顛簸條件下基于多維氣象產(chǎn)品的簽派放行策略研究

胡海青 徐明明 高嘉許 胡志強(qiáng)

摘要：空中顛簸作為最常見(jiàn)的重要天氣現(xiàn)象，是航司運(yùn)行控制人員簽派放行航班時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的要素之一。國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)IATA公布的數(shù)據(jù)顯示，自2000年以來(lái)空中顛簸事件的數(shù)量呈逐年上升的趨勢(shì)，空中顛簸已經(jīng)成為旅客和乘務(wù)員受傷的最主要原因。長(zhǎng)久以來(lái)，如何在簽派放行階段準(zhǔn)確地預(yù)判航班可能遭遇的空中顛簸，是航司運(yùn)行控制工作中的一道難題。本文以此為切入點(diǎn)，通過(guò)分析各類(lèi)常用顛簸氣象產(chǎn)品，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，探討有效地利用各類(lèi)氣象資料研判空中顛簸的方法。

關(guān)鍵詞：空中顛簸;氣象產(chǎn)品;簽派放行策略

0引言

近年來(lái)，隨著航司機(jī)隊(duì)規(guī)模和航班量的迅速增長(zhǎng)，全球航空運(yùn)輸業(yè)因空中顛簸導(dǎo)致旅客和機(jī)組受傷事件頻發(fā)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2015年以來(lái)，中國(guó)民航因空中顛簸導(dǎo)致乘務(wù)員受傷事件51起，乘務(wù)員受傷人數(shù)高達(dá)96人。美國(guó)聯(lián)邦航空局（以下簡(jiǎn)稱(chēng)FAA）數(shù)據(jù)顯示，2009-2017年間，全美共有332名旅客和機(jī)組人員在空中顛簸事件中受傷，防范空中顛簸已躍升為航司風(fēng)險(xiǎn)控制工作的核心內(nèi)容之一。

為妥善應(yīng)對(duì)空中顛簸帶來(lái)的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，F(xiàn)AA對(duì)航空承運(yùn)人提出了包括持續(xù)改進(jìn)簽派放行程序、基于適用的氣象資料制定放行決策等一系列建議。中國(guó)民用航空局于2014年發(fā)布咨詢(xún)通告《航空器駕駛員指南-雷暴、晴空顛簸和低空風(fēng)切變》，針對(duì)航班運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的晴空顛簸的處置給出了政策性意見(jiàn)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)航司在其手冊(cè)中也針對(duì)顛簸的信息通報(bào)、應(yīng)急處置等作出了相應(yīng)規(guī)定。

但在實(shí)際工作中筆者發(fā)現(xiàn)，上述建議或規(guī)定普遍缺乏具體的放行策略，對(duì)于日常工作的指導(dǎo)性和易用性不足。更重要的是，對(duì)于各類(lèi)氣象資料的有效使用，缺乏明確的指引。有鑒于此，筆者做了以下研究。

1 空中顛簸的成因及類(lèi)型

1.1 空中顛簸的成因

空中顛簸，是由于飛機(jī)進(jìn)入擾動(dòng)氣流區(qū)，空氣動(dòng)力和力矩失去平衡，飛行高度、速度和姿態(tài)等發(fā)生突然變化所引起的，上下拋擲、左右搖擺及飛機(jī)振顫等現(xiàn)象。

空中顛簸主要由大氣湍流引起，湍流強(qiáng)度一定程度上決定著顛簸強(qiáng)度。當(dāng)湍流區(qū)不規(guī)則分布的渦旋的尺度與飛機(jī)尺度相當(dāng)時(shí)，其與飛機(jī)機(jī)翼的固有振動(dòng)頻率接近，產(chǎn)生共振，顛簸將顯著加強(qiáng)。此外，顛簸強(qiáng)度還與飛行速度、機(jī)翼載荷等因素有關(guān)。低速飛行時(shí)（空速600km/h以下），飛行速度越大，翼載荷越小時(shí)，顛簸越強(qiáng)。

1.2 空中顛簸的類(lèi)型

大氣湍流根據(jù)其形成原因，分為動(dòng)力、熱力、晴空、航跡（尾渦湍流）這四種類(lèi)型。由此衍生了機(jī)械紊流顛簸、山地波顛簸、熱力與對(duì)流顛簸、逆溫/鋒面/雷暴顛簸、晴空顛簸、尾流顛簸等。

1.2.1動(dòng)力湍流顛簸

動(dòng)力湍流是在地表附近流動(dòng)的空氣遇到起伏的地形、障礙物時(shí)產(chǎn)生的，地形起伏度越大、氣層越不穩(wěn)定或風(fēng)速越大，動(dòng)力湍流造成的顛簸就越強(qiáng)。

1.2.2熱力湍流顛簸

熱力湍流主要是由于地表增熱造成氣溫水平分布不均勻，或者冷的空氣平流到暖的下墊面時(shí)所引起的。大氣越不穩(wěn)定，熱力湍流發(fā)展就會(huì)越強(qiáng)。此外，熱力對(duì)流產(chǎn)生的濃積云甚至雷暴云，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重顛簸。

1.2.3晴空顛簸

在航空氣象學(xué)上，常把出現(xiàn)在6000米高度以上，且與對(duì)流云無(wú)關(guān)的顛簸稱(chēng)為晴空顛簸。晴空顛簸屬于干性湍流，很難通過(guò)目視或者機(jī)載氣象雷達(dá)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)于晴空顛簸的觀測(cè)和預(yù)報(bào)，是整個(gè)民航界的一大技術(shù)難點(diǎn)。

2 空中顛簸相關(guān)氣象產(chǎn)品分析

2.1空中顛簸相關(guān)氣象產(chǎn)品概述

目前常用的空中顛簸相關(guān)氣象產(chǎn)品主要有：

（1）重要天氣預(yù)告圖

（2）重要?dú)庀笄閳?bào)SIGMET和低空氣象情報(bào)AIRMET

（3）WAFS顛簸預(yù)報(bào)產(chǎn)品

（4）國(guó)家氣象局強(qiáng)天氣中心航路危險(xiǎn)天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品

（5）飛行計(jì)劃系統(tǒng)顛簸數(shù)據(jù)（風(fēng)切變指數(shù)、垂直飛行剖面數(shù)據(jù)等）

（6）美國(guó)NOAA開(kāi)發(fā)的圖形顛簸指導(dǎo)產(chǎn)品（GTG）

2.2空中顛簸相關(guān)氣象產(chǎn)品分析

2.2.1重要天氣預(yù)告圖

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型：圖片或反演數(shù)據(jù)

（2）獲取途徑：民航局（地區(qū)管理局）氣象服務(wù)網(wǎng)、飛行計(jì)劃系統(tǒng)

（3）時(shí)間跨度：世界時(shí)00、06、12、18，每6小時(shí)發(fā)布一張圖

（4）高度層：FL100以下，F(xiàn)L100-250，F(xiàn)L250-630

（5）優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)覆蓋范圍大，可顯示與顛簸相關(guān)的天氣系統(tǒng)，如急流，對(duì)流云等

（6）缺點(diǎn)：缺乏細(xì)部范圍資料、重要天氣預(yù)報(bào)的精細(xì)度較差，時(shí)間和空間跨度大

2.2.2重要?dú)庀笄閳?bào)SIGMET和低空氣象情報(bào)AIRMET

（1）數(shù)據(jù)格式：文本化的縮寫(xiě)或明語(yǔ)格式

（2）獲取途徑：民航局（地區(qū)管理局）氣象服務(wù)網(wǎng)、飛行計(jì)劃系統(tǒng)

（3）時(shí)間跨度;4小時(shí)

（4）高度層：AIRMET在FL100以下，山區(qū)FL150以下，SIGMET在FL100以上

（5）優(yōu)點(diǎn)：將管區(qū)內(nèi)出現(xiàn)顛簸的位置和強(qiáng)度以明語(yǔ)格式傳遞

（6）缺點(diǎn)：僅提供文本格式，時(shí)效性較短，需要通過(guò)技術(shù)手段與航路疊加

2.2.3 WAFS顛簸預(yù)報(bào)產(chǎn)品

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型：格點(diǎn)數(shù)據(jù)

（2）獲取途徑：飛行計(jì)劃系統(tǒng)、aviation weather center網(wǎng)站

（3）時(shí)間跨度：3小時(shí)

（4）高度層：主用FL240、FL270、FL 300、FL 340、FL 390、FL 450

（5）優(yōu)點(diǎn)：全球范圍數(shù)據(jù)，顛簸產(chǎn)品豐富。時(shí)間跨度適中，空間范圍精細(xì)度高

（6）缺點(diǎn)：WAFS給出的顛簸指數(shù)不是一種概率，也不是強(qiáng)度，只能定性分析顛簸情況

2.2.4國(guó)家氣象局強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心航路天氣預(yù)報(bào)

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型：圖片格式

（2）獲取途徑：強(qiáng)天氣中心郵件獲取公報(bào)材料

（3）時(shí)間跨度：3小時(shí)

（4）高度層：FL180、FL240、FL 300、FL 340、FL 390

（5）優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品分中空和高空，標(biāo)出中度及以上顛簸區(qū)域范圍

（6）缺點(diǎn)：僅以圖片格式做中國(guó)區(qū)域內(nèi)的顛簸預(yù)報(bào)

2.2.5飛行計(jì)劃風(fēng)切變指數(shù)

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型：?jiǎn)蝹€(gè)數(shù)據(jù)

（2）獲取途徑：飛行計(jì)劃

（3）時(shí)間跨度：跟隨飛行計(jì)劃

（4）高度層：跟隨飛行計(jì)劃

（5）優(yōu)點(diǎn)：能夠直觀反映每個(gè)航路點(diǎn)的一定高度范圍內(nèi)的高空風(fēng)切變情況

（6）缺點(diǎn)：風(fēng)切變指數(shù)僅針對(duì)垂直方向，無(wú)法準(zhǔn)確表征空中顛簸的情況。風(fēng)切變指數(shù)小的區(qū)域，也并不意味著沒(méi)有嚴(yán)重顛簸

2.2.6飛行計(jì)劃系統(tǒng)中的飛行剖面疊加圖

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型：圖片格式

（2）獲取途徑：飛行計(jì)劃系統(tǒng)

（3）時(shí)間跨度：跟隨飛行計(jì)劃

（4）高度層：跟隨飛行計(jì)劃

（5）優(yōu)點(diǎn)：直觀顯示風(fēng)速切變大、對(duì)流層頂斷裂帶等極易產(chǎn)生顛簸的區(qū)域與飛行剖面的關(guān)系

（6）缺點(diǎn)：只能定性分析出現(xiàn)顛簸的可能，缺乏可以定量判斷的參數(shù)

2.2.7 NOAA圖形顛簸指導(dǎo)產(chǎn)品（GTG）

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型：格點(diǎn)數(shù)據(jù)

（2）獲取途徑：美國(guó)aviation weather center網(wǎng)站

（3）時(shí)間跨度：1小時(shí)

（4）高度層：FL010-FL450

（5）優(yōu)點(diǎn)：綜合不同顛簸預(yù)報(bào)診斷指數(shù)，根據(jù)不同機(jī)型尾流等級(jí)給出不同的顛簸預(yù)測(cè)，適用性好，準(zhǔn)確性較高

（6）缺點(diǎn)：僅有美國(guó)本土空域內(nèi)的數(shù)據(jù)

3 空中顛簸條件下簽派放行策略

3.1簽派放行準(zhǔn)備階段

飛行計(jì)劃制作前，可通過(guò)高空、中低空重要天氣圖、風(fēng)溫圖、重要?dú)庀笄閳?bào)SIGMET/AIRMET等資料，評(píng)估預(yù)計(jì)運(yùn)行區(qū)域可能存在顛簸的范圍、強(qiáng)度和發(fā)展趨勢(shì)。

3.1.1高空、中低空重要天氣圖、風(fēng)溫預(yù)告圖

（1）根據(jù)預(yù)計(jì)使用航路沿途情報(bào)區(qū)及預(yù)達(dá)時(shí)間，選擇相應(yīng)時(shí)次的重要天氣圖，重點(diǎn)關(guān)注天氣圖中可能產(chǎn)生中度或以上顛簸的區(qū)域，查看相鄰時(shí)次的重要天氣圖，初步判斷下述重要天氣區(qū)域的發(fā)展趨勢(shì)：

a） 航路預(yù)計(jì)穿越的顛簸區(qū)

b） 風(fēng)速大于等于120kt的急流軸

c） 存在風(fēng)速切變的急流軸（急流核標(biāo)注兩短橫）

d） 曲率較大的彎曲急流

e） 較短距離（5個(gè)緯度以?xún)?nèi)）內(nèi)連續(xù)穿越平行或彎曲急流軸

f） 相鄰的兩條急流軸處于不同高度層

（2）重點(diǎn)關(guān)注云頂接近甚至高于預(yù)計(jì)飛行高度的隱藏CB，尤其在爬升、下降和低高度巡航階段，考慮到客艙服務(wù)、人員走動(dòng)等情況，應(yīng)留意飛機(jī)在云體附近經(jīng)過(guò)和繞飛期間時(shí)可能產(chǎn)生云中顛簸。

3.1.2重要?dú)庀笄閳?bào)SIGMET、中低空重要?dú)庀笄閳?bào)AIRMET

檢索境內(nèi)、境外重要天氣情報(bào)，查看預(yù)計(jì)航路沿途情報(bào)區(qū)發(fā)布的SIGMET和AIRMET，初步掌握相關(guān)情報(bào)區(qū)重要天氣的情況。

3.1.3衛(wèi)星云圖和全國(guó)雷達(dá)拼圖

查看全國(guó)雷達(dá)拼圖和預(yù)計(jì)運(yùn)行區(qū)域的衛(wèi)星云圖，了解航路是否存在大面積雷暴云團(tuán)或隱嵌雷暴以及其他可能需要繞飛的降水云系。

3.2簽派放行實(shí)施階段

在完成飛行計(jì)劃測(cè)算并最終確定飛行航路后，可依次使用下述氣象資料進(jìn)一步判斷航路晴空（云中）顛簸和雷雨繞飛情況，調(diào)整飛行高度和航班加油量，按需調(diào)整航路走向，將上述重要信息提示機(jī)組，做好預(yù)案。

3.2.1計(jì)劃航路與WAFS顛簸產(chǎn)品疊加

（1）使用飛行計(jì)劃系統(tǒng)、自研系統(tǒng)（如有）或aviation weather center網(wǎng)站提供的全球預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，選擇航班計(jì)劃運(yùn)行的高度和對(duì)應(yīng)的時(shí)次，查看沿航路的顛簸情況（包括相鄰高度層），可據(jù)此按需調(diào)整飛行高度至顛簸相對(duì)較弱的高度層，合理規(guī)劃航班油量;

（2）紅外、可見(jiàn)光云圖和水汽圖主要用于判斷航路是否存在需要繞飛的雷雨或其他大面積降水云系并據(jù)此評(píng)估合適的額外油量，同時(shí)，初步判斷在繞飛過(guò)程中遭遇雹擊的可能。

3.2.2飛行計(jì)劃航路點(diǎn)風(fēng)溫?cái)?shù)據(jù)、風(fēng)切變指數(shù)

（1）檢查飛行計(jì)劃中航路點(diǎn) OAT 和風(fēng)向風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)溫?cái)?shù)據(jù)變化較為劇烈（如溫度變化100km內(nèi)超過(guò)5°C）時(shí)，表明存在該航段可能存在顛簸，此時(shí)可以結(jié)合航路與全球WAFS預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)疊加顯示的顛簸情況，合理調(diào)整飛行高度層;

（2）檢查計(jì)劃中各航路點(diǎn)的風(fēng)切變指數(shù)，按照手冊(cè)要求按需調(diào)整飛行高度。

3.2.3垂直飛行剖面疊加

（1）當(dāng)航路（飛行高度剖面）穿越對(duì)流層頂曲線曲率較大處甚至持續(xù)或劇烈變化的對(duì)流層頂位置時(shí)，應(yīng)特別留意該區(qū)域在巡航高度可能出現(xiàn)對(duì)流層頂斷層，風(fēng)向風(fēng)速和其他氣象條件大概率將出現(xiàn)劇烈變化，引起較為嚴(yán)重的顛簸;

（2）若飛行計(jì)劃航路點(diǎn)溫度短時(shí)間/距離內(nèi)變化較大或相鄰高度層溫度梯度較大時(shí)，可以預(yù)計(jì)該區(qū)域內(nèi)存在中到嚴(yán)重顛簸。

3.2.4其他顛簸評(píng)估策略

（1）使用簽派放行相關(guān)系統(tǒng)的坐標(biāo)繪圖功能（如有），將沿途情報(bào)區(qū)發(fā)布的重要?dú)庀笄閳?bào)區(qū)域與計(jì)劃航路疊加，判斷航路是否經(jīng)過(guò)該區(qū)域。若系統(tǒng)無(wú)此功能，可以使用Skyvector（www.skyvector.com）網(wǎng)站顯示全球重要?dú)庀笄閳?bào)，復(fù)制飛行計(jì)劃航路即可疊加;

（2）將飛行計(jì)劃航路導(dǎo)入JEPPESEN Flite Deck Pro X中，打開(kāi)航路天氣選項(xiàng)后疊加相應(yīng)時(shí)次和高度的顛簸數(shù)據(jù);

（3）對(duì)于涉及美國(guó)區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行，可通過(guò)美國(guó)aviation weather center網(wǎng)站查看圖形顛簸指導(dǎo)產(chǎn)品（GTG），選擇相應(yīng)的機(jī)型尾流等級(jí)、時(shí)次和高度層，研判顛簸情況。

4結(jié)論

空中顛簸作為最常見(jiàn)的危險(xiǎn)天氣，對(duì)于航班運(yùn)行安全的影響與日俱增。近兩年新冠疫情雖沖擊了客運(yùn)市場(chǎng)，但航空貨運(yùn)業(yè)務(wù)（包含客改貨）增長(zhǎng)較快，空中顛簸對(duì)于航空貨物安全和完好運(yùn)輸?shù)耐{已然成為航司安全管理新的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

本文在分析空中顛簸成因、類(lèi)型、危害的基礎(chǔ)上，分析了簽派放行工作中常用的各類(lèi)空中顛簸相關(guān)氣象產(chǎn)品，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)簽派放行階段綜合運(yùn)用多維氣象資料分析研判空中顛簸的位置、強(qiáng)度和發(fā)展趨勢(shì)等要素的策略進(jìn)行了研究，給出了可執(zhí)行的操作指引，為運(yùn)控人員做出科學(xué)合理的航班放行決策，協(xié)助機(jī)組有效規(guī)避空中顛簸衍生風(fēng)險(xiǎn)提供了較為可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] AC-91-FS-2014-20，航空器駕駛員指南-雷暴、晴空顛簸和低空風(fēng)切變 [S]

[2] FAA.Turbulence[EB/OL]. https：//www.faa.gov/newsroom/turbulence， 2020 02 04.

作者簡(jiǎn)介：胡海青（1971-），男，漢族，湖北襄陽(yáng)人，高級(jí)工程師，工程碩士學(xué)位，單位：南方航空運(yùn)行指揮中心，研究方向：運(yùn)行控制管理。徐明明（1981-），男，漢族，安徽滁州人，工程師，工程碩士學(xué)位，單位：南方航空運(yùn)行指揮中心，研究方向：運(yùn)行控制管理。高嘉許（1987-），男，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，簽派工程師，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，單位：南方航空運(yùn)行指揮中心，研究方向：運(yùn)行控制。胡志強(qiáng)（1990-），男，漢族，江西高安人，氣象工程師，理學(xué)學(xué)士學(xué)位，單位：南方航空運(yùn)行指揮中心，研究方向：航空氣象