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民用航空概论
1.8.2 第二节 天气类型

第二节 天气类型

一、云

作上升运动的空气上升到足够高度时,其中的水汽会由于冷却而凝结或凝华在凝结核(如灰尘、盐粒或燃烧物产生的颗粒)上而形成云。云与飞行关系密切,有的云能给飞行带来困难和危险,有的云则能被利用作低气象训练飞行。

云的分类通常依据云底高和云的外形特征进行划分。按云底高可以把云分为低云、中云和高云;按云的外形特征可以把云分为层状云、波状云和积状云。如果将云底高和外形特征结合起来就可以将云分为如表7-1所列的3族10层29类。

表7-1 云的分类表

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1.云的类型

1)积状云

对流形成的云统称为积状云。淡积云是由于对流发展初期强度较弱而形成的。淡积云的外貌特征是个体小、孤立分散、底部平坦、顶部呈圆弧突起,这与对流的特征相吻合。晴朗的天空中出现的稀疏的淡积云称为晴天积云,说明存在一层薄薄的不稳定气层。

浓积云与淡积云相似,只是垂直发展更旺盛。云顶呈花椰菜状凸起,云的色调在顶部一般为明亮的白色,底部为灰色。云块高大的浓积云其厚度可达4 000~5 000米,浓积云常常发展成雷暴。

积雨云形成在极不稳定的空气中,垂直对流发展强烈,云体巨大。强烈发展的对流可使云顶向上伸展到很高的高空,其厚度可达5 000~14 000米,有时由于高空强风的作用,会使云顶向下风方向倒伏,状如飞扬的马鬃,形成鬃状云顶(鬃状积雨云);有时云顶向上急剧伸展至对流层顶附近,受到阻挡而向周围平展开,形成砧状云顶(砧状积雨云)。积雨云通常称之为雷暴云,许多危害飞行的天气与积雨云有关。积状云的云高(云底距地面的高度)一般都在2 000米以下,称为低云。

2)层状云

层状云是由空气的系统性上升运动形成的。云内气流平稳,几乎没有乱流。层状云的共同特点是范围广阔、结构均匀呈幕状。系统性垂直运动可分别出现在各个不同的高度上,形成不同的层状云。

形成于低空(云高在2 000米以下)的层状云一般云体较厚,水分含量大,颜色阴暗,常伴有阴雨天气,称为雨层云。形成于中空(云高在2 000~6 000米)的层状云,云体一般要薄一些,颜色比较明亮,呈灰色到灰白色,有时伴有降水,称为高层云。形成于高空(6 000米以上)的层状云是层状云中最薄的,呈白色,有时很透明,对飞行影响较小。这类层状云基本上由冰晶构成,由于冰晶对阳光的折射和散射,有时云体看上去呈纤维结构,其称为卷云,云体均匀分布呈幕状的称为卷层云。透过卷层云看太阳或月亮,有时能看到其周围由云层折射出的光环,即日晕和月晕。

3)波状云

波状云是指由大气波动或大气乱流形成的云。大气波动和大气乱流中都包含有上升运动,再加上足够的水汽,就能形成云。

大气波动可出现在不同的高度上,由于波动的特点,在波峰处形成云。在波谷处云很少或没有云,这样云层看起来就像起伏的波浪,由云块、云片或云条组成。当波动出现在低空时,形成的波状云由于距地面较近,在地面观测看,云块显得大而松散,呈灰色,这类波状云成为层积云。当中空出现大气波动时,形成的波状云叫高积云。由于出现高度比层积云高,空气中水汽含量一般要少些,云体相对要薄一些。从地面上看,构成高积云的云块、云条或云片呈灰白色,显得光滑,体积较小。大气波动出现在高空时,形成的波状云从地面看是由白色鳞片状的小云块组成,像微风吹过水面泛起的涟漪,这种波状云称为卷积云。

由大气乱流形成的云也属于波状云。当低空逆温层下有较强的乱流发展时,由于乱流混合作用,使混合层上部水汽增多,同时乱流上升运动引起空气温度下降,从而在逆温层下形成层云。层云高度很低,也可由乱流将雾抬升而形成,从云下看仍然像雾,外形呈幕状像层积云,但从其形成原因来看,属于波状云。由于乱流强度的不同,层云云顶可以是平坦的,也可呈波浪状起伏。通常乱流较强时,层云云顶起伏不平,云底高度较高,云下能见度较好;而乱流较弱时,层云云顶平坦,云底高度较低,云下能见度差。层云消散时,分裂形成碎层云。碎层云云体薄而破碎,形状极不规则,从地面看移动较快。当有降水云层存在时,降水使云下空气湿度增加,如有乱流发展形成上升运动,则可在降水云层下形成破碎的云块、云片,这种云形状极不规则,随风漂移,且云高很低,成为碎雨云。

2.云对飞行的影响

云对飞行的影响是多方面的,它与云内气流结构、云滴的动态、云中含水量的大小等有密切关系,归纳起来主要有以下几个方面:

1)云中能见度低,影响目视飞行

飞机在中、低云中飞行时,由于能见度很差,无法看到地标、天地线和障碍物,只能靠仪表来保持飞行高度、航向和飞机姿态。云中飞行可能出现偏航或盲目下降高度,造成飞机撞山,甚至可能造成飞机迷航或其他飞行事故。云滴的物态、大小、浓度、云的含水量都直接关系到云中能见度的恶劣程度;云底过低时对飞机的着陆将造成不利影响,甚至导致飞行事故。

2)云中飞行有时遇到颠簸

由于云是上升气流、乱流和波动使湿空气冷却达到过饱和的产物,飞机在云中或云层附近飞行时,由于气流对流旺盛,飞机将受到气流的影响,造成颠簸。有颠簸时,飞机的各部分结构都要经受忽大忽小的力,如果超过飞机的最大承受力,则飞机的某些部件可能变形甚至损坏。强烈的颠簸可使飞机在瞬间上升或下降数十米甚至数百米,并使飞机左右摇摆,使飞机上的仪表指示不准确,容易造成不良后果。

3)云中飞行容易产生积冰

云滴的物态与云中温度有直接关系。当云体温度大于0℃时,云由水滴组成;云体温度在-15~0℃之间时,云滴大多为冷水滴,少数为冰晶;云体温度在-30~-15℃之间时,云滴由过冷水滴和冰晶共同组成;云体温度低于-30℃时,云滴多为冰晶。云中飞机积冰强弱主要取决于云滴的物态。一般而言,过冷水滴含量越多、体积越大的云中,飞机积冰越强。如果机体表面温度低于0℃,云中的过冷水滴就会在飞机表面冻结并聚积起来,形成飞机积冰。飞机积冰后,影响飞机性能,给操纵飞机带来困难,严重积冰时,若除冰不及时还可能导致发动机停车和飞机推力减小,表7-2为积冰强度对飞行的影响。

表7-2 积冰强度对飞行的影响

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4)云中飞行容易产生飞行错觉

飞机在云中飞行时,因看不到天地线,容易将较亮的方向当作天顶,将较暗的方向当作地面,这样,在云的下部飞行时,就会误认为飞机在倒飞;当云中明暗不均匀或在云的边缘部分飞行时,会误认为飞机有俯仰或左右倾斜。飞行员如果处置不当,容易造成飞行事故。

5)低云会影响飞机着陆

低云是危及飞行安全的危险天气之一。在低云遮蔽机场的情况下着陆,如果飞机出云后离地面高度很低,且又未对准跑道,往往来不及修正,容易造成复飞。有时,由于指挥或操作不当,还可能导致飞行事故。

二、气团

飞行中经常会遇到,有时在很大区域里气象条件变化不大,但有时在很狭窄的范围内,气象条件却有显著变化,这就是气团和锋的影响。

气团是指在水平方向上温度、湿度、稳定度相近而且均匀的大块空气,它的水平尺度可达几千公里。当空气静止或基本静止于某地达几天或更长时,常形成气团。这时气团的温度、湿度特性取决于它下面的地表特性。

1.气团分类

分析气团特点、分布及移动规律,就必须对气团分类。分类的方法大多采用地理分类法与热力分类法两种。

1)热力分类法

气团按其热力特性可分为冷气团与暖气团两大类。凡是气团温度低于流经地区下垫面温度的,叫冷气团;相反,凡是气团温度高于流经地区下垫面温度的,叫暖气团。这里所谓冷、暖均是比较而言,温度低到多少度才是冷气团,温度高到多少度才是暖气团,则没有绝对的数量界限。一般形成在冷源地的气团是冷气团,形成在暖源地的气团是暖气团。两气团相遇,温度低的是冷气团,温度高的是暖气团。

2)地理分类法

根据气团形成源地的地理位置,对气团进行分类,称为气团的地理分类。按这种分类法,气团可分成北极气团、温带气团、热带气团、赤道气团四大类。由于源地地表性质不同,又将每种气团(赤道气团除外)分为海洋性和大陆性两种。

2.气团的变性

气团是在源地形成后,离开它的源地移到新的地区,随着下垫面性质以及大范围空气的垂直运动等情况的改变,它的性质也将发生相应的改变。如气团向南移动到较暖的地区时,会逐渐变暖;如向北移动到较冷的地区时,会逐渐变冷。气团在移动过程中的性质变化,叫气团的变性。

气团在下垫面性质比较均匀的地区形成,又因离开源地而变性。气团总是在或快或慢地运动着,它的性质也总是在或多或少地变化着,气团的变性是绝对的,而气团的形成只是在一定条件下获得了相对稳定的性质而已。由于我国大部分地区处于中纬度,冷暖空气交替频繁,缺少气团形成的环流条件,同时地表性质复杂,很少有大范围均匀的下垫面作为气团的源地,活动在我国境内的气团,严格说来都是从其他地区移来的变性气团。

3.我国的气团活动及天气特征

由于不同的气团具有不同的温度、湿度和压力等物理特性,在它们控制下的地区,就分别具有不同的天气特点。例如,当冷气团向南移行至另一地区时,不仅会使这个地区变冷,且由于气团底部增暖,使该地区上空气层的稳定度减小,产生不稳定性的天气;当暖气团向北移至另一地区时,不仅会使这个地区变暖,且由于气团底部变冷,会使该地上空气层的稳定度增大,产生稳定性天气(如平流雾、低云和毛毛雨)。但冷、暖气团的天气特征在不同季节、不同地区有相当大的差别。例如,夏季暖空气,若遇外力抬升,可出现阵雨、雷暴等不稳定天气;冬季的冷气团,如果气层稳定,逆温深厚,也可以产生稳定性天气。

我国大部分处于中纬度地区,在我国境内的气团,大多是从其他地区移来的变性气团,其中最主要的是极地大陆气团和热带海洋气团。

冬半年通常受极地大陆气团影响,它的源地在西伯利亚和蒙古,我们称之为西伯利亚气团。这种气团的地面流场特征为很强的冷性反气旋,中低空有下沉逆温,它所控制的地区,天气干冷。当它与热带海洋气团相遇时,在交界处则能构成阴沉多雨的天气,冬季华南常见到这种天气。热带海洋气团可影响到华南、华东和云南等地,其他地区除高空外,它一般影响不到地面。北极气团也可南下侵袭我国,造成气温急剧下降的强寒潮天气。

夏半年,西伯利亚气团在我国长城以北和西北地区活动频繁,它与南方热带海洋气团交汇,是构成我国盛夏南北方区域性降水的主要原因。热带大陆气团常影响我国西部地区,被它持久控制的地区,就会出现严重干旱和酷暑。来自印度洋的赤道气团,可造成长江流域以南地区大量降水。

春季,西伯利亚气团和热带海洋气团两者势均力敌,互有进退,因此是锋系及气旋活动最盛的时期。

秋季,变性的西伯利亚气团占主要地位,热带海洋气团退居东南海上,我国东部地区在单一的气团控制下,出现全年最宜人的秋高气爽的天气。

三、锋

锋由两种性质不同的气团相接触形成,其水平范围与气团水平尺度相当,长达几百千米到几千千米。锋区是指冷、暖气团间狭窄的过渡地带;锋面与地面的交线称为锋线,锋面和锋线统称锋,如图7-4所示。锋面倾斜的程度,称锋面坡度。

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图7-4 锋面图

在锋区附近,因为锋的下部是冷气团,上部是暖气团,所以自下而上通过锋区时,出现气温随高度增高而增加的现象,称锋面逆温。

锋的类型和天气

1)锋的类型

根据锋两侧冷、暖气团移动方向和结构状况,一般把锋分为冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋4种类型。冷锋是冷气团推动着锋面向暖气团一侧移动的锋;冷锋又因移动速度快慢不同,分为一型(慢速)冷锋和二型(快速)冷锋;暖锋是暖气团推动着锋面向冷气团一侧移动的锋;准静止锋是冷、暖气团势力相当或有时冷气团占主导地位,有时暖气团又占主导地位,锋面很少移动或处于来回摆动状态的锋;锢囚锋是当冷锋赶上暖锋,两锋间暖空气被抬离地面锢囚到高空,冷锋后的冷气团与暖锋前的冷气团相接触形成的锋。

2)锋面天气

(1)暖锋天气

暖锋的坡度较小,暖气团在推挤冷气团过程中缓慢沿锋面向上滑行,当升到凝结高度后在锋面上产生广阔的、系统的层状云系。典型云序为:卷云、卷层云、高层云、雨层云,暖锋降水主要发生在雨层云内,多是连续性降水。在我国明显的暖锋出现得较少,大多伴随着气旋出现。春、秋季一般出现在江淮流域和东北地区,夏季多出现在黄河流域。

(2)冷锋天气

冷锋根据移动速度的快慢分为两种类型,一型冷锋和二型冷锋。

一型冷锋(缓行冷锋)移动缓慢、锋面坡度较小(在1/100左右)。会产生与暖锋相似的层状云系,只是云系的分布序列与暖锋相反,而且云系和雨区主要位于地面锋后。由于锋面坡度大于暖锋,因而云区和雨区都比暖锋窄些,且多稳定性降水。

二型冷锋(急行冷锋)移动快、坡度大(1/40~1/80)冷锋后的冷气团势力强,移速快,猛烈地冲击着暖空气,使暖空气急速上升,形成范围较窄、沿锋线排列很长的积状云带,产生对流性降水天气。夏季时,空气受热不均,对流旺盛,冷锋移来时常常狂风骤起、乌云满天、暴雨倾盆、雷电交加,气象要素发生剧变。但是,这种天气历时短暂,锋线过后气温急降,天气豁然开朗。

(3)准静止锋天气

同暖锋天气类似,云区和降水区比暖锋更为宽广,降水强度比较小,但持续时间长,可能造成绵绵细雨连日不止的连阴天气。

(4)锢囚锋天气

锢囚锋是由两条移动着的锋合并而成,所以它的天气仍保留着原来两条锋的天气特征。

(5)锋线

锋线用彩色粗实线表示,如表7-3所示。一般而言锋线附近天气比较复杂,锋面所到之处大多天气要变化。

表7-3 锋的符号

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