1、低空"飛"行,"飛"在離地多近的天空中?
提到低空飛行,不少人腦海中可能會浮現(xiàn)無人機翱翔在小區(qū)上空、低空滑翔傘掠過山谷等場景。但低空飛行到底有多低?不同領(lǐng)域?qū)Υ说亩x可能大相徑庭。
一般來說,低空經(jīng)濟領(lǐng)域所涉及的低空空域高度范圍是1000米以下,根據(jù)不同地區(qū)特點和實際需要可延伸到3000米以內(nèi)的空域。而從我國空域管理和低空經(jīng)濟實際運營角度來看,低空飛行主要涵蓋G空域(真高300米以下)和W空域(真高120米以下)。這兩個空域貼近地面,是低空經(jīng)濟的核心活動范圍。
值得注意的是,低空飛行與民航、通航存在顯著差異,其實是三個不同的領(lǐng)域。民航是以6公里至20公里中的“空中廊道”為主,結(jié)合起飛降落兩端航路,形成“倒U型”的固定航路;通航則是民航的“縮小版”,主要以通航機場為基準,在民航以下的特定空域活動;而作為低空經(jīng)濟主載體的低空飛行器,主要飛行活動空間集中在陸、江、湖、海等G和W空域,是更貼近日常生活的航空活動。
低空飛行的一大特點是航空器的種類豐富、功能多樣。與民航和通航飛機僅有數(shù)十種機型相比,低空飛行器的種類眾多,僅無人機就有5000個至7000個不同種類或型號,按重量分為大、中、小、輕、微等五大類,這些飛行器的功能、設(shè)計、用途各異。例如,大型無人機可執(zhí)行貨物運輸、農(nóng)藥噴灑等任務(wù),而小型無人機則廣泛應(yīng)用于攝影、監(jiān)控等領(lǐng)域。此外,還有載人飛行器,如動力傘、直升機等,在低空經(jīng)濟中扮演著重要角色。
低空飛行離地面近,易受復(fù)雜下墊面影響,這決定了低空飛行在很大程度上依賴于精密氣象監(jiān)測和精細氣象服務(wù)。同時,低空飛行還需要關(guān)注地磁暴、電離層擾動、大氣電場等“泛氣象”因素。這些現(xiàn)象雖然看似無形,但可能對導航、通信等關(guān)鍵系統(tǒng)產(chǎn)生一定的干擾。
盡管低空飛行離地不遠,但有著不同于高空飛行的氣象需求。只有通過更加精細化的氣象服務(wù),才能助力飛行器“克服天氣難題”,在離地最近的天空中飛得更穩(wěn)、更遠。
2、“低”空飛行,要防哪些“高影響”天氣侵擾?
氣象條件是反映低空時域資源多寡的自然因素,是保障飛行安全和飛行效率的關(guān)鍵一環(huán),也是發(fā)展低空經(jīng)濟的前置條件。
中國氣象局邊界層氣象重點創(chuàng)新團隊首席科學家郭建平介紹,廣義上的低空(3公里以下),包括大氣邊界層(1—2公里)和部分自由大氣層,前者是地氣之間物質(zhì)和能量交換的重要場所,一方面,大氣邊界層內(nèi)航空器的安全飛行受大氣中的云雨,尤其是發(fā)展和成熟階段的對流云及其與周邊干氣團之間的夾卷影響;另一方面,城市、山地等復(fù)雜下墊面可顯著改變大氣流場,亦是影響低空安全飛行不可忽視的因素。
粵港澳大灣區(qū)氣象監(jiān)測預(yù)警預(yù)報中心(深圳氣象創(chuàng)新研究院)常務(wù)副主任蔡銀寅指出,風和降水是影響低空飛行的主要天氣。風力、風向是影響低空飛行安全和飛行效率的關(guān)鍵因素,如果風力太強,會存在飛行風險,逆風飛行會導致耗電量增加,提高經(jīng)濟成本。同樣,降水對低空飛行的影響也很大,當雨量達到中雨以上時,除了部分高性能無人機外,大部分無人機都要禁飛。而其他氣象因素,包括能見度、太陽輻射、濕度、氣溫等,對于低空飛行的影響要視具體情況而定。例如,太陽輻射對具有光掃描儀定位功能的無人機影響較大,氣溫對全負載高的飛行活動影響較大,而對于有人駕駛的低空飛行活動,在飛行員決斷高度之前,能見度決定了其能否目視參照物,進而影響航空器是否正常起飛、落地。
低空飛行安全隱患較多,不利的氣象條件是導致低空飛行器安全事故的主因。2020年1月26日,美國籃球運動員科比乘坐的直升機墜毀,事故原因就是大霧和低云。
具體而言,低空風切變、低能見度、強降水、強對流、晴空湍流、積冰等大部分飛行高影響天氣,在低空空域都是易發(fā)、頻發(fā)的。
“湍流是影響飛行安全的關(guān)鍵氣象因子,包括晴空湍流和對流性湍流,更為危險的是云底和測邊界層夾卷產(chǎn)生的對流性湍流。”郭建平說。
晴空湍流是指在對流層上層或平流層下層沒有明顯對流活動時,由大氣不規(guī)則的流動所引起的現(xiàn)象,沒有明顯的視覺特征,不易被氣象衛(wèi)星和天氣雷達捕捉,但其紊亂的氣流會導致飛行器產(chǎn)生劇烈顛簸,影響飛行穩(wěn)定性,飛行器上搭載的精密儀器或設(shè)備,也易因顛簸出現(xiàn)故障或損壞。對流性湍流出現(xiàn)時,雷暴云中強烈的上升氣流和下沉氣流,對低空飛行器幾乎是致命威脅,飛行器進入這些區(qū)域可能出現(xiàn)短時間的急劇失速或控制失效。
微下?lián)舯┝鞯耐话l(fā)性和威力也對低空飛行器構(gòu)成極大挑戰(zhàn),特別是對于正在起降的飛行器。微下?lián)舯┝魇蔷值匦詮娏蚁陆禋饬髯矒舻孛婧笱杆傧蛩闹軘U散的現(xiàn)象,常伴隨雷暴出現(xiàn),時間尺度為2分鐘到10分鐘,當強勁的垂直風產(chǎn)生,低空飛行器幾乎沒有反應(yīng)時間,極易發(fā)生事故。
此外,在南方多雨的區(qū)域,霧天也會對低空飛行造成重要影響。相較而言,由于在強對流天氣下飛行器一般不會起飛,反而發(fā)生事故較少。
實際上,對于不同的地域、不同的氣候類型、不同的飛行器,天氣影響程度是不同的,在低空發(fā)生的概率和處理方式也不同,不能一概而論。
“我們要在了解影響低空飛行安全和效率的主要氣象因素基礎(chǔ)上,研究清楚這些因素的反饋閾值,比如,對于某種低空飛行器來說,多大風力有危險,逆風多少角度會增加成本,降雨強度多大會導致無法飛行。然后,再考慮哪些天氣可能對這些因素產(chǎn)生影響?!辈蹄y寅說,明確飛行器的技術(shù)參數(shù),了解氣候特征,針對不同的低空飛行器性能梳理高影響天氣類別,并建立低空飛行與天氣之間關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫,是一項重要工作。
3、安全飛行,須解多少監(jiān)測預(yù)警科技難題?
低空飛行具有“一高兩短”的基本特征,即飛行密度和頻次高,單次飛行的時間短,單次飛行的距離短,這主要源于低空飛行器的技術(shù)限制和公鐵軌道水運等交通方式的替代性等兩個方面。而低空飛行“低”的特點,也讓其安全運行受到不少高影響天氣侵擾。
這些基本特征決定了低空飛行的高影響天氣應(yīng)對不是以預(yù)報為主,而是以實況觀測為主。一方面,在低空飛行的起降點,實時的氣象觀測數(shù)據(jù)是低空飛行活動決策的主要依據(jù)。另一方面,在低空飛行的路線上,還要掌握實時的天氣狀況。因此,低空安全飛行的核心在于起降點的氣象觀測全覆蓋和飛行路線的三維格點氣象觀測全覆蓋。
在實際應(yīng)用中,低空飛行活動根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)做出飛行決定,既是一種規(guī)則,也是一個慣例。而天氣預(yù)報預(yù)警信息主要服務(wù)于低空飛行的計劃和調(diào)度,并不能作為實際執(zhí)行飛行任務(wù)的決策依據(jù)。經(jīng)過加工的氣象數(shù)據(jù),如智能網(wǎng)格數(shù)據(jù)、模式預(yù)報數(shù)據(jù)、人工智能預(yù)報數(shù)據(jù)產(chǎn)品等,在低空飛行決策和高影響天氣防御中處于從屬地位。在低空飛行活動中,根據(jù)天氣情況見縫插針地飛行也會是一種常態(tài)。
針對低空飛行中潛在的飛行安全風險及其巨大服務(wù)保障需求,氣象部門在系統(tǒng)且科學的頂層謀劃,以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),試圖破解低空航危天氣監(jiān)測預(yù)警難題等方面取得了一系列可喜進展。
4、低空經(jīng)濟:新風口的全方位探索
低空經(jīng)濟作為新質(zhì)生產(chǎn)力和新興產(chǎn)業(yè)的典型代表,以其獨特的魅力和巨大的潛力,在全球范圍內(nèi)得到廣泛關(guān)注和快速發(fā)展。毋庸置疑,在低空經(jīng)濟領(lǐng)域,無人機和eVTOL飛行器市場的發(fā)展?jié)摿薮螅芯匡@示,兩者不僅將在全球低空經(jīng)濟市場中占據(jù)重要地位,還將引領(lǐng)低空經(jīng)濟的發(fā)展方向。有關(guān)低空經(jīng)濟未來發(fā)展趨勢分析顯示,從市場規(guī)??矗涂战?jīng)濟正逐步成為新的經(jīng)濟增長點。(來源:中國氣象科普網(wǎng))