第19章航空气象站的仪器与观测方法易Word下载.docx
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由于气象观测对飞机安全的重要性，观测员经过严格培训并具有良好视力是至关重要的。
观测员的培训应包括基本课程和正规的知识更新课程。
WMO（1984）对课程内容制定了指南。
气象观测系统的选点、安装和内容在《技术规则》（C.3.1）4中作了规定，综述如下。
为了保证观测值能代表机场或其附近地区的大气状况，在选择合适的观测地点或安装航空气象站的观测仪器时要特别谨慎。
在某些需要大范围资料的情况下，可能需要在多处安装某些仪器，以保证报告的数值能代表整个地区范围的状况。
例如，对于长跑道或有几条跑道的大机场，进场、着陆和起飞区可能相距2到5公里，在跑道一端测量的诸如风、云高、跑道视程等各种要素值，有可能很不同于此跑道其它地方或与飞机作业有关的跑道群其它地方的情况。
对于着陆的最低天气标准低的大机场，观测地点的选择要使观测出的各种气象要素值能代表特定跑道或复合跑道的恰当范围。
在机场上选择仪器位置时，特别重要的是仪器的地点和安装在符合业务要求的同时，仪器及其操作不能对飞机飞行构成危险，而且机场上飞机的出现和移动（滑行、起飞滑跑、着陆、停机等）以及各种机场设施对观测数值也不能有不适当的影响。
所使用仪器类型、它们的特点以及所测值的表达和报告方法都是同样重要的。
应该照本指南公布的方法、程序和技术规格来安装、操作和维护仪器。
航空气象站应安排有充分频次的检查，以保证维持高标准的观测和站上所有仪器及其指示器都能正确地工作，并检查仪器的安装情况是否有大的变化。
仪器设计应做到能在气象站、气象台和空中交通业务部门（ATS）同时遥传显示，给出地面风、温度、露点、气压、现在天气、能见度、跑道视程（如果跑道可供雾中起降）和云高的相应数值，所有这些测值均应代表飞机着陆和起飞区的状况。
测量云底高度和跑道视程的自动仪器系统对航空气象站特别有用。
对于配备有盲降装备，特别是有II级、IIIA级或IIIB级盲降装备的机场，以及空运繁忙的机场，最好使用实时获取、处理、分发/显示影响着陆与起飞区的气象参数的自动化综合系统。
这种自动系统应能人工插入自动仪器无法测量的气象数据。
在《技术规则》（C.3.1）4.1中对自动气象观测系统的要求有详细说明。
19.1.4方法
在机场进行气象观测的方法与其它气象应用完全一致，本指南其它章节已有描述。
本章仅描述航空气象特有的某些涉及选址、数据采集的要求以及算法。
19.2地面风
19.2.1概述
着陆和起飞区附近的气流和低空风切变的测量对于航空是最重要的。
其规则在《技术规则》（C.3.1）4.5有描述。
在国际机场，空中交通业务部门、空中交通管制塔台和进场管制室都安装有风速风向指示器，空中交通管制人员把这些指示器的读数告诉正在进港和离港的飞机。
空中交通业务部门与气象站的指示器应连接到同一传感器上，以保证相互一致性。
在测量风速、风向平均值的同时，还需测量阵风及规定的风向、风速显著变化。
向机场外发布的风的报告（《技术规则》（C.3.1）4.5.9）与天气观测报告中的内容相同（10分钟平均以及相对于正北的方向），而且传送的值应对所有跑道具有代表性。
在机场为飞机起飞与着陆而进行的观测（《技术规则》（C.3.1）4.5.6），风向是相对于磁北，平均时间为2分钟，其值应代表正在使用的跑道。
阵风应从3秒滑动平均值中求出。
从风速计输出取值以测定平均值、阵风及风向、风速的变动性，应参照第一编第5章和第三编第1章以避免失误。
宜用矢量平均而不用标量平均。
机场所需风的测量，如平均值、极值等，最好自动测定和显示，特别是在不同跑道上使用了若干个传感器时。
当需要若干个传感器时，每个指示器应清楚地标明各传感器所监测的跑道或所处的跑道位置。
19.2.2仪器和安装
航空站用的测风仪器类型一般与第一编第5章中描述的相同。
风向风速传感器的滞后系数应符合该章中的要求。
风向风速传感器应安置在跑道高度以上6到10米高处，以给出代表跑道起飞区和着陆区平均状况的测量值。
但是，为了与天气观测兼容，以10米高度为宜。
如果机场安装的风传感器是为了代表起飞或着陆区的状况，必须注意避免由于飞机本身接近或经过时所造成的扰动或湍流（由起飞或着陆造成的虚假阵风）。
由于类似的原因，传感器不能太靠近建筑物或山丘，也不宜安装在小气候特性过强的地方（海陆风、风暴频繁之处等）。
在传感器高度10倍的半径以内，不得有绝对禁止的障碍物，要尽可能的远离。
建议准备备份仪器，或备用仪器，以防止仪器出现故障时向空中交通业务部门传送的数据发生中断。
当地条件能保证时，一个或多个传感器的安装应按各跑道进行分类。
这种情况下，建议使用数字化技术，因为这样可以用一或两对电话电缆传送大量传感器的数据，而且可以用不同颜色的发光二级管（LEDS）组成的数字式显示器显示风的测量数据。
显示的应该有“瞬时”风速、风向（距离常数为2至5米），2或10分钟平均风速、风向，以及最小、最大风速。
有时可以在同一显示器上显示选自不同测量点的风的读数，这样可以减少所需显示器的数目。
在机场安装风传感器时，必须特别注意大气放电的防护（架设闪电引下器、风杆接地以及使用屏蔽电缆或光缆），电子数据处理系统也需注意防雷。
为了维持所需的准确度，测风仪器必须保持良好状态，并应定期检查和校准。
传感器的性能有时须在风洞中校准，特别是对模拟系统。
使用带有内置检查功能的数字式技术的仪器可以减少检查次数。
但并不能消除摩擦带来的误差。
定期检查可以检测出传感器某些元件的损坏或部件的性能退化。
误差可能来自摩擦、安置地点不当以及传输和显示设备。
误差也可能是传感器本身设计不当造成的，特别是在出现弱风（转动阈值过高、惯性过大）或者不定风时（由于阻尼过度或不当，造成高估或低估风速或者风向指示不正确）。
19.3能见度
气象光学视程（MOR）的定义及其目测或器测在第一编第9章中讨论。
在航空业，能见度的测量是气象光学视程的特殊应用。
但是，在航空业中名词MOR未被广泛应用，本章中仍用能见度术语描述业务要求。
测量气象光学视程的仪器也可以用来测量跑道视程。
《技术规则》（C.3.1）4.6中含有国际航空的正式叙述。
国际机场，向机场外发布的能见度观测报告应能代表机场及其近邻的状况。
用于着陆或起飞操作的能见度观测报告，或仅在机场内发布的能见度观测报告，应代表着陆和起飞区的状况，观测能见度的观测站可能在几千米之外。
业务上要求的测量准确度为600米以内：
±
50米；
600米至1500米：
10%；
1500米以上：
20%（WMO，1992附录B）。
关于测量准确度的建议参见第一编第九章。
由于业务上最低气象条件决定着是否允许一架飞机着陆或起飞，当能见度变化通过某个界限时必须给出准确可靠的信息，例如，当雾或降水开始、消散或发生变化时，能见度下降低于、或升高高于临界值800，1500或3000及5000米之际（《技术规则》（C.3.1）4.3.3（e））。
当能见度发生显著的方向性变化时，特别是影响到着陆或起飞区时，应给出附加信息指明观测方向，如“VIS2000MTOS”。
当能见度小于500米时，以50米的间距报告，如VIS350米；
大于500米而小于5千米时以100米的间距报告；
5千米以上而10千米以下时，以1千米间距报告，如7千米；
大于10千米时报10千米。
但当使用CAVOK条件下，应执行《技术规则》（C.3.1）4.6.4的规定。
观测方法见第一编第九章。
气象能见度的观测由视力“正常”的观测员，观测距气象站已知距离处，选定的具有某种特征的目标物来进行。
这些观测也可用能见度测量仪器进行，如透射表或散射系数表。
观测地点应为能连续观测机场包括所有跑道的地方。
如果用透射表观测能见度，75米长的基线已可满足航空业务的要求。
但是，如果仪器还用来测量跑道视程（RVR），则基线长度需综合考虑机场执行的各类业务后确定。
19.4跑道视程
19.4.1概述
在机场跑道中心线上，飞机上的飞行员能看清跑道地面标志，或能看清跑道边灯或其中心线灯的距离称为跑道视程。
在《技术规则》（C.3.1）4.7中有论述。
建议在水平能见度低于1500米时进行这项观测。
以大约5米的高度作为在跑道中心线上飞机中的飞行员的平均眼高。
需注意，宽机身飞机上飞行员的眼高可能至少有10米。
实际上不可能从飞行员看跑道中心线的位置上直接测量RVR，但是必须估测飞行员从此位置上会看到的视程。
如果跑道视程按报告等级有了改变，应立即向空中交通业务部门报告该跑道视程。
此报告的传送应在观测结束后15秒内完成。
此报告用明文发出。
19.4.2观测方法
跑道视程可以由观测员进行间接测量（辅助设备或有或无），或用仪器设备测量，如透射表、测散射光的传感器或用电视方法。
在使用盲降设备的国际机场，特别是使用II级、IIIA级或IIIB级盲降设备的机场，应利用合适的仪器连续测量RVR。
19.4.2.1由观测员测量
由观测员对雾中可见的跑道灯（或为此专门设置的与跑道平行的灯）进行计数，可以简易而方便确定跑道视程。
这种方法的困难在于人眼的分辨能力，超过一定距离（取决于观测员）将无法分辨跑道灯，更无从计数。
由于观测员观测跑道灯时的位置不同于飞行员，所以需要利用换算曲线来确定真实的跑道视程。
白天，也可以利用沿着跑道边缘按距离安装的特别设计的标志牌来估计跑道视程。
19.4.2.2用电视方法测量
用电视方法估计跑道视程是利用电视摄像机和接收机来观测标志物，标志物可以是跑道灯、沿跑道设置的特置灯或标志牌。
现用的有两种方法。
一种方法是在5米高度上架设一个摄像机，并在跑道边缘外75米距离处设置一排与跑道平行的和跑道灯完全一样的灯。
摄像机的位置在跑道边缘专门测量RVR的点上。
灯则安装在按照《技术规则》（C.3.1）4.7建议所确定的距离处。
用一个特殊镜头（变焦并自动调焦）来检测依次点亮的各组灯，每组三盏灯（1—2—3号灯，2—3—4号灯等依次类推）。
观测员从电视屏幕上确定只能看见前两盏灯而第三盏灯在雾中不可见的最近的一组。
此时摄像机与第二盏灯的距离即代表跑道视程。
另一个系统中，电视摄像机与透射表合用。
目的是探测碎雾或浅雾。
在一条跑道上，一个1.2米高的摄像机用于观测一排跑道灯。
在另一条跑道上，靠近飞机着陆区的摄像机观测一排特设的跑道灯。
如果这些摄像机观测到有碎雾或浅雾，则由透射表计算出的RVR可用电视方法测得的RVR人工予以替换。
19.4.2.3用透射表测量
目前最通用的测量跑道视程的仪器是透射表，它测量大气中一定路径上的透射因子（见第一编第9章）。
RVR的测定方法如下：
（a）以跑道灯为主测定RVR：
RVR取决于大气的透射因子、跑道灯的强度以及观测员和飞行员加的照度阈值，后者又决定于背景亮度。
可按下式计算：
（19.1）
式中
为观测员或飞行员的视觉光照度阈值，与背景亮度有关；
I为向着观测员或飞行员的跑道中心线灯或边灯的有效强度；
T为透射表测得的透射因子；
R为跑道视程；
a为透射表基线长度或光程长度。
业务上，可以借助于一些查算表来确定跑道视程，或者最好用能进行跑道视程数字读数的自动装置。
应按照《技术规则》（C.3.1）4.7.8的要求对每一条跑道分别计算。
（b）按对比度测算跑道视程：
当不用灯光而是用标志物来引导飞行员着陆或起飞时，就应该依照特定目标相对于背景的对比度来确定跑道视程。
对比阈值取0.05作为计算的基础。
计算公式为：
（19.2）
式中R为通过对比确定的跑道视程。
19.4.2.4由前向或后向散射仪测量
测量前向散射系数或后向散射系数的仪器及其缺点在第一编第9章中已有讨论。
在航空业中用以测量RVR尚缺乏长期实践的基础，但近期的研究证明了前向散射仪器的价值。
19.4.3仪器和安装
19.4.3.1透射表
透射表的描述、现场安装、维护以及误差来源见第一编第9章及有关参考文献。
透射表系统有一个投射光源，它把已知强度的光投向离投射光源已知距离处的光电接收装置。
把由雾或霾等造成的大气透射的变化连续测量和记录下来。
经校准，仪器可直读以百分数表示的透射率。
投射光源和接收器应安装在坚硬、牢固、耐久且不易碎的支柱上，保持处于同一高度，安装方式并应能保证土壤的移动、霜冻以及支柱受热不匀等因素不致对两者的相互对准造成有害的影响。
光路的高度应在跑道平面以上2.5米。
有一种透射表的投射光源和接收器装在同一单元内（见第一编第9章）。
这时，在通常安装接收器的地方装了一个反射器（镜子）。
光射出又返回，基线长度等于投射光源/接收器到反射器距离的两倍。
透射表可能有一个或两个基线，取决于使用一个或者在不同距离处放置两个接收器或折返反射器。
透射表的基线长度，即投射光源与接收器之间光束穿行的光程，决定了跑道视程的测量量程。
跑道视程在50至1500米之间时，最常用的基线长度在15至75米之间。
对更短的透射表基线长度，要求有更高的透射因子测量准确度和更好的系统线性度，如果II级和III级着陆的机场要求测量更低的跑道视程，应选用短基线的透射表。
但是，其最大可测跑道视程将相应降低。
需找到一种折衷方案。
双基线透射表即是，选用不同的基线即可获得宽量程。
但需注意在基线切换时应保证跑道视程的测量结果相互一致。
高值跑道视程可用长基线透射表测量，但需有更强的投射光以补偿在投射光源与接收器之间浓雾中光的衰减，而且需有更窄的接收角以避免散射扰动现象的发生。
最弱可测信号还决定于测量设备中的背景噪声。
跑道视程测量系统使用状态的任何变化，应立即报告机场空中交通管制部门和航空信息服务部门。
进行跑道视程观测的地方，距跑道中心线的侧向距离不应超过120米。
为使观测能代表着陆区，观测地点应在沿跑道方向离跑道入口约300米处。
代表跑道中部或远处各段的观测地点应设在沿跑道离入口1000到1500米和距跑道另一端约300米处。
这些观测点的准确位置，以及如果有必要为长跑道增加观测点的位置，应在考虑航空气象和气候因素（如沼泽地和其它易生雾地区）之后来确定。
透射表一般应平行于跑道安装。
但是，应避免阳光直射以免损坏仪器。
这时，光轴应大致南北向水平安置（对纬度低于50°
的地区）否则需使用挡板系统。
通常使用计算机计算几个测量点的跑道视程，并在屏幕上显示，同时显示观测时间、透射因子、机场内一个点或几个点测得的亮度以及跑道灯光强度。
数据还发送至空中交通业务部门（ATS）的显示板、气象部门及其它有关部门，或者打印出来作记录用。
跑道灯光强度应按照《技术规则》（C.3.1）所述程序自动输入计算机，或按照当地空中交通业务部门和气象部门之间的正式协议进行。
透射因子T及背景亮度I还可用模拟或数字式随时间的图形记录器记录。
跑道视程的图形显示最好能同时显示
及I的记录（见公式2.1）。
19.4.3.2背景亮度传感器
计算跑道视程时必须知道照度阈值
。
背景亮度传感器应安装在配有一个或多个透射表的跑道的尽头。
根据透射表的安装规模以及所覆盖跑道的数目，在航空港内可安装一个或多个亮度传感器。
背景亮度传感器测量与太阳相对方向地平线或天空的亮度。
把背景亮度转换为照度阈值的曲线在于WMO（1992）附录D以及ICAO（1981）中给出。
用于这个曲线的关系式之一为：
（19.3）
式中L为地平线天空的亮度。
背景亮度传感器中，在角孔径10°
至20°
和透镜之焦点处放置一个光电二级管，沿北一南方向放置（避免阳光直射），仰角约为地平线上30°
至45°
照度阈值引入跑道视程计算时，或者用作连续函数，或者用作阶梯函数（2至4阶梯）（参见《技术规则》（C.3.1）附录D）。
19.4.4仪器检验
为保证透射表—跑道视程系统的正常工作和校准，必须对系统的各部分做定期检验。
一般情况下，仪器设备的生产厂商和研制单位提供的文件会给出进行这种检验的细节，并指出当仪器允限超过规定值时如何修正的措施。
在能见度超过10至15千米的晴好天气下，只需校准设备指示约100%的透射率既可（见第一编第9章）。
必须进行正确的维护和校准，以保证：
（a）防止光学表面上积尘；
（b）维持投射光源光强的稳定；
（c）防止校准后的漂移；
（d）在使用透射表时保持投射光源和接收器的对准。
在严重污染的地区，需进行更频繁的维护。
必须注意，维护时不能同时让所有的仪器都停止工作，而且每件仪器中断工作的时间不能过长，特别是在预报有雾时。
在雾持续几天的情况下，应该检验投射光源，使其光强维持稳定。
对设备的偏斜也应予以校正。
在浓雾的情况下，光学设定的校准如果不是不可能的话也是很困难的。
因此，关键是仪器在机械上应可靠，光学性能应稳定。
19.4.5数据显示
在有关部门显示的跑道视程数据的刷新按照当地生效的协议执行，每15秒至60秒刷新一次，在某些情况下甚至可以每2分钟刷新一次。
跑道视程的改变一般应在观测完成后15秒之内传出。
19.4.6跑道视程测量的准确度和可靠性
如果用的是散射光传感器而不是透射表，则用公式计算的跑道视程只适用于小水滴雾这样的情况，由其它水汽凝结物如冻雾、雨、雪或沙尘粒子（沙尘暴）造成的能见度降低时此法不适用。
这时，气象光学视程（MOR）和跑道视程（RVR）的测量必须非常小心，因为这种情况下还没有满意的关系式可用。
飞行员看到的跑道视程和测量值之间的差异可达15%到20%，其假定的标准偏差不超过10%。
由观测员观测时，由于视觉阈值的差异和观测条件的差异，两者合在一起引起报告的视程差异常常可达15%到20%。
用透射表或散射系数表测量的跑道视程，仅代表大气中很小的体积。
考虑到雾浓度在时间和空间上的起伏，取较大数目样本或测量值进行平均是十分必要的。
跑道视程过快的变化，使空中交通业务部门难以向飞机传送这些信息。
由于这些原因，建议平均时间为30秒到1分钟，平均或滑动平均均可。
由观测员目测或由仪器设备得出的跑道视程和实际跑道视程之间的误差，一般不应超《技术规则》（C.3.1）附录B中规定的限值。
19.5现在天气
现在天气的观测和报告在第一编第14章中已有讨论，在《技术规则》（C.3.1）4.8中有关于其程序的叙述。
对航空，着重点放在观测和报告对飞机完全作业有重要意义的诸如雷暴、冻雨和限制飞行能见度的要素等天气现象的开始、终止、强度的位置。
为了起飞和着陆，现在天气的报告应尽实际可能地代表起飞和爬高区或进场和着陆区的情况。
对于要传送到机场以外的报告，现在天气的观测应能代表机场及其紧邻周围的情况。
现在天气的观测绝大部分是目测。
要小心选择观测场地，使测站在各个方向都有良好的视野。
仪器可以用来支持人工观测，特别是测量降水强度。
用以确认降水类型（雨、雪、毛毛雨等）或除降水以外降低能见度的天气现象（雾、霾、烟、沙尘等）的检测器可以协助观测人员工作，或在自动观测时提供帮助。
这些检测器实际上基于消光系数或闪烁现象的测量，也可能利用天气现象和其它量（如湿度）之间的关系。
现在，还没有国际上一致同意的算法来处理数据以确认这些现象。
在现行航空气象业务上还要求配备人工观测员，因此，这些仪器不是非用不可的。
在现在天气报告中的这些现象的叙述见WMO（1975、1987、1995）。
关于现在天气特别报告的规格见《技术规则》（C.3.1）4.8。
在METAR或SPECI明文报告中使用的缩写和电码表见《技术规则》（C.3.1）4.8.4。
19.6云
19.6.1概述
云的观测和测量在第一编第15章讨论。
为航空应用（见《技术规则》（C.3.1）4.9），所提供的云的信息（云量、云底高、云状）应代表机场及其紧邻地区的情况，在用于着陆的报告中应代表进场区的情况。
提供给在盲降进场跑道上着陆的飞机的云报告，应代表仪表着陆系统（ILS）中间信标位置处的情况。
如果天空朦胧或不可见，则云底高应改报为垂直能见度，格式为VERVISXXXm。
术语CAVOK和SKC（skyclear）也可在报告中使用（技术规则）（C.3.1）4.5.9.1）。
云底高一般应报告高于机场的海拔高度。
但是，在使用盲降设备的机场，有一个低于机场海拔高度15米或更低的门限高度，应按照当地安排，在向进场飞机报告云底高时按此门限高程报告。
19.6.2观测方法
测定云底高的主要方法有：
（a）云底探照灯；
（b）转动光束云幕仪；
（c）激光云幕仪；
（d）云幕气球；
（e）目力估测；
（f）飞机报告。
只在有可能，都应通过测量来获得云底高度。
在安装有盲降设备的繁忙的机场或国际机场，云底高的测量应自动进行，以使这个信息及其变化能连续提供。
在机场里，云幕气球法太慢，且易产生误差，不宜用作常规方法；
当观测要求很严格时，目测法亦不宜使用，因易产生误差，特别是在夜间。
飞机报告的云底高可向观测员提供有用的补充信息。
但使用飞行员的报告时要特别注意，因为此信息可能是距地面观测点几千米以外的。
19.6.3云底高测量的准确度
很多云底表现出参差不齐、模糊和起伏，这限制了云底高测量的准确度。
用云幕气球得到的单次或次数很少的测量值可能无法代表总的云况。
最好用上述仪器之一在几分钟的时段里获得一个准连续的记录，从而得到最佳估计值。
制造商提供的仪器测量准确度，一般是用固态物或人工目标物获得的。
由于云底的模糊性，业务上使用时这个准确度实际很难达到。
19.7气温
关于气温观测仪器和方法的一般性讨论可参考第一编第15章。
航空应用上需要知道跑道上的气温（见《技术规则》（C.3.1）4.10）。
通常，场址适当、通风良好的百叶箱中观测到的数据可充分接近所要求的数值。
气温的快速变化（半小时2到3℃）应立即报告给空中交通业务部门，特别在热带和亚热带地区。
温度传感器的安装要做到不受移动或停放飞机的影响，而且应能提供可代表跑道上一般情况的测值。
应使用时间常数为30至60秒的温度表，以消
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