交通部民用航空局民航訓練所民航概論師資培訓班 航空氣象學 Aeronautical Meteorology 民用航空局飛航服務總台 副總台長 蒲金標 July 31, 2002 交通部民用航空局民航訓練所民航概論師資培訓班

一、前言 1903年12月17日萊特兄弟 人類史上第一次以機械動力飛行 飛機的問世 縮短時間和空間距離  改變地緣關係 航空事業最重要的交通工具之一

萊特兄弟(Orville Wright & Wilbur Wright) 1903年12月17日，於美國北卡羅來納州的吉蒂霍克地方，在五位見證者面前，成功的實現人類首次的動力飛行，當日前後共試飛了四次 第一次是由Orville Wright駕駛，飛行了120呎；稍後由兄弟倆輪流駕駛，其中最遠的一次由Wilbur Wright操控，在空中滯留了59秒，飛行了852呎 該機於1948年由英國倫敦科學館運往美國，如今被永久地保存在美國華盛頓DC國家航空博物館

航空工程 集合各有關科學的結晶 1. 空氣動力學之探討和應用 2. 高效率渦輪噴射引擎之發展 3. 新合金航空材料之推出 4. 航空電子工業之興起 5. 電腦化的設計 6. 生產和管理程序的廣泛應用

大氣狀態 航空初期與現今所遭遇大氣狀態類似 甚至有些特殊的危險天氣現象 反而更嚴重威脅今日高性能飛機的飛航安全 更突顯航空氣象對飛機操作和飛航安全的重要性

飛行之基本理論 L D T W 四種飛行要素 1. 飛機總重量(weight) 2. 飛機透過機翼所產生之舉升力(lift) 3. 飛機向前飛行所產生之空氣拖曳力(drag) 4. 飛機引擎所產生之推進力(thrust) L D T W

航空氣象主要任務 purpose of aviation weather 保障飛航安全 (enhance aviation safety) 提高飛機效率 (efficiency and capacity) 不同氣象條件 有效運用航空技術 順利完成飛航任務 充分利用有利的天氣 避開不利的天氣 預防和減少危險天氣的危害

飛行三階段 ( 3 phrases in an aircraft flight) 起飛 ( take-off ) 巡航 ( in-flight ) 降落 ( landing ) 航空氣象資料 直接影響每個階段之操作

影響飛行的氣象要素 (effects of weather on aircraft) 地面風,高空風 ( surface and upper wind ) 溫度,氣壓,密度 ( temp. ,pressure, density) 降水,雷雨,飛機結冰(precipitation,thunderstorm, aircraft icing) 濃霧,能見度,雲幕高(heavy fog, vis.,ceil.) 垂直風切,高空亂流,晴空亂流(vertical wind shear, turbulence, clear air turbulence) 塵暴,沙暴(dust-storm, sand-storm)

地面風 (surface wind) 依據地面風選擇起降跑道 依據地面風計算飛機起飛可承受的重量 較強的頂風 浮力增加，起飛的速度就可減少  起飛所需要的跑道較短，載重量較多 逆風起降(take-off, landing by head wind) 便於穩定操縱飛機  縮短滑行距離 ( short runways operations) 側風起降(take-off, landing in the cross wind)  容易衝出跑道(aircraft overshoot)

華航CI-605衝出香港啟德機場跑道墜海 1993年11月4日香港啟德機場 輕度颱風埃洛( Ira )  跑道雨勢及側風極為強勁  上午11點鐘吹風向070°，風速為21 kt，陣風34kt  上午12點鐘風向風速070°/21kt，陣風40kt 天氣狀況非常不好，跑道積水 華航CI-605班機B747-400型飛機於當天上午11:30左右朝向十三號跑道降落時，側風加上濕跑道之緣故，造成飛機衝出跑道而墜入海中

華航副駕駛在中正機場降落後休克死亡 1994年5月17日晚上7點25分 臺灣北部受鋒面影響 中正機場風向風速290°/8kt，轉為360°/14kt 起降跑道由23R 跑道換為05L跑道 華航CI-101班機於7點24分原預定使用 23R跑道降落 導致正在降落的華航班機必須換 05L跑道重新降落 最後飛機於7點41分完成降落 不幸的是華航副駕駛李長安先生在飛機降落後休克死亡 可能因重飛造成壓力太大導致身亡

華航CI-642在香港新機場跑道翻覆墜毀 1999年8月22日下午6時45分 香港新機場 遭遇山姆颱風暴風圈強烈側風和雨勢的影響 　　1999年8月22日下午6時45分 香港新機場 遭遇山姆颱風暴風圈強烈側風和雨勢的影響 華航CI-642班機當日下午飛機側傾，右翼觸地翻滾起火，機肚朝天，側翼斷裂，尾翼損毀，墜毀在跑道尾端  機上300名旅客和15名組員中，2人死亡、212人受傷

高空風 (upper wind) 高空噴射氣流( upper jet-stream )  100-200浬/時  夏季較弱(weak in summer) 冬季特強(strong in winter) 順著噴射氣流( along upper jet-stream )  節省油料(the fuel load is reduced)  縮短時程 (the time taken is reduced) 飛機在靜風以500 浬/時之速度，飛行3000浬需要 6小時 在50 kt 順風中飛行，僅需 5小時27分約可節省10％時間 比起靜風就可節省10％油料，因此就可增加載重

垂直風切 ( vertical wind shear) 兩個不同高度間  風速有很大的改變(between one level and another the change in wind velocity) 下降時風速突減(descending into decreasing wind speeds)  飛機未抵達跑道而墜毀(aircraft undershoots) 下降時風速劇增(descending into increasing wind speeds)  飛機衝出跑道(aircraft overshoots) 爬升時風速突減(climbing into decreasing wind speed )  飛機爬升角度減小 (angle of climb decreases) 爬升時風速突增(climbing into increasing wind speed )  飛機爬升角度增大(angle of climb increases)

溫度 飛機舉升力與空氣密度成正比高溫下引擎效率 低空氣密度與氣溫和氣壓有關  定壓下，氣溫比正常值為高時  飛機起飛需要較快的速度  較快的速度就需要較長的跑道 在某些天氣條件下  跑道長度不足飛機正常載重量所需 減少飛機的載重 高空溫度低，飛機引擎效率高 高空溫度比正常值為高需油更多 維持正常巡航動力 準備飛行計畫時 需要高空溫度資料來決定所需油料

大氣壓力和空氣密度 大氣壓力和溫度  決定空氣密度 進而決定飛機舉升力 在其他因素相同條件下  空氣密度降低，飛機需要更快的速度，才能保持一定的高度  速度越快，飛機拖曳力越大，所需引擎推進力亦越大  越大的引擎推進力，所耗油料亦越多  高速飛行之噴射飛機需要甚多的油料 在高溫下，當氣壓降低，密度減少時，需要較長的跑道，以獲取起飛的速度 低壓區 準備起飛計畫時，更應該考量需要較長的跑道

機場海拔高度 機場海拔高度越高，其平均氣壓降低，平均密度亦減少 高海拔機場需要較長的跑道，以應起飛之需 空氣密度減小，引擎動力亦會跟著減弱，影響飛機爬升之動力 密度減至一定值，減輕飛機的載重量，飛機才易起飛和爬升

大氣壓力與高度 大氣壓力與高度有密切關係  大氣壓力隨高度增加而遞減 在1000百帕( hecto-Pascal)高度約10公尺↑氣壓降1 hPa↓ 500 hPa(5,500m)附近 高度約20公尺↑氣壓降1 hPa↓ 200百帕(12,000m)附近高度約30公尺↑氣壓降1 hPa↓ 高度上氣壓之變化用來決定飛機飛行之高度 飛機上之高度表以空盒氣壓計(aneroid barometer)之氣壓高度換算出高度，作為高度表(altimeter)之標尺

國際民航組織標準大氣( ICAO standard atmosphere ) 假設 乾空氣 平均海平面之氣壓 1013.25 hPa 氣溫 15℃ 對流層頂以下約11公里溫度隨高度遞減率每公里下降6.5℃ 這種標準大氣條件下 作為高度表之參考基準 這種標準大氣 國際民航組織標準大氣( ICAO standard atmosphere )

高度表撥定 各地大氣條件隨不同高、低壓系統之移動而隨時在變化 高度表在不同時空和不同高度皆與標準大氣有所不同 飛機上之高度表讀數必須經過撥定，才能顯示實際高度 飛機起飛前必須經過高度撥定，航程上因海平面氣壓不斷變化，其高度表所顯示之高度與實際海拔高度發生誤差，有時候誤差可能很大

高度表與實際高度 飛機自甲地高壓區飛進乙地低壓區 高度表不撥定為乙地的高度表撥定值時 飛機上高度表所顯示高度值比實際高度為高 飛機有撞山或重落地之危險 飛機自乙地低壓區飛進甲地高壓區 高度表不撥定為甲地的高度表撥定值時 飛機上高度表所顯示高度值比實際高度為低 飛機降落時有落空之危險 甲、乙兩架飛機分別自甲地高壓區和乙地低壓區對著飛 甲和乙兩飛行員，均未即時做高度撥定 在各自高度表上所顯示高度雖保持 300公尺之垂直隔離，但其實際飛行高度則逐漸接近，最後可能在中途互撞之危險

沙航與哈航撞機事件 1996年11月12日晚間 印度首都新德里西方60浬上空發生沙烏地阿拉伯航空公司波音747-168B客機( 312人)與哈薩克航空公司伊留申 IL-76貨機(37人)相撞慘劇，兩機機上共 349人全數罹難 哈航班機從哈薩克飛往新德里，沙航客機從新德里起飛，準備飛往沙國的達蘭，離場後 7分鐘在印度新德里西方60裡相撞。 事故之前，沙航班機曾獲地面管制指示爬升至14,000呎( 4200公尺 )高度，準備下降的哈航班機則被告知降至15,000呎( 4500公尺 )，指令下達不久，兩機在空中相撞。

俄航包機與DHL貨機撞機事件 2002年7月1日德國當地時間晚間11時43分左右 一架俄羅斯巴希客克利安航空公司(Bashkirian Airlines)俄製圖波列夫154型(Russian Tupolev Tu-154)客機從莫斯科飛往西班牙，與一架環球快遞公司波音757型貨機(DHL jet Boeing 757 cargo)從巴林(Bahrain)飛往比利時(Belgium)首都布魯塞爾(Brussels)，在德國南部毗臨瑞士邊界康斯坦茨湖(Lake Constance) 36,000 ft (12000公尺)上空相撞並墜毀，共造成七十一人罹難。 瑞士航管人員在撞機前五十秒向俄國客機駕駛員提出兩次警告，要求俄國客機降低飛行高度，避免與貨機相撞，但俄機飛行員並未立即反應，直到撞機前25秒接獲第二次警告才開始下降，那時貨機上的空中防撞警告系統(Traffic Collision Avoidance System； TCAS)也要貨機下降，結果兩機相撞。

飛機結冰 飛機飛經過冷卻的雲層或雲雨區域時，機翼機尾及螺旋槳或其他部分，常會積聚冰晶，多者可能厚至數吋 飛機在氣溫 0℃至-9.4℃間之高空飛行，機体上最容易結冰 雲中最易見到有液態水滴，尤其是積狀雲如積雲、積雨雲和層積雲等，此時空中水滴常在冰點以下而不結冰仍保持液態水之狀態，就是所謂的過冷卻水滴，飛機飛過，空氣受擾動，過冷卻水滴立刻結冰覆著於機体上，數秒鐘內機体上就會有嚴重的結冰 空氣中若濕度大，含有過冷卻水，容易構成昇華作用，飛機穿越其間，空氣略受擾動，迅速凝聚積冰

亂流 飛機飛入對流性雲區, 如積雲、積雨雲和層積雲 空氣發生上、下對流垂直運動，使機身起伏不定，致令 乘客暈機嘔吐，極感不舒適，甚至導致飛機結構損壞， 造成飛機失事，現今飛機常裝置雷達，避開對流性雲型 晴空亂流飛機在萬里無雲之高空飛行，突感機身顛簸 通常晴空亂流常發生在風向突然轉變或風速突然 增加或減少等地區，即所謂風切作用最大地區 噴射氣流冬天常在中、高緯度地區，高度 9～12公里地方 有一股強風帶，風速可達到每秒30公尺以上，最 大風速甚至可達到每秒100～130公尺 亂流常是噴射氣流所造成的，因噴射氣流附近風切大， 產生亂流的機會多

低空風切(low-level wind shear) 風切某高度和另一高度間風向和風速有很大的改變 飛機具有高動量大型飛機在相當高速飛行時，不能立刻適應風切的變化，因此在起降階段遇到風切就會發生危險 飛機下降時 風速突然減弱，造成飛機失速於未抵達機場跑道就墜毀 風速突然增強，造成飛機超越跑道降落 飛機爬升時 風速突然減弱，造成飛機爬升角度減小 風速突然增強，造成飛機爬升角度增大 以上等等現象都會造成飛機操作上的困難，甚至於造成空難事件

下爆氣流(downburst) 雷暴雨所造成的下爆氣流或低空風切 影響飛機航道上風速有水平和垂直方向的急速改變 引起飛機空速也跟著急速的變化 強烈逆風突然轉變為順風造成飛機起降時浮力顯著減少 造成飛機掉落之危險 雷暴雨所造成的低空風切和下爆氣流 飛機起降時最危險的天氣 雷暴雨引發下爆氣流和低空風切時  下爆氣流在接近地面時，空氣向四方衝瀉

飛機飛進下衝氣流地面輻散場 先遇到頂頭之氣流，飛機空速相對增加， 機翼浮揚力增加駕駛員瞬間反應是 押機頭、關小引擎及修正進場角度 過了下衝氣流中心線 遭遇強順風 機上空速表急遽下降，機翼浮力不足 飛機失速下墬 在進場最後階段，高度無法使駕駛員與飛機有充分的時間反映，無法重飛，導致失速墜毀

雷暴雨與空難事件 美國於1970至1987年間由於雷暴雨引發下爆氣流和低空風切，造成飛機失事就有18次和 575人死亡之多 1970年 8月12日中午華航 YS-11型 206班機，撞毀於台北松山機場左方之福山 1975年 7月31日下午遠航 134班機，撞毀於台北松山機場跑道之右方 兩次飛機失事均發生於大雷暴雨中  雷雨下爆氣流向四方衝瀉，使飛機無法安全降落機場所致