首都機場一次航班雹擊事件分析

崔艾軍 王碩

摘 要：2019年5月26日，飛往首都機場的CZ3101次航班在北京降落過程中遭受雹擊。冰雹難以進行預報，而冰雹與雷電現象有極強的伴生關系，因此本文提出了一種利用雷電探測數據分析航班雹擊事件的方法。利用“首都機場雷電監測預警服務”和其它氣象觀測資料對雹擊事件發生過程進行對事件全過程進行反演。反演事件發生時的環境態勢，找出事件發生的時間及位置。重現空管、航司、飛行員當時面對的信息及決策依據。總結事件發生的本質原因，并提出改進建議。

關鍵詞：航班;冰雹;雷擊;事件分析

2019年05月26日，從廣州飛北京的CZ3101次航班，在北京降落過程中，飛機遭遇冰雹，擋風玻璃破裂。除了風擋玻璃出現裂痕外，飛機的雷達罩也有受損。根據Flightradar24的航跡記錄，該航班在降落前疑因北京天氣原因盤旋數圈。機組按手冊程序處置，飛機于11：48分安全降落北京首都國際機場。

氣象學上，受高空冷空氣影響，局地生成的強對流單體帶來了冰雹。冰雹屬于局地強對流現象，范圍小，公認的“最難預報”。[4]但冰雹與雷電現象有極強的伴生關系，但凡發生冰雹，幾乎同時伴隨著較強的雷暴過程。[5]因此，本文在后續的分析中引入雷電觀測數據，作為冰雹現象的代用分析目標。尤其是考慮到，在飛行的安全規范中，嚴格禁止飛行器穿越雷暴云團。[6]因此，在實踐中“躲避冰雹”與“躲避雷電”視同等效。

目前全球主要發達地區大型機場多建有雷電監測預警系統。[1]“首都機場雷電監測預警服務”在首都機場周邊數百里面范圍建立了高精度的雷電監測預警服務，[2]為首都機場運行保障，大型項目施工，以及人員安全防護提供雷電預警服務。此服務可為本文的分析提供所需的數據支撐。

1 雹擊事件研究方法

1.1 分析數據

（1）使用Flightradar24獲取CZ3101航班05月26日的飛行軌跡。

（2）使用國家氣象信息中心的數據接口，獲取05月26日北京-天津附近的11：00～12：00（每6分鐘一幀）的天氣雷達數據。

（3）使用“首都機場雷電監測預警服務”獲取05月26日CZ3101經臨航線的全部雷電發生數據。

1.2 分析方法

使用“首都機場雷電監測預警服務”和Google Earth作為主要的分析工具，對事件全過程進行反演：

（1）找出事件發生的時間及位置;

（2）反演事件發生時的氣象態勢;

（3）重現空管、航司、飛行員當時面對的信息及決策依據;

（4）檢討整個事件過程中關鍵決策節點的失誤;

（5）總結事件發生的本質原因，并提出改進建議。

2 航班軌跡及環境分析

對CZ3101航班5月26日的飛行軌跡和日常飛行軌跡進行對比，可以發現：飛機08：35起飛，大約在起飛后11：10—11：30的時間窗口中，航班調整航向繞飛雷雨過程中發生了雹擊。

3.1 起飛-巡航-躲避雷雨，08：35～10：47

飛機在08：35從廣州機場起飛，航路上湖北、河南、河北區域整體天氣情況良好，廊坊與北京之前有大片雷暴云團。

關鍵節點分析：

10：47左右，航班開始向雷暴云團東部躲避，可能并不是正確的選擇：

（1）受限于機載氣象雷達的特性，飛行員只能觀測到航行方向上的雷暴區域、且不易觀測到雷暴團后面的部分。

（2）通過”首都機場雷電監測預警服務”的觀測，雷暴云團向東南方向移動、逐漸增大，并且雷暴云團已經覆蓋到平谷區、超過了降落機場所在的順義區。因此往東繞飛并不能繞過雷暴區。事實證明，此后航班盤旋數圈后又向西南方向返回進行繞飛。

3.2 偏航躲避雷雨-準備降落，10：47～11：18

由于航行方向上有雷暴云團，航班改變航向，選擇向東南方向躲避雷雨。并在雷暴云團東部盤旋了11分鐘。

11：16，航班準備向西南繞過雷暴云團進行降落，此時航班高度3068m，向西南飛行、并開始向上爬升。

3.3 疑似雹擊發生階段，11：18～11：24

11：20，航班進入雷暴區

11：20～11：24，航班穿越雷暴區，疑似在此階段遭受雹擊。在11：25分時，CZ3101飛機發出7700緊急代碼，表示飛機遭遇緊急狀況。

關鍵節點分析：

11：18，航班向西南飛行，計劃從雷暴團南部饒飛進行降落，航班穿越雷暴云團，此時雷暴過程處于高峰，雹擊事件應發生在這個時間窗口。航班穿過了本不應穿越的雷暴區：

（1）缺乏對雷暴移動趨勢的判斷，繞飛路線位于雷暴團東南方向，而雷暴的移動方向正好為東南方向，因此本次繞飛并沒有足夠的繞飛距離。

（2）飛行員依據氣象雷達進行繞飛，然而根據”首都機場雷電監測預警服務”的觀測，在繞飛路線上雷達回波強度較低的區域反而存在強雷暴區，因此根據機載雷達錯誤的判斷了雷暴區的大小和位置。

3.4 降落階段，11：24～11：48

發出7700緊急代碼之后，航班選擇了雷達回波強度較低的區域盡快降落到北京首都機場。

4 事件發生原因分析總結

雷電及其衍生災害氣象是引發航空事故和造成航班延誤的重要因素。目前民航氣象對于雷暴的判斷主要依據氣象雷達信息進行辨識，對于雷暴的預報預警主要通過雷達信息外推，但氣象雷達（無論是地面雷達還是機載雷達）本身并不能偵測雷電的發生。（1）雷電（以及冰雹）確實發生在強對流云團中，但僅僅根據對流云團的形態難以有效辨識雷電云團。部分研究認為雷達回波強度（在圖中表現為不同的分色）與雷電云團有一定的關系，但在實踐中這種相關性太弱。雷電云團可能位于雷達圖上高亮區域（回波強度大于40dbz），但回波強度很高的區域，可能沒有雷電發生。（2）航班的飛行實踐中，經常以對流云團和回波強度作為雷電判別依據，進而做出延遲飛行、繞飛、備降等決策，而夏季航班延誤的主因也在于此。從雷電的真實發生及分布角度來看，這樣的飛行決策顯然偏于保守。（3）在執飛中，很多簽派及飛行的決策權是交給航司和飛行員，這使得飛行決策面臨兩難：或者執行安全保守原則，在并無雷電威脅的情況下造成無謂的延誤;或者執行效率優先原則，面臨雷電危險而不知，造成如本次雹擊類似的事故。（4）本次航班在做出降落路徑決定時，確實選擇了云團較弱的路徑進行繞飛，但偏偏在此遭遇雷暴和冰雹。CZ3101雹擊事件的主因在于，缺乏有效的工具對雷電及冰雹等衍生災害氣象進行直接有效的觀測、辨識和預判，導致飛行過程中的判斷失誤，從而引發事故。

5 結論

對于高速航空器，雷電是引發航空事故和造成航班延誤的最主要的氣象因素。民航氣象領域對于雷暴的判斷主要依據氣象雷達信息進行辨識，對于雷暴的預報預警手段主要通過雷達信息外推，而氣象雷達本身并不能偵測雷電的發生。因此，在雷電監測、預報、預警方面，亟需引入新的技術手段，進行更深入的研究。具體而言：（1）引入雷電實時觀測數據。引入雷電實時觀測數據，與氣象雷達云圖疊加，形成對機場及航路的強對流（尤其是雷電態勢）的有效辨識。（2）引入雷電短時預報數據。引入雷電短時預報數據，結合氣象雷達圖的外推，實現對機場及航路未來1～2小時雷電趨勢的外推和預判。

參考文獻：

[1]郭洪源，崔艾軍，郎凱，方月，胡海峰，吳迪.北京首都國際機場雷電監測預警系統應用分析.世界交通運輸大會，2017.

[2]黃怡婷.美國及香港機場雷雨警報作業現狀.飛航天氣，2015，23，4.

[3]郭洪源，崔艾軍，涂堃，郎凱，方月，梁毅.大型機場雷電預警系統研究.工業，2016（7）：00067-00068.

[4]天氣百科：冰雹，2016，18，8.

[5]趙英梅，王繼兵.防止電氣設備雷電危害的方法淺析[J].機械管理開發，2007，23（1）：71-72.

[6]中國民航規章匯編-飛行標準，2016.

[7]鄭永光，張小玲，周慶亮，等.強對流天氣短時臨近預報業務技術進展與挑戰.氣象，2010，36（7）：33-42.