第19章航空气象站的仪器与观测方法(易)

351第19章航空气象站的仪器与观测方法19.1概述19.1.1定义本章论述航空气象站的观测要求和所用仪器及观测方法。天气观测是在一个地点测定能代表较大范围的大气参数。而以航空为目的的气象观测，往往是在机场及周围地区的几个地点以更频繁的间隔进行，它只对诸如进场、着陆和起飞等相当有限的地区范围具有代表性。所进行的气象测量绝大部分与本指南其它章论述的各种应用所需观测相同。不同的是航空气象观测还包括跑道视程（RVR）、斜视程以及低空风切变。19.1.2单位用于航空目的气象变量观测和报告的单位与其它相同，但有以下例外：（1）地面风可用m/s（米/秒）、km/h（千米/小时）或kn（海里/小时）测定；（2）云底高可用米或英尺测定。单位的选用是各国的习惯，由各自航空管理部门确定。19.1.3要求航空气象观测正式的要求见（WMO，1992）。规程和惯例的详尽指南参见WMO（1990）。对不确定性、分辨率和量程的要求，以及气象观测当前能达到的性能见于第一编第1章，部分可参考《技术规则》（C.3.1），附录B。虽然现代飞机性能优异，天气因素仍能对其飞行造成重大影响。机场观测的可靠性和代表性对保证飞机安全着陆和起飞非常重要。风的观测将确定使用哪一条跑道和最大起飞及着陆重量。温度也很重要，它影响发动机性能。其后果是，可能需减少载荷或要求有更长的跑道起飞，特别是在炎热国家的机场。航空气象站的常规观测按成员国确定的时间和频次进行，以满足国内和国际航空的需要，并适当考虑地区航空安排。在同样的基础上进行特殊和其它非常规观测。机场常规观测应每天全天或部分时间里每隔一小时或半小时进行一次，或按飞机飞行的需要安排。在常规观测时间之间，当地面风、能见度、跑道视程、现在天气和/或云出现特殊的变化时，还应进行专门的观测。世界气象组织《技术规则》（C.3.1）4.3.3中叙述了这些特殊的变化。这些观测以METAR或SPECI编码报告的形式在航空气象站之间进行国际交换。其它类型的报告仅用于航空业务，以气象和机场当局联合制定的形式制作。由于气象观测对飞机安全的重要性，观测员经过严格培训并具有良好视力是至关重要的。观测员的培训应包括基本课程和正规的知识更新课程。WMO（1984）对课程内容制定了指南。气象观测系统的选点、安装和内容在《技术规则》（C.3.1）4中作了规定，综述如下。为了保证观测值能代表机场或其附近地区的大气状况，在选择合适的观测地点或安装航空气象站的观测仪器时要特别谨慎。在某些需要大范围资料的情况下，可能需要在多处安装某些仪器，以保证报告的数值能代表整个地区范围的状况。例如，对于长跑道或有几条跑道的大机场，进场、着陆和起飞区可能相距2到5公里，在跑道一端测量的诸如风、云高、跑道视程等各种要素值，有可能很不同于此跑道其它地方或与飞机作业有关的跑道群其它地方的情况。352对于着陆的最低天气标准低的大机场，观测地点的选择要使观测出的各种气象要素值能代表特定跑道或复合跑道的恰当范围。在机场上选择仪器位置时，特别重要的是仪器的地点和安装在符合业务要求的同时，仪器及其操作不能对飞机飞行构成危险，而且机场上飞机的出现和移动（滑行、起飞滑跑、着陆、停机等）以及各种机场设施对观测数值也不能有不适当的影响。所使用仪器类型、它们的特点以及所测值的表达和报告方法都是同样重要的。应该照本指南公布的方法、程序和技术规格来安装、操作和维护仪器。航空气象站应安排有充分频次的检查，以保证维持高标准的观测和站上所有仪器及其指示器都能正确地工作，并检查仪器的安装情况是否有大的变化。仪器设计应做到能在气象站、气象台和空中交通业务部门（ATS）同时遥传显示，给出地面风、温度、露点、气压、现在天气、能见度、跑道视程（如果跑道可供雾中起降）和云高的相应数值，所有这些测值均应代表飞机着陆和起飞区的状况。测量云底高度和跑道视程的自动仪器系统对航空气象站特别有用。对于配备有盲降装备，特别是有II级、IIIA级或IIIB级盲降装备的机场，以及空运繁忙的机场，最好使用实时获取、处理、分发/显示影响着陆与起飞区的气象参数的自动化综合系统。这种自动系统应能人工插入自动仪器无法测量的气象数据。在《技术规则》（C.3.1）4.1中对自动气象观测系统的要求有详细说明。19.1.4方法在机场进行气象观测的方法与其它气象应用完全一致，本指南其它章节已有描述。本章仅描述航空气象特有的某些涉及选址、数据采集的要求以及算法。19.2地面风19.2.1概述着陆和起飞区附近的气流和低空风切变的测量对于航空是最重要的。其规则在《技术规则》（C.3.1）4.5有描述。在国际机场，空中交通业务部门、空中交通管制塔台和进场管制室都安装有风速风向指示器，空中交通管制人员把这些指示器的读数告诉正在进港和离港的飞机。空中交通业务部门与气象站的指示器应连接到同一传感器上，以保证相互一致性。在测量风速、风向平均值的同时，还需测量阵风及规定的风向、风速显著变化。向机场外发布的风的报告（《技术规则》（C.3.1）4.5.9）与天气观测报告中的内容相同（10分钟平均以及相对于正北的方向），而且传送的值应对所有跑道具有代表性。在机场为飞机起飞与着陆而进行的观测（《技术规则》（C.3.1）4.5.6），风向是相对于磁北，平均时间为2分钟，其值应代表正在使用的跑道。阵风应从3秒滑动平均值中求出。从风速计输出取值以测定平均值、阵风及风向、风速的变动性，应参照第一编第5章和第三编第1章以避免失误。宜用矢量平均而不用标量平均。机场所需风的测量，如平均值、极值等，最好自动测定和显示，特别是在不同跑道上使用了若干个传感器时。当需要若干个传感器时，每个指示器应清楚地标明各传感器所监测的跑道或所处的跑道位置。35319.2.2仪器和安装航空站用的测风仪器类型一般与第一编第5章中描述的相同。风向风速传感器的滞后系数应符合该章中的要求。风向风速传感器应安置在跑道高度以上6到10米高处，以给出代表跑道起飞区和着陆区平均状况的测量值。但是，为了与天气观测兼容，以10米高度为宜。如果机场安装的风传感器是为了代表起飞或着陆区的状况，必须注意避免由于飞机本身接近或经过时所造成的扰动或湍流（由起飞或着陆造成的虚假阵风）。由于类似的原因，传感器不能太靠近建筑物或山丘，也不宜安装在小气候特性过强的地方（海陆风、风暴频繁之处等）。在传感器高度10倍的半径以内，不得有绝对禁止的障碍物，要尽可能的远离。建议准备备份仪器，或备用仪器，以防止仪器出现故障时向空中交通业务部门传送的数据发生中断。当地条件能保证时，一个或多个传感器的安装应按各跑道进行分类。这种情况下，建议使用数字化技术，因为这样可以用一或两对电话电缆传送大量传感器的数据，而且可以用不同颜色的发光二级管（LEDS）组成的数字式显示器显示风的测量数据。显示的应该有“瞬时”风速、风向（距离常数为2至5米），2或10分钟平均风速、风向，以及最小、最大风速。有时可以在同一显示器上显示选自不同测量点的风的读数，这样可以减少所需显示器的数目。在机场安装风传感器时，必须特别注意大气放电的防护（架设闪电引下器、风杆接地以及使用屏蔽电缆或光缆），电子数据处理系统也需注意防雷。为了维持所需的准确度，测风仪器必须保持良好状态，并应定期检查和校准。传感器的性能有时须在风洞中校准，特别是对模拟系统。使用带有内置检查功能的数字式技术的仪器可以减少检查次数。但并不能消除摩擦带来的误差。定期检查可以检测出传感器某些元件的损坏或部件的性能退化。误差可能来自摩擦、安置地点不当以及传输和显示设备。误差也可能是传感器本身设计不当造成的，特别是在出现弱风（转动阈值过高、惯性过大）或者不定风时（由于阻尼过度或不当，造成高估或低估风速或者风向指示不正确）。19.3能见度气象光学视程（MOR）的定义及其目测或器测在第一编第9章中讨论。在航空业，能见度的测量是气象光学视程的特殊应用。但是，在航空业中名词MOR未被广泛应用，本章中仍用能见度术语描述业务要求。测量气象光学视程的仪器也可以用来测量跑道视程。《技术规则》（C.3.1）4.6中含有国际航空的正式叙述。国际机场，向机场外发布的能见度观测报告应能代表机场及其近邻的状况。用于着陆或起飞操作的能见度观测报告，或仅在机场内发布的能见度观测报告，应代表着陆和起飞区的状况，观测能见度的观测站可能在几千米之外。业务上要求的测量准确度为600米以内：±50米；600米至1500米：±10%；1500米以上：±20%（WMO，1992附录B）。关于测量准确度的建议参见第一编第九章。由于业务上最低气象条件决定着是否允许一架飞机着陆或起飞，当能见度变化通过某个界限时必须给出准确可靠的信息，例如，当雾或降水开始、消散或发生变化时，能见度下降低于、或升高高于354临界值800，1500或3000及5000米之际（《技术规则》（C.3.1）4.3.3（e））。当能见度发生显著的方向性变化时，特别是影响到着陆或起飞区时，应给出附加信息指明观测方向，如“VIS2000MTOS”。当能见度小于500米时，以50米的间距报告，如VIS350米；大于500米而小于5千米时以100米的间距报告；5千米以上而10千米以下时，以1千米间距报告，如7千米；大于10千米时报10千米。但当使用CAVOK条件下，应执行《技术规则》（C.3.1）4.6.4的规定。观测方法见第一编第九章。气象能见度的观测由视力“正常”的观测员，观测距气象站已知距离处，选定的具有某种特征的目标物来进行。这些观测也可用能见度测量仪器进行，如透射表或散射系数表。观测地点应为能连续观测机场包括所有跑道的地方。如果用透射表观测能见度，75米长的基线已可满足航空业务的要求。但是，如果仪器还用来测量跑道视程（RVR），则基线长度需综合考虑机场执行的各类业务后确定。19.4跑道视程19.4.1概述在机场跑道中心线上，飞机上的飞行员能看清跑道地面标志，或能看清跑道边灯或其中心线灯的距离称为跑道视程。在《技术规则》（C.3.1）4.7中有论述。建议在水平能见度低于1500米时进行这项观测。以大约5米的高度作为在跑道中心线上飞机中的飞行员的平均眼高。需注意，宽机身飞机上飞行员的眼高可能至少有10米。实际上不可能从飞行员看跑道中心线的位置上直接测量RVR，但是必须估测飞行员从此位置上会看到的视程。如果跑道视程按报告等级有了改变，应立即向空中交通业务部门报告该跑道视程。此报告的传送应在观测结束后15秒内完成。此报告用明文发出。19.4.2观测方法跑道视程可以由观测员进行间接测量（辅助设备或有或无），或用仪器设备测量，如透射表、测散射光的传感器或用电视方法。在使用盲降设备的国际机场，特别是使用II级、IIIA级或IIIB级盲降设备的机场，应利用合适的仪器连续测量RVR。19.4.2.1由观测员测量由观测员对雾中可见的跑道灯（或为此专门设置的与跑道平行的灯）进行计数，可以简易而方便确定跑道视程。这种方法的困难在于人眼的分辨能力，超过一定距离（取决于观测员）将无法分辨跑道灯，更无从计数。由于观测员观测跑道灯时的位置不同于飞行员，所以需要利用换算曲线来确定真实的跑道视程。白天，也可以利用沿着跑道边缘按距离安装的特别设计的标志牌来估计跑道视程。19.4.2.2用电视方法测量用电视方法估计跑道视程是利用电视摄像机和接收机来观测标志物，标志物可以是跑道灯、沿跑道设置的特置灯或标志牌。现用的有两种方法。一种方法是在5米高度上架设一个摄像机，并在跑道边缘外75米距离处设置一排与跑道平行的355和跑道灯完全一样的灯。摄像机的位置在跑道边缘专门测量RVR的点上。灯则安装在按照《技术规则》（C.3.1）4.7建议所确定的距离处。用一个特殊镜头（变焦并自动调焦）来检测依次点亮的各组灯，每组三盏灯（1—2—3号灯，2—3—4号灯等依次类推）。观测员从电视屏幕上确定只能看见前两盏灯而第三盏灯在雾中不可见的最近的一组。此时摄像机与第二盏灯的距离即代表跑道视程。另一个系统中，电视摄像机与透射表合用。目的是探测碎雾或浅雾。在一条跑道上，一个1.2米高的摄像机