我国民用航空低温修正现状分析
作者：王浩志 蒋维安*（中国民用航空飞行学院 飞行技术学院，四川 广汉 618307）
摘要：
随着中国民航业的飞速发展，我国机场和机队的数量不断壮大，遍布全国各地。我国幅员辽阔， 地形复杂，南北温差较大，特别是我国北方地区季节性变化明显。近年来，北方不少地区冬季出现了低于-30℃的极端低温情况，导致实际温度比 ISA 温度低很多。航空器在这种极端低温条件下运行，会使实际飞行高度比气压式高度表指示的高度偏低，从而降低了飞行安全裕度。为解决该飞行安全问题，我国民航目前使用了一些低温修正的方法，如利用修正表修正、FMC 修正及利用飞行程序修正。
1 引言
近年来，随着航空事故的频发，航空安全再一次成为全世界关注的焦点。将运行风险、安全隐患和事故发生率降到最低，同时提高航空器运行的安全裕度，是当务之急，也是民航业永恒的课题。
低温对航空器运行的影响不容小觑，无论是在离场航段、巡航、下降、进近、复飞阶段都有或多或少的影响，尤其是在最后进近阶段，飞行高度越来越低为着陆做准备，如果安全裕度达不到要求， 极有可能触发近地警告或者造成可控飞行撞地（CFIT）。有专家利用国际民航组织（ICAO）提供的 8168（目视仪表飞行程序设计）里面的碰撞模型计算过，在某机场极端低温条件下，航空器按照没有对气压式高度表进行低温修正的程序飞行， 其碰撞概率约10-4 ，而根据规定可接受的碰撞概率10-7，由此可见，航空器的碰撞概率比常温条件下运行提高了惊人的 1000 倍。
本文通过阐述我国气候特点以及归纳、整理目前我国民航低温修正的方法，结合实际对不同的修正方法进行比较、探讨，以完善我国民航低温运行情况。
2 我国气候基本特征
我国位于亚州东南部，东临广阔太平洋，西部深入欧亚大陆中心，全国 90%的地区在温带和亚热带，地形复杂多样，这种特征形成了我国千差万别的气候。我国南北跨纬度约 50 多度，正是由于纬度原因导致我国南方平均温度偏高，北方平均温度偏低，南北冬季温差通常高达 40~50℃。
在中国的东北、华北以及西北的部分地区常年冬季连续出现极端低温，最低温度均低于-40℃。见图 1，东北的漠河、内蒙的呼伦贝尔及新疆的阿勒泰地区近三年最低温度趋势。由图 1 可知，这些地区温度较低的月份出现在每年的 1 月、2 月和 12月，其中温度低于-20℃的天数占 1 月、2 月和 12 月总天数比例约为 80%～90%，低于-30℃的天数约占 1 月、2 月和 12 月总天数的 40%~50%，更有接近或低于-40℃的极端低温出现，且也有数十天到几十天不等连续出现。然而这些地区的平均海拔并不算高，东北地区平均海拔约为 50~200m，内蒙地区平均海拔约为 1000m，新疆地区平均海拔也在 1000m 以下，造成低温的原因多数是因为纬度问题，而并非像青藏高原由于海拔原因引起的低温，因此在这些地区的大气温度与国际标准大气温度偏差很大。以漠河为例，漠河海拔高度约为437m，当出现极端温度约-40℃时，计算ISA 偏差为：-40℃-15℃-6.5℃*437m/1000m）=-52.16℃，如此大的偏差，势必影响飞行安全。
图 1 2012-2014 年最低温度走势
3 温度修正模型
通过以上对我国部分北方地区气候温度进行分析可见，这些地区在冬季出现极端低温时，ISA偏差能达到-50℃以上，然而，飞机的飞行高度主要以机载气压式高度表提供的高度信息作为参考， 该类型高度表测高原理是在国际标准大气条件下， 测得外界大气压力并与海拔高度进行一一对应得出高度信息。但是，当外界大气为非标准大气条件， 如上面所说的存在 ISA 偏差时，气压式高度表的测量就会出现误差，当外界大气温度比 ISA 温度低时，就会造成飞机几何飞行高度比指示高度低， 这种情况会减小飞行安全裕度，因此必须要准确的对高度进行修正，以保证飞行安全。
ICAO 8168 《航空器运行-目视仪表与飞行程序设计》第Ⅲ部分，第3篇，第4章，附录A提供了一种较为精确的温度修正公式：
其中：
表 1 温度修正公式所含参数、变量含义
从公式（1）中可以看出，低温对飞行高度的影响量与当地温度、机场标高和飞行航段高有关。在气压是高度表指示一定的情况下，任何一个变量的变化都会对实际飞行高度带来不同程度的影响。在国内公布的航图中就有类似的隐患存在，如新疆阿勒泰机场，机场标高为 759.2m（2491ft），在该机场 RNAV ILS/DME y RWY30 的进近程序中，见图 （2）IF 点 AT604 到截获 GP 点之间要求的最低程序 高 度 为 1300m（4300ft） 而 该 航 段 的OCA=1250m（4050ft），根据目视仪表飞行程序的要求，中间进近航段的MOC=150m如此推算中间进近航段的控制障碍物高度在1000～1100m之间。由上述近三年最低度统计可以看出，阿勒泰地区的极端低温能够达到-40℃，此时 ISA 偏差为-50℃， 假设在该温度条件下，飞机在中间进近航段下降到程序高度 1300m（4300ft），此时飞机气压式高度表指示为1300m（4300ft），由公式（1）计算△hcorrection=96m（320ft），则实际飞行高度约为1204m，小于该航段 OCA 1250m，从而说明飞机与控制障碍物之间的 MOC 减小，这明显不符合8168 目视仪表飞行程序设计安全标准。因此，在低温条件下对飞机飞行高度的修正是有必要的。
图 2 阿勒泰机场RWY30 RNAV ILS/DME 进近
4 探讨我国民航现有低温修正措施
由于低温带来的隐患较为隐蔽，不易被运营商和机组察觉而在飞机运行时被忽视，但是，随着低温引发的飞行事故屡有发生，低温条件下航空器的安全运行备受关注，进而采取一些必要的方法、措施，以达到提高飞行安全裕度的目的。
4.1 低温修正表对航路点高度的修正
针对于低温导致的气压是高度表指示高度误差问题，两大飞机制造商波音、空客在近几年在其飞行手册中加入了温度修正表， 此外， 像JEPPESEN 公司和ICAO 也提供了各自的温度修正表。这些温度修正表之间略有差异，但有人经过计算比较后发现，各个不同的修正表之间的差异很小，修正结果基本相同。表 2 为波音 FCOM 中提供的高度修正表，当飞行过程中遇到极端低温时，飞行员可以通过查飞行手册中提供的高度修正表对航路的高度、MSA 以及 MDH 或 DH 等比较关键的点进行修正以保证充足安全裕度。例如，利用表 2 查表法，当外界大气温度为-30℃，目标飞行高度与机场标高的差值为 800ft 时，查的高度修正量为 150ft，则应在原高度上加上 150ft 保证几何高度与目标高度基本一致。
但是这种方法存在两点问题：
（1）通过和部分公司飞行员沟通发现，并非所有的飞行员在场面温度较低时利用 FCOM 提供的修正表去修正高度， 而是由机长根据经验直接在原始高度上加上一个粗略的修正值，这种做法如果在温度不是很低的情况下是可行的，但是如果出现了极端低温，这种粗略的修正值与标准的修正值偏差就很大，当两架飞机对低温修正量不统一时，可能对飞机的垂直间隔的保持造成一定影响。
（2）低温修正表能够对各个航段的程序高度进行修正，也就是说利用修正表只能对某个固定的高度进行修正。当机场场面温度较低时，飞机执行非 ILS 进近，在能见度较好的情况下，飞行员在下降过程中会意识到飞行轨迹偏低， 从而主动修正，最终造成不稳定进近，而在能见度不好的情况下，飞行员无修正意识，极有可能触发近地警告，造成事故或事故征候。
综上可知，利用低温修正表能够解决一些固定高度的修正，但是对于连续的高度修正是做不到的，无要用其他办法解决。
表 2波音高度修正表
4.2 FMC 温度补偿
然而，随着科技的不断发展，飞机上的航电设备功能也在不断扩展， 像现在有些先进的飞机FMC（飞行管理计算机）具有温度补偿的功能， 可以修正飞机的下降剖面，见图 3，CDU 显示两列高度，左侧为程序高度，右侧为 FMC 修正后的气压高度。
例如 EMB-190, 是巴西航空工业公司（Embraer）研发的新一代喷气客机,是一种用于支线运输的增压式喷气飞机。E-190的飞行使用手册，飞行仪表/通信/导航/FMS 有关垂直导航温度补偿内容如下：
（1）FMS具有根据导航数据库中的高度限制在精密进近的最后进近阶段创建固定角度的垂直轨迹以及在过渡到最后进近阶段时创建垂直下降剖面的功能。
（2）这些下降剖面将参照指示的气压高度飞。但气压高度表被校准后指示国际标准大气温度条件下的真实高度和海压。3、垂直导航温度补偿具有在非标准温度条件下，为飞行计划中的所有进近、进近过渡点和复飞阶段的航路点提供高度限制补偿的功能。
其中第二条详细说明了飞机执行气压垂直导航的温度补偿逻辑，就是将非标准大气条件下气压式高度表的指示高度修正回国际标准大气条件下的指示高度，即为真实飞行高度。
然而，此方法的局限性在于，目前我国的大部分机型并没有 FMC 温度补偿功能，同时，具有温度补偿功能的飞机与无补偿功能的飞机由于修正标准不统一，也会造成垂直间隔减小的问题。
图 3 FMC 温度补偿功能
4.3 利用程序修正
随着国际民航业的不断发展壮大，配合着许多新技术也不断涌现，PBN（基于性能导航）就是其中一个，它能够充分挖掘和利用飞机本身的导航能力，突破了很多以往传统程序无法运行的限制，因此，我国也在大力推广此项新技术。RNP APCH程序是目前我国大力推广的 RNP 进近程序形式。 RNP APCH 程序根据其最后进近阶段引导形式的不同又分为只有水平引导的进近程序(LNAV) 和有垂直引导的进近(APV)两种方式。水平引导的进近程序是指在从最后进近定位点(FAF)到复飞点(Mapt)的最后进近航段没有下滑引导。垂直引导的进 近 (APV) 程 序 主 要 包 括 LPV （ Localizer Performance with Vertical guidance）和气压垂直导航程序(Baro-VNAV)。我国在垂直引导上主用气压垂直导航（Baro-VNAV），利用机载气压式高度表向机组提供垂直的航迹引导，通过两个点的气压高度确定垂直下降剖。Baro-VNAV 的优势在于：
（1）提供垂直引导，可以有效的执行稳定的 CDFA（连续下降最后进近）；
（2）利用自身机载气压式高度表，不需要借助外界导航源就可以为飞机提供垂直引导。
其中在 ICAO 8168 《航空器运行-目视仪表与飞行程序设计》第Ⅲ部分，第 3 篇，第 4 章，附录A 中专门提到温度校正表对非标准大气条件下的温度进行了修正，见图 4 已经考虑了低温的影响并做了修正。因此，每一个 Baro-VNAV 程序都规定了最高和最低限制温度，对于规定的最低温度限制，8168 提供了一种获得最低温度的方法：是从机场标高处的数据得到近 5 年每年最冷月份最低温度平均值。为了公布，将此温度按照 5℃向下取整。
图 4Baro-VNAV 进近
但是，翻看我国公布的 RNP APCH 的航图， 多数公布的限制温度，要高于甚至远远高于该地区近几年的最低温度。比如，黑龙江漠河机场 RNPAPCH 程序限制温度为-25℃，但是根据图 1 近几年的最低温度统计，最冷月份温度几乎全部低于-25℃，极端温度甚至达到-40℃。飞机如果在这种情况仍使用-25℃温度限制的航图，结果是飞行的下滑轨迹比程序设计的实际下滑轨迹还要偏低，大大增加了飞机的碰撞概率，因此务必要根据极端低温修改甚至重新制作 RNP APCH 航图。
5 总结
为了保证在低温条件下，飞机仍能具有足够的安全裕度，我国主要有以上三种方法对高度进行修正，但是在具体使用过程中仍存在或多或少的问题。利用温度修正表只能对固定的航路点进行修正，同时还会增加机组工作负荷。目前国内主力机型无机载 FMC 温度补偿的功能，仅少数机型具备该功能。查看我国北方温度较低的机场已公布的RNP APCH 程序，其温度限制一般要高于该机场的极端低温。
综上，针对于我国民航低温修正问题，提出安全可靠的改进方案，不仅可以提高运行效率，同时增加安全裕度。
更多低温修正相关的信息，也可以翻阅我们的旧文
1.关注冬季运行风险之：再谈低温修正问题
2.气压高度低温修正的安全风险和建议
参考文献
张燕光.气象因素对飞行安全高度的影响.中国民航学院学报,1999
International Civil Aviation Organization. Doc 8168 OPS/ 611 Procedures for Air Navigation Services Aircraft Operations. Fifth edition,2006
陈久锐.复杂条件下起飞着陆中的定量安全裕度研究.中国民用航空飞行学院,2009
Boeing B737-700/800 Flight Control Operation Manual .Boeing Company. May 15. 2008
蒋维安,罗晓利,张光明,等.飞行技术发展研究.航空科学技术学科发展报告,(2010-2011), 2011
咨询通告.连续下降最后进近（CDFA）.中国民用航空局飞行标准司,2013
[基金项目]中国民航局安全能力基金（FSDSA00），《低温条件下 RNP APCH 程序试验与验证》。
[作者简介]王浩志（1989—），男，山东济宁人，硕士，主要研究方向为飞行技术与航空运行。
*通讯作者：蒋维安（1973—），男，四川射洪人，副教授， PBN 程序设计国际教员。
Analysis on the Current Situation of Low Temperature Correction for Civil Aviation in China
WANG Hao-ZHI，JIANG Wei-an
Abstract：In recent years, the extreme low temperature -30℃ has occurred several times in some north areas, which caused the actual temperature much more lower than ISA temperature. In this condition, the actual altitude of aircraft will be lower than the altimeter indicated. So the safety margin will be reduced. To solve this problem, we used some methods like chart correction, FMC correction and flight procedure correction to correct the altitude affected by low temperature.
Keywords: Extreme Low Temperature; Safety Margin; Low Temperature Correction
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