浅谈能见度与跑道视程对飞行的影响.docx

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浅谈能见度与跑道视程对飞行的影响

学生：

张晓胜指导老师：

王永忠

摘要：

本文就能见度及其影响的因子，能见度的观测及飞行能见度的特点，跑道视程的探测系统，与大气透明度的换算以及使用时要注意的事项、记录等的一些方法进行探讨。

并探讨在低能见度天气的条件下空中管制的一些方法。

关键词：

能见度；跑道视程；飞行；大气透明度；跑道

TheInfluenceofVisibilityandRunwayVisibilityRangeinFlight

Student:

ZhangXiaoshengTutor:

WangYongzhong

Abstract:

Thispaperdiscussedvisibilityanditsaffectfactors,ProbesystemofRVRconversionofTransparcncysomenoticeandmethodofthem.Especiallydiscussedsomecontrolmethodinlowvisibility.

Keywords:

Visibility;RunwayVisibilityRange;Flight;Transparcncy;Runway

引言

低能见度天气是危及飞行的危险天气之一，能见度反映飞行员的视程大小，决定着飞机能否正常起飞和着陆，它是保障飞行安全的主要气象要素之一。

安全，航空的首要任务。

低能见度是影响航空安全的主要因素。

跑道视程（RVR）是能见度在机场这个特定范围内应用的扩展和演化，从飞行事故来看，低能见度是造成飞行事故、影响飞行不正常的主要因素，几乎50%是发生在低能见度的天气情况下。

2003年的5月12和13号舟山机场连续两天出现垂直能见度只有60米，水平能见度不到100米的低能见度天气，使得这两天的所有航班都备降宁波机场或取消，北京首都机场于1993年11月14~15日连续两天大雾，共取消航班183个，据估计，这两天航空公司直接损失达300万元人民币；1994年2月17~18日持续的大雾，取消航班33个，备降其他机场27架，延误航班399架，造成直接经济损失140万元；南宁机场于1996年12月4日出现的大雾，使当天26个航班中延误14个，取消10个，仅有2个航班正常；1993年10月26日在福州发生MD82/2103飞行一等事故，当时的气象能见度4公里，云高少量360米，满天900米。

，但距跑道1.7海里，高度170米时，仍看不到跑道，直至下降到95米时机组才看清跑道，当进入跑道1983米时才接地，最后冲出跑道。

为航空安全的保障是每个航空部门的主要任务，因此低能见度始终是航空气象工作的重点。

跑道视程的探测设备是Ⅱ类和Ⅲ机场的必备设备，是在机场低能见度运行的情况下，准确的将所探测到的跑道视程数值实时的传送给机场控制台、气象以及飞行等直接于飞行安全有关的单位。

为飞机在低能见条件下安全起降、提高机场的运行能力提供直接可靠的保障。

解决低能见度给空中交通管制工作带来的被动性，确保空中交通顺畅和飞行安全，是各空官部门必须面对的现实问题。

1能见度及其影响因子

能见度通常用目标能见的最大距离来表示。

尽管现代化机场和大型喷气式运输机配备有先进的导航、着陆设备，但能见度对飞行活动的限制仍不可低估。

实际目标物的能见与否，决定于光照条件、目标物与背景的光学特性及相对于光源的方向与位置，观测者与目标物之间的大气的光学性质以及观测者的视觉生理机能。

目标的能见，常指在白天能辨认目标物的形体轮廓，在夜间能辨别目标灯的发光点。

凡是看不清目标物轮廓，分不清是什么目标物，或者目标灯发光点模糊、灯光散乱等，都不能作为“能见”。

从气象学考虑，把能见度作为气象要素，主要目的在于比较大气环境的光学性质。

为此必须在观测能见度时尽量限定其他的影响能见度的因子。

所以水平气象能见度定义为：

白天，正常人的视力在地平线附近的天空背景下，能见到合适的黑色目标物的最大水平距离，常以Lm表示，单位为m或km。

目标物能见与否，既取决于目标本身的亮度，又与它同背景亮度的差异有关，表这种差异的指标是亮度对比C，可定义为

（1）

其中β表示目标物固有亮度，

ß0为背景固有亮度。

一般0≤C≤1。

若β=ß0，则无亮度差异，为此无法从背景上辨认目标物。

若β=0，即目标物为黑体，C=1，目标物清晰可见。

这就是气象能见度选择黑色目标物的原因。

目标物的色彩不同虽然也能影响能见与否，但色彩的感觉只能在一定光照下才产生，而且在远距离条件下，往往仅能分辨出明暗，不易分辨颜色，故一般不计色彩对比。

白天，正常人的视力只有当C≥ε时，才能辨认目标物。

这一起始亮度对比阀值ε，称为人类眼睛的对比视感阀。

Ε的值与照明及目标物的视张角有关。

目标物的视张角θ的计算式为

（2）

式中α、β分别为视角高度和视角宽度，a、b分别为目标物的高度和宽度（m），L为目标物离观测者的水平距离（km）。

白天ε的值变化不大，黄昏时迅速增大，所以气象能见度规定为白天的光照条件。

实验表明θ越小，ε就越大，只有当视高度角小于5°，视宽度角大于等于0.5°时，ε的值才趋于稳定，故气象能见度所规定的目标物的尺度应满足上述视张角的要求。

大气透明度是影响能见度的主要因子，也是气象能见度观测的主要目的。

大气中的空气分子及气溶胶质粒，通过对光的散射和吸收作用，使目标物固有亮度减弱，同时目标物与观测者之间的水平空气层本身具有一定的散射光，必将与目标物和背景的亮度叠加在一起，从而直接影响气象能见度的大小。

在上述有关气象能见度的规定条件下，实际上水平气象能见度就是近地面水平方面的大气透明度的一种定量表示。

空中能见度是指飞行中从飞机上观测到从周围背景上分辨出的具体目标物的最大距离

图1空中能见度

距离按飞行中观测方向不同，空中能见度可分为空中水平能见度、空中垂直能见度和空中倾斜能见度。

后者还包括着陆能见度（倾斜能见度小）。

如图1所示。

着陆能见度是飞机下滑着陆时，飞行员能看清跑道近端的最大距离，它对飞行安全着陆非常重要。

空中能见度决定于大气透射性质、驾驶舱的视野和观测条件。

其中飞行速度、座舱玻璃对目标物的辨认均有影响，因此能见度偏小。

同时背景情况比较复杂，尤其是观测地面目标时，背景常为不同颜色、不同亮度的地表面，使能见距离随背景不同有很大差异，其中对那些发射光较强的目标，例如河流、湖泊和水库等就容易分辨。

由于飞机高速运动，观测者相对于云、雾等视程障碍天气现象的位置多变，而且不同方向的视线所穿过的大气层的透射特征变化也较大，使实际观测的能见距离时大时小。

低层有雾或轻雾是，在机场上空的垂直能见度甚好，但当飞机开始下滑时进入雾层时，因视线通过雾层的距离较长而使能见度恶化。

在有低云时垂直能见度很差，一旦穿过云层在云下能见度迅速好转，这时关键取决于低云底的高度。

有层云、啐层云等出现时，云下倾斜能见度（

）和水平气象能见度（

）的关系可写成：

（3）

K为系数，其值在0.2～1.0之间，云越低，K值越小，当云高为100～200m时，K为0.4～0.7。

当云高>200m，K趋于1.0。

塔台的飞行指挥员和气象预报员千万不要以为地面能看到飞机，飞机也一定能看到跑道。

实用中，可根据图表由白天地面气象能见度，查算着陆能见度

飞机着陆时，高度以很低，飞行员从机舱观测跑道的视线已接近水平方向（下滑角一般只有2°～3°），此时大气透射特征与气象能见度相当，但因跑道与周围地表面之间的亮度对比，一般不及气象能见度的亮度对比那么大，所以着陆能见度一般都比气象能见度小。

表1列举了昼间观测混凝土跑道时着陆能见度的系数。

从表

（1）中可见，着陆能见度距离一般仅及气象能见度的50%左右。

飞机目视道面可产生偏离，此偏离由印象高度或感觉高度造成。

相对宽的偏低，窄的跑道会误判偏高；亮度不同的道面，在混凝土道面上易误高为低，再沥青道面上会误低为高；昼间能见度好，晴天易误高为低，在夜间能见度差，雨天会误低为高。

根据郑州机场的资料统计，着陆能见度有时也可比气象能见度稍好些，两者之间的差异，主要同近地面层有无逆温层及逆温层强度和逆温层中的温度、露点差有关。

当近地面无逆温层或逆温层较浅或虽有较强逆温，但逆温层中的温度、露点差较大时，若气象能见度大于6km，则飞机报告的着陆能见度一般也大于6km。

若气象能见度小于6km，着陆能见度一般比气象能见度要好。

逆温较强且逆温层中的温度、露点差较小时，则着陆能见度一般比气象能见度差。

表1着陆能见度系数

混凝土跑道和机场地表面状态

能见度系数

座舱玻璃干洁

座舱玻璃潮湿

跑道干燥，机场覆盖黄绿或黄棕色草

0.55

0.45

跑道干燥，机场覆盖鲜绿色草

0.65

0.50

跑道潮湿，机场覆盖多种颜色的草

0.50

0.35

跑道面部分地段和周围背景覆盖雪

0.45

0.35

2能见度的观测

观测能见度必须在视野开阔，能看到所有目标物的固定地点进行。

为了能迅速、正确地测定能见度，观测员必须熟记目标物（灯）的方位和距离经常研究和总结本地能见度在不同季节、不同时间和不同天气条件下的变化规律，熟练掌握白天、夜间和晨昏时刻能见度观测方法，不断提高观测水平。

2.1白天能见度的观测

白天的能见度主要由目标物与背景的亮度对比来决定。

2.1.1观测方向上有目标物

（1）可根据该方向不同距离上目标物的能见情况测定能见度。

如果某一目标物刚好能见，而再远一些的就看不清时，则刚好能见的目标物的距离，就是该方向的能见度。

（2）如果某一目标物的轮廓清晰，但没有更远的或看不到更远的目标物时，可参考下述办法：

✧目标物的颜色、细小部分（远处房屋的门窗、村庄的单个树木等）清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的五倍以上；

✧目标物的颜色、细小部分隐约可辨时，能见度可定为该目标物距离的两倍半到五倍；

✧目标物的颜色、细小部分很难分辨时，能见度可定为大于该目标物的距离，但不应超过两倍半。

2.1.2观测方向上无目标物

✧观测时可参考比较有目标物方向上的空气浑浊程度和天地线清晰程度，根据差别，参照有目标物方向的能见距离来判定该方向的能见度。

✧靠近海（湖）岸的台站，其向海（湖）方向的能见度，可根据水天线的清晰程度参照表3来判定

2.2夜间能见度的观测

夜间由于光照不足，最好根据目标灯的能见情况来测定能见度。

为了准确测定夜间能见度，值班观测员必须十分注意傍晚前的能见度情况及其入夜后的变化，观测前应先在暗处停留至少5分钟，待眼睛适应环境后再进行观测。

表3海面能见度参照表

水天线清晰程度

能见度（千米）

眼高出海面≤7米时

眼高出海面>7米时

十分清晰

≥50

清楚

20-50

≥50

勉强看清

10-20

20-50

隐约可辨

4-10

10-20

完全看不清

<10

2.2.1观测方向上有目标灯

应根据该方向不同距离上目标灯的能见情况进行判定。

如果某一目标灯刚好能见，则该目标灯的距离，经过灯光强度订正，就是该方向的能见度；如果某一目标灯非常清晰，但是没有更远的或看不到更远的目标灯，则该方向的能见度可定为大于该目标灯的距离，具体数值可结合经验判定。

2.2.2观测方向上无目标灯

应该观察比较该方向和有目标灯方向上的天地线和天边星光的清晰程度，根据其差别情况，参照有目标灯方向的能见距离，判定该方向的能见距离。

如果其它方向也无目标灯，可参照以下经验来判定：

✧在月光较明亮的情况下，可根据目标物的能见情况来判定。

由于光照条件差，不可能象白天那样清楚地看到目标物的形体、轮廓。

因此，只要能隐约地分辨出比较高大的目标物的轮廓，该目标物的距离就定为能见距离。

如能清楚分辨时，能见度可定为大于该目标物的距离。

✧在月光暗淡或无月光的情况下，可根据傍晚测得的能见度和天黑后连续观测的结果，并结合天气现象、湿度、风等气象要素的变化情况以及观测经验等分析能见度是增大还是减小，从而判定当时的能见度。

傍晚时，如果没有出现影响能见度的天气现象，或者天气现象在强度上没有明显变化，则可以判定天黑后能见度大致和傍晚相同。

如果出现了影响能见度的天气现象及其强度不断增强时，能见度将相应减小；反之，影响能见度的天气现象减弱或消失时，能见度将响应增大。

湿度和风等气象要素的变化，对能见度的变化也有影响，在判定能见度时，可结合它们的变化情况来考虑。

通常，在风速较小且湿度不断增大时，能见度将相应变差；反之，当湿度明显减小时，能见度将相应增大。

当地表干燥而风速增大时，尘土易被风吹起，使空气浑浊，能见度将相应减小；反之，风速减小时，能见度将相应增大。

靠近城市工矿区的机场，应特别注意风向的变化，当处于下风方向时，常因工矿区吹烟的影响而使能见度很快变坏。

2.3黄昏拂晓时能见度的观测

黄昏拂晓时观测能见度，除根据白天和黑夜能见度的观测方法外，还可参照一些空中征候。

（1）黄昏拂晓观测不发光的目标时，即使大气透明度很好，它们的能见度距离也会受到很大限制，这主要是因为视野范围内景物的亮度大大减弱的缘故。

因此，用白天目标物来观测能见度时就应充分考虑这一点，不能一律看待。

（2）黄昏拂晓用目标灯来测定能见度时，如果大气透明度和目标灯的距离没变，则能见距离比明夜要小一些，比暗夜则更小。

（3）日出前，天空呈浅蓝色，表示能见度好：

若东方的天空呈红色，表示水气凝结物较多，能见度较差。

若天边浑浊不清，表示空中有烟尘，能见度较恶劣。

（4）各台、站还可参照本地日出落的颜色来判定。

2.4空中能见度的观测

飞行员在空中判断能见度的好坏，常利用天地线和地标的清晰程度，以便判定飞机位置和飞行方向，进行地标导航。

天地线和地标越清晰，空中能见度越好。

表2各种地标的能见度

飞行高度（m）

地标

500～1000

3000～5000

7000～9000

大中城市

小城镇

大河流

小河流

铁路

公路

大路

湖泊

机场（混凝土）

20～30

10～15

15～20

8～10

5～15

10～15

5～10

20～30

15～20

50～70

40～50

40～60

30～40

20～30

30～40

15～20

40～60

100～120

60～70

80～100

40～50

30～40

40～50

80～100

70～80

在同一天气条件下，从不同高度上观测各种地标的能见度距离是不同的，在能见度较好时，从不同高度观测各种地表的能见度距离如表

（2）所示。

表明了在多数情况下，飞行能见度通常比气象能见度小，有时相差很大。

以着陆能见度为例，飞机准备着陆时，飞行高度已很低，从飞机上观测跑道时的视线已接近水平方向，但由于跑道与周围地表之间的亮度对比，一般都比气象能见度对比小，所以着陆能见度一般都比气象能见度小。

在飞机座舱玻璃干燥的情况下，干的混凝土跑道四周是黄绿色草地时，着陆能见度只相当于气象能见度的55％。

当天空有云（云量3～4/10）及气象能见度小于10km时，在6500m高度上，各种地标的能见距离比良好天气条件下要减小1/3～1/2。

若空中有浮尘或烟幕等使能见度变差时，空中识别地标的能见距离还要大大缩短。

3飞行能见度的特点

飞行能见度（又叫空中能见度）是指飞行员在空中透过座舱玻璃所能看清的目标物达到的最大距离。

它可以是水平方向的，也可以是垂直方向或倾斜方向的。

在空中，飞行员报告的能见度一般是倾斜能见度。

倾斜能见度，是飞行员目视飞行时在座舱中能看到的地面最远目标距离。

测量这一能见度的方法，一般是直接从地图上量取飞机至地面最远目标物的距离；还可以用从观测点飞到目标物上空的时间，乘以地速求得。

空中能见度的好坏，主要决定于大气透明度以及目标和背景的亮度差异两个方面。

由于空中能见度是飞行员在飞行中的飞机上观测的，因此，它具有不同于地面能见度的特点。

这些特点主要由以下几条构成。

3.1气层的透明度多变

由于飞机在不断运动，所经地区的大气透明度变化很大，因此飞行员视线所穿过的气层透明度也不断变化。

如图2所示，在A点观测时，水平和垂直方向的透明度都较好，只有倾斜方向的透明度不好；在B点观测时，水平方向的透明度不好，但倾斜和垂直方向的透明度都比较好；在C点观测时，则水平、倾斜、垂直方向的透明度都不好。

图2空中能见度随观测点的变化

图3垂直能见度和倾斜能见度的不同

例如，一架飞机要在被浅薄的雾掩盖的机场着陆（见图3），当飞机降落前通过A点时，飞行员垂直向下可以看到跑道。

但当飞到B点下滑时，由于视线穿过的雾层的倾斜距离长，能见度比在A点坏得多，甚至看不见跑道，因此在实际工作中，必须注意不能以垂直能见度代替倾斜能见度，不要以为自己能在A点下方处看到飞机，而在B点的飞机也能看到自己。

3.2降水沾附座舱玻璃影响观测

降水对空中观测能见度有很大影响。

因为飞行速度大，单位时间内座舱玻璃上碰到的降水物多，尤其是大阵雨和雨夹雪能形成强烈的水流，阻碍飞行员的视线，这是地面观测时所没有的。

因此在降水条件相同时，飞行能见度总比气象能见度小。

此外，玻璃对光线也有一定影响。

3.3目标物的轮廓、视角多变

在地面观测时，人与目标物是相对静止的，人们有足够的时间去识别它。

空中观测不同，飞行员相对于目标的距离和位置不断变化，因此飞行员观测到的目标物的轮廓、视角也时刻在变化。

飞行速度越大，这种变化越迅速，尤以低空大速度飞行时最为显著。

3.4目标物的背景多变

地面观测能见度的目标物大多是以天空为背景。

这种背景亮度的变化一般较小，所以目标物与背景的亮度对比的变化也较小。

在飞行中观测则大不相同，其目标物的背景可能是天空，也可能是不同颜色和不同亮度的地表面。

因此，同一目标的能见距离因背景不同而有很大差异。

4跑道视程

4.1跑道视程的定义

跑道视程（runwayvisualrange），简称RVR，其定义为：

在跑道中线，航空器上的飞行员能看到跑道面上的标志或跑道边界灯或中线灯的距离。

这里所说的航空器上的飞行员所处的高度可以认为大约5米；所谓标志是指为了表示跑道中心线或接地线用白漆在跑道表面画出的标志。

一般来说，RVR是指从飞机的接地地点看到的能见距离。

但在实际上是不可能到跑道中间去观测的，这就必须取一个能代替接地地点的位置，使测量出的能见距离尽可能和接地地点测量的一致。

国际民航组织建议这个位置“应是在离跑道中线一侧不超过120米处。

代表接地地带的观测，其观测位置应沿跑道，离入口处约300米；代表跑道中间地段和较远地段的观测位置，应位于沿跑道入口约1000米到1500米，但要离跑道另一端300米。

决定这些点和必要是增加的点的确切位置时，应考虑航空的、气象的和气候的因素后，例如长跑道、沼泽地和其它有利于雾形成的区域，再予决定。

”

4.2测量跑道视程的基本原理

光在大气中传播时，受到空气分子、大气中水气以及烟、尘等悬浮粒子散射、吸收而衰弱，由于吸收和散射相比一般比较小，可以忽略不记。

所以，大气的衰减系数和散射系数可以看作相等。

因此，只要设法求出光在传递过程中的散射系数即可求出光的衰减系数（或称消光系数）进而换算出跑道视程或能见度。

由于能见度的好坏主要取决于大气透明度，因此，只要测量出大气透明度。

也可换算出跑道视程。

目前，我国使用的主要是透明度测量仪，分为三个部分。

一般都是将投光器、受光器设在跑道附近，记录部分则放在观测室内。

投光部分为一带有聚光反射镜的白炽灯，以一定光强的窄光束射向受光器，中心光强为数十万堪德拉（cd）

受光部分由光学系统、光电转换器、放大器组成。

从投光器射来的光线进入光学系统，而太阳以及其它有害的光线则被遮住。

经过光学系统的光，由光电转换部分的光电管产生与入射光束相应的电流。

将此电流加在继电器的放电管上，变成与输入成正比的脉冲重复频率送到记录部分。

这种透明度仪是调整到当透明度100%，每分钟可产生4000个脉冲时的位置为基准制的。

记录部分接受来自受光器的脉冲信号并将其放大，然后送入闸流管。

闸流管产生与脉冲重复频率成正比的电流，由刻有透明度（%）的电流表指示透明度，并将其记录下来。

记录与投光、受光部分可用有线或无线联结起来，除了传送信号外，也做为电源控制电路，在能见度良好时使透明度仪停止工作。

图5基线长为50米、75米和150米时的透明度与RVR的关系

透明度的测定精度为±0．05％±（透明度xo．03）左右，这是由测量本身的精度与修正精度来决定的。

修正应在能见度良好（大于10千米）时，用目测能见度调整受光器透镜的光圈，使仪器的指示与目测的一致。

RVR的测定误差除了透明度的测定误差外，与基线长L有密切关系。

图5[1]光源皆为100，00cd，实线为夜间，点线为白天。

L=150米、75米、50米时透明度与RVR的关系。

曲线的斜率比较陡的地方观测精度较高。

一般说，安置RVR时应按照相应跑道的最低能见度标准附近的数值进行准确的测量，从而确定基线长L。

当L=150米时，测量800米附近的RVR精度最佳，当L=75米时，测量300米附近的RVR精度最佳，当L=50米时，测量200米附近的RVR精度最佳。

4.3大气透明度与RVR换算表

计算跑道视程的一般公式是：

当看到跑道标志时

（4）

当看到跑道灯光时

（5）

表4大气透明度与跑道视程换算表（基线长152.4米）

昼

夜

〈300

21.83*

11.89

56.3

1.09

0.48

0.24

300

27.13

17.77

9.71

2.39

1.18

0.64

350

31.93

24.41

14.39

4.22

2.28

1.34

400

36.25

30.92

19.34

6.50

3.77

2.35

500

43.60

42.78*

29.14

11.91

7.64

5.20

600

49.54

38.09

17.91

12.28

8.87

700

54.40

45.92

23.87

17.21

12.99

800

60.21

55.61

32.24

24.55

19.41

900

63.34

60.89

37.28

29.17

23.62

1000

66.03

65.41

41.87

33.50

27.65

1100

68.35

68.35*

46.03

37.52

31.46

1200

70.38

49.79

41.23

35.04

1300

72.17

53.18

44.63

38.38

1400

75.17

59.03

50.64

44.38

1600

77.59

63.85

55.72

49.55

1800

79.59

67.86

60.03

54.01

2000

80.46

69.62

61.94

56.01

式中R为跑道视程，T为大气透明度，L为基线长度，I为跑道灯光强度，常分为3，4，5三个级别，所对应的灯光强度为500，2500，10000坎德拉（cd）。

ε为对比感阈，取0．05。

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