¶ 第一章 航空气象学简述
航空气象学是应用气象学的一个重要分支，专门研究与航空活动相关的天气现象及其影响。它的核心目标是保障航空安全、提高飞行效率和正常性，为飞行员、空中交通管制员、航空公司签派员、机场运行人员等提供准确、及时且易于理解的天气信息和预报。
¶ 一、目标
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保障飞行安全： 识别和预警对飞行构成威胁的恶劣天气，如雷暴、风切变、颠簸、积冰、低云低能见度等。
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提高运行效率： 优化航路规划、高度层选择、燃油计算，减少延误和备降。
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降低运行成本： 通过优化航线和减轻恶劣lo天气影响，节约燃油，缩短飞行时间。
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支持决策制定： 为飞行员、空中交通管制员、航空公司签派员、机场管理者和监管机构提供关键天气信息，支持其在飞行各个阶段（起飞前、航路、降落）做出安全的决策。
¶ 二、关键气象要素与现象
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低空风切变： 短时间内风向或风速的剧烈变化（尤其是近地面600米以下）。对起飞和着陆阶段危害极大，可导致升力突变、飞机失控。
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大气湍流/颠簸：
◦ 晴空颠簸： 发生在晴空万里的高空，难以目视识别，主要与急流、锋面、山脉波有关。
◦ 对流性颠簸： 由积雨云内强烈的上升/下沉气流引起。
◦ 颠簸会造成乘客和机组受伤、飞机结构应力损伤、非预期高度变化。
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飞机积冰： 飞机穿越含有过冷水滴的云层时，水滴在机体表面冻结。严重积冰会破坏机翼气动外形、增加重量、堵塞仪表探头、影响发动机性能。
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对流天气： 雷暴（强降水、闪电、强风、严重颠簸、下击暴流、冰雹）、飑线。是航路上最危险的天气系统之一。
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低能见度： 由雾、霾、沙尘暴、强降水等引起。影响起飞、着陆（需依靠仪表）、地面滑行。
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云底高度： 决定仪表飞行和目视飞行的界限，对进场着陆至关重要（需达到最低云底高要求）。
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高空气象要素：
◦ 高空风/温度： 影响巡航高度选择、航程时间、燃油消耗。急流可提供顺风帮助，但也伴随颠簸风险。
◦ 对流层顶： 通常选择在其下方飞行以避免颠簸，但对跨极地航线很重要。
◦ 气压： 高度测量、高度表设定、飞行高度层计算的基础。
◦ 温度： 影响空速、气压高度表读数、发动机性能（高温高海拔影响推力）。
¶ 三、 主要航空气象预报产品与服务
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METAR： 机场定时或特别发布的实况天气报告（当前气象条件）。
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TAF： 机场天气预报，通常覆盖未来24-30小时，每6小时分段给出关键气象要素预测。
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SIGMET： 重要气象情报，针对航路上威胁飞行安全的显著恶劣天气现象（如严重颠簸、严重积冰、雷暴、沙尘暴、火山灰云等）发出的警告。
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AIRMET： 航空气象情报，针对影响中低高度飞行、范围较大的中等强度恶劣天气（如中度颠簸、中度积冰、低于标准的云/能见度、强表面风等）。
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高空风和温度预报图： 显示不同标准等压面高度上的风场和温度分布。
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重要天气图： 展示重要天气系统、锋面、对流区、颠簸区、积冰区等的分布和预报。
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机场警报： 关于影响机场运行的即将发生或正在发生的恶劣天气（如飓风、强雷暴、大雪、低能见度）的警告。
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气象雷达/卫星图像： 实时监测降水、雷暴、云系等，支持绕飞决策和短临预报。
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风切变警报系统： 机场部署的探测系统，在起飞降落跑道附近探测到风切变时发出警告。
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数值天气预报输出产品： 航空气象部门大量依赖数值模式输出进行预报制作。
¶ 四、 服务对象
• 飞行员/机组： 获取起飞、航路、备降场、目的地的实况、预报和警报，进行飞行前准备和航路决策。
• 空中交通管制： 管理空中交通流量，规避危险天气区域，提供天气信息给机组。
• 航空公司运营控制/签派： 监控航班全过程天气，辅助航班放行、调整航线、更改备降场，与机组沟通。
• 机场运行管理： 管理地面操作，决定除冰程序，评估跑道状况。
• 空中航行服务提供商： 保障整个空中交通管理体系的安全高效运行。
• 监管机构： 制定安全标准、政策法规。
¶ 五、 航空气象的实际应用
• 飞行计划： 选择最优巡航高度（考虑风向风速、温度、对流层顶）、绕飞雷暴路线、计算所需燃油（考虑逆风/顺风）。
• 起飞/着陆决策： 评估跑道是否有风切变、是否有侧风限制、云底高和能见度是否满足最低运行标准。
• 航路导航： 动态规划航路，避开已知的恶劣天气区域（严重颠簸区、积冰区、雷暴）。
• 除防冰程序： 根据地面温度和湿度、降水状况以及预报航路结冰条件，决定是否以及何时进行除防冰处理。
• 流量管理： 在大范围恶劣天气影响时（如大范围雷暴、强降雪、大面积低能见度），实施流量控制以减少拥堵和延误。
¶ 六、 技术支持与挑战
• 探测手段： 地面气象站、探空气球、飞机气象数据下传（AMDAR）、气象雷达、气象卫星（地球静止轨道、极轨）、激光雷达（测风/能见度）、微波辐射计、风切变探测系统等。
• 预报技术： 数值天气预报模型（全球模式、区域精细模式）、资料同化技术、集成临近预报系统（融合雷达/卫星/地面观测）、人工智能应用。
• 挑战： 中小尺度天气系统的准确预报（如雷暴、小尺度风切变）、高分辨率模式的计算需求、复杂地形影响（如山地波）、气象信息的及时准确分发和可视化、用户的理解与应用能力。
¶ 总结
航空气象学是现代航空安全与效率的基石。它通过深入研究影响航空安全的关键天气现象，提供专业的观测、预报、警报信息与服务，帮助航空系统各环节的参与者充分理解天气带来的风险与机遇，从而做出科学、安全的决策。随着探测技术、计算机能力和预报模式的不断进步，航空气象服务正在变得更加精准、及时和智能化，为全球航空业的持续发展提供重要保障。
¶ 第二章 基本气象要素
航空气象学关注直接影响飞行安全与效率的关键气象要素，其核心包括以下基本要素：
¶ 1. 能见度：
◦ 定义： 正常视力者白天能看清和识别无光照目标的最大水平距离，或夜间能看到和识别中等强度已知光源的最大距离。
◦ 重要性： 对起飞、着陆、目视飞行规则下的飞行至关重要，尤其在低能见度条件下。
◦ 航空气象要点： 跑道视程是评估跑道着陆标准的关键参数，低能见度（雾、霾、沙尘、降水等）常导致航班延误或备降。
¶ 2. 云：
◦ 定义： 由悬浮在空中的水滴、冰晶或二者混合物组成的可见集合体。
◦ 重要性： 云层影响能见度（尤其低云、碎云）、飞行高度选择、产生颠簸和结冰、遮蔽地形、产生降水等。
◦ 航空气象要点： 报告的云底高对机场起降至关重要，是决定备降或进近类型的关键标准，尤其是低云。
¶ 3. 天气现象：
◦ 定义： 空中或地面的各种降水、凝结或吹起物，可直接观测到的现象。
◦ 重要类型：
▪ 降水： 雨、冻雨、冰丸、雪、雨夹雪、雪丸、冰雹等。影响能见度、跑道道面条件、飞机性能、易导致结冰。
▪ 限制能见度现象： 雾、轻雾、霾、烟、沙尘、吹雪、扬沙、沙暴等。严重影响起降安全。
▪ 危险天气： 雷暴、闪电、冰雹、龙卷风、尘卷风（风切变关联）、飑线等。对飞行构成极端威胁，需规避。
◦ 航空气象要点： 准确报告影响机场和航路的天气现象至关重要，以评估运行风险。
¶ 4. 风：
◦ 定义： 空气相对于地面的水平运动。
◦ 重要性： 直接影响起飞着陆性能、航迹修正、飞行时间、燃油消耗，是造成低空风切变的主要因素。
◦ 航空气象要点： 机场起降需提供跑道风向风速（包括平均风向风速和2分钟或10分钟时段内的最大瞬间风速变化）。低空风切变的预测和警报是核心服务。高空风预报对航路飞行计划和节油至关重要。
¶ 5. 气温：
◦ 定义： 空气的冷热程度。
◦ 重要性： 直接影响空气密度、飞机发动机推力、机体结构强度、飞行高度计算（密度高度）。高温会降低发动机效率和机翼升力。
◦ 航空气象要点： 报告和预报地面温度是计算飞机起飞性能的基本输入参数。高空温度预报对航路飞行性能计算很重要。寒冷天气下，需关注地面除冰需求。
¶ 6. 气压：
◦ 定义： 单位面积所承受的大气柱重量。
◦ 重要性： 气压随高度递减的规律用于气压高度表测量飞机高度（标准气压和场面气压高度）。
◦ 航空气象要点： 场面气压是设置高度表基准以确定飞机相对于机场跑道海拔高度的关键数值，关系到进场和着陆高度。高空层飞行使用标准海平面气压作为通用基准以保证垂直间隔。
¶ 7. 湍流：
◦ 定义： 空气的不规则、杂乱无章的运动，导致飞机颠簸。
◦ 重要性： 导致飞机剧烈颠簸、结构过载、人员受伤或设备损坏。
◦ 航空气象要点： 低空和高空的湍流（晴空湍流CAT最常见）是预测和报告的重点之一，严重影响飞行舒适度和安全。
¶ 8. 飞机积冰：
◦ 定义： 过冷水滴撞击飞机机体表面后冻结成冰的现象。
◦ 重要性： 增加飞机重量、改变气动外形破坏升力、增加阻力、堵塞传感器、影响操纵性甚至失控。
◦ 航空气象要点： 关注是否存在特定的积冰条件（温度低于0°C且有可见湿气，如云或降水），提供积冰潜势和严重程度的预报信息，是规划航路、选择飞行高度层的关键因素之一。
¶ 总结：
这些要素（能见度、云、天气现象、风、气温、气压）是构成航空气象报告和预报的基础。航空气象服务的核心工作就是实时监测、准确报告、准确预报和有效警报这些要素的状态及其变化（特别是风切变、湍流、飞机积冰、雷暴等危险现象），为飞行各个阶段（从计划、起飞、巡航到着陆）的安全与高效运行提供关键决策依据。气象雷达、卫星云图、自动气象站、探空数据等是其重要观测手段。
¶ 第三章 目视气象条件
¶ 一、定义
目视气象条件（Visual Meteorological Conditions, VMC）是指飞行员能够主要依靠目视参考来安全操纵飞机的气象条件。它满足特定的最低天气标准，允许飞机按照目视飞行规则（Visual Flight Rules, VFR）进行飞行。
与目视气象条件（VMC）相对的是仪表气象条件（Instrument Meteorological Conditions, IMC）。在IMC下，飞行员无法依赖目视参考安全飞行，必须按照仪表飞行规则（Instrument Flight Rules, IFR）飞行，依靠仪表导航并接受空中交通管制的引导。
¶ 二、VMC的核心要素和最低要求
VMC的具体最低要求由各国的民航法规规定（如中国的CCAR、美国的FAR），并且会因空域类型（管制空域/非管制空域）和飞行高度而有所不同。通用要求通常包括：
- 云高/云量限制：
◦ 远离云层： 飞机必须在云层之外飞行，并且与云保持规定的水平距离和垂直距离（例如水平1500米/1英里，垂直300米/1000英尺）。
◦ 云底高： 在指定空域（通常是管制空域的低高度层）内飞行时，要求有一个最低的云底高度（通常高于地面或障碍物）。
- 能见度：
◦ 飞行员必须能够清晰地看到地形、障碍物和其他航空器。
◦ 在不同空域和高度层，规定了最低的能见度要求（通常以公里或法定英里为单位）。例如：
▪ 在管制空域（如C类空域）内较低高度飞行：可能需要5公里（3英里）能见度。
▪ 在非管制空域（如G类空域）较低高度飞行：要求可能略低，但也需满足基本安全要求。
▪ 在较高高度飞行（比如3000英尺AGL以上）：能见度要求通常更大（例如8公里/5英里）。
- 地表目视参考（对地面附近/起降阶段）：
◦ 在起飞、着陆或在机场附近低高度飞行时，飞行员必须能够持续保持对地面的目视参考，以便安全地感知飞机的姿态、高度和位置。在VMC下飞行，飞行员对飞机位置、姿态、高度和周边环境的感知主要来自观察驾驶舱外。
¶ 三、为什么VMC对VFR飞行至关重要？
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避撞基础： VFR的核心原则是“看见且避让”（See and Avoid）。在VMC下，飞行员能够目视发现其他航空器、地形和障碍物，从而主动规避。
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导航依据： VFR飞行很大程度上依赖飞行员通过地标（山脉、河流、公路、城镇等地标）进行导航。良好的能见度是基础。
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判断飞行状态： 通过观察地平线和其他外部参考物，飞行员能够更直观地判断飞机的姿态（俯仰、倾斜）和高度变化。
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自主决策： VFR飞行员通常依赖较少管制引导（尤其在非管制空域），主要依靠自身视觉观察做出决策。VMC是这种自主性的前提。
¶ 四、脱离VMC进入IMC的危险性
如果一架以VFR方式飞行的飞机意外飞入IMC（如云层、浓雾导致失去目视参考），情况会变得非常危险：
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空间定向障碍： 飞行员可能会完全失去方向感，甚至产生严重幻觉（感觉飞机在转弯爬升，实际可能在俯冲下降）。这是导致失控的主要原因。
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失去地形感知： 无法看到山体、建筑物或其他障碍物，极易导致可控飞行撞地。
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无法实施“看见且避让”： 无法目视其他航空器。
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导航困难： 无法根据地标确认位置。
因此，VFR飞行员必须严格遵守规定的最低VMC标准，并在飞行前和飞行中持续评估天气状况。一旦天气恶化接近或达到IMC标准，必须立即采取措施（如改变高度、转向备降场，或请求转为IFR飞行）以避免进入IMC。
¶ 五、总结
• 目视气象条件： 允许按照目视飞行规则（VFR）安全飞行的气象状态。
• 核心要求： 足够高的云层、良好的能见度（满足特定空域和高度规定）、远离云并保持间隔、以及在地面附近保持地表目视参考。
• 意义： 是VFR飞行的基础和前提，是飞行员实现“看见且避让”、目视导航和判断飞行状态的关键。
• 关键风险： VFR飞行进入IMC是极其危险的，可能导致空间定向障碍、撞地和碰撞等严重事故。
飞行员责任： 持续监控天气变化，确保飞行始终在VMC范围内进行。
¶ 第四章 气象报文基本解析
气象报文解析是航空气象服务的核心能力，涉及将编码格式的气象观测报告或预报（如METAR、SPECI、TAF、SIGMET等）翻译成飞行员、签派员和空管人员易于理解的自然语言信息。以下是关键报文类型及其解析要点：
¶ 一、 实时观测报文：METAR 和 SPECI
- METAR (航空例行天气报告)
◦ 来源： 气象站定时观测（通常每小时1次）。
◦ 用途： 提供起飞机场、目的地机场及备降机场的实况天气。
- SPECI (航空特选天气报告)
◦ 来源： 在两次定时观测之间，当天气达到特定标准（如低于机场最低运行标准）时的特殊报告。
◦ 用途： 及时告警重要天气变化。
¶ METAR/SPECI 结构解析（典型顺序）
¶ 二、 机场预报：TAF (Terminal Aerodrome Forecast)
• 用途： 机场未来24-30小时的气象预测，用于飞行计划。
• 更新频率： 通常每6小时发布一次。
TAF 结构解析（典型顺序）
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¶ 三、 区域危险天气警报：SIGMET (Significant Meteorological Information)
• 用途： 警告航路中的极端危险天气（雷暴、强颠簸、积冰、火山灰等）。
• 时效： 通常有效4小时。
SIGMET 关键字段解析
¶ 四、解析核心技巧
- 工具辅助：
◦ 使用标准解码手册（如WMO No.306 / ICAO Doc 9432）。
◦ 利用在线解析工具或APP（如AviaWeather、Windy的METAR/TAF模块）。
- 重点优先级：
◦ 起飞/着陆阶段： 紧盯 云底高、能见度、风、天气现象、QNH。
◦ 航路阶段： 关注 颠簸、积冰、急流风、火山灰（SIGMET）。
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缩写记忆：
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动态变化：
◦ 识别TEMPO（临时波动）、BECMG（渐变）和PROB（概率）的时效区间。
◦ 交叉验证 METAR（实况）与TAF（预报），警惕差异过大情况。
¶ 五、示例解析实战
METAR ZSSS 141400Z 33008MPS 300V030 0800 R36L/1000N R36R/0800N +TSRA SCT008 BKN030CB 20/18 Q0999 BECMG 5000 NSW=
• 解析：
◦ 地点/时间： 上海浦东机场 (ZSSS)，14日14:00 UTC发布。
◦ 风： 风向330°，风速8米/秒，风向在300°-030°间变化。
◦ 能见度： 主导能见度800米；36L跑道方向能见度1000米（暂无波动），36R跑道方向能见度800米（暂无波动）。
◦ 天气： 强雷暴伴雨（危险！）。
◦ 云： 少量积云800英尺；多云积雨云3000英尺。
◦ 温/露点： 20°C / 18°C（湿度高）。
◦ QNH： 999 hPa。
◦ 趋势： 天气渐变为能见度5000米、无重要天气。
行动建议： 该天气禁止起降（低能见度+强雷暴），需等待趋势好转（BECMG组）。
掌握报文解析能力是飞行安全的基本功。建议通过大量练习和模拟场景（如低能见度进近、绕雷暴决策）加深理解，并结合实际气象雷达图、卫星云图进行综合判断。