首都機(jī)場(chǎng)一次航班雹擊事件分析

崔艾軍 王碩

摘 要：2019年5月26日，飛往首都機(jī)場(chǎng)的CZ3101次航班在北京降落過(guò)程中遭受雹擊。冰雹難以進(jìn)行預(yù)報(bào)，而冰雹與雷電現(xiàn)象有極強(qiáng)的伴生關(guān)系，因此本文提出了一種利用雷電探測(cè)數(shù)據(jù)分析航班雹擊事件的方法。利用“首都機(jī)場(chǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)”和其它氣象觀測(cè)資料對(duì)雹擊事件發(fā)生過(guò)程進(jìn)行對(duì)事件全過(guò)程進(jìn)行反演。反演事件發(fā)生時(shí)的環(huán)境態(tài)勢(shì)，找出事件發(fā)生的時(shí)間及位置。重現(xiàn)空管、航司、飛行員當(dāng)時(shí)面對(duì)的信息及決策依據(jù)?？偨Y(jié)事件發(fā)生的本質(zhì)原因，并提出改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：航班;冰雹;雷擊;事件分析

2019年05月26日，從廣州飛北京的CZ3101次航班，在北京降落過(guò)程中，飛機(jī)遭遇冰雹，擋風(fēng)玻璃破裂。除了風(fēng)擋玻璃出現(xiàn)裂痕外，飛機(jī)的雷達(dá)罩也有受損。根據(jù)Flightradar24的航跡記錄，該航班在降落前疑因北京天氣原因盤(pán)旋數(shù)圈。機(jī)組按手冊(cè)程序處置，飛機(jī)于11：48分安全降落北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)。

氣象學(xué)上，受高空冷空氣影響，局地生成的強(qiáng)對(duì)流單體帶來(lái)了冰雹。冰雹屬于局地強(qiáng)對(duì)流現(xiàn)象，范圍小，公認(rèn)的“最難預(yù)報(bào)”。[4]但冰雹與雷電現(xiàn)象有極強(qiáng)的伴生關(guān)系，但凡發(fā)生冰雹，幾乎同時(shí)伴隨著較強(qiáng)的雷暴過(guò)程。[5]因此，本文在后續(xù)的分析中引入雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)，作為冰雹現(xiàn)象的代用分析目標(biāo)。尤其是考慮到，在飛行的安全規(guī)范中，嚴(yán)格禁止飛行器穿越雷暴云團(tuán)。[6]因此，在實(shí)踐中“躲避冰雹”與“躲避雷電”視同等效。

目前全球主要發(fā)達(dá)地區(qū)大型機(jī)場(chǎng)多建有雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。[1]“首都機(jī)場(chǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)”在首都機(jī)場(chǎng)周邊數(shù)百里面范圍建立了高精度的雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)，[2]為首都機(jī)場(chǎng)運(yùn)行保障，大型項(xiàng)目施工，以及人員安全防護(hù)提供雷電預(yù)警服務(wù)。此服務(wù)可為本文的分析提供所需的數(shù)據(jù)支撐。

1 雹擊事件研究方法

1.1 分析數(shù)據(jù)

（1）使用Flightradar24獲取CZ3101航班05月26日的飛行軌跡。

（2）使用國(guó)家氣象信息中心的數(shù)據(jù)接口，獲取05月26日北京-天津附近的11：00～12：00（每6分鐘一幀）的天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)。

（3）使用“首都機(jī)場(chǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)”獲取05月26日CZ3101經(jīng)臨航線的全部雷電發(fā)生數(shù)據(jù)。

1.2 分析方法

使用“首都機(jī)場(chǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)”和Google Earth作為主要的分析工具，對(duì)事件全過(guò)程進(jìn)行反演：

（1）找出事件發(fā)生的時(shí)間及位置;

（2）反演事件發(fā)生時(shí)的氣象態(tài)勢(shì);

（3）重現(xiàn)空管、航司、飛行員當(dāng)時(shí)面對(duì)的信息及決策依據(jù);

（4）檢討整個(gè)事件過(guò)程中關(guān)鍵決策節(jié)點(diǎn)的失誤;

（5）總結(jié)事件發(fā)生的本質(zhì)原因，并提出改進(jìn)建議。

2 航班軌跡及環(huán)境分析

對(duì)CZ3101航班5月26日的飛行軌跡和日常飛行軌跡進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)：飛機(jī)08：35起飛，大約在起飛后11：10—11：30的時(shí)間窗口中，航班調(diào)整航向繞飛雷雨過(guò)程中發(fā)生了雹擊。

3.1 起飛-巡航-躲避雷雨，08：35～10：47

飛機(jī)在08：35從廣州機(jī)場(chǎng)起飛，航路上湖北、河南、河北區(qū)域整體天氣情況良好，廊坊與北京之前有大片雷暴云團(tuán)。

關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析：

10：47左右，航班開(kāi)始向雷暴云團(tuán)東部躲避，可能并不是正確的選擇：

（1）受限于機(jī)載氣象雷達(dá)的特性，飛行員只能觀測(cè)到航行方向上的雷暴區(qū)域、且不易觀測(cè)到雷暴團(tuán)后面的部分。

（2）通過(guò)”首都機(jī)場(chǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)”的觀測(cè)，雷暴云團(tuán)向東南方向移動(dòng)、逐漸增大，并且雷暴云團(tuán)已經(jīng)覆蓋到平谷區(qū)、超過(guò)了降落機(jī)場(chǎng)所在的順義區(qū)。因此往東繞飛并不能繞過(guò)雷暴區(qū)。事實(shí)證明，此后航班盤(pán)旋數(shù)圈后又向西南方向返回進(jìn)行繞飛。

3.2 偏航躲避雷雨-準(zhǔn)備降落，10：47～11：18

由于航行方向上有雷暴云團(tuán)，航班改變航向，選擇向東南方向躲避雷雨。并在雷暴云團(tuán)東部盤(pán)旋了11分鐘。

11：16，航班準(zhǔn)備向西南繞過(guò)雷暴云團(tuán)進(jìn)行降落，此時(shí)航班高度3068m，向西南飛行、并開(kāi)始向上爬升。

3.3 疑似雹擊發(fā)生階段，11：18～11：24

11：20，航班進(jìn)入雷暴區(qū)

11：20～11：24，航班穿越雷暴區(qū)，疑似在此階段遭受雹擊。在11：25分時(shí)，CZ3101飛機(jī)發(fā)出7700緊急代碼，表示飛機(jī)遭遇緊急狀況。

關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析：

11：18，航班向西南飛行，計(jì)劃從雷暴團(tuán)南部饒飛進(jìn)行降落，航班穿越雷暴云團(tuán)，此時(shí)雷暴過(guò)程處于高峰，雹擊事件應(yīng)發(fā)生在這個(gè)時(shí)間窗口。航班穿過(guò)了本不應(yīng)穿越的雷暴區(qū)：

（1）缺乏對(duì)雷暴移動(dòng)趨勢(shì)的判斷，繞飛路線位于雷暴團(tuán)東南方向，而雷暴的移動(dòng)方向正好為東南方向，因此本次繞飛并沒(méi)有足夠的繞飛距離。

（2）飛行員依據(jù)氣象雷達(dá)進(jìn)行繞飛，然而根據(jù)”首都機(jī)場(chǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)”的觀測(cè)，在繞飛路線上雷達(dá)回波強(qiáng)度較低的區(qū)域反而存在強(qiáng)雷暴區(qū)，因此根據(jù)機(jī)載雷達(dá)錯(cuò)誤的判斷了雷暴區(qū)的大小和位置。

3.4 降落階段，11：24～11：48

發(fā)出7700緊急代碼之后，航班選擇了雷達(dá)回波強(qiáng)度較低的區(qū)域盡快降落到北京首都機(jī)場(chǎng)。

4 事件發(fā)生原因分析總結(jié)

雷電及其衍生災(zāi)害氣象是引發(fā)航空事故和造成航班延誤的重要因素。目前民航氣象對(duì)于雷暴的判斷主要依據(jù)氣象雷達(dá)信息進(jìn)行辨識(shí)，對(duì)于雷暴的預(yù)報(bào)預(yù)警主要通過(guò)雷達(dá)信息外推，但氣象雷達(dá)（無(wú)論是地面雷達(dá)還是機(jī)載雷達(dá)）本身并不能偵測(cè)雷電的發(fā)生。（1）雷電（以及冰雹）確實(shí)發(fā)生在強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)中，但僅僅根據(jù)對(duì)流云團(tuán)的形態(tài)難以有效辨識(shí)雷電云團(tuán)。部分研究認(rèn)為雷達(dá)回波強(qiáng)度（在圖中表現(xiàn)為不同的分色）與雷電云團(tuán)有一定的關(guān)系，但在實(shí)踐中這種相關(guān)性太弱。雷電云團(tuán)可能位于雷達(dá)圖上高亮區(qū)域（回波強(qiáng)度大于40dbz），但回波強(qiáng)度很高的區(qū)域，可能沒(méi)有雷電發(fā)生。（2）航班的飛行實(shí)踐中，經(jīng)常以對(duì)流云團(tuán)和回波強(qiáng)度作為雷電判別依據(jù)，進(jìn)而做出延遲飛行、繞飛、備降等決策，而夏季航班延誤的主因也在于此。從雷電的真實(shí)發(fā)生及分布角度來(lái)看，這樣的飛行決策顯然偏于保守。（3）在執(zhí)飛中，很多簽派及飛行的決策權(quán)是交給航司和飛行員，這使得飛行決策面臨兩難：或者執(zhí)行安全保守原則，在并無(wú)雷電威脅的情況下造成無(wú)謂的延誤;或者執(zhí)行效率優(yōu)先原則，面臨雷電危險(xiǎn)而不知，造成如本次雹擊類似的事故。（4）本次航班在做出降落路徑?jīng)Q定時(shí)，確實(shí)選擇了云團(tuán)較弱的路徑進(jìn)行繞飛，但偏偏在此遭遇雷暴和冰雹。CZ3101雹擊事件的主因在于，缺乏有效的工具對(duì)雷電及冰雹等衍生災(zāi)害氣象進(jìn)行直接有效的觀測(cè)、辨識(shí)和預(yù)判，導(dǎo)致飛行過(guò)程中的判斷失誤，從而引發(fā)事故。

5 結(jié)論

對(duì)于高速航空器，雷電是引發(fā)航空事故和造成航班延誤的最主要的氣象因素。民航氣象領(lǐng)域?qū)τ诶妆┑呐袛嘀饕罁?jù)氣象雷達(dá)信息進(jìn)行辨識(shí)，對(duì)于雷暴的預(yù)報(bào)預(yù)警手段主要通過(guò)雷達(dá)信息外推，而氣象雷達(dá)本身并不能偵測(cè)雷電的發(fā)生。因此，在雷電監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警方面，亟需引入新的技術(shù)手段，進(jìn)行更深入的研究。具體而言：（1）引入雷電實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)。引入雷電實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，與氣象雷達(dá)云圖疊加，形成對(duì)機(jī)場(chǎng)及航路的強(qiáng)對(duì)流（尤其是雷電態(tài)勢(shì)）的有效辨識(shí)。（2）引入雷電短時(shí)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。引入雷電短時(shí)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象雷達(dá)圖的外推，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)及航路未來(lái)1～2小時(shí)雷電趨勢(shì)的外推和預(yù)判。

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