影响航空安全的高风险鸟类在中国境内的分布

2020-11-05张海洋吴春波

航空发动机 2020年5期

罗刚，张海洋，吴春波，陈伟

（1.南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016；2.中国航发沈阳发动机研究所辽宁省航空发动机冲击动力学重点实验室，沈阳110015）

0 引言

在飞机起飞或着陆过程中，航空发动机极易吸入飞鸟，对航空安全造成严重危胁[1]。为此，一方面，通过对发动机抗吸鸟机械损伤研究，不断增强航空发动机吸入相应质量鸟类后的安全性和基本工作能力；另一方面，对吸鸟事件的源头进行分析，掌握极易被发动机吸入的鸟类情况及其分布，通过工程学、统计学、生态学等相关研究，在发动机设计阶段针对不同的抗吸鸟需求提高初始设计水平，在发动机使用阶段规避固有鸟种的吸入风险，采取主动控制的方法管控机场周边高风险鸟种活动范围及程度，降低发动机吸鸟的概率也是国内外研究的热点[2-3]。国外以美国联邦航空局、美国农业部、欧洲航空安全局、澳大利亚航空安全局等为代表，对影响航空安全的鸟类分布开展了大量研究[4-6]。美国联邦航空局的研究发现，吸鸟后发动机损伤的概率与吸入鸟的质量成正比，吸入多只鸟后发动机损伤的概率要高于吸入单只鸟的情况[7-9]，并制定了适航规章[10]，规定必须开展的吸鸟试验数量和质量的要求；英国RR 公司的研究经验证明[11]，在发动机产品设计之初，需进行环境调研，以掌握发动机所面临的吸鸟威胁情况，对发动机抗鸟撞击设计与适航符合性验证提供初始输入，对鸟类种类及其大致的质量分布作出相应要求。国内的相关工作集中在适航管理部门的方法建议，针对机场周边的生态学调研与鸟情分析及其风险控制手段等，但大多数研究集中在国内某几个区域或地点，缺乏一定的归纳和总结。

本文对国内多个机场周边鸟情的生态学调查及其对航空安全影响分析文献进行调研，结合民航规章要求，开展影响航空安全的高风险鸟类种类及其分布数据的统计对比研究，提出全国范围内高风险鸟类地区及质量分布规律。

1 高风险鸟类分布

1.1 中国民航规章要求及基本方法

1.1.1 实地调查方法

“中国民用航空局民用机场运行安全管理规定CCAR140”以及“民用机场鸟情生态环境调研指南AC-140-CA-2009-2”规定了相应的调查原则与方法，机场附近鸟类分布的实地调查方法一般采用样带调查法。在抽取样地时至少应从样地类型、抽样强度和面积及样地设置等3 方面入手。典型机场样带调查的设置方法如图1 所示。

某机场附近的生态环境比较复杂，包括机场飞行区跑道两侧的低矮草坪区、临近机场跑道的河流湿地区和林区、高草荒地、丘陵地带、湖泊湿地、农田以及有人聚居的郊区。在实际调查中可以取7 条样带，分别覆盖上述生态环境，可以观察到各种不同生态环境的鸟类活动。

1.1.2 鸟类威胁分级方法

针对不同鸟种的威胁程度，采用定性分析和定量分析。在定性分析中，一般根据长时间不间断的实地观察，直接根据观测结果与经验等将危险鸟类列出；在定量分析中，一般采用重要性值IV 或危险评估指数R 描述鸟类的威胁程度，IV（R）是一系列指标的函数，可定义为

图1 样带调查法

式中：N=（某种鸟的个体数/数量最多的鸟的个体数）×100，为相对数量；T=（某种鸟出现的调查次数/总调查次数）×100，为相对出现时间；U=（某种鸟出现的样带数/总样带数）×100，为相对出现空间；W=（某种鸟质量/最重鸟的质量）×100，为相对质量；L=（某种鸟体长/体长最长鸟的长度）×100，为相对体长；H 为相对飞行高度威胁指数，按鸟类飞行高度，超低空/超高空时H=0.1，低空/高空时H=0.5，中空时H=1，等等。

预估鸟类威胁程度目前尚未形成统一的数学公式，在式（1）的基础上，研究者们发展了算数平均值预估法、多项式综合预估法和风险评价因子聚类法等不同算法，并根据分析计算结果的排序将不同鸟类分为极度危险、非常危险、比较危险和一般危险4 级。

1.2 总体情况

据FAA 统计，发动机吸鸟绝大多数发生在飞机起飞爬升和接近着陆阶段，即发生于机场周边低空空域。国内针对此领域，采取降低高风险鸟类活动范围的方法，对不同机场周边的鸟类种群及其分布、活动规律，风险等级评估。本文将调研的全部地区分为8个地理区域，地区和机场情况见表1。

表1 研究涉及的地区与机场

1.3 调研统计数据

根据文献调研的结果，通过归纳分析得到了文献中通过定性分析和定量分析所列出的危险鸟类威胁程度数据，经统计，中国境内对航空安全影响程度为“非常危险”级别以上的高风险鸟类共131 种，鸟种平均质量从最小的5 g 分布到最大的9000 g 以上[58]，131种高风险鸟类的连续质量分布如图2 所示。

其中部分代表性鸟种名称及其平均质量见表2。

图2 高风险鸟类自然顺序质量分布

表2 代表性鸟种及其质量

2 高风险鸟类分布分析

高风险鸟类的机场和地区信息[12-57]数据来源于中国境内上述8 个地区的50 余个机场，位置涵盖了中国从南到北，腾冲-漠河一线以东的各种生态环境。

2.1 高风险鸟类分区域分析

根据各地区机场的鸟情调研数据，总结分析了各地区的高风险鸟种及其质量分布与出现频率等数据。

2.1.1 东北地区高风险鸟类

东北地区机场共记录了48 种高风险鸟类，按平均质量从高到低排序的前15 种高风险鸟类情况如图3 所示，相应的机场占全部机场的比例（即不同高风险鸟类的地区出现频率）如图4 所示。

图3 东北地区高风险鸟类平均质量排序

图4 东北地区高风险鸟类出现频率排序

从图中可见，东北地区较为危险的鸟类包括普通鸬鹚、大鵟、苍鹭、赤麻鸭、环颈雉、绿头鸭、毛脚鵟、夜鹭、小嘴乌鸦等，除毛脚鵟、夜鹭和小嘴乌鸦外，其余鸟种均属于平均质量超过900 g 的大鸟。此外，赤麻鸭、绿头鸭和小嘴乌鸦属于集群活动和迁徙的鸟类；大鵟、毛脚鵟等猛禽一般在机场飞行区等开阔地区飞行觅食，环颈雉、小嘴乌鸦一般在机场草坪及周边荒地活动，环颈雉还经常横穿跑道，普通鸬鹚、苍鹭、夜鹭等鸟类栖息在湿地环境，数量分布较多。由此可见，东北地区高风险鸟类主要为猛禽、水禽和雁鸭类，且质量和体型较大。

2.1.2 华北地区高风险鸟类

华北地区机场共记录了38 种高风险鸟类，按平均质量从高到低排序的前15 种高风险鸟类情况如图5 所示，出现频率如图6 所示。

图5 华北地区高风险鸟类平均质量排序

图6 华北地区高风险鸟类出现频率排序

从图中可见，华北地区较为危险的鸟类包括草原雕、普通鸬鹚、大鵟、苍鹭、银鸥、环颈雉、红隼、喜鹊、家鸽等，以900 g 以上和1800 g 以上的中型和大型鸟类为主，水鸟类的分布与东北类似，喜鹊、家鸽等属于高度适应人类聚居区的分布鸟类，红隼经常悬停在机场和附近荒地中空觅食，并围绕机场区域进行大面积的巡逻飞行，本地区高风险鸟类的特点是出现了体型巨大的鸟类，如鹤类和雕类，平均体重超过2850 g，因此在华北地区的草原地带机场要十分注意该类鸟类。由此可见，华北地区高风险鸟类主要是大型的草原型鸟类、中型猛禽和适应人类聚居区的小型鸟类。

2.1.3 华东地区高风险鸟类

华东地区机场共记录了32 种高风险鸟类，按平均质量从高到低排序的前15 种高风险鸟类情况如图7 所示，出现频率如图8 所示。

从图中可见，华东地区较为危险的鸟类包括豆雁、环颈雉、普通鵟、夜鹭、池鹭、牛背鹭、喜鹊、家鸽、椋鸟等，其中豆雁为平均质量超过2850 g 的大型鸟类，其余为1000 g 以下的中型和小型鸟类，华东地区是中国主要的鸟类迁徙通道，如豆雁、普通鵟等每年均通过华东区域进行长距离迁徙，此外，大部分鹭鸟类在本地区属于留鸟，分布广泛。另外，华东地区的丝光椋鸟、灰椋鸟等超大群聚居鸟类分布广泛。由此可见，华东地区高风险鸟类主要为迁徙大型鸟类、鹭鸟和群居型中小鸟类。

图7 华东地区高风险鸟类平均质量排序

图8 华东地区高风险鸟类出现频率排序

2.1.4 东南地区高风险鸟类

东南地区机场共记录了32 种高风险鸟类，按平均质量从高到低排序的前15 种高风险鸟类情况如图9 所示，出现频率如图10 所示。

图9 东南地区高风险鸟类平均质量排序

图10 东南地区高风险鸟类出现频率排序

从图中可见，东南地区较为危险的鸟类包括夜鹭、小白鹭、八哥、家鸽、红嘴鸥、喜鹊、斑鸠、棕背伯劳等，以300～900 g 鸟类为主，夜鹭等水鸟栖息在机场周边的湿地中，家鸽、八哥、红嘴鸥等属于集群活动的鸟类，红嘴鸥是本地区极其常见的鸥类，家鸽、喜鹊、棕背伯劳等基本生活在人类聚居处，不甚怕人，分布广泛。由此可见，东南地区高风险鸟类主要为水鸟和人类聚居区鸟类，质量和体型中等。

2.1.5 华南地区高风险鸟类

华南地区机场共记录了43 种高风险鸟类，按平均质量从高到低排序的前15 种高风险鸟类情况如图11 所示，出现频率如图12 所示。

图11 华南地区高风险鸟类平均质量排序

图12 华南地区高风险鸟类出现频率排序

从图中可见，华南地区较为危险的鸟类包括环颈雉、夜鹭、白鹭、池鹭、家鸽、珠颈斑鸠、山斑鸠、秧鸡、沙锥等，质量分布以1000 g 以下的中型鸟类和小型鸟类为主。华南地区的全部鹭鸟为留鸟，一年四季均在机场周边湿地活动，分布及其广泛，可能单独或集群穿越机场飞行区，家鸽、斑鸠等鸠鸽类在华南地区也属于优势种群，集群活动，贴近人类聚居区，不怕人，不易驱离，秧鸡、沙锥等涉禽在本机区也属于优势种群，沿湿地边缘活动，一旦受惊扰，会突然飞起爬高而进入航线。由此可见，华南地区高风险鸟类主要为鹭鸟、鸠鸽类和小型涉禽。

2.1.6 华中地区高风险鸟类

华中地区机场共记录了24 种高风险鸟类，按平均质量从高到低排序的前15 种高风险鸟类情况如图13 所示，出现频率如图14 所示。

图13 华中地区高风险鸟类平均质量排序

图14 华中地区高风险鸟类出现频率排序

从图中可见，华中地区较为危险的鸟类包括环颈雉、夜鹭、白鹭、池鹭、家鸽、椋鸟、白头鹎等，质量分布在1000 g 以下的中小型鸟类为主。本地区纬度与生态环境与华东和华南地区类似，各类鹭鸟在本地区为优势种群，生活在机场周边湿地区域，各种集群活动的鸠鸽类、椋鸟类和小型雀类均生活在人类聚居区，生活习性不甚怕人，不易驱离，分布广泛，数量众多。由此可见，华中地区高风险鸟类主要为鹭鸟、鸠鸽类、椋鸟类和小型雀类等群居型中小型鸟类。

2.1.7 中北地区高风险鸟类

中北地区机场共记录了35 种高风险鸟类，按平均质量从高到低排序的前15 种高风险鸟类情况如图15 所示，出现频率如图16 所示。

图15 中北地区高风险鸟类平均质量排序

图16 中北地区高风险鸟类出现频率排序

从图中可见，中北地区较为危险的鸟类包括天鹅、豆雁、苍鹭、大白鹭、大麻鹣、家鸽、红隼、椋鸟等，大型鸟类质量分布超过3650 g，其余鸟类为1000 g以下的中小型鸟类为主。中北地区由于人类分布程度较低，生态环境保持较好，因此大型鸟类分布较多，体型较大，中北地区分布的鹭鸟一般为大型鹭鸟，其余集群分布鸟类和人类聚居处鸟类与中国其他地区分布基本相同。由此可见，中北地区高风险鸟类主要为大型鸟类和群居型中鸟。

2.1.8 西南地区高风险鸟类

中北地区机场总共记录了47 种高风险鸟类，按平均质量从高到低排序的前15 种高风险鸟类情况如图17 所示，出现频率如图18 所示。

图17 西南地区高风险鸟类平均质量排序

图18 西南地区高风险鸟类出现频率排序

从图中可见，西南地区较为危险的鸟类包括蜂鹰、普通鵟、小白鹭、池鹭、家鸽、家燕、金腰燕等，质量在1000 g 以下的中型和小型鸟类为主。西南地区是中国另一条比较重要的猛禽迁徙通道，每年有上万只以上的凤头蜂鹰和普通鵟迁徙经过此地。此外，鹭鸟中相对体型较小的种类在本地区均为留鸟，分布广泛，有时也集群活动，穿越机场飞行区，家燕和金腰燕在西南地区越冬，数量分布极其广泛，在机场飞行区呈极大群活动。由此可见，西南地区高风险鸟类主要为越冬猛禽、中小型鹭鸟和越冬燕类。

2.2 全国范围内高风险鸟类分析

全国范围内高风险鸟类机场出现次数比较和高风险鸟类地区出现次数比较分别如图19、20 所示。

图19 高风险鸟类机场出现次数比较

图20 高风险鸟类地区出现次数比较

从图中可见，在国内范围出现频率较高的高风险鸟类包括家燕、家鸽、斑鸠、树麻雀、白鹭、夜鹭、苍鹭、池鹭、喜鹊、八哥、椋鸟、红隼、云雀、白头鹎等，基本为1000 g 以下的中型和小型鸟类，其中大部分质量分布在400 g 以下，300～700 g 之间的鸠鸽类、燕类、鹭鸟类是中国范围内比较危险的鸟种，此外，生活在人类聚居区的椋鸟类、喜鹊、白头鹎、麻雀等中小型群居型鸟类也是不可忽视的威胁，1000 g 以上的大型鸟类分布较少，威胁程度相对较低。

高风险鸟类在全国各地区样本机场内出现的统计见表3，各地区机场高风险鸟类出现频率和统计总数出现频率如图21、22 所示。

表3 高风险鸟类地区出现情况

图21 各地区机场高风险鸟类出现频率

图22 各地区机场高风险鸟类统计总出现频率

从图21 中可见，东南地区每个机场出现的平均高风险鸟类超过10 种，为最高，华南地区每个机场出现的平均高风险鸟类数不到4 种，为最低。高风险鸟类分布密集程度次序为：东南地区、中北地区、华北地区、西南地区、华南地区、东北地区、华东地区、华中地区。

从图22 中可见，中北地区每个机场出现的平均高风险鸟类统计总次数超过14 次，为最高，而华东地区每个机场出现的平均高风险鸟类统计总次数不到6 次，为最低。高风险鸟类出现次数密集程度次序为：1、中北地区、东南地区、西南地区、华北地区、东北地区、华南地区、华中地区、华东地区。

各地区内调研机场出现高风险鸟类平均质量的算术平均值如图23 所示。

从图中可见，中北、华北和东北地区的高风险鸟类平均质量较大，超过400 g，其余地区的高风险鸟类以中小型为主。

图23 各区域机场高风险鸟类平均质量

3 中国民航2008～2015 年鸟击数据对比

为进一步说明调研数据的合理性，本文还收集了中国民航安全技术中心发布的2008～2015 年民航鸟击航空器事件分析报告，经统计，中国境内总计发生完全确认撞击鸟类物种的共513 起，涉及鸟类物种63 种，在本文调研的131 种高风险鸟类和中国民航2008～2015 年鸟击统计数据报告可以确定鸟击物种数据库中，按CCAR33.76 标准划分高风险鸟类质量段数据见表4，经无量纲处理后的数据对比如图24所示。