Page 117 - 《高原气象》2025年第5期
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5 期                 王泽林等：西北地区冬季非降水层状云积冰环境的飞机观测个例研究                                         1235
               1  引言                                             ume Diameter， MVD）位于 10~20 μm， 其中 15 μm
                                                                 发生频率最高（Jeck， 2008）。
                   飞机在空中穿越含有过冷水的云层或冻雨时
                                                                     中国学者对国内飞机积冰的气象环境开展了
               会出现冰层积聚现象， 造成飞机飞行性能严重下
                                                                 一些研究。王磊等（2014）利用 7架次飞机积冰探测
               降， 进而导致飞行事故。为保障飞机在积冰条件下
                                                                 数据对北京地区积冰云层的云相态、 LWC 和 MVD
               能够安全飞行， 民航法规要求民用运输类飞机必须
                                                                 等微物理特征进行了分析。彭冲等（2023）研究了
               通过适航规章附录 C（Federal Aviation Regulations           河南地区冬季低空急流背景下飞机严重积冰过程
               Part 25 Appendix C）规定积冰环境的认证飞行， 才
                                                                 的云宏、 微观结构特征。孙晶等（2019）利用数值模
               可 以 用 于 商 业 运 营 飞 行（Bernstein  et  al，  2006；     式对安庆地区春季一次积冰环境的宏微观结构进
               Cober et al， 2012）。开展积冰气象环境研究对保障                  行了模拟和分析。航空工业部门在新疆（王泽林
               航空飞行安全和国产民用飞机适航取证至关重要。                            等， 2020）和陕西（王泽林等， 2022）开展了飞机积
                   美国和加拿大的研究机构对北美地区飞机积                           冰环境的飞行试验， 初步研究了适航取证所需积冰
               冰条件开展了大量的外场观测研究。20 世纪 40 年                        环境的天气条件。
               代， 美国航空咨询委员会对美国西海岸、 中部高原                              国外飞机积冰环境的观测样本多来自降水性
               和东海岸的积冰环境开展了大量的飞行观测， 形成                           层状云， 且云层相态多为混合相， 关于非降水层状
               了最早的积冰环境数据库， 为飞行器除防冰设计奠                           云积冰环境的样本较少（Miller et al， 1998； Cober
               定了基础。Sand et al（1984）利用1091 h的飞机观测                et al， 2001， 2002）。我国气象部门和研究机构利用
               数据， 总结了美国不同季节、 不同位置的积冰环境                          飞机增雨作业和科学实验对气溶胶、 云微物理特征
               特征。美国大气研究中心在落基山脉地区开展冬                             和降水形成机理开展了大量的飞机观测研究（王黎
               季积冰风暴项目（Winter Icing and Storms Project，          俊等， 2013； 孙玉稳等， 2019； 郭学良等， 2021； 蔡
               WISP）的外场实验（Politovich et al， 2002）。针对过            兆 鑫 等 ，  2021；  封 秋 娟 等 ，  2023；  王 研 峰 等 ，
               冷大水滴 SLD（Supercooled Large Drop）积冰条件，             2023）， 对掌握我国不同地区过冷水的生消机制和
               北美研究机构相继开展了 CFDE 和 AIRS 外场观测                      分布特征具有重要意义， 但相关研究并未对观测期
               实验（Isaac et al， 2001）。为研究小云滴和 SLD积冰               间遭遇积冰的现象展开深入分析， 缺少适航相关的
               环境的形成和演变规律， 2019年美国联邦航空管理                         积冰环境分析研究。另外， 气象部门的主要研究对
               局（Federal Aviation Administration， FAA）等机构在       象为降水性层状云， 关于冬季非降水层状云的结构
               五大湖地区开展了综合观测实验（Bernstein et al，                   和微物理特征较少涉及。
               2021）。                                                冬半年我国飞机积冰气象条件频率在长江中
                   国外飞机观测实验表明， 影响飞机积冰的气象                         上游地区为一大值区， 陕西关中地区位于大值区的
               因素主要是温度、 液态水含量（Liquid Water Con‐                  北缘（Bernstein et al， 2009）。陕西关中位于秦岭和
               tent， LWC）和云滴大小分布。在云中的负温区，                        黄土高原之间， 受西风带环流和副热带低纬度环流
               LWC 主要分布于-25~0 ℃， 当温度低于-10 ℃后，                    共同影响， 冬季在高空槽、 切变线、 西南涡和地面
               冰晶出现频率会显著增加， 进而消耗 LWC， 造成积                        倒槽等天气系统影响下， 陕西关中地区常有大面积
               冰条件减弱。云滴大小的分布对积冰类型和积冰                             层状云覆盖， 具有一定的飞机积冰气象条件。本文
               的位置有重要影响， 温度较低且云滴较小时， 易形                          利用 2021 年 12 月 8 日陕西关中东部地区一次非降
               成霜冰， 而云滴较大且温度较高时， 很可能形成明                          水层状云积冰环境的飞机观测数据分析了积冰环
               冰或混合冰， 当存在直径大于 50 μm 的 SLD 时， 可                   境特征， 补充了西北地区冬季非降水层状云的微观
               能造成机翼后部等非防护区出现积冰（Bernstein et                     物理结构及积冰环境认识， 其结果可为航空气象服
               al， 2019）。美国科罗拉州东北部的层状云积冰环                        务和国产民机适航取证提供一定参考。
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               境中， 90% 样本的 LWC 低于 0. 3 g·m ， 云滴粒子                2  仪器和数据处理
               平均直径的中值为 11 μm， -7 ℃和-17 ℃是积冰环
               境温度的两个峰值（Politovich et al， 2002）。基于全              2. 1 观测仪器
               球收集的积冰数据库统计结果表明， 在层状云中，                               观测平台为一架积冰研究飞机， 飞行速度为
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               90% 样本的 LWC 低于 0. 35 g·m ， 50% 的样本低于              140~150 m·s ， 其加装了美国 DMT（Droplet Mea‐
               0. 1 g·m ， 80% 样本的中值体积直径（Median Vol‐              surement  Technologies）公 司 的 云 粒 子 组 合 探 头
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