颠簸条件下基于多维气象产品的签派放行策略研究

胡海青 徐明明 高嘉许 胡志强

摘要：空中颠簸作为最常见的重要天气现象，是航司运行控制人员签派放行航班时重点关注的要素之一。国际航空运输协会IATA公布的数据显示，自2000年以来空中颠簸事件的数量呈逐年上升的趋势，空中颠簸已经成为旅客和乘务员受伤的最主要原因。长久以来，如何在签派放行阶段准确地预判航班可能遭遇的空中颠簸，是航司运行控制工作中的一道难题。本文以此为切入点，通过分析各类常用颠簸气象产品，结合实际经验，探讨有效地利用各类气象资料研判空中颠簸的方法。

关键词：空中颠簸;气象产品;签派放行策略

0引言

近年来，随着航司机队规模和航班量的迅速增长，全球航空运输业因空中颠簸导致旅客和机组受伤事件频发。据不完全统计，2015年以来，中国民航因空中颠簸导致乘务员受伤事件51起，乘务员受伤人数高达96人。美国联邦航空局（以下简称FAA）数据显示，2009-2017年间，全美共有332名旅客和机组人员在空中颠簸事件中受伤，防范空中颠簸已跃升为航司风险控制工作的核心内容之一。

为妥善应对空中颠簸带来的各类风险，FAA对航空承运人提出了包括持续改进签派放行程序、基于适用的气象资料制定放行决策等一系列建议。中国民用航空局于2014年发布咨询通告《航空器驾驶员指南-雷暴、晴空颠簸和低空风切变》，针对航班运行过程中出现的晴空颠簸的处置给出了政策性意见。同时，国内航司在其手册中也针对颠簸的信息通报、应急处置等作出了相应规定。

但在实际工作中笔者发现，上述建议或规定普遍缺乏具体的放行策略，对于日常工作的指导性和易用性不足。更重要的是，对于各类气象资料的有效使用，缺乏明确的指引。有鉴于此，笔者做了以下研究。

1 空中颠簸的成因及类型

1.1 空中颠簸的成因

空中颠簸，是由于飞机进入扰动气流区，空气动力和力矩失去平衡，飞行高度、速度和姿态等发生突然变化所引起的，上下抛掷、左右摇摆及飞机振颤等现象。

空中颠簸主要由大气湍流引起，湍流强度一定程度上决定着颠簸强度。当湍流区不规则分布的涡旋的尺度与飞机尺度相当时，其与飞机机翼的固有振动频率接近，产生共振，颠簸将显著加强。此外，颠簸强度还与飞行速度、机翼载荷等因素有关。低速飞行时（空速600km/h以下），飞行速度越大，翼载荷越小时，颠簸越强。

1.2 空中顛簸的类型

大气湍流根据其形成原因，分为动力、热力、晴空、航迹（尾涡湍流）这四种类型。由此衍生了机械紊流颠簸、山地波颠簸、热力与对流颠簸、逆温/锋面/雷暴颠簸、晴空颠簸、尾流颠簸等。

1.2.1动力湍流颠簸

动力湍流是在地表附近流动的空气遇到起伏的地形、障碍物时产生的，地形起伏度越大、气层越不稳定或风速越大，动力湍流造成的颠簸就越强。

1.2.2热力湍流颠簸

热力湍流主要是由于地表增热造成气温水平分布不均匀，或者冷的空气平流到暖的下垫面时所引起的。大气越不稳定，热力湍流发展就会越强。此外，热力对流产生的浓积云甚至雷暴云，也会产生严重颠簸。

1.2.3晴空颠簸

在航空气象学上，常把出现在6000米高度以上，且与对流云无关的颠簸称为晴空颠簸。晴空颠簸属于干性湍流，很难通过目视或者机载气象雷达进行识别，对于晴空颠簸的观测和预报，是整个民航界的一大技术难点。

2 空中颠簸相关气象产品分析

2.1空中颠簸相关气象产品概述

目前常用的空中颠簸相关气象产品主要有：

（1）重要天气预告图

（2）重要气象情报SIGMET和低空气象情报AIRMET

（3）WAFS颠簸预报产品

（4）国家气象局强天气中心航路危险天气预报产品

（5）飞行计划系统颠簸数据（风切变指数、垂直飞行剖面数据等）

（6）美国NOAA开发的图形颠簸指导产品（GTG）

2.2空中颠簸相关气象产品分析

2.2.1重要天气预告图

（1）数据类型：图片或反演数据

（2）获取途径：民航局（地区管理局）气象服务网、飞行计划系统

（3）时间跨度：世界时00、06、12、18，每6小时发布一张图

（4）高度层：FL100以下，FL100-250，FL250-630

（5）优点：数据覆盖范围大，可显示与颠簸相关的天气系统，如急流，对流云等

（6）缺点：缺乏细部范围资料、重要天气预报的精细度较差，时间和空间跨度大

2.2.2重要气象情报SIGMET和低空气象情报AIRMET

（1）数据格式：文本化的缩写或明语格式

（2）获取途径：民航局（地区管理局）气象服务网、飞行计划系统

（3）时间跨度;4小时

（4）高度层：AIRMET在FL100以下，山区FL150以下，SIGMET在FL100以上

（5）优点：将管区内出现颠簸的位置和强度以明语格式传递

（6）缺点：仅提供文本格式，时效性较短，需要通过技术手段与航路叠加

2.2.3 WAFS颠簸预报产品

（1）数据类型：格点数据

（2）获取途径：飞行计划系统、aviation weather center网站

（3）时间跨度：3小时

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

（5）优点：全球范围数据，颠簸产品丰富。时间跨度适中，空间范围精细度高

（6）缺点：WAFS给出的颠簸指数不是一种概率，也不是强度，只能定性分析颠簸情况

2.2.4国家气象局强天气预报中心航路天气预报

（1）数据类型：图片格式

（2）获取途径：强天气中心邮件获取公报材料

（3）时间跨度：3小时

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

（5）优点：产品分中空和高空，标出中度及以上颠簸区域范围

（6）缺点：仅以图片格式做中国区域内的颠簸预报

2.2.5飞行计划风切变指数

（1）数据类型：单个数据

（2）获取途径：飞行计划

（3）时间跨度：跟随飞行计划

（4）高度层：跟随飞行计划

（5）优点：能够直观反映每个航路点的一定高度范围内的高空风切变情况

（6）缺点：风切变指数仅针对垂直方向，无法准确表征空中颠簸的情况。风切变指数小的区域，也并不意味着没有严重颠簸

2.2.6飞行计划系统中的飞行剖面叠加图

（1）数据类型：图片格式

（2）获取途径：飞行计划系统

（3）时间跨度：跟随飞行计划

（4）高度层：跟随飞行计划

（5）优点：直观显示风速切变大、对流层顶断裂带等极易产生颠簸的区域与飞行剖面的关系

（6）缺点：只能定性分析出现颠簸的可能，缺乏可以定量判断的参数

2.2.7 NOAA图形颠簸指导产品（GTG）

（1）数据类型：格点数据

（2）获取途径：美国aviation weather center网站

（3）时间跨度：1小时

（4）高度层：FL010-FL450

（5）优点：综合不同颠簸预报诊断指数，根据不同机型尾流等级给出不同的颠簸预测，适用性好，准确性较高

（6）缺点：仅有美国本土空域内的数据

3 空中颠簸条件下签派放行策略

3.1签派放行准备阶段

飞行计划制作前，可通过高空、中低空重要天气图、风温图、重要气象情报SIGMET/AIRMET等资料，评估预计运行区域可能存在颠簸的范围、强度和发展趋势。

3.1.1高空、中低空重要天气图、风温预告图

（1）根据预计使用航路沿途情报区及预达时间，选择相应时次的重要天气图，重点关注天气图中可能产生中度或以上颠簸的区域，查看相邻时次的重要天气图，初步判断下述重要天气区域的发展趋势：

a） 航路预计穿越的颠簸区

b） 风速大于等于120kt的急流轴

c） 存在风速切变的急流轴（急流核标注两短横）

d） 曲率较大的弯曲急流

e） 较短距离（5个纬度以内）内连续穿越平行或弯曲急流轴

f） 相邻的两条急流轴处于不同高度层

（2）重点关注云顶接近甚至高于预计飞行高度的隐藏CB，尤其在爬升、下降和低高度巡航阶段，考虑到客舱服务、人员走动等情况，应留意飞机在云体附近经过和绕飞期间时可能产生云中颠簸。

3.1.2重要气象情报SIGMET、中低空重要气象情报AIRMET

检索境内、境外重要天气情报，查看预计航路沿途情报区发布的SIGMET和AIRMET，初步掌握相关情报区重要天气的情况。

3.1.3卫星云图和全国雷达拼图

查看全国雷达拼图和预计运行区域的卫星云圖，了解航路是否存在大面积雷暴云团或隐嵌雷暴以及其他可能需要绕飞的降水云系。

3.2签派放行实施阶段

在完成飞行计划测算并最终确定飞行航路后，可依次使用下述气象资料进一步判断航路晴空（云中）颠簸和雷雨绕飞情况，调整飞行高度和航班加油量，按需调整航路走向，将上述重要信息提示机组，做好预案。

3.2.1计划航路与WAFS颠簸产品叠加

（1）使用飞行计划系统、自研系统（如有）或aviation weather center网站提供的全球预报数据，选择航班计划运行的高度和对应的时次，查看沿航路的颠簸情况（包括相邻高度层），可据此按需调整飞行高度至颠簸相对较弱的高度层，合理规划航班油量;

（2）红外、可见光云图和水汽图主要用于判断航路是否存在需要绕飞的雷雨或其他大面积降水云系并据此评估合适的额外油量，同时，初步判断在绕飞过程中遭遇雹击的可能。

3.2.2飞行计划航路点风温数据、风切变指数

（1）检查飞行计划中航路点 OAT 和风向风速，当风温数据变化较为剧烈（如温度变化100km内超过5°C）时，表明存在该航段可能存在颠簸，此时可以结合航路与全球WAFS预报数据叠加显示的颠簸情况，合理调整飞行高度层;

（2）检查计划中各航路点的风切变指数，按照手册要求按需调整飞行高度。

3.2.3垂直飞行剖面叠加

（1）当航路（飞行高度剖面）穿越对流层顶曲线曲率较大处甚至持续或剧烈变化的对流层顶位置时，应特别留意该区域在巡航高度可能出现对流层顶断层，风向风速和其他气象条件大概率将出现剧烈变化，引起较为严重的颠簸;

（2）若飞行计划航路点温度短时间/距离内变化较大或相邻高度层温度梯度较大时，可以预计该区域内存在中到严重颠簸。

3.2.4其他颠簸评估策略

（1）使用签派放行相关系统的坐标绘图功能（如有），将沿途情报区发布的重要气象情报区域与计划航路叠加，判断航路是否经过该区域。若系统无此功能，可以使用Skyvector（www.skyvector.com）网站显示全球重要气象情报，复制飞行计划航路即可叠加;

（2）将飞行计划航路导入JEPPESEN Flite Deck Pro X中，打开航路天气选项后叠加相应时次和高度的颠簸数据;

（3）对于涉及美国区域内的运行，可通过美国aviation weather center网站查看图形颠簸指导产品（GTG），选择相应的机型尾流等级、时次和高度层，研判颠簸情况。

4结论

空中颠簸作为最常见的危险天气，对于航班运行安全的影响与日俱增。近两年新冠疫情虽冲击了客运市场，但航空货运业务（包含客改货）增长较快，空中颠簸对于航空货物安全和完好运输的威胁已然成为航司安全管理新的重点内容之一。

本文在分析空中颠簸成因、类型、危害的基础上，分析了签派放行工作中常用的各类空中颠簸相关气象产品，结合实际工作经验，对签派放行阶段综合运用多维气象资料分析研判空中颠簸的位置、强度和发展趋势等要素的策略进行了研究，给出了可执行的操作指引，为运控人员做出科学合理的航班放行决策，协助机组有效规避空中颠簸衍生风险提供了较为可靠的依据。

参考文献：

[1] AC-91-FS-2014-20，航空器驾驶员指南-雷暴、晴空颠簸和低空风切变 [S]

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

作者简介：胡海青（1971-），男，汉族，湖北襄阳人，高级工程师，工程硕士学位，单位：南方航空运行指挥中心，研究方向：运行控制管理。徐明明（1981-），男，汉族，安徽滁州人，工程师，工程硕士学位，单位：南方航空运行指挥中心，研究方向：运行控制管理。高嘉许（1987-），男，汉族，辽宁沈阳人，签派工程师，工学学士学位，单位：南方航空运行指挥中心，研究方向：运行控制。胡志强（1990-），男，汉族，江西高安人，气象工程师，理学学士学位，单位：南方航空运行指挥中心，研究方向：航空气象