航空气象学教案.docx

航空气象学教案.docx

《航空气象学教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《航空气象学教案.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

航空气象学教案

航空气象学（教案）

航空气象学

理论提示：

航空气象学是研究气象条件同飞行活动和航空技术之间的关系，航空气象保障的方式和方法，以及飞行器在地球大气层中飞行时的气象等问题的一门科学。

航空气象学属应用气象学范畴。

在实际工作中，航空气象的主要任务是保障飞行安全，提高航空效率，在不同的气象条件下，有效地运用航空技术，顺利完成飞行任务。

理论解释：

一、T-LnP图

1.1温度对数压力图及其分析实践内容：

温度对数压力T-LnP图又称埃玛图（Emagram，是Energy-per-unit-diagram的缩写）。

是一种热力学图解，图上的面积设计成与大气运动能量成正比。

该图解以温度为横坐标，以气压的对数为纵坐标，还有三组线条；层结曲线、干绝热线和湿绝热线、露点压力曲线。

使用该图解可以方便而清晰得分析大气层结特性及湿空气在升降过程中状态的变化，判断大气静力稳定性及对流不稳定性。

目前温度对数压力图仍是气象台站分析预报雷雨、冰雹等强对流天气的一种基本图表，在飞行方面是一种重要的判断飞行天气的工具。

根据资料在T-LnP图上绘出层结曲线、干绝热线和湿绝热线、露点压力曲线。

1.2实践目的：

根据T-LnP图上状态曲线、层结曲线和露点压力曲线判断大气稳定度、判断热对流发生时间及其强度，分析出对流和层状云云顶高度、云底高度，估计对流云中垂直气流速度、垂直风场结构，低层能见度情况，分析积冰层高度和厚度。

1.3实践资料：

选取资料库中所提供单站垂直方向上气压、气温、露点温度、风场资料。

1.4实践步骤和方法并据此写出实践报告：

1）根据资料在给定的T-LnP图上点绘出层结曲线、状态曲线、露点压力曲线和高空风分布曲线。

2）分析正负不稳定能量、分析低空风切变情况、分析对流云和层状云顶高和低高、估计云中垂直气流速度、分析积冰层高度和厚度、分析低层能见度情况、进行热对流预计。

3）根据前面分析在实践报告中说明航路上飞跃积雨云需要的飞行高度层情况，说明开关防冰的飞行高度层情况，进入积雨云中时飞机的颠簸情况分析，飞机进出层状云的飞行高度层情况，飞机起飞和进近时可能遇到风切变的高度层情况，可能发生的热对流时间。

二、地面天气图与高空天气图的分析和使用——空中槽和地面锋分析

2.1天气图中空中槽和地面锋分析实践内容：

天气图是指填有各地同一时间气象要素的特制地图。

在天气图底图上，填有各城市、测站的位置以及主要的河流、湖泊、山脉等地理标志。

气象科技人员，根据天气分析原理和方法进行分析，从而揭示主要的天气系统，天气现象的分布特征和相互的关系。

是目前气象部门分析和预报天气的一种重要工具。

天气图分地面天气图及高空天气图，高空天气图主要层次有925百帕、850百帕、700百帕、500百帕、300百帕、200百帕和100百帕等天气图。

通过同一时刻的上、下层次配合，可了解天气系统的三度空间结构。

根据需要可选用不同范围的天气图，在我国通常用欧亚范围的天气图，有时也用北半球范围，或低纬度（30°N─30°S）图或某一省，地区范围的小图作辅助分析用。

各地气象台站按照统一规定时间进行观测，把收集到的有关风、云、大气压力、温度、湿度等气象资料，用各种天气符号按照一定格式填在一种专门设计的空白图上，这种图就是天气图。

天气图上的曲线叫等压线，它是气压相等的地方的连线。

根据等压线的分布特点可以分析出常见的天气系统。

天气图绘制内容

海平面图分析：

等压线、等三小时变压线、高低压系统，锋面、天气区。

空中图分析：

等高线、高低压系统、等温线、槽线。

2.2实践目的：

通过分析地面图等三小时变压线、锋面、天气系统和天气区情况，确定起降机场天气情况，为飞机起降提供天气预警。

当天气在飞行边缘气象条件下时，为飞行选择必要的备降机场。

通过分析空中流场、温度场、及冷暖平流情况，分析大气垂直稳定度、地转涡度，确定未来天气发展趋势和天气变化结果。

2.3实践资料：

由资料库中提供的典型天气过程地面和空中天气图。

2.4实践方法和步骤：

1）取资料库中地面、空中图，掌握地面和空中天气图各种符号含义、绘制内容。

2）地面天气图分析：

指出图中天气系统名称、高空锋区的位置、空中冷暖平流的位置、急流位置、配置。

正确分析地面锋的位置、天气区、三小时等边压线、高低空冷暖平流的相互位置关系、分析地转涡度、利用天气学理论正确预报未来天气发展演变结果。

3）空中天气图分析：

在资料库中选取925、850、700和500百帕图一套，分析图中槽线、空中锋区、冷暖平流区域并对比不同图上冷暖平流配置标明大气不稳定区域，根据槽线位置配置、冷暖平流情况和地转涡度及其热成风涡度情况说明未来系统发展状况。

4）综合分析：

就上面分析情况结合天气学理论说明，为什么会有当时的天气现象分布，并预测6小时内天气区分布的式样和天气变化的趋势。

面云带、锋面气旋、高压、冷涡、中尺度云团、飑线、热带风暴（台风）、副热带高压带、热带辐合带等天气系统。

3.3.4对于3.3.2和3.3.3中的标注说明识别理由。

四、雷达设备识别及其图像分析

例举出当前民航所有使用雷达类型，根据资料库中雷达图像识别出雷达所属类别（相干和非相干），例举民航雷达图像类别并根据雷达图像分析出对流云、层状云、风切变等图像特征。

专门用于大气探测的雷达。

属于主动式微波大气遥感设备。

与无线电探空仪配套使用的高空风测风雷达，只是一种对位移气球定位的专门设备，一般不算作此类雷达。

气象雷达是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。

常规雷达装置大体上由定向天线、发射机、接收机、天线控制器、显示器和照相装置、电子计算机和图象传输等部分组成。

气象雷达使用的无线电波长范围很宽，从1厘米到1000厘米。

它们常被划分成不同的波段,以表示雷达的主要功能。

气象雷达常用的1、3、5、10和20厘米波长各对应于K波段（波长0.75～2.4厘米）、X波段（波长2.4～3.75厘米）、C波段（波长3.75～7.5厘米）、S波段（波长7.5～15厘米）和L波段（波长15～30厘米）。

雷达探测大气目标的性能和其工作波长密切有关。

把云雨粒子对无线电波的散射和吸收结合起来考虑，各种波段只有一定的适用范围。

常用K波段雷达探测各种不产生降水的云，用X、C和S波段雷达探测降水,其中S波段最适用于探测暴雨和冰雹，用高灵敏度的超高频和甚高频雷达可以探测对流层－平流层-中层的晴空流场。

目前我国使用的最多的雷达是713、714雷达及多普勒雷达。

雷达定向发射的电磁波柞大气中以近似光速直线传描，当遇到日标物时，就有一部分电磁波能量被反射回来，这样，根据发射电磁波到接收到回波信号的时间及电磁波的传播速度，可以汁算山出目标物与雷达之间的距离：

雷达天线所在方位角即为日标物所在的方位。

气象雷达探测的目杯物是云、雨、雪和冰雹等降水质点群，接收机所接收的回波信号是被电磁波照射的质点群后向散射的能量合成，这部分能量与被照射体积内的所有质点直径的6次方总和成止比，可见质点越大，质点数越多，回波就越强，其中降水粒子的大小址是决定回波强弱的主要因素。

因此，对非降水云系、雾等只含有微小水滴的情形，气象雷达的探测效果并不够理想。

气象雷达的作用

目前气象雷达是最主要的气象探测设备之一，尤其在临近预报和帮助飞行人员绕飞雷雨方面发挥着十分重要的作用。

多普勒技术在气象雷达方面的应用使得气象雷达在探测功能方面有了实质性的进展。

与常规气象雷达相比，多昔勒气象雷达不仅能够探测回波强度，同时还可以探测到有关风场的资料，两种资料的配合使用，可以帮助预报人员更好地分析天气系统的内部结构及发展趋势，可以监测飓风、龙卷等灾害性天气，能够识别危及航空安全的低空风切变等。

机场气象雷达分布情况简介

中国民航目前共有气象雷达近70部，其中进口多普勒气象雷达8部，分布在主要的国际机场；713系列C波段气象雷达17部，714系列C波段气象雷达13部，还有2部716型C波段气象雷达和1部712型C波段气象雷达，这些雷达主要分布在中等规模以上的机场；另外，迹有711系列X波段气象雷达26部．主要分布在中小规模的机场。

从探测性能上讲，进口多普勒雷达能够同时探测云体的回波强度和径向速度，其探测精度更高，软件功能更强，产品比较丰富；日前民航已经安装的国产常规气象雷达（包括C波段和X波段）只能探测回波强度。

C波段与X波段气象雷达相比，C波段气象雷达在探测精度和探测范围上都有优势。

实时产品：

雷达在天线扫描的同时即可显示的产品称实时产品。

二次产品：

雷达通过多个仰角的探测得到一整套立体扫描数据，井通过填补数据等复杂的计算和处理而得㈩的用户所需要的各种产品，称为二次产品。

目前，民航只有一部分气象雷达具有生成二次产品的功能。

数据类型：

对于多普勒雷达目前有三种数据类型，即强度（又称反射率）、速度和谱宽。

但由于目前大多数机场使的还是常规雷达，而且速度产品的识别需要较强的气象专业知识，所以目前传输给管制人员和飞行人员的主要是强度产品。

产品类型：

常见的包括PPI、RHI、XSEC、CAPPI、TOPS、MAX

4.1实践目的：

根据非相干波雷达中PPI和RHI图识别积雨云的强度范围、垂直特征，分析层状云范围和强度。

识别多普勒雷达图的风场图特征。

识别全国雷达拼图上积雨云系和锋面、飑线、中尺度云团、热带风暴等天气系统的范围、强度特征，为飞行安全航路的选择提供依据。

4.2实践资料：

PPI、RHI图片、多普勒图片、全国雷达拼图图片。

4.3实践步骤和方法：

4.3.1在互联网上打开国家气象局中央气象台网站，网址：

中找出不同省市气象网站和雷达图。

4.3.2在PPI和RHI图中识别积雨云顶高、底高、厚度等信息。

4.3.3在多普勒雷达图上识别风场特征和风切变特征，根据风场特征识别出天气系统情况、风切变情况。

4.3.4天气系统识别：

在全国雷达拼图中识别出积雨云区、中尺度云团区、飑线区域、锋面云系、热带风暴云系。

在以上各种识别中给出识别理由。

五、非相干波雷达图像分析（714气象雷达图像）——典型云和降水特征分析

5.1雷达图像的典型云和降水特征分析实践内容：

气象雷达是最主要的气象探测设备之一，可提供飞机前方气象情况的准确和连续的图像并以距离和方位的形式显示出来，为飞机改变航道、避开颠簸区域和飞行安全提供保障。

气象雷达分为：

天气雷达（测雨雷达）、测云雷达、多普勒气象雷达、机载气象雷达等。

民航中使用的714SDN天气雷达是非相干波雷达，能探测200～400千米范围内的降水和积雨云等目标，测定其垂直和水平分布、强度、移动方向和速度、发展演变趋势、发现和跟踪天气图上不易反映出来的中小尺度天气系统。

不同性质的云和降水的回波特征不同。

云回波的主要特征：

强度弱、底部不及地。

其中层（波）状云在平显上的回波是薄膜状或小片状，强度很弱，边缘不整齐，在高显上，顶部平坦，底部不及地，有时能观测到雨幡；对流云的回波在平显上呈分散、孤立的小块状，尺度很小，在高显上呈两头尖的米粒状或上大下小的倒梨状。

降水的回波特征：

层（波）状云降水回波在平显上降水回波范围较大，显绿色，呈比较均匀的片状，边缘模糊，高显上回波高度不高，顶部较平坦，常可见回波内部有一条与地面近似平行的0℃层亮带；对流云降水回波在平显上回波呈块状、尺度较小，内部结构密实，边缘清晰，黄色和红色的区域呈块状或点状分散在蓝色和绿色的区域中，在高显上，回波呈柱状，发展强烈的单体回波顶常呈砧状或花菜状，高度较高。

雹云回波在平显上表现为强度大，边缘分明的块状回波。

有时出现“V”形无回波缺口、指状或钩状回波，在高显上，回波柱粗大、高耸、陡直、顶部呈花椰菜状或砧状，在雹云内部上升气流的部位，呈现弱回波穹隆。

714气象雷达图象实践内容：

从给定的雷达图像中挑出714气象雷达图象（非相干波雷达图像），并分析该类雷达图像中典型云（层状云、对流云）和降水的回