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1、无人机技术基础 无人机飞行气象2重点难点掌握不同气象条件下的飞行处置方法了解与无人机飞行相关的气象知识34.1大气的状态及运动4.1.1大气的成分大气指的是包围着整个地球的大气圈。它不仅是生物维持生命所必需的，而且参与地球表面的各种过程，如水循环、化学和物理风化、陆地上和海洋中的光合作用及腐败作用等，各种波动、流动和海洋化学也都与大气活动有关。44.1大气的状态及运动4.1.1大气的成分影响飞行的天气主要是指低层大气（本单元如无特殊指出大气均是指低层大气），低层大气主要由干洁空气、水汽、大气杂质组成，如图所示。干洁空气是构成大气的主要部分，一般意义上，我们所说的空气就是指这一部分，干洁空气主要
2、由氮气和氧气构成，其体积分别占干洁空气的78%和21%，其他气体占1%，主要有二氧化碳、臭氧、氩气、氖气等。干洁空气的这一比例在50km高度以下基本保持一致。54.1大气的状态及运动水汽大气中的水汽主要来源于江、河、湖、海等的水面蒸发，潮湿陆地和物体表面蒸发以及植物的蒸腾。水汽在大气中的含量随着高度的增加而减少，水汽随大气运动而运动，并在一定条件下发生状态变化，即水的三种状态（固态、液态、气态）之间的相互转变。这一变化过程伴随着能量的释放和吸收，在大气中运动的水汽，通过状态变化传输能量，把热量从一个地方带到另一个地方，如图所示。热量传递是大气中的一个重要物理过程，与气温及天气变化关系密切。大气
3、杂质又称为气溶胶粒子，是指悬浮于大气中的固体杂质和液态微粒。大气中的固体杂质和液体微粒使大气的能见度变坏，其可充当水汽凝结核，对云、雨的形成起着重要的作用，同时它们能吸收一部分太阳辐射和阻挡地面放热，对地面和空气温度有一定的影响。64.1大气的状态及运动4.1.2标准大气和气象要素大气在世界的不同地区，其特点是不同的，为了在进行航空器设计、试验分析时，所用的大气物理参数不因地而异，必须建立一个统一的标准，即所谓的国际标准大气。以北半球中纬度地区大气物理特性的平均值为依据，并加以适当修改而建立。国际标准大气认为空气是完全气体，即满足气体状态方程，相对湿度为0，海平面高度为0m，称为ISA标准海平
4、面，气温为15，海平面气压为1013.25hPa。1.标准大气74.1大气的状态及运动4.1.2标准大气和气象要素气象要素是表示大气中物理现象和物理变化过程的物理量。比如气温、气压、湿度、风向、风速、能见度、降水量、云量、辐射等。气象要素表征大气的宏观物理状态，其中气温、气压和空气湿度成为三大气象要素。2.气象要素84.1大气的状态及运动4.1.2标准大气和气象要素（1）气温 气温是指空气的冷热程度。气温的高低表明空气分子做不规则运动平均速度的大小。当空气获得热量时，分子运动的平均速度增大，平均动能增加，气温也就升高，反之当空气失去热量时，分子运动的平均速度减小，平均动能减少，气温也就降低。气
5、温的高低可以用温度计来测量。一般用T来表示，我国和世界上的大多数国家通常采用的是摄氏温度，单位用表示，以气压1013.25hPa时水的冰点为0，沸点为100，期间100等份中的1份即为1。理论研究上常用绝对温标，以K表示，其一度间隔和摄氏度相同，但绝对零度是-275.15，两者的关系是T(K)=t()+273.15。2.气象要素94.1大气的状态及运动4.1.2标准大气和气象要素（2）气压 气压即大气压强，是指与大气相接触的面上，空气分子作用在单位面积上的力。这个力是由于空气分子的无规则运动，而对接触面产生碰撞引起的，也是空气分子运动所产生的压力。常用度量气压的单位有百帕（hPa）和毫米汞柱（
6、mmHg）。1hPa=100N/=0.75mmHg在大气处于静止状态时，某以一高度上的气压值等于其单位面积上所承受的上部大气柱的重量，随着高度增加，上部大气柱越来越短，且空气密度越来越小，大气柱重量也就越来越小。航空上常用的几种气压有本站气压、修正海平面气压、标准海平面气压和场面气压。2.气象要素104.1大气的状态及运动4.1.3大气的运动空气的水平运动就是通常所说的风。空气的运动是在力的作用下产生的。作用于空气的力除重力之外，尚由于气压分布不均产生的气压梯度力，由于地球自转而产生的地转偏向力，由于空气层之间、空气与地面之间存在相对运动而产生的摩擦力，由于空气做曲线运动时产生的惯性离心力。这
7、些力在水平分量之间的不同组合，构成了不同形式的大气水平运动。地表冷热不均，造成同一水平面气压差异，气流从高压区流向低压区，这就形成了风，风是气流的水平运动。1.大气的水平运动 114.1大气的状态及运动4.1.3大气的运动大气运动的能量来源是太阳辐射，根本原因是地面冷热不均。热量分布不均导致大气压力变化后产生大气运动，并形成尺度不一的大气环流，产生热量、水分等物质的与能量输送，影响和制约着不同地区的天气和气候。124.1大气的状态及运动4.1.3大气的运动风对航空器的飞行有影响，近地面的风，对飞机起降的安全有直接影响。飞机顺风起飞、着陆会增加滑跑距离，当风速超过规定值时，就有可能冲出跑道或撞击
8、障碍物的危险；逆风起落可以缩短滑跑距离，故一般采用逆风起降，但如果逆风超过一定限度也可使飞机操纵困难，有可能使飞机在跑道头提前接地；当飞机在侧风中起降时，飞机除向前运动外，还顺着侧风方向移动，如不及时修正就会偏离跑道方向，飞机接地后，在滑行过程中，侧风对飞机垂直尾翼的侧压力，会使机头向侧风方向偏转，有可能使飞机打转等后果。我们经常所说的一架多旋翼无人机的抗风能力，一般是针对水平风而言。这种能力一般跟飞控的姿态限幅、多旋翼飞行平台的水平飞行阻力及动力电池的剩余马力三个因素有关。由于现在民用无人机飞控设计并无严格的行业标准，所以在抗风能力的表现上，各家存在不同差异。1.大气的水平运动 134.1大
9、气的状态及运动4.1.3大气的运动大气运动除了水平运动，还存在上升下降气流，这就是所谓的空气的垂直运动，也称为垂直风。垂直风有很多种，与多旋翼相关的两种分别是热力型气流和动力型气流。2.大气的垂直运动 热力热力型气流型气流是由地面热力性质引起的，太阳照射，空气受热膨胀，密度减小，形成上升气流，太阳越强，水平风速越小，这种作用越明显。热力型气流会对多旋翼续航时间产生明显影响。例如，晴朗中午在郊外拍摄，悬停在道路上空的功率将小于悬停在草地上空的功率，航时也是前者大于后者。需要注意一点，当水平风较大时，热力型气流会被吹乱吹散，投影也不会在热表面上，这是寻找热力型气流只能根据经验或者地面站观察转速了。
10、动力型气流动力型气流是由于空气运动时受到机械抬升而引起的，如上坡迎风面对空气的抬升，建筑物对空气的抬升。这两类也是运行多旋翼需要特别注意的。广阔的山坡迎面风会提供稳定的上升气流，适当时可以加以利用。某些特殊建筑与地形产生的上升气流面积小且不规则、并不稳定，在风速较大时要避免进入，进入则会出现颠簸、碰撞、任务图像不稳定等问题。144.2云和降水4.2.1云云是指停留大气层上的水滴或冰晶胶体的集合体。云是地球上庞大的水循环的有形的结果。太阳照在地球的表面，水蒸发形成水蒸气，一旦水汽过饱和，水分子就会聚集在空气中的微尘（凝结核）周围，由此产生的水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这就产生了云的外观。15
11、4.2云和降水4.2.1云地球上江、河、湖、海、陆地表面、动植物体内的水分，受到阳光的照射，不断地蒸发，变成水蒸气混入大气中，便随着暖气流的上升，升入高空，由于高空的温度越来越低，水蒸气遇冷会变成小水滴。如果高空的温度低于0，水蒸气会变成小冰晶，无数的小水滴或小冰晶集合在一起，便形成了云。1.云的形成164.2云和降水4.2.1云（1）热力作用在阳光下，由于日照强烈，近地面的地层被急剧地增热，附近的空气就发生上升运动。我们在夏季白天常见的山状的云，就是由于这种作用形成的。（2）锋面作用锋面是气象学上的冷暖空气交锋时的界面，当暖而轻的空气向前进时，遇到冷而重的空气的阻挠，暖空气就会主动地在冷空气
12、斜面上滑升，这时的界面叫做暖锋面。暖空气在暖锋面上倾斜上升，就会形成大范围深厚的云层，当冷空气向前进遇到暖空气时，就会冲到暖空气的下面迫使暖空气上升，这时的界面叫做冷锋面。暖空气被迫在冷锋上上升。2.影响云形成的因素174.2云和降水4.2.1云（3）地形作用平流的湿空气遇到山脉、丘陵或高原等地形的阻拦时，就会被迫上升，在迎风的山坡上形成云或雾。此外，由于空气的垂直乱流的作用，以及由于湿空气层夜间的辐射作用，也会使空气的水汽凝结成云。机场上空高度较低的云会使飞行员看不清跑道，直接影响飞机的起降。其中，危害最大的云是对流云，飞机一旦进入，易遭到电击，使仪表失灵，油箱爆炸，或者造成强烈颠簸、积冰，
13、使操纵失灵，发生飞行事故。2.影响云形成的因素对流云184.2云和降水4.2.2降水降水是自然界中发生的雨、雪、露、霜等天气现象的统称。其中以雨、雪为主，就我国而言以降雨最为重要。水滴或者固态冰雪颗粒在重力作用下，克服空气阻力从空中降落到地面的现象称为降水。194.2云和降水4.2.2降水地球上的水受到太阳光的照射后，就变成水蒸气被蒸发到空气中去了，水蒸气在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴，这些小水滴又小又轻，被空气中的上升气流托在空中，就是这些小水滴在空中聚成了云。这些小水滴要变成雨滴降到地面，它的体积大约要增大100多万倍。小水滴增大自己的体积主要依靠两个手段，一是凝结和凝华增大，二是依靠云滴
14、的碰撞合并增大。当大云滴越长越大，最后大到空气再也托不住它时，便从云中直落到地面，成为我们常见的雨水。1.降水的形成204.2云和降水4.2.2降水（1）理论因素水汽、上升运动和冷却凝结是形成降水的理论因素。在水汽具备的条件下，只有空气冷却，水汽才能凝结形成降水。而促使水汽冷却凝结的主要条件是空气的垂直上升运动。当湿空气在某种外力作用下被抬升后就会被促使空气冷却，导致降水。但是上升运动能否继续发展，与大气层结的稳定度有关。2.影响降水的因素（2）实际因素影响降水的实际因素有很多，主要有四个：海陆位置的影响，沿海迎风区降水多，离岸风区降水少，内陆地区空气干燥，降水少。大气环流的影响，盛行上升气流
15、的地区降水多，盛行下沉气流的地区降水少，受夏季风影响的地区或季节降水多，受冬季风影响的地区或季节降水少。洋流的影响，寒流流经的沿海地区降水少，暖流流经的沿海地区降水多。地形的影响，暖湿气流流经的山地迎风坡降水多，山地背风坡降水少。214.2云和降水4.2.2降水（1）锋面雨 两个温湿特性不同的气团相遇时，在其接触区由于性质不同来不及混合而形成一个不连续面，称为锋面，锋面随冷暖气团的移动而移动。从运动学观点分类，可分为冷锋、暖锋、静止锋、锢囚锋。锋面雨是由锋面活动形成的，如图所示。暖锋雨是冷暖气团相遇时，暖湿气团会推动锋面向冷气团一侧移动，峰后暖空气一方面向冷空气方向推进，同时又沿锋面缓慢上升，
16、在上升过程中冷却而产生的降雨。因暖锋坡度很小，故暖锋雨降雨面积大、雨水强度小、历时长。冷锋雨是冷暖气团相遇时，冷气团楔入到暖湿气团之下，推动暖湿气团上移冷却而产生的降雨，冷锋雨一般强度较大，历时较短，雨区范围较小。3.降水的类型224.2云和降水4.2.2降水（2）对流雨 因地面受热，温度升高，使靠近地面、带有大量水汽的下层暖空气膨胀上升，并和上层空气形成对流，下层空气上升到空中时，凝结降雨，称为对流雨。对流雨一般发生在夏季酷热的午后，其降雨强度较大，但历时短，降雨面积小。对流雨常伴有阵风和雷电，故又成为热雷雨。3.降水的类型234.2云和降水4.2.2降水（3）地形雨 空气在运移过程中，遇山脉的阻挡，气流被迫沿迎风坡上升，由于动力冷却而成云下雨称为地形雨，如图所示。地形雨多发生在山脉的迎风坡，背风坡因空气下沉使饱和含水量增大，降雨将减少或停止。如我国秦岭南坡是东南和西南暖湿气流的迎风坡，其降雨量明显大于北坡。3.降水的类型244.2云和降水4.2.2降水（4）气旋雨 气旋是中心气压低于四周的大气旋涡。在北半球，气旋内的空气作逆时针旋转，并向中心辐合，引起大规模的上升运动，水汽因动力冷
