春夏之交话天气

南航哈尔滨飞行部春夏之交话天气——雷暴指南本文的目的主要是为航空人员提供通用指南，不作为规章强制要求，不取代特定机型的飞机飞行手册（AFM）或飞行机组操作手册（FCOM）中相关的具体程序，也不是建立一个最低标准。本咨询通告提供的指南和程序仅供参考。4.1概述对于飞行安全来说，了解雷暴及其危害性是非常重要的。形成雷暴，大气必须满足以下三个条件：一是充足的水汽，二是具有不稳定的大气，三是具有初始的抬升力。雷暴的生命周期分为三个阶段：1.积云阶段，2.成熟阶段（如图4.1所示），3.消散阶段。对于飞行而言，雷暴是非常危险的天气，穿越任何雷暴都有可能导致飞行事故甚至机毁人亡。成熟阶段的雷暴4.2雷暴种类雷暴中包含了飞行领域所有的已知危险气象条件。飞行员可能会遇到不同强度及不同种类的雷暴。雷暴的种类主要分为：a）单体雷暴。单体雷暴通常是在温热潮湿的夏季形成发展。单体雷暴运动剧烈并可能产生冰雹及微下击暴流。b）雷暴群（多体）。雷暴群经常由多个单体雷暴发展而来，覆盖范围较广。雷暴群中单体可能会与整个雷暴群的运动方向不一致。c）飑线雷暴。简称飑线，是活跃的雷暴群所形成的一个狭长的带状区域。冷锋中的大气如果潮湿且不稳定，在冷锋或冷锋前部都有可能形成飑线。飑线同样也可能在远离任何锋面的不稳定气团中产生。有些飑线长度惊人，而且宽度大、强度剧烈，难以轻易绕开、穿越。d）超级单体雷暴。超级单体雷暴是独立的、持续时间较长的雷暴。超级单体雷暴可产生大型龙卷风以及比乒乓球还要大的冰雹。4.3相关定义a）砧状云（云砧）：位于雷暴的顶端呈扁平、延伸状，形状类似铁砧。砧状云通常位于雷暴下风面，可能会延伸至数百公里，也可能出现在雷暴的上风面。b）弓形回波：线状的雷达回波，但向外弯曲，形状呈弓形。c）下冲气流：小规模柱状气流快速的向地面运动，通常伴随着降水如阵性降雨或雷暴。强下冲气流会形成微下击暴流。d）温带气旋：通常也称中纬度气旋，在中纬度地区发生的天气尺度的低气压天气系统，无热带和极地天气系统特征。温带气旋通常与锋面以及斜压区有关。温带气旋是典型的低气压系统，影响全球大部分地区，从而产生各种天气现象，如多云、小阵雨、大风、雷暴等。e）阵风锋：是指由雷暴下冲气流引起的阵风面的前缘；有时伴随着滩云或者滚轴云。也被称为阵旋风或外冲气流边界。f）中尺度对流系统:由对流单体、雷暴群和超级单体雷暴以各种形式组成，范围比单个雷暴系统尺度大，但比温带气旋小，通常会持续数小时或更长。g）中尺度气象情报：气象情报分析的一种，适用于水平范围从数十公里到数百公里的天气现象。h）斜压：是指等压面和等温面有交角的气压分布。中纬度地区由于太阳辐射差异使南北温差大，等温面与等压面不平行，进而产生斜压。i）滚轴云：一种低的、水平的管弧状云，与雷暴的阵风锋有关。滚轴云比较少见；它们完全脱离雷暴本体，与更常见的滩云不同。j）强雷暴：可产生直径2.5厘米（1英寸，大小与壹圆人民币硬币相当）或更大的冰雹，50海里/小时或更大的对流，并有可能产生龙卷风。k）滩云：一种低的，水平楔形云，与雷暴的阵风锋有关。与滚轴云不同，滩云与母云的底部相连，而母云上方通常存在雷暴。滚轴云与滩云l）过冷水滴：大气中，液态水可以存在于0℃或更冷环境中；许多强烈的雷暴中蕴含有大量的过冷水滴。2）上升气流：小范围的上升空气。如果空气足够潮湿，水汽可凝结形成积云、单体浓积云或积雨云。4.4雷暴对飞行的危害所有雷暴都会对飞行造成危害，而且可能多种危害并存。雷暴可能产生以下危害：a）龙卷风1）最强烈的雷暴会将周围的空气强力地吸入云底。如果吸入的空气带有任何旋转，一般会从地表到云中形成非常强烈的涡旋。研究发现此类涡旋内部的风速超过200海里/小时，而且涡旋的内部气压非常低。强风汇聚沙尘和碎屑，同时低压会产生出漏斗状的云体，这种云会从积雨云的底部一直向下延伸。如果这种云没有连接到地面，被称作“漏斗云”；如果接触到地面，就形成了“龙卷风”；如果接触到水面，则形成“水龙卷”。2）孤立的雷暴或者飑线雷暴都有可能产生龙卷风。可能产生龙卷风的大气环境很有可能存在剧烈的湍流。进入龙卷风涡旋区的飞机会失去控制并且遭受结构破损。由于涡旋区能够延伸到云中，无意中进入雷暴的飞机可能会遭遇到隐藏的龙卷风涡旋区。3）作为雷暴主云体的附属体，龙卷风会延伸到雷电及降水区域几英里外。因此，任何与强烈雷暴相连的云体都有可能隐藏涡旋区。b）湍流1）在所有的雷暴中都可能隐藏有危害性的湍流，较严重的湍流可能会对飞机造成损害。云中最强的湍流往往存在于上升和下冲气流之间（如图4.3所示）。即使在云的外部，距强雷暴云顶上千米左右（数千英尺）或者横向距云体30公里外仍然可能遇到切变及湍流。此外，在距砧状云30公里甚至更远的地方都可能会遇到晴空颠簸。成熟阶段雷暴的移动及湍流2）飞机几乎无法在雷暴中保持稳定的高度，如果试图维持高度，机身的负荷会大大增加。在以固定姿态飞行时，机身负荷最小。3）阵风锋会产生低空湍流区。通常，雷暴前部的“滚轴云”或“滩云”下方存在最强烈的湍流区。距离降水前方较远的区域（可达20公里）仍可存在阵风锋。雷暴压境时，阵风锋会造成地面风快速、剧烈的变化。4）雷暴内部往往会存在很强的柱状下冲气流，对应产生的外冲气流可能会形成风切变，有时会形成最强大的风切变—微下击暴流（如图4.4所示）。微下击暴流是一种小范围、高强度的下冲气流，当气流冲击地面后以冲击点为中心向各个方向扩散。雷暴云中存在降水但未落到地面形成的雨幡，意味着可能存在微下击暴流。本咨询通告的第6章详述了阵风锋、风切变以及微下击暴流所产生的危害。微下击暴流c）结冰1）雷暴中的上升气流可以使充足的大水滴向上运动到冻结层以上，形成过冷水滴。空气随着上升气流上升，温度降至-15℃时，水汽凝华为冰晶。在-15℃的高度层以上，温度越低过冷水滴就越少。2）过冷水滴会在机体上冻结。在冻结层之上，明冰可能在任何高度出现，但在更高的高度，更小的过冷水滴会形成毛冰或者明冰与毛冰的混合物。在0到-15℃之间，大量过冷水滴会迅速形成明冰，这种情况在雷暴群中会很常见。雷暴中的结冰危害性极大。d）冰雹1）冰雹对飞行安全也会造成极大的危害。过冷水滴在冻结层之上开始冻结，一旦有过冷水滴开始冻结，其他水滴会附着之上，有时可以形成巨大的冰球。随着强烈的上升气流，在强雷暴内部较高的高度会形成大块冰雹。冰雹可能会在距离雷暴中心较远的地方坠落，因此可能会在距离雷暴数公里之外的晴空遭遇冰雹。2）当外界温度高于0℃时，下落的冰雹开始融化，并以冰雹或降雨的形式到达地面。地面降雨并不能表明上方没有冰雹。飞行员应当预判雷暴附近可能出现的冰雹，尤其是强雷暴的砧状云下方。大于直径1.3厘米（0.5英寸）的冰雹在几秒内可对飞机机体造成严重损伤。e）低云及低能见度雷暴云中能见度几乎为零。而在云底与地面之间，降水和扬尘也会对能见度产生很大影响。雷暴所形成的低云和低能见度，伴随雷暴所产生的诸如湍流、冰雹以及闪电等其它危险天气会使仪表进近无法实施。f）对于高度表的影响雷暴压境时，气压会快速下降。但伴随第一波阵风、较冷的下冲气流以及强降雨，气压又会快速上升，直到雷暴过后气压又恢复正常。以上这个气压的变化周期可能在十五分钟内完成。如果飞行员没有进行正确的高度表设置，高度误差可能超过30米（100英尺）。g）闪电闪电可能会击穿飞机蒙皮并对通信和电子导航设备造成损伤,闪电可能会点燃燃油引发爆炸,但闪电所造成的严重事故却并不多见。飞行员可能被附近的闪电短时致盲，无法控制飞机。近距离的闪电也可能对磁罗盘造成永久性的损伤。即使是较远的闪电也可能会对低频及中频无线电通信造成影响。虽然闪电的强度及频率与雷暴的其他特性没有直接联系，但是通常认为强雷暴内部发生闪电的频率较高。h）发动机吸水1）涡轮发动机对水的吸入量有一定的限制。雷暴中存在上升气流，尤其是处于发展阶段的雷暴。如果上升的水滴量接近或大于下落的水滴量，会造成大量水滴聚集，从而使吸入发动机的水量可能会超过其设计极限。因此，在雷暴中大量水滴聚集的区域飞行，可能导致一个或多个发动机熄火甚至结构性损坏。2）在发动机大量吸水后，目前还没有任何可参考的操作程序用来避免发动机损坏或熄火。虽然由进水导致发动机喘振的原理尚无法确定，但是在大量吸水的情况下改变发动机推力会减小发动机喘振的冗余度。3）避开雷暴才是唯一避免此类发动机损伤及熄火的最有效手段。如果不可避免地进入了伴有强降水的强雷暴中，最佳的方式是遵循经批准的飞机飞行手册中相应的严重颠簸飞行程序。除非空速变化过度，不要随意改变发动机的推力。4.5机载气象雷达a）机载气象雷达机载气象雷达的用途是为实施绕飞提供参考，而非穿越天气。能否飞入有雷达回波的区域主要取决于回波的强度、间距和飞机性能以及飞行员个人的能力。机载气象雷达探测天气的能力受限于所探测的方向及范围。气象雷达只能探测水汽而不能探测颠簸。因此，不能通过雷达显示来避开颠簸区；同时对绕飞由于云、雾造成的仪表飞行天气，机载雷达也不能提供可靠的参考。雷暴体可能会吸收或反射所有的雷达信号，产生“信号衰减”现象，导致雷达探测不到隐藏在雷暴体后面的雷暴，在屏幕上形成“阴影区”。飞行员应该熟知所安装的气象雷达操作技术及使用限制。b）回波区的绕飞对于雷达回波的绕飞，值得注意的是虽然冰雹会形成雷达回波，但在距云体数公里之外亦可能遭遇冰雹；另外在距离回波边界30公里（20英里）外，也可能遭遇危险的颠簸。c）强烈回波区的绕飞对于极其强烈的雷达回波区，绕飞间距至少要达到30公里（20英里）（如果要从两个雷达回波中间穿越，必须保证回波间至少要有60公里（40英里）的间隔）。飞行员可以根据回波的强弱，适当调整绕飞间距。4.6绕飞雷暴的建议a）绕飞雷暴即使雷达的回波较弱，也不要轻视雷暴所带来的危害。绕飞永远是上策。以下是绕飞雷暴的建议：1）雷暴压境时，不要朝向雷暴起飞或着陆。阵风锋引起的低空湍流可导致飞机失控。2）即使能清楚地看到雷暴云的另一侧，也不要在雷暴云下方飞过。雷暴云下的湍流和风切变会造成极大的危害。3）不要在雷暴的砧状云下方飞过。该处存在严重的晴空颠簸。4）在没有机载雷达的情况下，不要飞入隐藏有分散雷暴的云层中。5）不要依靠目视表象来判断雷暴内部的湍流。6）不要认为ATC会主动为绕飞雷暴提供雷达引导或者偏航建议。7）在通信频率上仔细收听其他飞机关于偏航或备降的要求。8）应尽早向空中交通管制询求绕飞建议或者请求绕飞许可。9）更换通信频率后，在接受加入原航路指令前，应向管制员表明当前绕飞雷雨的情况。10）在接受加入原航路指令时，应确保飞行的航迹上无危险天气。11）对于强烈雷暴或者产生强烈回波的雷暴，应保证至少30公里的绕飞间距，尤其在大范围雷暴的砧状云下方。12）对于雷雨覆盖面积超过60%的区域，应整体绕过。13）强烈且频繁的闪电通常意味着强烈的雷暴。14）云顶高度达到或超过10000米（约33,000英尺）的雷暴是极度危险的。15）应向管制员报告遭遇雷暴的情况。16）如果无法绕过雷暴，应等待或备降，直至雷暴消散。b）如无法避免进入雷暴，以下是进入雷暴前的建议：1）系紧安全带和肩带（如安装），固定所有松散物品。2）应选择在最短时间穿越雷暴的航迹。3）为避免严重积冰，应选择低于冻结层的高度或在温度低于-15℃以上的高度穿越雷暴。4）确保接通皮托管加温、汽化器加温或喷气发动机防冰，防止发动机失效或失去空速指示的发生。5）应使用机型手册推荐的颠簸速度，设置相应推力。6）应将驾驶舱的灯光调至最亮，避免闪电造成的短时失明。7）自动驾驶仪接通时，应解除高度保持模式及速度保持模式。高度和速度自动控制会增加飞机的机动，增大机身结构的负荷。8）使用机载雷达时，应间歇调整雷达天线角度，将有助于探测雷暴在其他高度上的活动情况。c）误入雷暴的应对措施：1）应注视仪表，向外看会发生由闪电导致的短时失明。2）不要随意改变推力设置，应保持推荐的颠簸速度。3）应保持稳定的姿态，允许高度和速度波动。4）进入雷暴，不建议回转，直线穿越通常是减少滞留雷暴时间的最佳选择。转弯会增加飞机的负荷。参考