影響航空安全的高風險鳥類在中國境內的分布

羅 剛，張海洋，吳春波，陳 偉

（1.南京航空航天大學能源與動力學院，南京210016；2.中國航發沈陽發動機研究所遼寧省航空發動機沖擊動力學重點實驗室，沈陽110015）

0 引言

在飛機起飛或著陸過程中，航空發動機極易吸入飛鳥，對航空安全造成嚴重危脅[1]。為此，一方面，通過對發動機抗吸鳥機械損傷研究，不斷增強航空發動機吸入相應質量鳥類后的安全性和基本工作能力；另一方面，對吸鳥事件的源頭進行分析，掌握極易被發動機吸入的鳥類情況及其分布，通過工程學、統計學、生態學等相關研究，在發動機設計階段針對不同的抗吸鳥需求提高初始設計水平，在發動機使用階段規避固有鳥種的吸入風險，采取主動控制的方法管控機場周邊高風險鳥種活動范圍及程度，降低發動機吸鳥的概率也是國內外研究的熱點[2-3]。國外以美國聯邦航空局、美國農業部、歐洲航空安全局、澳大利亞航空安全局等為代表，對影響航空安全的鳥類分布開展了大量研究[4-6]。美國聯邦航空局的研究發現，吸鳥后發動機損傷的概率與吸入鳥的質量成正比，吸入多只鳥后發動機損傷的概率要高于吸入單只鳥的情況[7-9]，并制定了適航規章[10]，規定必須開展的吸鳥試驗數量和質量的要求；英國RR 公司的研究經驗證明[11]，在發動機產品設計之初，需進行環境調研，以掌握發動機所面臨的吸鳥威脅情況，對發動機抗鳥撞擊設計與適航符合性驗證提供初始輸入，對鳥類種類及其大致的質量分布作出相應要求。國內的相關工作集中在適航管理部門的方法建議，針對機場周邊的生態學調研與鳥情分析及其風險控制手段等，但大多數研究集中在國內某幾個區域或地點，缺乏一定的歸納和總結。

本文對國內多個機場周邊鳥情的生態學調查及其對航空安全影響分析文獻進行調研，結合民航規章要求，開展影響航空安全的高風險鳥類種類及其分布數據的統計對比研究，提出全國范圍內高風險鳥類地區及質量分布規律。

1 高風險鳥類分布

1.1 中國民航規章要求及基本方法

1.1.1 實地調查方法

“中國民用航空局民用機場運行安全管理規定CCAR140”以及“民用機場鳥情生態環境調研指南AC-140-CA-2009-2”規定了相應的調查原則與方法，機場附近鳥類分布的實地調查方法一般采用樣帶調查法。在抽取樣地時至少應從樣地類型、抽樣強度和面積及樣地設置等3 方面入手。典型機場樣帶調查的設置方法如圖1 所示。

某機場附近的生態環境比較復雜，包括機場飛行區跑道兩側的低矮草坪區、臨近機場跑道的河流濕地區和林區、高草荒地、丘陵地帶、湖泊濕地、農田以及有人聚居的郊區。在實際調查中可以取7 條樣帶，分別覆蓋上述生態環境，可以觀察到各種不同生態環境的鳥類活動。

1.1.2 鳥類威脅分級方法

針對不同鳥種的威脅程度，采用定性分析和定量分析。在定性分析中，一般根據長時間不間斷的實地觀察，直接根據觀測結果與經驗等將危險鳥類列出；在定量分析中，一般采用重要性值IV 或危險評估指數R 描述鳥類的威脅程度，IV（R）是一系列指標的函數，可定義為

圖1 樣帶調查法

式中：N=（某種鳥的個體數/數量最多的鳥的個體數）×100，為相對數量；T=（某種鳥出現的調查次數/總調查次數）×100，為相對出現時間；U=（某種鳥出現的樣帶數/總樣帶數）×100，為相對出現空間；W=（某種鳥質量/最重鳥的質量）×100，為相對質量；L=（某種鳥體長/體長最長鳥的長度）×100，為相對體長；H 為相對飛行高度威脅指數，按鳥類飛行高度，超低空/超高空時H=0.1，低空/高空時H=0.5，中空時H=1，等等。

預估鳥類威脅程度目前尚未形成統一的數學公式，在式（1）的基礎上，研究者們發展了算數平均值預估法、多項式綜合預估法和風險評價因子聚類法等不同算法，并根據分析計算結果的排序將不同鳥類分為極度危險、非常危險、比較危險和一般危險4 級。

1.2 總體情況

據FAA 統計，發動機吸鳥絕大多數發生在飛機起飛爬升和接近著陸階段，即發生于機場周邊低空空域。國內針對此領域，采取降低高風險鳥類活動范圍的方法，對不同機場周邊的鳥類種群及其分布、活動規律，風險等級評估。本文將調研的全部地區分為8個地理區域，地區和機場情況見表1。

表1 研究涉及的地區與機場

1.3 調研統計數據

根據文獻調研的結果，通過歸納分析得到了文獻中通過定性分析和定量分析所列出的危險鳥類威脅程度數據，經統計，中國境內對航空安全影響程度為“非常危險”級別以上的高風險鳥類共131 種，鳥種平均質量從最小的5 g 分布到最大的9000 g 以上[58]，131種高風險鳥類的連續質量分布如圖2 所示。

其中部分代表性鳥種名稱及其平均質量見表2。

圖2 高風險鳥類自然順序質量分布

表2 代表性鳥種及其質量

2 高風險鳥類分布分析

高風險鳥類的機場和地區信息[12-57]數據來源于中國境內上述8 個地區的50 余個機場，位置涵蓋了中國從南到北，騰沖-漠河一線以東的各種生態環境。

2.1 高風險鳥類分區域分析

根據各地區機場的鳥情調研數據，總結分析了各地區的高風險鳥種及其質量分布與出現頻率等數據。

2.1.1 東北地區高風險鳥類

東北地區機場共記錄了48 種高風險鳥類，按平均質量從高到低排序的前15 種高風險鳥類情況如圖3 所示，相應的機場占全部機場的比例（即不同高風險鳥類的地區出現頻率）如圖4 所示。

圖3 東北地區高風險鳥類平均質量排序

圖4 東北地區高風險鳥類出現頻率排序

從圖中可見，東北地區較為危險的鳥類包括普通鸕鶿、大鵟、蒼鷺、赤麻鴨、環頸雉、綠頭鴨、毛腳鵟、夜鷺、小嘴烏鴉等，除毛腳鵟、夜鷺和小嘴烏鴉外，其余鳥種均屬于平均質量超過900 g 的大鳥。此外，赤麻鴨、綠頭鴨和小嘴烏鴉屬于集群活動和遷徙的鳥類；大鵟、毛腳鵟等猛禽一般在機場飛行區等開闊地區飛行覓食，環頸雉、小嘴烏鴉一般在機場草坪及周邊荒地活動，環頸雉還經常橫穿跑道，普通鸕鶿、蒼鷺、夜鷺等鳥類棲息在濕地環境，數量分布較多。由此可見，東北地區高風險鳥類主要為猛禽、水禽和雁鴨類，且質量和體型較大。

2.1.2 華北地區高風險鳥類

華北地區機場共記錄了38 種高風險鳥類，按平均質量從高到低排序的前15 種高風險鳥類情況如圖5 所示，出現頻率如圖6 所示。

圖5 華北地區高風險鳥類平均質量排序

圖6 華北地區高風險鳥類出現頻率排序

從圖中可見，華北地區較為危險的鳥類包括草原雕、普通鸕鶿、大鵟、蒼鷺、銀鷗、環頸雉、紅隼、喜鵲、家鴿等，以900 g 以上和1800 g 以上的中型和大型鳥類為主，水鳥類的分布與東北類似，喜鵲、家鴿等屬于高度適應人類聚居區的分布鳥類，紅隼經常懸停在機場和附近荒地中空覓食，并圍繞機場區域進行大面積的巡邏飛行，本地區高風險鳥類的特點是出現了體型巨大的鳥類，如鶴類和雕類，平均體重超過2850 g，因此在華北地區的草原地帶機場要十分注意該類鳥類。由此可見，華北地區高風險鳥類主要是大型的草原型鳥類、中型猛禽和適應人類聚居區的小型鳥類。

2.1.3 華東地區高風險鳥類

華東地區機場共記錄了32 種高風險鳥類，按平均質量從高到低排序的前15 種高風險鳥類情況如圖7 所示，出現頻率如圖8 所示。

從圖中可見，華東地區較為危險的鳥類包括豆雁、環頸雉、普通鵟、夜鷺、池鷺、牛背鷺、喜鵲、家鴿、椋鳥等，其中豆雁為平均質量超過2850 g 的大型鳥類，其余為1000 g 以下的中型和小型鳥類，華東地區是中國主要的鳥類遷徙通道，如豆雁、普通鵟等每年均通過華東區域進行長距離遷徙，此外，大部分鷺鳥類在本地區屬于留鳥，分布廣泛。另外，華東地區的絲光椋鳥、灰椋鳥等超大群聚居鳥類分布廣泛。由此可見，華東地區高風險鳥類主要為遷徙大型鳥類、鷺鳥和群居型中小鳥類。

圖7 華東地區高風險鳥類平均質量排序

圖8 華東地區高風險鳥類出現頻率排序

2.1.4 東南地區高風險鳥類

東南地區機場共記錄了32 種高風險鳥類，按平均質量從高到低排序的前15 種高風險鳥類情況如圖9 所示，出現頻率如圖10 所示。

圖9 東南地區高風險鳥類平均質量排序

圖10 東南地區高風險鳥類出現頻率排序

從圖中可見，東南地區較為危險的鳥類包括夜鷺、小白鷺、八哥、家鴿、紅嘴鷗、喜鵲、斑鳩、棕背伯勞等，以300～900 g 鳥類為主，夜鷺等水鳥棲息在機場周邊的濕地中，家鴿、八哥、紅嘴鷗等屬于集群活動的鳥類，紅嘴鷗是本地區極其常見的鷗類，家鴿、喜鵲、棕背伯勞等基本生活在人類聚居處，不甚怕人，分布廣泛。由此可見，東南地區高風險鳥類主要為水鳥和人類聚居區鳥類，質量和體型中等。

2.1.5 華南地區高風險鳥類

華南地區機場共記錄了43 種高風險鳥類，按平均質量從高到低排序的前15 種高風險鳥類情況如圖11 所示，出現頻率如圖12 所示。

圖11 華南地區高風險鳥類平均質量排序

圖12 華南地區高風險鳥類出現頻率排序

從圖中可見，華南地區較為危險的鳥類包括環頸雉、夜鷺、白鷺、池鷺、家鴿、珠頸斑鳩、山斑鳩、秧雞、沙錐等，質量分布以1000 g 以下的中型鳥類和小型鳥類為主。華南地區的全部鷺鳥為留鳥，一年四季均在機場周邊濕地活動，分布及其廣泛，可能單獨或集群穿越機場飛行區，家鴿、斑鳩等鳩鴿類在華南地區也屬于優勢種群，集群活動，貼近人類聚居區，不怕人，不易驅離，秧雞、沙錐等涉禽在本機區也屬于優勢種群，沿濕地邊緣活動，一旦受驚擾，會突然飛起爬高而進入航線。由此可見，華南地區高風險鳥類主要為鷺鳥、鳩鴿類和小型涉禽。

2.1.6 華中地區高風險鳥類

華中地區機場共記錄了24 種高風險鳥類，按平均質量從高到低排序的前15 種高風險鳥類情況如圖13 所示，出現頻率如圖14 所示。

圖13 華中地區高風險鳥類平均質量排序

圖14 華中地區高風險鳥類出現頻率排序

從圖中可見，華中地區較為危險的鳥類包括環頸雉、夜鷺、白鷺、池鷺、家鴿、椋鳥、白頭鵯等，質量分布在1000 g 以下的中小型鳥類為主。本地區緯度與生態環境與華東和華南地區類似，各類鷺鳥在本地區為優勢種群，生活在機場周邊濕地區域，各種集群活動的鳩鴿類、椋鳥類和小型雀類均生活在人類聚居區，生活習性不甚怕人，不易驅離，分布廣泛，數量眾多。由此可見，華中地區高風險鳥類主要為鷺鳥、鳩鴿類、椋鳥類和小型雀類等群居型中小型鳥類。

2.1.7 中北地區高風險鳥類

中北地區機場共記錄了35 種高風險鳥類，按平均質量從高到低排序的前15 種高風險鳥類情況如圖15 所示，出現頻率如圖16 所示。

圖15 中北地區高風險鳥類平均質量排序

圖16 中北地區高風險鳥類出現頻率排序

從圖中可見，中北地區較為危險的鳥類包括天鵝、豆雁、蒼鷺、大白鷺、大麻鶼、家鴿、紅隼、椋鳥等，大型鳥類質量分布超過3650 g，其余鳥類為1000 g以下的中小型鳥類為主。中北地區由于人類分布程度較低，生態環境保持較好，因此大型鳥類分布較多，體型較大，中北地區分布的鷺鳥一般為大型鷺鳥，其余集群分布鳥類和人類聚居處鳥類與中國其他地區分布基本相同。由此可見，中北地區高風險鳥類主要為大型鳥類和群居型中鳥。

2.1.8 西南地區高風險鳥類

中北地區機場總共記錄了47 種高風險鳥類，按平均質量從高到低排序的前15 種高風險鳥類情況如圖17 所示，出現頻率如圖18 所示。

圖17 西南地區高風險鳥類平均質量排序

圖18 西南地區高風險鳥類出現頻率排序

從圖中可見，西南地區較為危險的鳥類包括蜂鷹、普通鵟、小白鷺、池鷺、家鴿、家燕、金腰燕等，質量在1000 g 以下的中型和小型鳥類為主。西南地區是中國另一條比較重要的猛禽遷徙通道，每年有上萬只以上的鳳頭蜂鷹和普通鵟遷徙經過此地。此外，鷺鳥中相對體型較小的種類在本地區均為留鳥，分布廣泛，有時也集群活動，穿越機場飛行區，家燕和金腰燕在西南地區越冬，數量分布極其廣泛，在機場飛行區呈極大群活動。由此可見，西南地區高風險鳥類主要為越冬猛禽、中小型鷺鳥和越冬燕類。

2.2 全國范圍內高風險鳥類分析

全國范圍內高風險鳥類機場出現次數比較和高風險鳥類地區出現次數比較分別如圖19、20 所示。

圖19 高風險鳥類機場出現次數比較

圖20 高風險鳥類地區出現次數比較

從圖中可見，在國內范圍出現頻率較高的高風險鳥類包括家燕、家鴿、斑鳩、樹麻雀、白鷺、夜鷺、蒼鷺、池鷺、喜鵲、八哥、椋鳥、紅隼、云雀、白頭鵯等，基本為1000 g 以下的中型和小型鳥類，其中大部分質量分布在400 g 以下，300～700 g 之間的鳩鴿類、燕類、鷺鳥類是中國范圍內比較危險的鳥種，此外，生活在人類聚居區的椋鳥類、喜鵲、白頭鵯、麻雀等中小型群居型鳥類也是不可忽視的威脅，1000 g 以上的大型鳥類分布較少，威脅程度相對較低。

高風險鳥類在全國各地區樣本機場內出現的統計見表3，各地區機場高風險鳥類出現頻率和統計總數出現頻率如圖21、22 所示。

表3 高風險鳥類地區出現情況

圖21 各地區機場高風險鳥類出現頻率

圖22 各地區機場高風險鳥類統計總出現頻率

從圖21 中可見，東南地區每個機場出現的平均高風險鳥類超過10 種，為最高，華南地區每個機場出現的平均高風險鳥類數不到4 種，為最低。高風險鳥類分布密集程度次序為：東南地區、中北地區、華北地區、西南地區、華南地區、東北地區、華東地區、華中地區。

從圖22 中可見，中北地區每個機場出現的平均高風險鳥類統計總次數超過14 次，為最高，而華東地區每個機場出現的平均高風險鳥類統計總次數不到6 次，為最低。高風險鳥類出現次數密集程度次序為：1、中北地區、東南地區、西南地區、華北地區、東北地區、華南地區、華中地區、華東地區。

各地區內調研機場出現高風險鳥類平均質量的算術平均值如圖23 所示。

從圖中可見，中北、華北和東北地區的高風險鳥類平均質量較大，超過400 g，其余地區的高風險鳥類以中小型為主。

圖23 各區域機場高風險鳥類平均質量

3 中國民航2008～2015 年鳥擊數據對比

為進一步說明調研數據的合理性，本文還收集了中國民航安全技術中心發布的2008～2015 年民航鳥擊航空器事件分析報告，經統計，中國境內總計發生完全確認撞擊鳥類物種的共513 起，涉及鳥類物種63 種，在本文調研的131 種高風險鳥類和中國民航2008～2015 年鳥擊統計數據報告可以確定鳥擊物種數據庫中，按CCAR33.76 標準劃分高風險鳥類質量段數據見表4，經無量綱處理后的數據對比如圖24所示。

表4 按CCAR33.76 標準劃分高風險鳥類質量段

從表4 和圖24 中可見，350 g 以下的鳥類占多半；在中型以上鳥類中，鳥質量分布以1000 g 左右的中鳥為期望呈準正態分布。

圖24 質量分類數隨質量變化趨勢

本文調研得到的高風險鳥類與中國民航2008～2015 年鳥擊數據庫中鳥擊數據排名前10 位的鳥種按質量排序的對比見表5。

表5 高風險鳥類與中國民航統計數據對比

從表5 中可見，本文調研數據中近70%的鳥種與中國民航的統計數據是重合的，二者較為一致，中國境內高風險鳥類分布主要以小型鳥類和中型鳥類為主。

4 總結

（1）根據國內機場鳥情調研，共匯總危險程度在“非常危險”級別以上的高風險鳥類131 種及其平均質量，高風險鳥類分布較為廣泛，平均質量從5 g 連續分布至9000 g 以上。

（2）分析得到國內8 個區域的地區高風險鳥類種類及其分布概況，列出各地區標志性的高風險鳥類種類。

（3）分析了全國范圍內高風險鳥類的總體分布情況，指出出現頻率較高的高風險鳥類包括家燕、家鴿、斑鳩等中小型鳥類；東南、西北和華北等地區為高風險鳥類出沒頻率較高的地區；中北、華北和東北地區為大質量高風險鳥類出沒頻率較高地區。

（4）將調研數據與中國民航2008～2015 年鳥擊數據對比表明，二者較為一致，質量在350 g 以下的高風險鳥類占據總數的過半部分；對于中型以上鳥類，高風險鳥類平均質量分布以1000 g 左右的中鳥為期望呈準正態分布。