Page 125 - 《高原气象》2025年第5期

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 1243
地区进行积冰观测期间使用 3 英寸直径（7. 62 cm） 基于式（3）， 利用飞机观测数据（第 2~4 次入
圆柱体的积冰速率定义了积冰强度， 其后美国空军 云）计算的积冰速率结果见图 8， 为减少数据波动，
利用 LWC 和积冰速率定义了飞机积冰强度（Jeck， 采用相邻平均法对积冰速率计算结果进行了 5 s 平
2001）。 FAA 飞 行 员 指 南 ： 积 冰 条 件 飞 行（Pilot 滑， 纵坐标表示积冰速率， 横坐标为暴露距离。暴
Guide： Flight in Icing Conditions， AC 91-74B）定 露距离（Exposure Distance， ED）是飞机在积冰气象

义， 飞机积冰的强度通过积冰速率被表述为微量（< 条件中的飞行距离（Jeck， 2008）。飞机第二次入云
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0. 1 mm·min ）、 轻度（0. 1~0. 4 mm·min ）、 中度 （10:11:51 -10:21:19）， 在云中飞行了 10 min 28 s，
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（0. 4~1. 3 mm·min ）和重度（>1. 3 mm·min ）。通 平 均 积 冰 速 率 为 0. 78 mm·min ， 第 三 次 入 云
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过 LWC、 飞机暴露面水滴收集效率、 空速和积冰类 （10:31:34 -10:38:20）， 在云中飞行了 6 min 46 s， 平
型 可 以 计 算 出 积 冰 速 率（Jeck， 1998； Politovich， 均积冰速率为 0. 89 mm·min ， 飞机第四次入云
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2003）。具体积冰速率公式如下： （10:54:57 -11:00:43）， 在云中飞行了 5 min 46 s， 平
R icing = A × LWC × β × V （3） 均积冰速率为 0. 98 mm·min 。三次入云飞行， 飞
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式中： R icing 为积冰速率（单位：mm·min ）； A 为比例 机均遭遇了中度强度的积冰。在三次入云过程中，
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常数， 与积冰的密度有关， 从视频图像分辨机翼积 标尺测量的累积积冰厚度分别为1. 9 cm、 1. 9 cm和
冰为明冰， A 取值为 0. 0011； LWC 为液态水含量 2. 1 cm， 积冰速率明显高于计算值， 这主要是由于
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（单位：g·m ）； V为真空速（单位：m·s ）； β为收集效 积聚的冰层结构较为松散， 造成标尺测量的累积厚
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率系数， 在 MVD 为 15 μm， V 平均为 144 m·s 的条 度 偏 大 ， 在 飞 机 在 出 云 后 ， 积 聚 的 冰 层 便 很 快
件下， 该研究飞机的β取值为0. 36。 脱落。

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图8 10：11：51 -10：21：19 （a）、 10：31：34 -10：38：20 （b）和10：54：57 -11：00：43（c）期间的积冰速率（单位： mm·min ）
虚线表示不同的积冰强度， 矩形框表示水平飞行航段
Fig. 8 Ice accumulation rates （unit： mm·min ） during 10:11:51 -10:21:19（a）， 10:31:34 -10:38:20（b） and 10:54:57 -
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11:00:43 （c）. The dashed lines indicate different icing intensities， and the rectangular boxes denote level flight legs
4. 3 与适航规章附录C的比较 （2002）的方法， 将附录 C 包线转化为了 LWC 基于
适航规章附录C描述了适航取证飞行试验的理 水平距离变化的包线， 其中 MVD 为 15 μm。为减
想试验环境， 其分别定义了层状云（连续最大）和积 少数据波动， 对 CDP-LWC 数据做了 5 s 平均处理。
云（间断最大）环境的极端积冰环境。其中， 连续最 由图 4（a）可见， 飞机在 CD、 EF 和 GH 段的水平飞

大包线使用 LWC、 平均有效直径（Mean Effective 行航迹并不是单向的， 观测数据不能严格满足水平
Diameter， MED）、 大气温度和海拔描述了水平距离 距离观测的要求， 但由于飞行的距离和时间较短，
（Horizontal Extent， HE）为 17. 4 海里（约 33 km）层 本文忽略了可能造成的比较误差。
状云的极端积冰环境， MVD 近似等于 MED， 更常 在适航取证飞行试验中， 试验机需要持续在积
用于表征积冰环境（Cober et al， 2001）。由于实际 冰环境中飞行， 验证防除冰系统， 并且当非防护部
飞行中的条件限制和积冰云层的分布影响， 难以将 位的积冰厚度达到规定要求后， 才能完成相应的机
飞机观测的数据处理为标准水平距离尺度的样本。 动动作。因此， 需要积冰环境中的温度、 MVD 和
为了便于测量样本与附录 C 比较， 本文参考 Jeck LWC 需要在一定时间内保持相对稳定（高郭池等，