航空氣象學【2022年版】

【作者簡介】

【原著者 初版自序】／蕭華

【原著者 1983年修訂版自序】／蕭華

【編修者 序】／蒲金標

【緒論】

【第一篇 航空氣象基本要素】
▍第一章 大氣層（The earth’s atmosphere）
第一節 人類棲息之地球
第二節 大氣之組成
第三節 標準大氣（Standard Atmosphere）

▍第二章 大氣溫度（Atmospheric temperature）
第一節 氣溫單位
第二節 熱力與溫度
第三節 氣溫之變化
第四節 等溫線（Isotherm）
第五節 地球上氣溫之水平分布
第六節 地球上氣溫之垂直分布

▍第三章 大氣壓力（Atmospheric pressure）
第一節 空氣總重量
第二節 氣壓量測與氣壓單位
第三節 測站氣壓與海平面氣壓（Station pressure and sea level pressure）
第四節 氣壓日變化與季節變化
第五節 氣壓與高度
第六節 高度計（altimeter）
第七節 高度撥定（altimeter setting）
第八節 地面氣壓與高度計
第九節 地面氣溫與高度計
第十節 其他天氣狀況與高度計
第十一節 測高術（Altimetry）
第十二節 等壓線與氣壓系統（Isobar and pressure system）

▍第四章 風（Wind）
第一節 對流作用（Convection）
第二節 氣壓梯度力（Pressure gradient force）
第三節 地轉科氏力（Deflecting force）
第四節 地轉風（Geostrophic wind）
第五節 地面摩擦力（Frictional force）
第六節 梯度風（Gradient wind）
第七節 大氣環流（General circulation）
第八節 區域性大範圍風系
第九節 預報地面風速之經驗法則
第十節 地方性小範圍風系
第十一節 山脈與風
第十二節 跑道側風（Crosswind）

▍第五章 大氣水氣、凝結與降水（moisture condensation and precipitation）
第一節 物態變換（Change of state）
第二節 水氣
第三節 凝結（Condensation）與降水（Precipitation）
第四節 陸地與水域之效應

▍第六章 大氣穩定度（Stability）
第一節 氣溫垂直遞減率（Lapse rate）
第二節 絕熱過程（Adiabatic processes）
第三節 絕熱圖（Adiabatic chart）
第四節 如何決定大氣穩定度
第五節 大氣穩定與不穩定對航空之影響

▍第七章 雲（Clouds）
第一節 雲之組成
第二節 雲之種類
第三節 雲之形成與結構
第四節 雲層之穩定與不穩定
第五節 雲中飛行天氣狀況

【第二篇 影響飛航安全之天氣】

▍第八章 氣團（Air mass）
第一節 氣團形成之主要因素
第二節 氣團源地（Source regions）
第三節 氣團之分類
第四節 變性氣團
第五節 台灣地形與氣候

▍第九章 鋒面（Front）
第一節 鋒面結構
第二節 極地鋒面（Polar front）
第三節 鋒面之不連續
第四節 影響鋒面天氣之因素
第五節 鋒面之種類
第六節 中高緯度氣旋及無鋒面低氣壓
第七節 高空鋒面（Upper fronts）
第八節 不活動之鋒面（Inactive fronts）
第九節 鋒面生成（Frontogenesis）
第十節 鋒面消失（Frontolysis）

▍第十章 大氣亂流（Air turbulence）
第一節 對流大氣（Convective currents）
第二節 障礙物對於氣流之影響（Obstructions to wind flow）
第三節 風切（Wind shear）
第四節 機尾亂流（Wake turbulence）
第五節 大氣亂流之分類
第六節 大氣亂流強度
第七節 天氣現象及地形對大氣亂流強度之影響
第八節 大氣亂流中飛行

▍第十一章 雷雨（Thunderstorm）
第一節 雷雨形成之必要條件
第二節 雷雨之結構
第三節 雷雨之危害
第四節 雷雨之分類
第五節 雷達觀測雷雨
第六節 雷雨中飛行問題

▍第十二章 飛機積冰（Aircraft icing）
第一節 飛機積冰之危害
第二節 飛機積冰之形成
第三節 飛機架構上積冰之形成速率
第四節 飛機結構上積冰之形態
第五節 飛機架構上積冰對於飛機之影響
第六節 飛機架構上積冰強度
第七節 飛機停在地面上之積冰與霜
第八節 飛機架構上積冰之消除與防禦（De-icing and anti-icing）
第九節 飛機進氣及進油系統之積冰（Induction system icing）
第十節 飛機儀表之積冰（Instrument icing）
第十一節 積冰與雲型（Icing and cloud types）
第十二節 飛機積冰之天氣
第十三節 形成飛機積冰之其他因素
第十四節 積冰飛航應注意事項

▍第十三章 視程障礙與低雲幕
第一節 雲幕與能見度之定義
第二節 霧
第三節 他種視程障礙
第四節 天空不明
第五節 視程障礙與低雲幕形成條件

▍第十四章 噴射飛機與高高度天氣（Jet plane and high altitude weather）
第一節 對流層頂（Tropopause）
第二節 噴射氣流（Jet stream）
第三節 晴空亂流（Clear air turbulence）
第四節 卷雲（Cirrus clouds）
第五節 凝結尾（Condensation trails）
第六節 高高度霾層（High altitude haze layers）
第七節 座艙罩靜電（Canopy static）
第八節 高高度積冰（High altitude icing）
第九節 雷雨
第十節 噴射機在平流層之飛行天氣
第十一節 超音速噴射機之航空氣象問題

▍第十五章 熱帶天氣（Tropical weather）
第一節 熱帶天氣變化
第二節 熱帶季風（Tropical monsoon）
第三節 間熱帶輻合區（Intertropical convergence zone; ITCZ）
第四節 熱帶風切線（Shear line）
第五節 熱帶高空槽（Tropical trough aloft）
第六節 東風波（Easterly waves）
第七節 熱帶風暴（Tropical storms）

▍第十六章 北極區天氣（Arctic weather）
第一節 北極區溫度之季節變化
第二節 北極區之氣團
第三節 北極區之鋒面
第四節 北極區之溫度
第五節 北極區之雲層、降水及風
第六節 北極區之視程障礙（Restriction to visibility in Arctic）
第七節 北極區之地面狀況
第八節 北極區之高度計誤差（Altimeter errors）
第九節 北極區之奇特天氣
第十節 北極區之飛行天氣狀況

【第三篇 航空氣象服務】

▍第十七章 航空氣象機構與任務
第一節 航空氣象台
第二節 航空氣象守視台

▍第十八章 航空氣象簡易觀測法
第一節 風之觀測
第二節 能見度之觀測
第三節 現在天氣與視程障礙之觀測
第四節 雲、天空遮蔽及雲幕觀測
第五節 溫度及露點之觀測
第六節 氣壓及高度撥定值之觀測
第七節 補充天氣資料──附註欄（Supplementary information）

▍第十九章 航空氣象測報電碼
第一節 機場地面航空氣象測報

▍第二十章 航空氣象天氣圖表
第一節 天氣圖之應用
第二節 地面天氣圖
第三節 等壓面高空天氣圖
第四節 航空氣象輔助圖表

▍第二十一章 航空氣象預報電碼及圖表
第一節 機場天氣預報
第二節 航線天氣預報
第三節 飛機降落（或起飛）天氣預報
第四節 顯著危害天氣預報
第五節 航空氣象預報圖表及天氣講解
第六節 航空氣象預報之準確度

【參考資料】

【索引】

 

原著者　初版自序

蕭華

　　人類科學愈進步，科學分工益精細，氣象學源本於物理學，由於自然現象對人類生活起居影響至巨，且各種基本氣象儀器次第發明及有系統之氣象觀測普遍實施，氣象學乃逐漸發展，自立門戶，成立近代嶄新科學之一。經過二次世界大戰後，氣象學應用於航空方面者尤多，加之近代航空科學以及民航業務快速發展，對於航空氣象學之要求日益迫切，復以理論基礎與應用技術之精進，故航空氣象學遂自然形成一獨立學門。

　　發機之飛行於天空受天氣影響與支配者至繁，天氣既可危害飛航安全，亦能增進空運績效。世界各地飛機失事受惡劣天氣影響之例，不勝枚舉。其在我國不幸發生最大之空難，厥唯民國三十五年耶誕前夕三架民航客機在上海龍華機場於極端惡劣天氣之情狀下，冒險降落，接連墜毀，損失慘重，以致造成民航史上難忘之浩劫。至天氣可資航空利用者，諸如選擇順風層或避免逆風層，以節省油料；採擇空氣平穩之高度飛行，使乘客旅途舒適；以及利用跑道逆風，使飛機起飛便捷等等。

　　航空氣象學之內容，近年來隨航空科學與航空事業之發達而不斷充實。歐美各國，為灌輸航空人員之氣象知識，出版各種航空氣象理論與技術之專書。作者有感於國內航空從業人員氣象知識之提高，其對於航空氣象之需求日益殷切與苛嚴，要為國人引導航空氣象學識，實為急務，故不揣譾陋，效野人之獻曝，於公餘之暇，根據平日瀏覽中外書刊，歷年搜集資料，及三十餘年累積之經驗，試撰《航空氣象學》一書，以期對航空界奉獻一項比較新穎而有系統之航空氣象學知識；對氣象界亦提供現代化航空氣象之輪廓。唯因倉促付梓，不無謬誤及遺漏之處，幸祈專家大方，不吝指正，並希讀者鑒諒。
原著者　1983年修訂版自序

蕭華

　　作者從事大氣科學研究工作凡四十餘年，濫竽航空氣象業務研究發展者三十餘年，充數航空氣象教學者亦逾二十載矣。無論國際航空氣象業務、國內飛航業務對航空氣象之需求、以及傳授航空氣象學知識等等日積月累之經驗，幸有相當深度之瞭解。且平日潛心於資料蒐集、新知鑽研與業務改進，對於航空氣象理論之闡微，航空氣象科技之發展以及航空氣象業務之未來趨向，體會與熟稔良多。鑑於近年航空事業之神速發展，同時對航空氣象之苛嚴需求，航空氣象理論與技術亦日就月毀之創新進步。為順應時代之需求，則拙著《航空氣象學》一書，實有修訂更新之必要。

　　民國五十六年，作者嘗試編著《航空氣象學》一書，問世以來，深受航空界之歡迎與採納，飛行人員及地勤人員作為重要飛安參考資料，大學有關氣象科系列為教學參考書籍，迄今巳歷十六年矣！際此期間，國內國外民航運輸業務，已是突飛猛進耳目一新，次音速噴射客機晉級為超音速噴射客機，大型客貨機提升為巨無霸客貨機，空中及地面助航暨導航裝備，逐漸改用電腦自動化，人類施放氣象衛星後，利用衛星雲圖，以提高航空氣象服務品質。近年發現大氣亂流與低空風切，成為飛航安全之重大威脅，而各型偵側低空風切亂流之儀器系統，相繼問世。與此岣一期間──十六年，國內國外民航機因氣象原因而致失事者，時有所聞，其犖犖大者：國內甘五十九年八月中華航空公司YS-11型班機冒台北桃園一帶之大雷雨，在台北市圓山附近之福山墜毀。六十四年七月遠東航空公司VC型班機亦於台北機場大雷暴雨中不幸墜毀。國外者，自1964年至1975年間十二年中，因風切亂流而導致航機失事者，計有25次之多，其最重大者為1975年六月二十四日一次震驚世界之大空難，即美國東方航空公司一架波音727型客機在紐約甘迺迪國際機場因大雷雨低空風切亂流而墜毀。其他各國如1977年四月在大西洋西班牙屬卡納利群島（CanaryIstands）之聖克魯斯（Santa Cruz）機場，泛美世界航空公司與荷蘭航空公司兩架波音747型客機在大霧中（能見度祇有跑道長之1/6）互撞而全毀，死傷人數有576人之多，創世界空難傷亡人數之記錄。同年九月日本航空公司一架波音707型客機在馬來西亞首都吉隆坡附近因大雷雨而致失事。又同年十一月萄葡牙國家航空公司一架波音727型客機在大雨中墜毀於大西洋中葡屬馬德拉群島（Madeira Islands）。今年（1983）六月一架英國航空公司直升飛機在大西洋上遭遇大霧而墜海，死傷乘客二十餘人。由此可知，不論航空機械工程如何精密，助航導航設備如何完整週全，飛航管制設施如何現代化自動化，以及航空通訊如何快捷自動化，仍然無法排除與克服惡劣天氣之威脅與侵害，因此航空氣象知識仍須普及與確認，航空氣象科技仍須進一步研究與發展。

　　際此冗長之十六年中，國際航空氣理論、技術與業務已有重大變革，作者多年來對航空氣象之研究及教學經驗，發現原著《航空氣象學》已明日黃花陳腐過時，缺乏多端，內容必須更新、充實與調整，尤其最熱門之低空風切亂流問題，年來世界各國論述頻繁，其新知識新觀念應予引進。故本修訂版除充實各章節之內容、刪除重複部份與調整章節使之條理分明外，並增添熱帶天氣與北極區天氣兩章，且在適當章節中增加理論性之說明，以適應大學有關氣象學科系之需要，對於低空風切亂流，亦試作新穎而有系統之論述，此外航空氣象學服務篇，關於國際氣象新電碼及航路預測新圖表，均有所更新，以期符合最新規定。

　　古語云：「後之視今，亦猶今之視昔」，翻閱十六年前之原著，自覺簡單膚淺與落後。目前審視本修訂版，雖屬新穎適時，但再經若干年月，亦何能免除陳舊過時之感。

　　本書經大幅度之修訂，得以獲償夙願，但自愧才疏學淺，力不從心，難符讀者期望，且謬誤之處，自亦難免，懇乞不吝指正，以便將來再修訂時，益臻於完美理想之境。
編修者　序

蒲金標

　　航空氣象學屬於應用氣象學之範疇，其主要任務在於保障飛航安全，提高飛航效率。在實務上，著重於利用適當的天氣條件，避開惡劣的天氣，以預防發生意外事故，而使飛機順利完成飛行任務。

　　航空氣象與飛航安全關係密切，因此，台灣國內大學台灣大學、中央大學、台灣師範大學和中國文化大學大氣科學系都有開設「航空氣象學」課程，以奠定學生具備航空氣象之理論基礎；而從事各類航空業務之空勤與地勤人員，如民用航空局新進航空氣象人員和飛航管制人員、航空公司飛行員和簽派員，乃至航空機械人員，都需具備航空氣象知識，在取得職業證照時，必須通過航空氣象學科考試。又如民航人員參加特種考試或升等考試都須測試航空氣象學。

　　筆者在民航局實際從事航空氣象工作有三十六年之久，期間有幸參與民用航空局航空氣象現代化系統計畫，並擔任執行秘書，經歷五年時間，先後架設松山和台灣桃園國際機場低空風切警告系統，並建置了航空氣象服務網站，國內外航空人員在國內外各地機場或其他辦公室或旅館住家都可透過電腦或手機在網站上取得所需氣象資料，非常方便。筆者於2008年在民航局飛航服務總台副總台長退休，退休之後，繼續從事研究以氣壓變動與機場低空亂流之相關性，先後在氣象雜誌發表多篇論文，並於2017年8月在松山機場架設一套松山機場低空亂流警告系統，期望這套系統能推廣架設至國內外大小機場，對飛機起降安全和營運有所貢獻。

　　筆者在中國文化大學大氣科學系兼任副教授，講授航空氣象學，對國內外航空氣象學新知以及國際民航組織和美國航空總署有關航空氣象作業規範文件有所涉獵，航空氣象學理論和實務皆有快速進展，2020-2021年新冠病毒（COVID-19）肆虐，全球自去年截至今年（2021年）八月二十日累計194個國家或地區計2.11億確診病例，其中442萬例死亡。台灣計15,926確診病例，828例死亡，今年五月十一日進入二級警戒，五月十九日升為三級警戒，七月二十七日降為二級警戒。警戒期間很少外出，宅在家編訂本書。

　　本書參考台灣國家運輸安全調查委員會飛安統計資料、國際民航組織低空風切手冊、美國運輸部聯邦安全委員會航空天氣、中央大學大氣科學系洪秀雄教授編著「認識大氣」以及筆者編著《實用航空氣象電碼》，再就蕭華與筆者編著《航空氣象學（四版）》，編訂而成。本書分成三篇，第一篇為航空氣象基本要素，著重與航空科學、飛航安全以及營運績效等直接關係之氣象要素加以論述。第二篇認為天氣變化是影響飛行安全的一大因素，台灣因天氣因素造成飛行事故的比例高居20%，之故，對飛航安全不利影響之天氣因素給予講解。第三篇介紹台灣國內航空氣象業務機構與其提供氣象服務項目。

　　筆者感謝民用航空局飛航服務總台飛航業務室氣象課于守良課長以及台北航空氣象中心主任余曉鵬、副主任余祖華之協助和提供資料。

　　本書雖力求完整，但疏漏之處，在所難免，尚待國內學者專家先進惠賜指教，以期完美。