1. 引言

飞机积冰是指云层内或降水中的过冷水滴撞击机身时在飞机表面聚积冰层的现象，水汽在机身表面直接凝华也有可能形成积冰 [1] 。飞机积冰严重威胁着航空飞行安全，它会使飞机升力下降，阻力增大，减弱飞机性能，影响飞机稳定性，甚至会危害仪表系统的运行 [2] [3] 。随着我国航空业的快速发展和航班量的大幅增加，飞机积冰的研究和预报预警工作越来越得到重视。

王新炜等 [4] 对近40年中国飞机积冰的气候特征进行了研究，认为积冰主要发生在冬、春两季，其中贵州、湖南、四川等地属冬季积冰易发区。温度是影响积冰的最重要参数之一 [5] 。统计显示，飞机积冰一般发生在−20℃~0℃温度范围内，尤其在−10℃~−2℃范围内遭遇次数最多 [6] [7] [8] 。王钦等 [9] 通过分析冬季四川盆地7次低空飞行飞机积冰的个例，发现出现中度积冰的温度范围在−4℃~−2℃，轻度积冰温度范围在−1℃~0℃，且相对湿度越大越有利于积冰的产生。有学者认为，飞机积冰一般分布在400 hPa以下，其中700 hPa层积冰分布最集中且具有代表性 [10] 。飞机积冰的形成与气象条件密不可分。万连成 [11] 通过计算4种积冰指数发现，影响我国冬季积冰潜势强弱的关键是“西高东低”的天气形势，此环流形势下冷平流较强，配合一定的温湿条件，使得冬季积冰中心显著。

话音方式航空器空中报告是收集民用航空器在飞行中遇到积冰、颠簸、风切变等危险天气时的报告，是目前民用机场观测手段的重要补充 [12] 。本文收集、整理了贵阳龙洞堡机场近17年接收到的贵州区域话音方式航空器空中报告，总结、分析了贵州区域飞机积冰的时空分布特征、积冰强度特征、环流形势特征，以期为飞机积冰的预报和预警工作提供参考，为飞机积冰条件下的保障工作提供一定依据。

2. 资料及方法

本文选取2007年~2023年贵阳机场收到的贵州区域范围内的话音方式航空器空中报告，筛选出有关飞机积冰的数据并剔除失效数据，整理后共得到102份飞机积冰报告，其中包括积冰发生的时间、方位、高度、积冰强度、机型等信息。以自然年为年划分标准，以12月~2月为冬季、3月~5月为春季、6月~8月为夏季、9月~11月为秋季作为季节划分标准，统计逐年、季节、逐月、逐小时的飞机积冰次数，并统计积冰强度、发生高度及积冰发生区域分布，运用一元线性回归、三点滑动平均对2007年~2023年贵州区域飞机积冰的时空特征展开分析与总结。文中时间均为北京时。

基于ERA5 0.25˚ × 0.25˚逐6小时再分析资料中的温度、相对湿度、位势高度、风场等数据，分析出现飞机积冰时的大气温度和环流形势，判断飞机积冰易发的气象条件，并利用ICAO给出的积冰指数验证飞机积冰发生的区域分布和强度特征。

3. 飞机积冰统计特征

3.1. 基于航空器空中报告的统计特征

通过对2007年~2023年共17年贵州区域飞机积冰数据的整理，选取积冰的年变化特征、季节变化特征、日变化特征、强度特征、高度特征、空间分布特征展开分析。

3.1.1. 年变化特征

从接收到的航空器空中报告来看，飞机积冰年发生次数总体呈现波动增长趋势(图1)，其中2021年报告次数最多，达22次；其次为2018年，为20次；而2007年及2013年未接收到飞机积冰的报告。3年滑动平均曲线显示，积冰年发生次数在2017年以后激增。利用最小二乘法求得逐年飞机积冰次数的一元线性回归方程为y = 0.93x − 2.36，相关系数 $\left|r\right|$ = 0.66，且 $\left|r\right|$ > $r_{0.01}$ = 0.515，其相关性通过 $\alpha$ = 0.01的显著性水平检验，表明飞机积冰发生次数逐年上升趋势显著。

3.1.2. 月变化、日变化特征

贵州区域飞机积冰的发生呈现出明显的月变化和季节性。由图2(a)可知，除7月以外，一年中的其它月份均有飞机积冰出现，其中11月~12月、1月~3月较其余月份的积冰次数明显偏多，均在10次以上，尤以1月发生积冰的次数最多，达28次。对于季节而言，一年四季航行中的飞机均有可能出现积冰，其中冬季共发生积冰70次，占总积冰次数的68.6%；其次为春季，有15次，占比14.7%；夏季最少，仅有4次，占比3.9%。可见，冬季(1月)是贵州区域飞机积冰的高发季(月)。

图2(b)为飞机积冰的小时分布，发生时间较为分散。由于飞行时间等原因，1时~6时无积冰报告，不具有显著性，暂不讨论。一日之中，10时为接收飞机积冰报告的高发时段，共有15次，占总积冰次数的14.7%，其次为8时，有10次，占比9.8%，16时最少，为2次，占比2.0%。因此，10时为贵州区域飞机积冰较为高发的时段。

3.1.3. 强度、高度分布

统计航空器空中报告中对飞机积冰轻、中、强三个等级的记录，在102次积冰报告中，轻度积冰共出现17次，中度积冰55次，强积冰30次。可见贵州区域出现的大部分积冰为中度或强积冰，这也与飞行员对中或强的积冰更为关注有关。

图3为各高度区间飞机积冰的发生情况。可见报告的积冰均发生在8000 m以下，主要集中在4000 m~5000 m高度，其次为3000 m~4000 m高度，而7000 m~8000 m积冰次数最少。具体而言，在1000 m~7000 m高度区间内飞机有可能出现轻、中、强等不同程度的积冰，而7000 m~8000 m将出现中度及以上强度的积冰。轻度积冰、中度积冰在3000 m~4000 m高度发生次数最多，强积冰在4000 m~5000 m发生次数最多。

3.1.4. 空间分布

将积冰发生的位置标注于图上，可更为直观的描述贵州区域飞机积冰的空间分布特征。由图4可明显看出，积冰主要集中在贵州中北部和东北部区域，南部报告积冰次数较少。飞机飞经贵州中北部、东北部时会出现不同强度的积冰，而飞经贵州西北部、东部时主要出现中度及以上强度的积冰，飞经南部时主要出现中度积冰。积冰呈现的空间特征与航线的密集度有较大关联，与贵州西高东低的地势特征也有一定关系。

3.2. 基于Ic积冰指数的统计特征

针对飞机积冰，国际民航组织给出了一种参考指数，也是目前比较常用的指数之一，即Ic积冰指数。Ic指数认为，相对湿度 < 50%时不存在积冰，相对湿度 > 50%则可能产生积冰，温度在−14℃~0℃范围内飞机遇过冷水滴最易产生积冰：

$\text{Ic}=\left[\left(RH-50\right)\right]\left[T\left(T+14\right)/\left(-49\right)\right]$

其中，RH为相对湿度(%)，T为温度(℃)。Ic指数对积冰强度的划分如表1所示：

根据贵州区域飞机积冰出现的时间规律，选择2007年~2023年1月的再分析资料，计算贵州区域的Ic指数，分析飞机积冰的易发区，如图5所示。沿机场所在位置106.8˚E做经向的垂直剖面可知(图5(a))，积冰主要集中在850 hPa~600 hPa (约1500 m~4000 m)高度，越向北积冰强度越强。在700 hPa (约3000 m)高度上，积冰主要发生在贵州中北部地区(图5(b))，且为轻度积冰。对比航空器空中报告的统计结果，Ic积冰指数对积冰发生区域的估算与实况基本一致，但对积冰强度的估算偏弱。

4. 飞机积冰气象条件

4.1. 大气环流分型

分析贵州区域发生的102次飞机积冰时的天气形势和高低空关键天气系统，将形成积冰的环流形势分为锋区型、槽前型、低涡型、静止锋型、西南倒槽型。

锋区型的飞机积冰主要发生在冷锋过境后，此时中高层的西北到偏西气流提供冷空气，低层多为东北气流或有切变线影响，提供水汽和抬升运动条件，配合地面冷锋，使得云层深厚，云中含有大量的过冷水滴，有利于产生飞机积冰。

槽前型的飞机积冰主要发生南支槽前，中高层西南气流输送水汽，中低层为弱辐合或偏北冷气流影响，冷暖平流的交汇，有利于水汽抬升凝结，产生飞机积冰。

低涡型的飞机积冰主要受到中低层的低涡移动影响，而高层多有槽后冷平流加入，在上冷下暖的不稳定层结和辐合的动力抬升作用下，配合充足的水汽条件，有利于飞机积冰的发生。

静止锋型的飞机积冰多发生在中低空，此时大气中高层多为偏西气流，而700 hPa则为强盛的西南暖湿急流控制，850 hPa为东北冷空气或切变线影响，地面静止锋摆动，此环流配置下，大气中低层有逆温层形成，飞机由冷层飞入暖层或由暖层飞入冷层，水汽遇冷凝华易形成积冰。

西南倒槽型的飞机积冰多发生在500 hPa倒槽附近，低层为偏南气流，层结不稳定，云顶可发展到较高高度，飞机穿云将出现积冰。

统计发现(表2)，对于贵州区域而言，静止锋型积冰次数最多，共计41次，多发生在冬季，且多为中度及以上强度的积冰；西南倒槽型积冰次数最少，仅有3次，且发生在夏末初秋，轻、中、强积冰各发生1次；锋区型积冰共计19次，槽前型积冰共计23次，其积冰强度主要为中度；低涡型积冰有16次，多为中度及以上强度积冰。可见，5种可能引发飞机积冰的天气形势中，在静止锋或南支槽的大气环流形势下，飞机出现积冰的概率较大。

4.2. 温、湿条件

飞机积冰的形成不仅与有利的环流形势有关，还与飞行高度上的大气温度、湿度有关。基于再分析资料，统计贵州区域102次飞机积冰出现时所处位置的温度、相对湿度数据发现(表3)，轻度积冰发生时，大气温度介于−9℃~4℃，相对湿度介于84%~100%，平均温度约−3.5℃，平均相对湿度92%；中度积冰发生时的温、湿范围为−20℃~3℃和75%~100%，平均温度和相对湿度分别为−5.5℃、90%；强积冰发生时的温、湿范围为−16℃~−1℃和75%~100%，平均温度和相对湿度分别为−7.6℃、87%。可见，若要引发飞机积冰，就需要大气的相对湿度高于75%，气温普遍需低于0℃，且温度越低，积冰越强。

5. 结论

通过统计2007年~2023年贵阳机场接收到的贵州区域范围内的话音方式航空器空中报告，结合ERA5再分析资料，对贵州区域飞机积冰的时空特征、强度特征，以及有利于飞机积冰产生的气象条件展开分析。

1) 贵州区域飞机积冰的发生次数呈现显著的逐年上升趋势。一年四季飞机均有可能出现积冰；除7月以外，全年各月均有飞机积冰出现。其中，冬季(1月)是飞机积冰的高发季(月)。

2) 贵州区域飞机积冰多发生在8000 m以下，主要集中在3000 m~5000 m高度。轻度积冰、中度积冰在3000 m~4000 m高度发生次数最多，强积冰在4000 m~5000 m高度发生次数最多。

3) 贵州区域飞机积冰主要集中在贵州中北部和东北部，其余地区虽出现次数偏少，但多为中度及以上强度的积冰。

4) Ic积冰指数对积冰发生区域的估算与实况基本一致，但对积冰强度的估算偏弱。

5) 5种可能引发飞机积冰的环流形势中，静止锋型的飞机积冰出现次数最多，西南倒槽型的飞机积冰出现次数最少。

6) 积冰发生时，大气温度介于−20℃~4℃，相对湿度介于75%~100%。其中轻度积冰时大气平均温度和相对湿度分别为−3.5℃、92%；中度积冰时大气平均温度和相对湿度分别为−5.5℃、90%；强积冰时大气平均温度和相对湿度分别为−7.6℃、87%。

参考文献