)進(jìn)入小的逆風(fēng)區(qū)它使飛機空速減小，升力下降，使飛機不能保持高度而向下掉(沉降)(危害大)氣象與飛行——風(fēng)切變氣象與飛行——風(fēng)切變從小的逆風(fēng)區(qū)進(jìn)入大的逆風(fēng)區(qū)(逆風(fēng)加大)從順風(fēng)區(qū)進(jìn)入無風(fēng)或逆風(fēng)區(qū)(順風(fēng)變逆風(fēng))從大的順風(fēng)區(qū)進(jìn)入小的順風(fēng)區(qū)(順風(fēng)減小)它使飛機空速增加，升力增大，使飛機上升(抬升)(危害相對較小)逆風(fēng)切變氣象與飛行——風(fēng)切變從一種側(cè)風(fēng)或無側(cè)風(fēng)狀態(tài)，進(jìn)入另一種明顯不同的側(cè)風(fēng)狀態(tài)，分左側(cè)風(fēng)切變和右側(cè)風(fēng)切變；訪它使飛機發(fā)生偏航、側(cè)滑、滾轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，側(cè)風(fēng)較大且變化大時也很危險，飛機會發(fā)生滾轉(zhuǎn)、帶坡度，是飛機偏離預(yù)定下滑著陸方向側(cè)風(fēng)切變氣象與飛行——風(fēng)切變垂直風(fēng)切變垂直風(fēng)切變是一種急劇的下降氣流，其尺度從幾百米到幾公里不等。它往往產(chǎn)生于雷暴、鋒面和逆溫之下。垂直風(fēng)切變一方面對飛機直接產(chǎn)生沖擊；另一方面：氣流撞地后，能激起巨大的渦流，形成強烈的旋轉(zhuǎn)氣流，并產(chǎn)生水平切變。氣象與飛行——風(fēng)切變雷暴由積雨云產(chǎn)生的強烈對流性天氣(不穩(wěn)定氣層、充沛的水汽、足夠的沖擊力）雷暴分類一般雷暴(弱雷暴)：只伴有雷聲、閃電或陣雨的雷暴強雷暴：伴有暴雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷風(fēng)等嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象的雷暴一般雷暴結(jié)構(gòu)：

根據(jù)垂直氣流狀況可分為三個階段：積云階段、成熟階段、消散階段氣象與飛行——雷暴雷暴飛行影響雷暴是一種危及航空飛行安全的危險天氣（閃電、雷鳴、暴雨、大風(fēng)、冰雹、積冰、嚴(yán)重時伴有龍卷風(fēng)、下?lián)舯┝?、低空風(fēng)切變）在雷暴中飛行，云中強烈的亂流使飛行發(fā)生嚴(yán)重顛簸，甚至使飛機處于無法控制狀態(tài)；云中大量的過冷水滴會使飛機發(fā)生結(jié)冰，降低飛行性能；閃電能嚴(yán)重干擾無線電通訊，甚至燒壞儀器；冰雹可能擊穿飛機蒙皮；產(chǎn)生風(fēng)切變（下?lián)舯┝鳎庀笈c飛行——雷暴影響航行的特殊天氣雷暴飛機顛簸飛機顛簸使飛機各部承受的載荷發(fā)生變化，可能造成部件損害儀表示度失常增大飛行阻力，增加燃油消耗，影響航程機組人員和旅客困乏疲憊容易造成恐飛癥飛機進(jìn)入擾動空氣層后發(fā)生的左右搖晃、前后沖擊、上下拋擲及機身振顫等現(xiàn)象每次飛行幾乎都會遇到，一般不會有太大危險氣象與飛行——影響航行的特殊天氣飛機積冰

主要分為三類：冰、霧凇、霜

形狀分為：槽狀冰、楔形冰、混合冰飛機航行時，大氣中的過冷水滴在飛機表面凍結(jié)成冰層的現(xiàn)象發(fā)生在飛機突出的迎風(fēng)部位積冰后飛機的空氣動力性能變壞，影響穩(wěn)定性和操縱性，翼型變形，增加摩擦阻力和壓差阻力天線積冰將妨礙通訊聯(lián)系座艙蓋積冰使目視飛行發(fā)生困難冰屑脫落，進(jìn)入發(fā)動機，造成發(fā)動機損壞或熄火。大型民航客機一般都有防冰設(shè)備，除少數(shù)惡劣天氣情況下仍有積冰外，一般不會有太大危險氣象與飛行——影響航行的特殊天氣高空急流指尚空中風(fēng)速超過30米/秒的強、窄氣流。高空急流的分布比較有規(guī)律青藏高原：北支西風(fēng)急流/南支西風(fēng)急流；夏季北移，冬季南移；南海地區(qū)：東風(fēng)急流在急流中風(fēng)的水平切變和垂直切變明顯，容易使氣流產(chǎn)生擾動，從而造成飛機顛簸。氣象與飛行——影響航行的特殊天氣