顛簸條件下基于多維氣象產品的簽派放行策略研究

胡海青 徐明明 高嘉許 胡志強

摘要：空中顛簸作為最常見的重要天氣現象，是航司運行控制人員簽派放行航班時重點關注的要素之一。國際航空運輸協會IATA公布的數據顯示，自2000年以來空中顛簸事件的數量呈逐年上升的趨勢，空中顛簸已經成為旅客和乘務員受傷的最主要原因。長久以來，如何在簽派放行階段準確地預判航班可能遭遇的空中顛簸，是航司運行控制工作中的一道難題。本文以此為切入點，通過分析各類常用顛簸氣象產品，結合實際經驗，探討有效地利用各類氣象資料研判空中顛簸的方法。

關鍵詞：空中顛簸;氣象產品;簽派放行策略

0引言

近年來，隨著航司機隊規模和航班量的迅速增長，全球航空運輸業因空中顛簸導致旅客和機組受傷事件頻發。據不完全統計，2015年以來，中國民航因空中顛簸導致乘務員受傷事件51起，乘務員受傷人數高達96人。美國聯邦航空局（以下簡稱FAA）數據顯示，2009-2017年間，全美共有332名旅客和機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險控制工作的核心內容之一。

為妥善應對空中顛簸帶來的各類風險，FAA對航空承運人提出了包括持續改進簽派放行程序、基于適用的氣象資料制定放行決策等一系列建議。中國民用航空局于2014年發布咨詢通告《航空器駕駛員指南-雷暴、晴空顛簸和低空風切變》，針對航班運行過程中出現的晴空顛簸的處置給出了政策性意見。同時，國內航司在其手冊中也針對顛簸的信息通報、應急處置等作出了相應規定。

但在實際工作中筆者發現，上述建議或規定普遍缺乏具體的放行策略，對于日常工作的指導性和易用性不足。更重要的是，對于各類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型

1.1 空中顛簸的成因

空中顛簸，是由于飛機進入擾動氣流區，空氣動力和力矩失去平衡，飛行高度、速度和姿態等發生突然變化所引起的，上下拋擲、左右搖擺及飛機振顫等現象。

空中顛簸主要由大氣湍流引起，湍流強度一定程度上決定著顛簸強度。當湍流區不規則分布的渦旋的尺度與飛機尺度相當時，其與飛機機翼的固有振動頻率接近，產生共振，顛簸將顯著加強。此外，顛簸強度還與飛行速度、機翼載荷等因素有關。低速飛行時（空速600km/h以下），飛行速度越大，翼載荷越小時，顛簸越強。

1.2 空中顛簸的類型

大氣湍流根據其形成原因，分為動力、熱力、晴空、航跡（尾渦湍流）這四種類型。由此衍生了機械紊流顛簸、山地波顛簸、熱力與對流顛簸、逆溫/鋒面/雷暴顛簸、晴空顛簸、尾流顛簸等。

1.2.1動力湍流顛簸

動力湍流是在地表附近流動的空氣遇到起伏的地形、障礙物時產生的，地形起伏度越大、氣層越不穩定或風速越大，動力湍流造成的顛簸就越強。

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所引起的。大氣越不穩定，熱力湍流發展就會越強。此外，熱力對流產生的濃積云甚至雷暴云，也會產生嚴重顛簸。

1.2.3晴空顛簸

在航空氣象學上，常把出現在6000米高度以上，且與對流云無關的顛簸稱為晴空顛簸。晴空顛簸屬于干性湍流，很難通過目視或者機載氣象雷達進行識別，對于晴空顛簸的觀測和預報，是整個民航界的一大技術難點。

2 空中顛簸相關氣象產品分析

2.1空中顛簸相關氣象產品概述

目前常用的空中顛簸相關氣象產品主要有：

（1）重要天氣預告圖

（2）重要氣象情報SIGMET和低空氣象情報AIRMET

（3）WAFS顛簸預報產品

（4）國家氣象局強天氣中心航路危險天氣預報產品

（5）飛行計劃系統顛簸數據（風切變指數、垂直飛行剖面數據等）

（6）美國NOAA開發的圖形顛簸指導產品（GTG）

2.2空中顛簸相關氣象產品分析

2.2.1重要天氣預告圖

（1）數據類型：圖片或反演數據

（2）獲取途徑：民航局（地區管理局）氣象服務網、飛行計劃系統

（3）時間跨度：世界時00、06、12、18，每6小時發布一張圖

（4）高度層：FL100以下，FL100-250，FL250-630

（5）優點：數據覆蓋范圍大，可顯示與顛簸相關的天氣系統，如急流，對流云等

（6）缺點：缺乏細部范圍資料、重要天氣預報的精細度較差，時間和空間跨度大

2.2.2重要氣象情報SIGMET和低空氣象情報AIRMET

（1）數據格式：文本化的縮寫或明語格式

（2）獲取途徑：民航局（地區管理局）氣象服務網、飛行計劃系統

（3）時間跨度;4小時

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

（5）優點：將管區內出現顛簸的位置和強度以明語格式傳遞

（6）缺點：僅提供文本格式，時效性較短，需要通過技術手段與航路疊加

2.2.3 WAFS顛簸預報產品

（1）數據類型：格點數據

（2）獲取途徑：飛行計劃系統、aviation weather center網站

（3）時間跨度：3小時

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

（5）優點：全球范圍數據，顛簸產品豐富。時間跨度適中，空間范圍精細度高

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

2.2.4國家氣象局強天氣預報中心航路天氣預報

（1）數據類型：圖片格式

（2）獲取途徑：強天氣中心郵件獲取公報材料

（3）時間跨度：3小時

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

（5）優點：產品分中空和高空，標出中度及以上顛簸區域范圍

（6）缺點：僅以圖片格式做中國區域內的顛簸預報

2.2.5飛行計劃風切變指數

（1）數據類型：單個數據

（2）獲取途徑：飛行計劃

（3）時間跨度：跟隨飛行計劃

（4）高度層：跟隨飛行計劃

（5）優點：能夠直觀反映每個航路點的一定高度范圍內的高空風切變情況

（6）缺點：風切變指數僅針對垂直方向，無法準確表征空中顛簸的情況。風切變指數小的區域，也并不意味著沒有嚴重顛簸

2.2.6飛行計劃系統中的飛行剖面疊加圖

（1）數據類型：圖片格式

（2）獲取途徑：飛行計劃系統

（3）時間跨度：跟隨飛行計劃

（4）高度層：跟隨飛行計劃

（5）優點：直觀顯示風速切變大、對流層頂斷裂帶等極易產生顛簸的區域與飛行剖面的關系

（6）缺點：只能定性分析出現顛簸的可能，缺乏可以定量判斷的參數

2.2.7 NOAA圖形顛簸指導產品（GTG）

（1）數據類型：格點數據

（2）獲取途徑：美國aviation weather center網站

（3）時間跨度：1小時

（4）高度層：FL010-FL450

（5）優點：綜合不同顛簸預報診斷指數，根據不同機型尾流等級給出不同的顛簸預測，適用性好，準確性較高

（6）缺點：僅有美國本土空域內的數據

3 空中顛簸條件下簽派放行策略

3.1簽派放行準備階段

飛行計劃制作前，可通過高空、中低空重要天氣圖、風溫圖、重要氣象情報SIGMET/AIRMET等資料，評估預計運行區域可能存在顛簸的范圍、強度和發展趨勢。

3.1.1高空、中低空重要天氣圖、風溫預告圖

（1）根據預計使用航路沿途情報區及預達時間，選擇相應時次的重要天氣圖，重點關注天氣圖中可能產生中度或以上顛簸的區域，查看相鄰時次的重要天氣圖，初步判斷下述重要天氣區域的發展趨勢：

a） 航路預計穿越的顛簸區

b） 風速大于等于120kt的急流軸

c） 存在風速切變的急流軸（急流核標注兩短橫）

d） 曲率較大的彎曲急流

e） 較短距離（5個緯度以內）內連續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）重點關注云頂接近甚至高于預計飛行高度的隱藏CB，尤其在爬升、下降和低高度巡航階段，考慮到客艙服務、人員走動等情況，應留意飛機在云體附近經過和繞飛期間時可能產生云中顛簸。

3.1.2重要氣象情報SIGMET、中低空重要氣象情報AIRMET

檢索境內、境外重要天氣情報，查看預計航路沿途情報區發布的SIGMET和AIRMET，初步掌握相關情報區重要天氣的情況。

3.1.3衛星云圖和全國雷達拼圖

查看全國雷達拼圖和預計運行區域的衛星云圖，了解航路是否存在大面積雷暴云團或隱嵌雷暴以及其他可能需要繞飛的降水云系。

3.2簽派放行實施階段

在完成飛行計劃測算并最終確定飛行航路后，可依次使用下述氣象資料進一步判斷航路晴空（云中）顛簸和雷雨繞飛情況，調整飛行高度和航班加油量，按需調整航路走向，將上述重要信息提示機組，做好預案。

3.2.1計劃航路與WAFS顛簸產品疊加

（1）使用飛行計劃系統、自研系統（如有）或aviation weather center網站提供的全球預報數據，選擇航班計劃運行的高度和對應的時次，查看沿航路的顛簸情況（包括相鄰高度層），可據此按需調整飛行高度至顛簸相對較弱的高度層，合理規劃航班油量;

（2）紅外、可見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此評估合適的額外油量，同時，初步判斷在繞飛過程中遭遇雹擊的可能。

3.2.2飛行計劃航路點風溫數據、風切變指數

（1）檢查飛行計劃中航路點 OAT 和風向風速，當風溫數據變化較為劇烈（如溫度變化100km內超過5°C）時，表明存在該航段可能存在顛簸，此時可以結合航路與全球WAFS預報數據疊加顯示的顛簸情況，合理調整飛行高度層;

（2）檢查計劃中各航路點的風切變指數，按照手冊要求按需調整飛行高度。

3.2.3垂直飛行剖面疊加

（1）當航路（飛行高度剖面）穿越對流層頂曲線曲率較大處甚至持續或劇烈變化的對流層頂位置時，應特別留意該區域在巡航高度可能出現對流層頂斷層，風向風速和其他氣象條件大概率將出現劇烈變化，引起較為嚴重的顛簸;

（2）若飛行計劃航路點溫度短時間/距離內變化較大或相鄰高度層溫度梯度較大時，可以預計該區域內存在中到嚴重顛簸。

3.2.4其他顛簸評估策略

（1）使用簽派放行相關系統的坐標繪圖功能（如有），將沿途情報區發布的重要氣象情報區域與計劃航路疊加，判斷航路是否經過該區域。若系統無此功能，可以使用Skyvector（www.skyvector.com）網站顯示全球重要氣象情報，復制飛行計劃航路即可疊加;

（2）將飛行計劃航路導入JEPPESEN Flite Deck Pro X中，打開航路天氣選項后疊加相應時次和高度的顛簸數據;

（3）對于涉及美國區域內的運行，可通過美國aviation weather center網站查看圖形顛簸指導產品（GTG），選擇相應的機型尾流等級、時次和高度層，研判顛簸情況。

4結論

空中顛簸作為最常見的危險天氣，對于航班運行安全的影響與日俱增。近兩年新冠疫情雖沖擊了客運市場，但航空貨運業務（包含客改貨）增長較快，空中顛簸對于航空貨物安全和完好運輸的威脅已然成為航司安全管理新的重點內容之一。

本文在分析空中顛簸成因、類型、危害的基礎上，分析了簽派放行工作中常用的各類空中顛簸相關氣象產品，結合實際工作經驗，對簽派放行階段綜合運用多維氣象資料分析研判空中顛簸的位置、強度和發展趨勢等要素的策略進行了研究，給出了可執行的操作指引，為運控人員做出科學合理的航班放行決策，協助機組有效規避空中顛簸衍生風險提供了較為可靠的依據。

參考文獻：

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

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

作者簡介：胡海青（1971-），男，漢族，湖北襄陽人，高級工程師，工程碩士學位，單位：南方航空運行指揮中心，研究方向：運行控制管理。徐明明（1981-），男，漢族，安徽滁州人，工程師，工程碩士學位，單位：南方航空運行指揮中心，研究方向：運行控制管理。高嘉許（1987-），男，漢族，遼寧沈陽人，簽派工程師，工學學士學位，單位：南方航空運行指揮中心，研究方向：運行控制。胡志強（1990-），男，漢族，江西高安人，氣象工程師，理學學士學位，單位：南方航空運行指揮中心，研究方向：航空氣象