機場能見度的變化特征及對飛行訓練的影響分析

摘" 要：隨著航空業的不斷發展和完善，航空器的速度日益加快，為人們帶來前所未有的便捷。然而，在享受這些便利的同時，航空器的安全問題也逐漸成為人們關注的焦點。能見度作為影響航空器安全的主要因素之一，一直受到國內外學者的廣泛關注和研究。該文以廣漢機場為例，對其能見度的變化特點進行深入研究。通過分析數據，得出能見度季節性變化的影響因素。同時，從多個方面研究這些能見度影響因素對飛行訓練的具體影響。在此基礎上，提出一系列針對性的飛行訓練方案和措施，旨在一定程度上減少能見度對飛行訓練運行的影響。

關鍵詞：能見度；季節性；飛行訓練；能見度影響因素；航空器安全

中圖分類號：V323" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）11-0103-04

Abstract： With the continuous development and improvement of the aviation industry， the speed of aircraft is accelerating day by day， which brings us unprecedented convenience. However， while enjoying these conveniences， the safety of aircraft has gradually become the focus of attention. As one of the main factors affecting aircraft safety， visibility has been widely concerned and studied by scholars at home and abroad. Taking Guanghan Airport as an example， this paper makes an in-depth study on the changing characteristics of visibility in Guanghan Airport. Through the analysis of the data， the factors affecting the seasonal variation of visibility are obtained. At the same time， the specific effects of these visibility factors on flight training are studied from many aspects. On this basis， a series of targeted flight training programs and measures are proposed to reduce the impact of visibility on the operation of flight training to a certain extent.

Keywords： visibility; seasonality; flight training; factors affecting visibility; aircraft safety

航空業的發展呈現出顯著的進步趨勢，航空器的飛行速度不斷提升，同時安全性也得到有效增強。然而，低能見度作為一個關鍵的制約因素，對航空運行效率和飛行安全構成嚴重挑戰，這一難題始終受到國內外學者的廣泛關注。隨著國際民航運輸量和貿易量的急劇增長，每年因低能見度導致的飛行延誤和損失也在持續增加。由此可見，深入分析影響能見度的因素并了解其變化特征對于航空器的穩定運行至關重要。

低能見度是影響飛行安全的重要天氣條件之一。據相關統計，約有20%的國際民航事故源于氣象因素，其中僅次于機組失誤的因素就是低能見度和雷暴。低能見度不僅對飛機起飛和降落的安全構成威脅，還導致大規模航班延誤并影響其規律性，成為影響民航經濟效益的主要因素之一。

隨著現代社會工作和生活節奏的加快，航班數量也日益增加，低能見度天氣造成的航班變更、延誤，甚至取消的頻率也變得越來越高，對社會出行產生嚴重影響。對于航空業來說，如何解決低能見度帶來的問題，提高航空運行效率和飛行安全，是當前需要面對的重要問題。一方面，航空公司需要加強氣象監測和預警，提高對低能見度天氣的預報精準度和快速反應能力，確保航班的正常運營；另一方面，航空公司也需要提升飛機的性能，開發更加先進的導航和駕駛系統，使飛機在低能見度天氣下飛行更加安全和可靠。因此，如果能夠進一步提高機場低能見度氣候特征和變化規律預測的精準性和真實性，對于飛行安全的保障及合理利用氣象條件進行飛行活動具有重要意義。

能見度作為關鍵的天氣因素，對人們的生活出行造成持續影響。在陸地上，人們在低能見度惡劣天氣下往往束手無策，更不用說處于危險的空中環境，低能見度對航空業的影響可謂深遠。本文以中國民用航空飛行學院廣漢分院的廣漢機場為研究對象，中國民用航空飛行學院（以下簡稱“中飛院”）作為亞洲規模最大的飛行員培養學校，在國內及國際均享有盛譽，該校每年為國內各航空公司輸送大量優秀人才，是國內航空業的重要支柱。廣漢機場作為飛行員培育的搖籃，與本校距離極近，培養出的飛行員數量眾多。因此，為確保飛行訓練的正常進行并保障飛行訓練的安全，制定相應的飛行策略以降低低能見度的影響，對中飛院的人才培養具有重要作用。

1" 數據收集

本文旨在探討能見度變化特性和影響要素，在進行相關氣象數據的收集過程中，要求數據準確無誤，精細到位。此外，在針對氣象因素進行研究時，數據處理亦需精確嚴謹，以減少誤差并避免得出錯誤結果。本文所使用的數據來源于廣漢機場歷史METAR報告，該報告是一種氣象數據的報告標準，包括氣溫、氣壓、濕度和風速等多項氣象參數。該報告按照固定時間間隔發布一次，通常為半小時或一小時發布一次，這種高頻更新確保了數據的準確性和及時性，完全符合本研究的需求。在上述METAR報告中，提取了廣漢機場的氣象數據，包括溫度、水平氣壓、氣壓變化趨勢、濕度、風速、云底高度、風向和降水量等。然后，將這些提取的數據整理成Excel表格，以便后續研究使用。這種整理過程使得這些數據更易于被理解和使用，同時也能更準確地反映氣象因素對能見度的影響。數據處理過程嚴格遵循了科學研究的嚴謹性，以確保證據清晰、邏輯嚴密、推理精確。

2" 建模思路

在初次對能見度變化特性進行解析時，繪制能見度日變化圖及各變化影響因子圖，并分析了各自的變動規律。然而，由于很難得出確切結論，并且感受到數據的單調性，未將數據相互關聯起來，因此認識到在分析能見度變化時，不應僅從能見度這一單一層面進行分析，而應采用更為多元化的數據，將風、氣壓、濕度和溫度等氣象因素與能見度的變化關聯起來。此外，由于數據繁多且雜亂，還應對其進行處理，大致判斷它們是否存在一定的關聯。

首先，使用回歸方程對數據進行了一番簡單的分析，從中選出了可能與能見度變化存在聯系的數據。接著，對這些數據進行有針對性的分析，以找出其中的關聯。對于這種情況，采用曼-肯德爾法（Mann-Kendall）進行M-K趨勢分析是較為理想的選擇。這種方法不僅具有針對性，而且適用性強，可以有效地推斷出這些氣象數據間的相互關系。

2.1" Mann-Kendall趨勢分析法概述

Mann-Kendall檢驗是曼-肯德爾法，非參數檢驗，又稱任意分布檢驗，是一種氣候診斷與預測技術，其不對變量的分布做嚴格假定，檢驗不針對特定的參數，而是模糊地對變量分布的中心位置或分布狀態做檢驗，由于其不對總體分布做嚴格假定，因而適用性強。本文就是利用了M-K進行趨勢檢驗分析廣漢機場2019年的氣象變化因素，其結果能夠定量反映變化趨勢的顯著性，可以更為直觀地了解氣象因素直接的聯系。

2.2" 基于廣漢機場能見度變化的M-K趨勢分析算法

首先假設數據樣本作為參數是獨立的，并且具有相同的分布，而且沒有趨勢。然后假設所研究的n個樣本的時間數據是x，假設所有i和j都小于n，并且xi，xj分布是不同的，得到以下秩序列

式中：sgn是一個符號函數。當它小于、等于或大于0時，分別為-1、0或1。衡量趨勢規模的指標有

式中：1lt;jlt;ilt;n；β為斜率，β為正，則呈上升趨勢，β為負，則呈下降趨勢，β的大小代表著趨勢的明顯程度。

零假設H0：β=0

|Zc|gt;Z1-a/2" " 拒絕H0假設，

式中：±Z1-a/2為標準正態方差，a為顯著性檢驗水平，則原假設不可接受，即時間序列數據的α置信水平有明顯的上升或下降趨勢。對于統計Z，當它大于0時，是上升趨勢；當它小于0時，是下降趨勢。當Z的絕對值大于或等于1.28、1.64、2.32時，表示分別通過了90%、95%、99%的顯著性檢驗。

除了趨勢分析，M-K趨勢分析算法也是一種突變檢測方法。可以為n個樣本大小的時間序列x1、x2、…、xn構造以下秩序列

式中：可以看見，秩序列Sk累計數是第i時刻數值大于j時刻數值的總個數。在時間序列隨機獨立的假定下，定義統計量為

式中：當k=1時，Uf1=0。Var（Sk）和k分別代表Sk的方差和均值。當x1，x2，…，xn相互獨立且具有相同的連續分布時，可通過以下公式計算

Ufk為標準正態分布，是按照時間序列x1，x2，…，xn計算得出的統計序列，對于給定顯著水平a，查表后，若Ufkgt;a，就說明序列有較為明顯的趨勢變化。

按照時間序列x的逆序xn，…，x2，x1，再重復上述過程，并且同時使Ufk=-UβK（K=n，n-1，…，1），Uβ1=0。分析結果再繪出Ufk、UβK的曲線圖，當Ufk或者UβK的值小于0時，則表示呈下降趨勢，若大于0，則表明呈上升趨勢，當兩者的值超過規定的臨界值，則表明上升或者下降趨勢明顯，若Ufk和UβK之間出現交點，并且這個交點在臨界線之間，那么該點就表示突變開始，其對應的值就表示突變開始的時間。

Ufk是標準正態分布，是根據時間序列x1，x2，…，xn計算的統計序列。對于給定的顯著性水平a，在檢查表后，如果Ufkgt;a，則表示序列具有更明顯的趨勢變化。按照相反的順序xn，…，x2，x1，重復上述過程，對于時間序列x的x2，x1，使Ufk=-UβK（K=n，n-1，…，1），Uβ1=0。然后繪制Ufk和UβK的曲線圖，當Ufk或UβK的值小于0時，表示有下降趨勢；如果大于0，則表示有上升趨勢。當這2個值超過規定的臨界值時，表明有明顯的上升或下降趨勢。如果Ufk和UβK的值小于0，并且之間有一個交點，且交點在臨界線之間，則表示有下降趨勢，則該點表示突變的開始，該點對應的值表示突變的開始時間。

2.3" 能見度變化特征

圖1為廣漢機場能見度月平均值在一年內的變化特征圖，該圖清晰地展示了能見度變化的顯著特征。在一年中，能見度既呈現上升趨勢，也呈現下降趨勢，可細分為3個階段。首階段為1月至4月，能見度呈現出明顯的上升趨勢，每個月的能見度數值都在穩步上升。通過計算數據得出，這一階段的平均上升率為2.37 km/月。第二階段為5月至8月，能見度達到最高且保持穩定，能見度達到了一年的峰值。6月和7月的能見度處于較高水平，數值分別為20.2 km和18.6 km，這2個月的能見度達到了全年最高水平。第三階段為9月至12月，能見度呈現出下降趨勢，這一階段的下降率為2.59 km/月。特別值得注意的是，1月的能見度處于最低值，數值為7.1 km。這些數據表明，能見度的變化具有一定的季節性特征，特別是夏、冬季節的變化尤為明顯，這符合四川盆地四季分明的特點。此外可以觀察到，夏季的能見度通常優于冬季。這種明顯的季節性變化不僅展示了自然環境的季節性影響，也為研究者提供了進一步分析和研究夏、冬季節的數據。這些數據可以幫助研究者更好地理解氣候變化對機場運營的影響，從而采取更有效的措施來應對各種天氣條件。

圖2展示了曼-肯德爾法檢驗下廣漢機場2019年的能見度、溫度、濕度、風速和氣壓的檢驗結果。并均通過了95%的置信檢驗。然而，溫度并未顯示出明顯的變化趨勢，而風速則有微弱的下降趨勢，但未通過置信檢驗。這些結果表明，能見度的變化趨勢與濕度和氣壓這2個氣象因素有著密切的聯系。通過與圖1的趨勢分析圖對比，可以發現能見度與氣壓和相對濕度之間存在明顯的正相關關系，這進一步證實了氣壓和相對濕度的變化對能見度變化趨勢的影響。

3" 能見度變化因素分析及對飛行訓練的影響

3.1" 低能見度下對于飛行安全的影響

能見度小于1 000 m屬于低能見度，在此條件下，飛行員的視野范圍受到嚴重限制，除了可能導致飛行員在降落時過早或過晚著陸，無法對準跑道，還可能在飛機空中飛行時出現無法識別迎面飛來的航空器的情況，從而引發危險，大大降低航空安全水平，對飛行員的生命安全構成威脅。在航空史上，因低能見度引發的飛行事故屢見不鮮，每次事故都會導致大面積航班延誤，嚴重影響飛行效率。飛行和低能見度之間存在密切的相互關系。在低能見度環境下，飛行員視線會變得模糊不清，不僅對生理和心理產生較大影響，還會干擾飛行員的判斷能力，給飛行安全帶來極大的不確定因素。在飛行過程中，如果遭遇低能見度條件，由于可視距離非常有限，也會對飛行員的心理素質提出更高的要求，使其能夠應對更大的挑戰。因此，飛行員良好的心理素質和突發事件處理能力對于保障機上人員的生命安全至關重要。為避免在能見度低的情況下出現偏離跑道、無法在指定地點降落等可能引發飛行事故的情況，在飛機起飛前，如果發現能見度較低，機場方面應當延遲飛行時間，以確保飛機在具有較高能見度的環境下運行，從而提高飛行安全性。例如，近期川航發生的一起事件中，機長在飛機運行過程中遭遇擋風玻璃破裂的突發情況，但因其在危急時刻保持冷靜并采取了妥善的處理措施，憑借堅定的毅力應對，有效避免了可能出現的嚴重后果。

3.2" 低能見度對飛行訓練的影響分析

根據之前的探討，能見度的變化與濕度和氣壓的變化密切相關。在受低壓系統控制且伴有強烈的逆溫現象時，大氣層結處于不穩定狀態，垂直運動減弱，這會抑制湍流的發生，并且導致大氣對污染物的擴散和稀釋能力降低，進而導致能見度下降。當大氣相對濕度較大時，空氣中的懸浮顆粒物容易附著在水汽上并凝結形成大量小液滴，這將使得顆粒物的消光系數增加，進而導致大氣能見度降低。另外，相對濕度也會影響大氣擴散系數，一般來說，大部分氣體的擴散系數會隨著相對濕度的增加而增加，使得空氣在濕度較大時更易擴散；相反，當濕度減小時，大氣更難以擴散，這也將導致能見度下降。除此之外，氣壓的降低會導致空氣密度減小，進而使得機翼產生的升力減小，起飛滑跑的距離增加，過長的滑跑距離可能會影響飛行安全。此外，較高的相對濕度可能會腐蝕飛機上的金屬設備，降低其強度并增加不安全因素。因此，在1月這種低能見度的條件下，不適宜進行大量的飛行訓練。相反，在6月由于濕度增大及熱力對流增強等因素的影響，大氣擴散條件較好，能見度提高，此時是進行飛行訓練的最佳時機，可以適當增加飛行訓練的安排以保證飛行安全。總的來說，飛行訓練的安排應考慮到濕度的變化及氣壓對大氣能見度的影響。

4" 結論

本文對能見度變化特性進行了研究，并對其影響因素進行了深入探討。所建立的算法模型能夠較為準確地分析能見度變化與影響因素之間的關系。然而，在構建數據庫過程中，采用了METER報告的氣象數據，該數據并未包含所有的氣象參數，因此，可能存在其他影響能見度的因素尚未被探索和發現，這具有一定的局限性。此外，在分析氣象因素與能見度之間的關系時，未對氣象因素之間的相互關系進行探討，未能充分挖掘氣象因素之間的內在聯系。因此，應在原有的分析基礎上，進一步拓展對其他天氣因素的研究，并深入挖掘影響因素之間的相互關系。這樣能夠更清晰地理解它們之間的聯系，使得研究結果更加準確可靠，并能夠為飛行訓練安排的進一步研究提供更有價值的參考。

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