對鳳凰城鹿谷機場氣象要素對飛行影響的研究

劉天培

【摘 要】美國鳳凰城鹿谷機場擁有極其優越的地理位置和完備的機場設施，該機場被用于多個航校訓練及公務機運行，這使得鹿谷機場成為亞利桑那州中部地區最繁忙的機場之一。但鹿谷機場航空活動也經常會受到機場周圍的氣象變化影響，這些不穩定因素將會直接影響到該機場的正常航班，致使旅客滯留，航班延誤，甚至取消。在對鹿谷機場各類氣象要素進行統計，研究惡劣天氣出現的規律性、季節性等變化，歷年來出現該天氣天數的趨勢，并制成圖表，直觀地展現了高溫、大風、雷暴是主要影響航空活動的正常運行的氣象活動，其分布時間主要是在夏季。鳳凰城地區夏季多高溫天，峰值竟高達47℃，對飛行員及飛機都是考驗。鳳凰城地區夏季同樣多有雷暴天，一旦遭遇雷暴天，機場能見度驟降，狂風卷來，大雨侵盆，無數飛行任務被取消，旅客被滯留，更有造成嚴重經濟損失的先例。

【關鍵詞】鹿谷機場；氣象要素；高溫飛行；低能見度

0 緒論

隨著科技的不斷進步，近幾十年來民航也在飛速發展壯大之中，隨著飛機制造技術的逐漸成熟，人們越來越愿意將飛機作為中遠途出行的首要之選。然而氣象條件則與航空活動是否能夠正常運行而密不可分。

全球機場的飛行延誤事件中，因氣象原因延誤占41%，其中可避免的天氣原因占17%，不可避免的天氣原因占24%。飛行安全是民航永恒的主題，根據這些不斷變化的天氣現象，我們的飛行員、空管、公司等也在不斷地改變飛行計劃，確保航班的順利進行。

1 研究背景

盡管機場助航設施和飛機的性能越來越先進，不利的氣象條件對飛行的制約作用有所減少，但對處于一定氣候條件和氣候環境的機場和航路，不利飛行的天氣影響所造成的旅客滯留、航班大面積延誤，隨著飛行量的增大并沒有明顯減少，特別是低能見度、大霧、雷暴、顛簸、積冰等不利于飛行的天氣，是造成航空運輸企業延誤的主要原因之一。

1.1 鹿谷機場地理環境特點

美國鹿谷機場（ICAO：KDVT）位于北緯33.69°，西經112.08°。鹿谷機場位于亞利桑那州中部城市鳳凰城（又稱菲尼克斯市）的北部，D類空域，場高1478英尺，擁有平行雙跑道，機場東西南三側環山，機場北面8海里開始群山環繞，最高可達8000英尺。

鳳凰城氣候干燥，年平均溫度居全美主要城市之首，屬熱帶沙漠氣候。鳳凰城平均每年有89天的溫度超過100華氏度（38攝氏度），從六月到九月幾乎全部時間都在此列。冬天風暴從太平洋向內陸移動時可能造成暴雨，但并不常見。冬天經常有霧。

1.2 本文研究內容

本論文主要針對鳳凰城鹿谷機場氣象要素進行研究分析，從鹿谷機場溫濕壓的數據入手，從而提出對提高航空安全服務質量，為未來氣象要素研究打下基礎。

2 美國鹿谷機場溫濕壓的特征及其對飛行活動的影響

2.1 鹿谷機場溫濕壓的特征

2.1.1 溫度特征

首先先對各月的最高、平均、最低平均氣溫做個統計，得出下圖。

經過美國鹿谷機場從2005-2014年數據統計，鹿谷機場全年平均氣溫低于15℃的有12月、1月、2月，以平均最低氣溫分析，其中12月的最低平均氣溫為6.46℃。全年平均氣溫高于30度的有6月、7月、8月，以平均最高氣溫分析，其中7月的最高平均氣溫高達39.54℃。以2011年7月為例，整月超過38℃的占24天。在2006年7月21日，當天最高氣溫高達47℃，為近10年來的最高氣溫。自2005年至2014年，共計低于5℃的日子296天，平均每年占29.6日，由于鹿谷機場地處美國西南部沙漠地帶，冬季短暫，春秋夏季占全年大部分時間，圖2將以季節分析氣溫趨勢。

2005年至2014年，夏季（6-8月）平均最高氣溫基本保持不變，約為39℃。秋季（9-11月）10年內平均氣溫基本保持在23.7℃。冬季（12-2月）相對秋夏季變化較大，2013年及2011年，平均最低氣溫在5℃左右，其余均保持在7.5℃。總體來說，鹿谷機場所處的鳳凰城近10年，氣溫沒有較大變化，暑熱天氣較多，幾乎沒有嚴寒天氣。

2.1.2 氣壓特征

首先先對每年的年平均氣壓做個統計，得出下圖。

經過統計，2005年至2014年，10年平均修正大氣壓值為1011.4百帕，其中2010年最低，為1010.84百帕，最高為2006年，1011.81百帕。

2.1.3 濕度特征

根據2005-2014年各月濕度變化圖，可知近10年，全年濕度最高值在12月，為46%，4-6月濕度最小，保持在17%上下，其余月份濕度基本維持29%。

2.2 溫濕壓對飛行的影響

2.2.1 溫濕壓對飛機起飛和著陸性能的影響

溫度對飛機的起飛性能影響主要體現在滑跑距離上，滑跑距離又直接決定了是否能夠安全的從有限的跑道上起飛，并在起飛后安全地繞開障礙物等。飛機的發動機需要吸取空氣并混合燃油點燃，產生動力，而高溫空氣會使得發動機產生的動力變小，發動機冷卻性能變弱等影響，隨后加長飛機的滑跑距離等。

現根據鹿谷機場氣象數據，設計測試，情景如下：采用Transpac航校使用的PA-28-181型飛機0°襟翼起飛滑跑距離圖，機場氣壓高度為1478英尺（標準大氣壓），飛機起飛重量為2500磅（3成年人帶滿油重量），5節逆風，隨后設置溫度變量-4℃（近10年最低溫）、7℃（冬季平均最低溫）、22℃（春秋季平均溫度）、38℃（夏季平均最高溫）、47℃（近10年最高溫），進行測試。結果如下。

根據情景，在47℃（近10年最高溫）情況下，所需滑跑距離僅為3050英尺，-4℃（近10年最低溫）情況下，所需滑跑距離為1500英尺，47℃情況下所需滑跑距離是-4℃情況下的兩倍之多。特別是針對鹿谷機場這樣，高溫幾乎占據全年三分之一的機場，由于高溫而使得飛機的滑跑性能大大降低，而這只是影響因素中的一個，便已嚴重影響航空活動的進行。