无人机航空气象

1目录第一节大气成分与结构第二节气象要素第三节气象环境对飞行的影响第四节气象资料及其来源与服务设施2一、大气成分与结构大气层的成分，按物质形态的不同可分为干洁空气、水汽和大气杂质三个主要组成部分。干洁空气的组成成分（气体体积百分比大小）如下表所示1.大气成分组成成份体积百分比氮气78%氧气21%稀有气体（氦、氖、氩、氪等）0.94%二氧化碳0.03%其他气体（臭氧、水蒸气等）、杂质0.03%3一、大气成分与结构水汽（也称水蒸气），在大气组成中占比很小但天气变化与之息息相关。下图是大气水循环过程。1.大气成分①表示空中水汽传送过程；②和④表示降水过程；③表示海水蒸发过程；⑤表示地表径流；⑥表示地下径流；⑦表示陆上水蒸发过程；⑧表示植被蒸腾作用的过程。4一、大气成分与结构大气杂质，是指大气中除了气体成分以外，由液体和固体杂质或微粒组成的混合物的统称，也可称为气溶胶粒子。按粒径大小的不同，大气杂质（气溶胶粒子）分类如下表所示。1.大气成分名称粒径（DP）大小总悬浮颗粒物（TSP）DP100μm飘尘DP10μm降尘30μmDP100μm可吸入粒子DP≤10μm细粒子（PM2.5）DP2.5μm5一、大气成分与结构大气层在不同高度上的空气性质是不同的，但在水平方向上的空气性质相对一致，即大气表现出一定的层状结构，根据高度不同气层气温的垂直分布将大气层分为对流层（变温层）、平流层（同温层）、中间层（中层）、电离层（暖层、热层）和外层（散逸层），再上面1000公里外就是星际空间了，如右图所示。2.大气层的结构6目录第一节大气成分与结构第二节气象要素第三节气象环境对飞行的影响第四节气象资料及其来源与服务设施7二、气象要素气温的度量有三种方式：摄氏温标、华氏温标和绝对温标。（1）摄氏温标：标准大气压下，规定水的冰点为0℃，水的沸点为100℃。（2）华氏温标：规定氯化铵和冰水的混合物的温度为0℃，人体温度为100℃，那么水的结冰点就是32华氏度，沸点为212华氏度。（3）绝对温标：规定水的三相点（水的固、液、汽三种状态的平衡点）的温度为273.16开尔文。绝对温标的0开尔文，是摄氏温标的零下273.15℃。三种温标的换算关系如下：𝐹=95𝐶+32𝐶=𝑇−273.15C是摄氏温标（单位℃）F是华氏温标（单位℉）T是绝对温标（单位K）1.气温，8二、气象要素气压即大气压强，是指与大气接触的面上所受到的单位面积上的空气分子作用力。气压的常用单位有毫巴(𝑚𝑏）、毫米水银柱高度（𝑚𝑚∙𝐻𝑔）、帕（𝑃𝑎）、百帕（ℎ𝑃𝑎）、千帕（𝑘𝑃𝑎).换算关系如下：1𝑚𝑚.𝐻𝑔=43𝑚𝑏1𝑚𝑏=100𝑃𝑎=1ℎ𝑃𝑎=0.1𝑘𝑃𝑎2.气压，9二、气象要素国际标准大气压，是指温度为0℃，纬度为45º的海平面上的气压值。一个标准大气压的值为1.013×105帕，在同条件下水银柱的高度达到760毫米，如图所示。2.气压，10二、气象要素大气湿度是表示大气中水汽量多少的物理量。大气湿度有以下几种物理量来表示：1、水汽压与饱和水汽压水汽产生的压力就称水汽压。2、相对湿度相对湿度，就是空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值的百分数。3、饱和差饱和水汽压与实际空气中水汽压之差称饱和差。4、比湿比湿，是指在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量的比值。5、水汽混合比水汽混合比，是指在一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值。6、露点露点温度，简称露点，是指当空气中水汽含量不变，气压一定的情况下，使空气冷却达到饱和时的温度。3.湿度，11二、气象要素降水，是指从云中降落水（包括液态水和固态水）的现象，如雨、雪、冰雹等。依据国家气象部门规定，降水划分为四类：4.降水，名称雨量（24小时内）小雨10mm以下中雨10mm～24.9mm大雨25mm~49.9mm暴雨50mm以上12二、气象要素依据降水形成原因不同，可划分为如下几类：4.降水，1、锋面雨锋面雨，是指冷暖气团相遇，锋面（气团交界处）空气缓慢上升（以每秒厘米的速度计算），在冷气团一侧形成层状的降水，如图所示。13二、气象要素4.降水，2、对流雨对流雨，是指近地面高温潮湿，空气强烈受热，引起空气的对流运动，湿热空气在上升时遇冷成云而形成的降水，如图所示。对流雨的特点是强度大，历时短，范围小，还常伴有暴风，雷电。14二、气象要素4.降水，3、地形雨地形雨，是指暖湿气流在沿地表流动的过程中，遇到地形的阻挡，被迫沿着山坡爬行上升，从而引起水汽凝结而形成的降水，如图所示。地形雨一般只发生在山地迎风坡，因为背风坡气流存在下沉，温度不断增高，形成雨影区，不易形成地形雨。15二、气象要素4.降水，4、气旋雨气旋雨，是指地面气压高于空中，气流逆时针旋转上升，形成气旋，气旋中心附近气流上升，引起水汽凝结而形成降水，如图所示。常见的有热带气旋和温带气旋带来的降水。16二、气象要素为了便于观察降水情况，常见有两种图表表示：4.降水，1、降水柱状图降水柱状图，能直观地反映出当地的降水量，能直观地比较当地各个月份降水的多少，易于绘制，易于观看，如图所示。17二、气象要素4.降水，2、降水量图降水量图，是表示降水量的空间分布、时间变化和变异情况的地图。18二、气象要素5.风，风是由空气受热不均产生对流而形成的。1、风向通常人们认为的风向是八方位，即东、西、南、北、东南、西南、东北、西北八个方位；气象观测中，风的方向是十六方位；海上多用36个方位表示；高空则用角度表示。用角度表示风向，是把圆周分成360度，北风是0度(即360度)，东风是90度，南风是180度，西风是270度，其余的风向都可以由此计算出来。测量风向的常用工具是风向标。19二、气象要素5.风，2、风速风速，是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位是m/s或km/h。风速等级有明确划分，如表所示：风级名称平均离地面10米处风速（km/h）地面景象0无风1静，烟直上1软风1～5烟示风向2轻风6～11感觉有风3微风12～19旌旗展开4和风20～28吹起尘土5劲风29～38小树摇摆6强风39～49电线有声7疾风50～61步行困难8大风62～74折毁树枝9烈风75～88小损房屋10狂风89～102拔起树木11暴风103～117损毁重大12飓风118～133摧毁极大13——134～149——14——150～166——15——167～183——16——184～201——17——202～220——20二、气象要素6.能见度，能见度，是反映大气透明度的一个指标，是指视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离。单位用米或千米表示。测量大气能见度一般可以直接目测，也可以使用大气透射仪、激光能见度自动测量仪等测量仪器测量。一般能见度划分如表所示：1能见度20～30千米能见度极好视野清晰2能见度15～25千米能见度好视野较清晰3能见度10～20千米能见度一般4能见度5～15千米能见度较差视野不清晰5能见度1～10千米轻雾能见度差视野不清晰6能见度0.3～1千米大雾能见度很差7能见度小于0.3千米重雾能见度极差8能见度小于0.1千米浓雾能见度极差9能见度不足100米能见度为零21目录第一节大气成分与结构第二节气象要素第三节气象环境对飞行的影响第四节气象资料及其来源与服务设施22三、气象环境对飞行的影响1.风切变对飞行的影响风影响无人机起飞和着陆的滑跑距离和时间。一般无人机都逆风起降，因为逆风能获得较大的升力和阻力，缩短滑跑距离，从而增大无人机运动开始时的稳定性和操纵性。着陆时逆风便于修改航向，对准跑道，减少对地的冲击力。侧风不能过大，否则无法起降。航线飞行，逆风飞行可增加载重量，但要消耗较多的燃料；顺风飞行需减少载重量，但可节省燃料，并能增大航程和速度，减少时间。最易造成飞行事故的是风切变，风切变，是一种大气现象，是指风向和风速在空中水平或垂直距离上发生明显变化的状况。23三、气象环境对飞行的影响1.风切变对飞行的影响风切变产生原因：1）天气因素强对流天气、锋面天气、辐射逆温型的低空急流天气等容易产生风切变。2）地理、环境因素一般山地高差大，水域面积大、建筑物高大，不仅容易产生风切变，而且其强度也较大。24三、气象环境对飞行的影响1.风切变对飞行的影响风切变对飞行的影响：低空风切变中，顺风风切变会使空速减小；逆风风切变会使空速增加；侧风风切变会使无人机产生侧滑和倾斜；垂直风切变会使无人机迎角变化。而低空风切变又以微下冲气流危害性最大，如图所示。25三、气象环境对飞行的影响1.风切变对飞行的影响风切变判断方法：1）目视判别法雷暴冷性外流气流的尘云、雷暴云体下垂的雨幡、滚轴状云2）仪表判别法空速表、高度表风切变防范措施：1）认真了解天气预报2）注意收听地面气象报告和别的无人机在起飞、进近过程中的报告3）加强工作人员协同4）不要尝试穿越严重风切变或强下降气流区域5）要与雷暴的强下击气流区保持距离6）遭遇风切变时，要脱离切变区进行复飞或到备降场着陆7）遭遇并完成脱离风切变后，应立即发出关于风切变报告给飞行管制部门26三、气象环境对飞行的影响2.云对飞行的影响云是大气中的水蒸气遇冷液化成的小水滴或凝华成的小冰晶等混合组成的漂浮在空中的可见混合体。1、按云底高度划分云：低云：云底高度在2000米以下；中云：云底高度在2000米至6000米之间；高云：云底高度在6000米以上；27三、气象环境对飞行的影响2.云对飞行的影响2、常见有14种云高云：卷云、卷层云、卷积云；中云：高层云、高积云；低云：淡积云、浓积云、积雨云；层云、层积云、雨层云；碎积云、碎层云、碎雨云。14种云的分类如图所示。28三、气象环境对飞行的影响2.云对飞行的影响云对飞行的影响：1.雨层云对飞行的影响雨层云，多出现在暖锋和静止锋云系中，常常伴随持续性降雨。云层厚而均匀，呈暗灰色，严重影响视线。2.积雨云对飞行的影响积雨云往往伴随有冰雹、闪电、大风、暴雨等天气，这对于飞行在积雨云内或附近的无人机的安全造成了很大威胁。3.层云对飞行的影响层云云底很低，在沿海地区，云底常会低于决断高度，造成无人机在降落时，无法正常通过摄像头观察跑道，从而造成无人机复飞。云的防范措施：通过目视法和雷达扫描法两种方法提前识别并避开。29三、气象环境对飞行的影响3.能见度对飞行的影响能见度，是指视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离。常见的对能见度造成影响的因素主要有雾、烟幕、风沙、浮尘、霾和降水。防范措施：（1）预防及处置大雾天气的办法：预先了解及盲降；（2）预防及处置烟幕的办法：提前避免或盲降；（3）预防及处置沙尘的办法：无人机上安装防沙装置；（4）预防及处置降水的办法：航线上有降水就需要改变高度飞行或绕开降水区飞行，在进入降水区前打开无人机的防结冰系统。30三、气象环境对飞行的影响4.湍流对飞行的影响大气湍流，是一种空气运动特征，除主要的定常运动状态外，还存在各种尺度的空气涡旋运动，表现为速度场的时间不规则性和空间不均匀性。1、分类：根据产生的垂直高度可将大气湍流分为低空湍流（低于6000米）和晴空湍流（6000米以上）根据产生的原因又可以将低空湍流分为热力湍流、动力湍流、无人机尾涡湍流、锋面湍流和地形波。2、湍流对飞行的影响：1）对无人机结构的影响湍流易造成无人机飞行中出现颠簸，长时间出现这种情况，或超过无人机最大承受能力，无人机的某些部位（例如机翼或尾翼）就可能变形甚至因疲劳而损坏。2）对操纵无人机的影响颠簸强烈时，容易失去对无人机的操纵。31三、气象环境对飞行的影响一旦遭遇较强的颠簸，驾驶员应保持沉着冷静，可采取下列措施：（1）操纵动作要柔和，保持无人机平飞；（2）采用适当的飞行速度；（3）飞行速度和飞行高度选定后，不必严格保持；（4）适当改变高度和航线，脱离颠簸区。4.湍流对飞行的影响32三、气象环境对飞行的影响5.积冰对飞行的影响积冰，是指各种降水或雾滴与地面或空中冷却物体碰撞后冻结在其表面上的现象。过冷水滴，是