冲上云霄

冬季飞行复习

不利和危险的天气条件的季节到了。


湾流G650在加拿大积雪覆盖的停机坪上滑行,而扫雪机清理了相邻的滑行道。冬季飞行会带来不利天气,需要格外警惕,尤其是在地面上。
卡斯滕·希恩(Karsten Shein)
Comm-Inst气候科学家

W无论是强风还是吹雪,情况本来可以更好,但是至少暴风雪已经过去了,而且由于太阳落到地平线以下,飞行员已经为离开飞机准备了晴朗的天空。

乘客装满货物并在手后放行,飞行员向信号员发信号说他们已经准备好滚动。在过境滑行道的尽头,一阵阵侧风吹向公务机。

不幸的是,飞机的轮胎在积雪的下方踩了半英寸的冰。阵风仅提供了足够的力量使轮胎断裂,喷气式飞机开始不受控制地滑向滑行道的边缘。

即使喷气机的前进速度很慢,它还是将飞机从滑行道上带到了草地上,在此过程中打破了滑行道灯。

中高纬度地区的冬季通常是黑暗,寒冷和不利天气的季节,这给飞行带来了挑战。每年冬天,全世界数十架飞机从跑道和滑行道上滑落,由于暴风雪条件到冷冻机油的原因,成千上万的航班被推迟或取消。

在对NTSB 135部分运行的事故数据库进行的审查中,涉及IMC飞行的事故和事故在冬季的常见次数是夏季的4倍以上。在这些事故中,很大一部分发生在夜间,有结冰或湿跑道,雾气或低天花板。这些因素的组合会导致失去控制,跑道偏移,迷失方向以及控制飞行进入地形。

尽管具体细节可能会有所变化,但以下来自跑道超限事故的可能原因陈述汇总了许多冬季,与天气相关的飞机事故。 “(原因是)飞行员在顺风降落后未能将飞机停在倾斜的,被冰污染的跑道上。

造成事故的原因是飞行员未能考虑风况和无法获得跑道状况。”不幸的是,几乎所有这些冬季事故的共同点是调查人员对飞行员错误的归因。

在下雪条件下在TEX(Telluride CO)的降雪条件下,这架Learjet 35飞机离开跑道,分成三部分。两名飞行员均受轻伤。

更多黑暗

由于地球在其轴上的倾斜,我们必须在冬季在中高纬度地区应对的第一件事是日照减少。幸运的是,秋天是夏令时减少最多的时候。在北半球的12月21日(南部的6月21日)之后,日长逐渐增加。

白天的另一个因素是我们在时区中的什么位置。越往西走到一个时区,越晚太阳升起并落下。当然,纬度越高,白天的时间就越少。

在北极/南极圈附近,冬日每天可能只花在地平线上方几分钟的时间,而在那些纬度以上,冬至前后的几周甚至几个月,太阳根本不会升起。

尽管这似乎并不重要,但到了晚上,我们会失去对深度的感知,并且一些飞行员可以转向增强型视觉系统,但并非所有飞机都安装了聚光或红外视觉系统。

在遇到湍流之后,飞机与其他飞机或地面车辆的行驶相撞是第二大常见的飞机事故/事故类型,尤其是在夜间以及视线模糊的情况下(例如雾天)。

在黑暗中进行操作只会使飞行员在拥挤的停机坪上进行操作时增强对态势的认识和谨慎更为重要。

空气较冷

较低的太阳角和减少的日长意味着高纬度地区的空气变得极为寒冷和茂密,向赤道方向推动,并使极地锋和急流向低纬度方向移动。

冷却还增加了正面两侧的温度差,经常会产生强烈的冬季气旋。当极地和亚热带空气之间的差异最大时,这些风暴系统往往在冬季初夏和后期最强。较冷的空气会降低对流层顶的高度,这意味着对流细胞不会像夏季那样上升到飞行高度。

水蒸气卫星影像显示2010年12月,一条大气河“ Pineapple Express”向加利福尼亚中部注入大量水分。大气河会产生大量的冻雨,大雾,低矮的天花板和山间遮盖物。

但是,与此同时,冬季更高的高层空气流通通常会产生更多破坏性的晴空湍流。在地表,较冷的空气中的水蒸气较少,这意味着使表层空气饱和变得容易得多。

这就是为什么冬季的天空通常以低矮的天花板,雾气和地形遮盖为特征的部分原因。考虑相对湿度为70%的30°C(86°F)的空气。在这些条件下,空气需要每立方米空气添加约9克水才能饱和。

但是在冬天,空气在2°C(35°F)和70%的相对湿度下仅需要约1.6 g / m3的饱和度。在这种情况下,即使是下毛毛雨也能提供足够的蒸发水分,使云层下面的空气饱和,从而降低甲板的高度。

另外,冷空气的低持水能力也意味着通常不增加水就只需要稍微降低温度即可使空气饱和。

这是冬季温暖和静止的锋面以及沿逐渐上升的地形微妙的气流经常产生足够的升力以产生广泛的对流雾和广泛的低层顶的原因之一。

刨冰

高纬度地区的冬季空气在地表或附近具有冻结水平。鉴于空气中的水滴可以在温度低至–40°C(–40°F)的情况下保持液态,因此在冬季,机身结冰非常普遍。

尽管在温度接近或低于冰点且空气中可见水的任何时候都会发生结冰,但在0°C至–10°C(32°至14°F)的温度下通过过冷的雨水飞行往往会提供最大的结冰威胁。无论飞机是否获得了可在已知结冰条件下飞行的证明,始终最好避开预报或报告有结冰的区域,或者当OAT处于结冰危险区域时,避开在雨云中或下方飞行。

如果您在飞行中结冰,请采取防冰和除冰措施,并在可能的情况下寻求较热的空气。在地面上,在可能积冰的情况下,请确保飞机完全除冰,并且您要离开其有效窗口。

正如美国国家气象局的这张预后图所示,冬季的恶劣天气通常是相当好的预测。但是,飞行员应该认识到,降雨/降雪/冰冻边界实际会发生在哪里以及任何给定位置的状况的时机和严重性可能存在很大的不确定性。在受影响的区域中操作时必须小心。

停电

暴风雪是冬季最典型的天气事件之一。中纬度的气旋风暴系统绕着中心低压旋转,并沿地势拖移了强烈的冷锋,在其路径上倾倒了大量的雨雪。在前部后面,强烈的压力变化和冷空气产生更多的积雪和and叫的侧风。这种情况可能导致跑道偏移和超限。

飞行员应该意识到,即使是小型机场也尽最大努力保持跑道和滑行道畅通,但它们只能清除积雪。由于它们对飞机具有腐蚀性,因此很少有机场会放下盐或其他化学混合物。

反复清理跑道可能会使混凝土中的凹槽积雪和结冰,使它们无用。另外,在暴风雨初期,降落在较热人行道上的雪可能融化并在随后的雪下重新冻结。

除雪可能不会消除覆盖跑道或滑行道本身的冰。吹雪是另外一个光滑的因素。在大风中,吹雪可以迅速覆盖已清理的跑道,并且由于它没有与路面粘结或压实的机会,因此通常像冰一样滑。越过吹雪的飞机可能会失去抓地力,并在风中向侧面滑动。

在冬季风暴中,明智的做法是持续监视所报告的天气状况,向ATC询问跑道状况,并且如果您处于停机坪上并且看起来好像会滑雪橇,请保持原状。

如果您降落在看似被雪或冰污染的跑道上,最好的做法是尝试其他机场(如果可能)。飞机轮胎通常不设计为在受污染的表面上牵引。

如果不是这样,请尽可能缓慢降落,并使用扰流板降低速度。应该设置自动制动,并且可以在限制范围内使用反推力,但是较高的发动机压力比可能会导致方向控制性能下降。切勿对车轮制动器施加过大的压力,保持直线行驶,如果必须转弯(如滑行道上),请以非常低的速度转弯。

如果轮胎确实打滑,则尝试转为打滑,如果飞机有防滑制动器,则逐渐施加制动压力,否则,请放开制动器。该航线可能会在损坏飞机之前提供恢复的机会。鉴于冬季寒风往往伴随着大风,如果飞机在雪或冰上行驶,可能会有横向力将飞机推离人行道。

良好的指导原则是,当有雪或冰时,将飞机的侧风限制降低一半。这不能保证您不会离开人行道,但是在干燥的跑道上会设置侧风限制。

在最近的一次事故中,巴西航空工业公司(Embraer)145被22风侧风分量的风推下了ORD(O'Hare,Chicago IL)的跑道。飞机的侧风极限为30节。如果飞行员将这个数字减半,他们可能没有尝试降落。

庞巴迪CRJ在YYZ(加拿大多伦多安大略省皮尔逊市)上除冰。如果条件有利于地面或爬升过程中积冰,除冰在任何起飞之前都是必不可少的。

在压力之下

冬季还可以带来清新,凉爽的冷空气,涡轮机和道具可将其迅速咬入。但是,这些情况的原因是强大的高压,可能会超出压力高度表的范围。有时,阿拉斯加,加拿大和西伯利亚上的高压电池会导致高度计设置超过31.00英寸的水银(1050 hPa)– 1968年12月31日在西伯利亚创下新高32.01。

由于压力高度表通常最多只能设置为31.00 Hg(汞柱),因此它们实际上无法使用,因此任何IFR操作都不应依赖。当发生异常高压时,某些航空当局(例如FAA)将发布TFR禁止飞机运行(例如FAR 91.144)。

但是,在其他地方,不存在这种限制。在这些情况下,无论您将压力高度表设置为多高,您的实际高度始终会更大。

最好的做法当然是推迟飞行,直到压力降回高度表极限以内,但是如果飞行员选择在极端高压条件下飞行(如飞越该地区),通常建议他们设置到标准压力的高度(29.92 in Hg,1013.2 hPa),以保持与其他飞机的高度间隙,保持在该地区的最低航路高度之上,并避免在能够视觉上发现公司交通或确定其在地面上方的高度或障碍物是否受损。

在这些情况下,您看到和避免的能力是最关键的工具。

大气河流

在西北太平洋地区和其他许多纬度较高的沿海地区,洋流使周围的气温比其他地区高。这是由于海水可以储存大量的热能。由于热量从冷到热流动,通常在冬天比其上方的空气温暖的海洋不断向大气散发热量。

结果是,尽管大气层的表层低于其下方,但大气层的表层通常仍远高于冻结层。与此相配合的是增强的冬季极地喷气机,该喷气机支持风暴在海洋上的发展,并坠入中低纬度地区,经常将这些风暴推向陆上。座落在近海处的喷气机中的一个北极(或南极)槽可将一场风暴接连传到沿海地区。

类似地,刚好位于离岸的喷气机中的高高点(山脊)会迫使喷气机分裂为北向和南向分支。向南(北半球的北端)分支可能直接从陆上带动来自热带的温暖湿润空气的“大气河”,其中陆上气流与地形的上升相伴,将空气中的水分以长时间持续的形式拧干。倾盆大雨。

多年来,造成西北太平洋地区最严重洪水的“菠萝快车”就是一条这样的大气河。这种现象通常发生在冬季,这时喷气机向南倾入太平洋中部,夏威夷附近的湿气能够沿极地锋线以窄带的形式流入从加利福尼亚北部到不列颠哥伦比亚省南部的区域。

大气河流给航空业带来了许多问题,其中最重要的是跑道和滑行道以及进水道路上积水的可能性。由于这些系统是在冬季发生的,因此空气可能仅比冰点高几度。当空气上升到内陆地区时,它可能会冷却到或低于冰点,这意味着过冷的雨水和云滴以及在低海拔地区可能会结冰。

此外,从巡航降落的飞机必须穿透大范围的防雨罩。在经过多个小时的飞行飞行之后,机翼油箱中的燃料低于冰点,导致冷水浸泡。冷的燃料会吸收机翼表面的热量,因此,即使空气温度可能超过冰点,击中冰点以下的机翼蒙皮的雨水仍会冻结成釉。陆上大量的水分也意味着低水平的饱和度。

区域机场可能会受到降水雾的影响,降水雾是由于雨水蒸发而使空气饱和而形成的。云也很可能是低层,意味着高塔和附近的地形可能会被遮盖。在冬季降雨事件中,态势感知至关重要。

低纬地区的冬季

尽管中高纬度地区往往受到冬季天气系统的不利影响,但热带和亚热带地区的情况要好得多。热带辐合带(ITCZ)是环流带,在热带环行行星,紧随太阳。因此,在北半球冬季,ITCZ的位置在大多数地方都位于赤道附近或南部。

这使北半球的热带和亚热带相对干燥。实际上,在热带地区的大部分地区,季节不是用温度波动来描述的,而是分为与ITCZ相对于该地区的位置相对应的潮湿和干燥时期。冬季和夏季季风也跟踪这种关系。

尽管我们倾向于将季风视为雨季,但季风一词仅表示季节。在许多地方,冬季风(例如印度冬季风)的特征是从较高纬度流入的凉爽干燥的空气。这通常会导致干旱,特别是如果季风被强大的高压锚定的时候。将这种干燥天气带到印度的驱动因素还有助于在东南亚东部产生潮湿的冬季季风,利用南中国海的潮湿空气。

除季风以外,冬季极地锋的赤道带向东移动通常会钻入亚热带,成为锋利的低谷,可能使短暂的冷空气暴发到佛罗里达州中部,地中海和中国南部等地。这些低谷产生的大气动力使低纬地区形成强旋风,并伴随着风,雨和雷暴而形成冷锋。在美国,得克萨斯州甚至墨西哥湾上空都有许多冬季风暴,有一些成为影响新英格兰的诺伊复活节。

在极少数情况下,这些系统在墨西哥湾沿岸产生了大雪。 1895年2月,路易斯安那州沿海地区的雷恩镇收到创纪录的24英寸积雪。不管人在哪里飞行,冬季都是需要额外注意天气的季节。与往常一样,如果您遇到其他飞行员应该注意的天气情况,请务必告知他们。


Karsten Shein是ExplorEiS的联合创始人兼科学总监。他曾是Shippensburg大学的助理教授和NOAA的气候学家。 Shein持有具有仪器等级的商业许可证。

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