首都机场一次航班雹击事件分析

总结事件发生的本质原因，并提出改进建议。

关键词：航班;冰雹;雷击;事件分析

2019年05月26日，从广州飞北京的CZ3101次航班，在北京降落过程中，飞机遭遇冰雹，挡风玻璃破裂。除了风挡玻璃出现裂痕外，飞机的雷达罩也有受损。根据Flightradar24的航迹记录，该航班在降落前疑因北京天气原因盘旋数圈。机组按手册程序处置，飞机于11：48分安全降落北京首都国际机场。

气象学上，受高空冷空气影响，局地生成的强对流单体带来了冰雹。冰雹属于局地强对流现象，范围小，公认的“最难预报”。[4]但冰雹与雷电现象有极强的伴生关系，但凡發生冰雹，几乎同时伴随着较强的雷暴过程。[5]因此，本文在后续的分析中引入雷电观测数据，作为冰雹现象的代用分析目标。尤其是考虑到，在飞行的安全规范中，严格禁止飞行器穿越雷暴云团。[6]因此，在实践中“躲避冰雹”与“躲避雷电”视同等效。

目前全球主要发达地区大型机场多建有雷电监测预警系统。[1]“首都机场雷电监测预警服务”在首都机场周边数百里面范围建立了高精度的雷电监测预警服务，[2]为首都机场运行保障，大型项目施工，以及人员安全防护提供雷电预警服务。此服务可为本文的分析提供所需的数据支撑。

1 雹击事件研究方法

1.1 分析数据

（1）使用Flightradar24获取CZ3101航班05月26日的飞行轨迹。

（2）使用国家气象信息中心的数据接口，获取05月26日北京-天津附近的11：00～12：00（每6分钟一帧）的天气雷达数据。

（3）使用“首都机场雷电监测预警服务”获取05月26日CZ3101经临航线的全部雷电发生数据。

1.2 分析方法

使用“首都机场雷电监测预警服务”和Google Earth作为主要的分析工具，对事件全过程进行反演：

（1）找出事件发生的时间及位置;

（2）反演事件发生时的气象态势;

（3）重现空管、航司、飞行员当时面对的信息及决策依据;

（4）检讨整个事件过程中关键决策节点的失误;

（5）总结事件发生的本质原因，并提出改进建议。

2 航班轨迹及环境分析

对CZ3101航班5月26日的飞行轨迹和日常飞行轨迹进行对比，可以发现：飞机08：35起飞，大约在起飞后11：10—11：30的时间窗口中，航班调整航向绕飞雷雨过程中发生了雹击。

3.1 起飞-巡航-躲避雷雨，08：35～10：47

飞机在08：35从广州机场起飞，航路上湖北、河南、河北区域整体天气情况良好，廊坊与北京之前有大片雷暴云团。

关键节点分析：

10：47左右，航班开始向雷暴云团东部躲避，可能并不是正确的选择：

（1）受限于机载气象雷达的特性，飞行员只能观测到航行方向上的雷暴区域、且不易观测到雷暴团后面的部分。

（2）通过”首都机场雷电监测预警服务”的观测，雷暴云团向东南方向移动、逐渐增大，并且雷暴云团已经覆盖到平谷区、超过了降落机场所在的顺义区。因此往东绕飞并不能绕过雷暴区。事实证明，此后航班盘旋数圈后又向西南方向返回进行绕飞。

3.2 偏航躲避雷雨-准备降落，10：47～11：18

由于航行方向上有雷暴云团，航班改变航向，选择向东南方向躲避雷雨。并在雷暴云团东部盘旋了11分钟。

11：16，航班准备向西南绕过雷暴云团进行降落，此时航班高度3068m，向西南飞行、并开始向上爬升。

3.3 疑似雹击发生阶段，11：18～11：24

11：20，航班进入雷暴区

11：20～11：24，航班穿越雷暴区，疑似在此阶段遭受雹击。在11：25分时，CZ3101飞机发出7700紧急代码，表示飞机遭遇紧急状况。

关键节点分析：

11：18，航班向西南飞行，计划从雷暴团南部饶飞进行降落，航班穿越雷暴云团，此时雷暴过程处于高峰，雹击事件应发生在这个时间窗口。航班穿过了本不应穿越的雷暴区：

（1）缺乏对雷暴移动趋势的判断，绕飞路线位于雷暴团东南方向，而雷暴的移动方向正好为东南方向，因此本次绕飞并没有足够的绕飞距离。

（2）飞行员依据气象雷达进行绕飞，然而根据”首都机场雷电监测预警服务”的观测，在绕飞路线上雷达回波强度较低的区域反而存在强雷暴区，因此根据机载雷达错误的判断了雷暴区的大小和位置。

3.4 降落阶段，11：24～11：48

发出7700紧急代码之后，航班选择了雷达回波强度较低的区域尽快降落到北京首都机场。

4 事件发生原因分析总结

雷电及其衍生灾害气象是引发航空事故和造成航班延误的重要因素。目前民航气象对于雷暴的判断主要依据气象雷达信息进行辨识，对于雷暴的预报预警主要通过雷达信息外推，但气象雷达（无论是地面雷达还是机载雷达）本身并不能侦测雷电的发生。（1）雷电（以及冰雹）确实发生在强对流云团中，但仅仅根据对流云团的形态难以有效辨识雷电云团。部分研究认为雷达回波强度（在图中表现为不同的分色）与雷电云团有一定的关系，但在实践中这种相关性太弱。雷电云团可能位于雷达图上高亮区域（回波强度大于40dbz），但回波强度很高的区域，可能没有雷电发生。（2）航班的飞行实践中，经常以对流云团和回波强度作为雷电判别依据，进而做出延迟飞行、绕飞、备降等决策，而夏季航班延误的主因也在于此。从雷电的真实发生及分布角度来看，这样的飞行决策显然偏于保守。（3）在执飞中，很多签派及飞行的决策权是交给航司和飞行员，这使得飞行决策面临两难：或者执行安全保守原则，在并无雷电威胁的情况下造成无谓的延误;或者执行效率优先原则，面临雷电危险而不知，造成如本次雹击类似的事故。（4）本次航班在做出降落路径决定时，确实选择了云团较弱的路径进行绕飞，但偏偏在此遭遇雷暴和冰雹。CZ3101雹击事件的主因在于，缺乏有效的工具对雷电及冰雹等衍生灾害气象进行直接有效的观测、辨识和预判，导致飞行过程中的判断失误，从而引发事故。

5 结论

对于高速航空器，雷电是引发航空事故和造成航班延误的最主要的气象因素。民航气象领域对于雷暴的判断主要依据气象雷达信息进行辨识，对于雷暴的预报预警手段主要通过雷达信息外推，而气象雷达本身并不能侦测雷电的发生。因此，在雷电监测、预报、预警方面，亟需引入新的技术手段，进行更深入的研究。具体而言：（1）引入雷电实时观测数据。引入雷电实时观测数据，与气象雷达云图叠加，形成对机场及航路的强对流（尤其是雷电态势）的有效辨识。（2）引入雷电短时预报数据。引入雷电短时预报数据，结合气象雷达图的外推，实现对机场及航路未来1～2小时雷电趋势的外推和预判。

参考文献：

[1]郭洪源，崔艾军，郎凯，方月，胡海峰，吴迪.北京首都国际机场雷电监测预警系统应用分析.世界交通运输大会，2017.

[2]黄怡婷.美国及香港机场雷雨警报作业现状.飞航天气，2015，23，4.

[3]郭洪源，崔艾军，涂堃，郎凯，方月，梁毅.大型机场雷电预警系统研究.工业，2016（7）：00067-00068.

[4]天气百科：冰雹，2016，18，8.

[5]赵英梅，王继兵.防止电气设备雷电危害的方法浅析[J].机械管理开发，2007，23（1）：71-72.

[6]中国民航规章汇编-飞行标准，2016.

[7]郑永光，张小玲，周庆亮，等.强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战.气象，2010，36（7）：33-42.

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