by James Huang 

19 4 月, 2020

無人機學科 氣象篇

遙控無人機操作證考試已於2020年3月31日正式啟動,考試分為「學科」及「術科」測驗兩階段,學科測驗已於3月16日開放報名並於4月率先登場,為了方便大家吸收,站長參考了《民航局遙控無人機學科測驗規範 》內容所做一些系統性整理,今天分享「氣象篇」,提供各位參考,希望對各位有所幫助。

題庫一定要讀熟喔:題庫下載網址


密度與壓力

密度高度與無人機空氣動力性能關係

何謂密度高度

某㇐特定容積氣體的密度換算成標準大氣壓力狀態下的高度。

標準大氣壓力的定義

在海平面的平均氣壓約為101.325千帕斯卡(76公分水銀柱),這個值也被稱為標準大氣壓。 另外,在化學計算中,氣壓的國際單位是「atm」。 一個標準大氣壓即是1 atm。 1個標準大氣壓等於101325帕、1013.25百帕和1.01325巴,或者76公分水銀柱,也就是1033.6公克/平方公分。

密度高度

無人機空氣動力性能

空氣密度增加(密度高度低)

空氣動力性能增加

空氣密度減少(密度高度高)

空氣動力性降低

密度高度對遙控無人機的性能有直接影響

壓力與密度關係影響

壓力

密度

增加

增加

減少

減少

壓力與密度關係:成正比

溫度與密度關係影響

溫度(熱漲冷縮)

密度

增加

減少

減少

增加

溫度與密度關係:成反比


風的影響

「風」如何影響無人機

「風」:即空氣中的水平運動

風對於飛行的影響,就遙控無人飛機而言,通常都是在逆風下起因為逆風起飛時,產生了附加進氣量及相對風對於翼面的幫助,可增強飛機的方向穩定性和操縱性,並減少了滾行到仰轉起飛的距而逆風落地時,則由於增加了升力及阻力,使航機可以在㇐個穩定的速度下進場,並在跑道可用長度且安全的範圍內速度減至滑行速度或是煞停。惟無人飛機在起降時遇到較強的正側風時,可能會導致㇐邊不平衡,且在尚未完全離地或接觸地面的情況下,進而造成機翼與地面接觸,或是落地後偏離跑道而發生意外。

遙控無人飛機通常都是在逆風下起降:

  • 逆風起飛時,產生了附加進氣量及相對風對於翼面的幫助
  • 增強飛機的方向穩定性和操縱性
  • 逆風落地時,則由於增加了升力及阻力

「風向」單位

氣象觀測風向常以16方位或以角度數表示。常用風速的單位有下列數種:公尺/每秒(m/s)、公里/每小時(km/h)、哩/每小時(mph)、浬/每小時(kts)或稱(knot)


所以「風」到底如何影響無人機

在於滯空飛行時的穩定度

操作遙控無人機操作時,可能會在山區或各種環境下,當地表風經過建築物、山區或其他人工障礙物時所產生的亂流,其強度往往與障礙物大小有關,在山區其情況會更加明顯。當飛越多山地區時,通常山區的迎風面飛行相對平穩順暢,但越過山嶺後進入背風面時,原來平順的地表風會因山區地形而擾動風向,形成分歧並產生亂流。風速越強,背風面亂流的氣壓也越強

無人機學科-氣象

圖片來源:民航局

障礙物對風的影響

地面上的障礙物影響風的流動,是㇐個看不見的危險因素。地形和高的建物會分離風的流動,產生快速變化方向和速率的強風。遙控無人機起降時,要特別注意起降點附近較高的建物或天然障礙物因建物所產生亂流的強度依障礙大小和主要風速而定。此亂流影響起飛和降落性能,可能造成極為嚴重的危險。在飛行降落階段,遙控無人機能因亂流而「突降」,導致進場高度太低而不足以避讓障礙。


無人機學科-氣象

風切(Wind Shear)

指在大氣中不同兩點之間風速或風向的劇烈變化。它可以產生強烈的垂直氣流,並對航空器水平移動面產生大方向的變化。風切可以發生在任何高度,但以低空風切對航空器的危害最為嚴重。由於航空器在進場及落地階段時,航空器逐漸減速的接近地面,因此可供緩衝避讓的操作空間有限,若遭遇突如其來的強風速的風向變化,會劇烈影響航空器飛行性能及飛行姿態,若高度過低,操作人可能會來不及改正而發生意外。

操作人在操作前及操作時均需隨時注意天氣狀況,並掌控遙控無人機位置、高度和方位,尤其是在通過劇烈天氣時(如雷雨、颱風)的操作更需特別留意人機安全。

低空風切

1,600 呎以下空氣層中風向或風速之突然變化,通常於颱風環流、 東北季風、鋒面過境時較為強烈,而西南季風時則較為溫和。




微爆氣流

水平範圍更小(0.04~4 公里),持續時間更短(0.1~0.25 小時) 的強烈低空風切。微爆氣流的循環約在5到15分鐘間,所產生的下沉氣流可達每分鐘 6,000 英呎。若遇上微爆氣流時,首先會出現強勁頂風;再來是下沉氣流;最後是快速增加的尾風,其頂尾風的差距可達到於30到90節不等。


大氣的穩定性

水氣與溫度決定大氣的穩定性

由於空氣中發生垂直運動,若是不穩定的大氣即便是微小的垂直運動,也可能會發展成旺盛的對流,進而生成積雨雲,並發生雷雨的可能甚或是亂流,


高緯度地區

高緯度地區所產生的乾冷空氣通常較穩定,無垂直對流,通常是好天氣。

無人機學科-氣象

熱帶地區

熱帶地區暖濕空氣則較不穩定,因含有大量的水氣及對流,容易形成午後雷陣雨。

無人機學科-氣象

逆溫

逆溫層

逆溫層 」:在對流層大氣中,㇐般大氣溫度之垂直分布是隨高度而降低,相反的,溫度隨高度而增加之大氣範圍稱為逆溫層。

逆溫層內,每單位高度中溫度上升的多寡,稱為逆溫層強度;強度愈強,對流愈不易穿過,致使污染物向上擴散不易,空氣中的污染物也將留置於靠近淺層地表的高度中。如果逆溫層裡的相對濕度較高時,將會形成雲、霧、霾或煙霧等降低能見度的有害天氣。

無人機學科-氣象

圖片來源:民航局

什麼時候會發生逆溫層?

晴朗、涼爽的夜晚:此時靠近地表的空氣受地表溫度幅射影響,會較上層空氣溫度為低,而㇐般來說高度約在離地300公尺左右

暖氣團與冷氣團相遇時:因兩氣團間的密度不同,又無法混合,導致暖氣團沿冷氣團的界面上升,或是冷氣團將暖氣團抬起進而形成逆溫層。



溫度與露點

無人機學科-氣象

何謂「飽和空氣」?

在㇐定溫度下,㇐定量之空氣,所能容納之水氣量10有㇐定的限度。空氣中水氣含量如已達其最高限度時,則此時之空氣稱為「飽和空氣」。

空氣能容納水氣量之多寡與溫度有密切關係

同樣體積之空氣溫度愈高,能容納之水氣愈多。反之,空氣中水氣含量不變,當其溫度降低至某㇐程度時,可使未飽和之空氣變成飽和,溫度如繼續下降,能使飽和水氣凝結為霧、雲或雨滴等


空氣中水氣含量的二種表示方式

相對濕度

空氣中實際含有之水氣量,與相同溫度下可含最大水氣量之百分比。空氣在完全飽和狀態時相對濕度為100%;如空氣中所含水氣量僅為當時溫度下所含最大水氣量之㇐半時,則相對濕度為 50%。對人體而言,空氣之相對濕度在 4060%間時,令人最感舒適。當濕度越高,濕空氣中水汽越多,導致乾空氣的壓力越小,其空氣密度越/氣壓越低,性能限制越大。

露點

在㇐定大氣壓力下,空氣中水氣含量固定不變時,若氣溫逐漸降低,待降至相當溫度時,空氣變成飽和,氣溫再稍低,水氣即行凝結,此時之溫度,稱為露點溫度,簡稱露點。當氣溫在冰點以下,且繼續下降,達某點溫度時,附著於地表附近之水氣,即行開始凍結成霜,此稱為霜點。




水氣如何達到飽和?

空氣裡的溫度與露點重合時,即達到水氣飽和點。水氣飽和時會產生雲、霧及各種降水形式。

水氣達到飽和的四種方式
  • 暖空氣經過冷地表時,暖空氣受地表影響降溫。
  • 冷暖飽和空氣互相混合時。
  • 夜間空氣因地表幅射冷卻達到飽和。
  • 氣團上升時溫度下降達到飽和。

「 

什麼是「 」?

當空氣溫度達到或接近露點時,空氣中的水氣就會逐漸凝結,進而發生會影響能見度的「霧」。而「霧」依其形成條件及特性,可分為:平流霧、輻射霧、蒸氣霧、山坡霧、鋒面霧及平流幅射霧。


「 」的分類

平流霧

01

當溫暖且潮溼的空氣流經較冷的地面時,低層空氣中的水氣會因冷卻作用而凝結形成霧,稱之為平流霧,其相對濕度也較大。平流霧往往能持續㇐段相當長的時間,除非風停止,或風向轉變,使暖濕空氣來源中斷,霧才會消散。




輻射霧

02

多出現在冬季晴朗、微風、近地面水氣充沛的夜間或清晨。當空氣相當穩定時,如果近地面空氣中含有足夠的水氣,由於入夜後地面的熱會迅速地向高空輻射散去,因此到了清晨氣溫較低時,水氣便會因冷卻的關係而凝結成小水滴,浮游在近地面的空氣中,就形成了輻射霧。㇐般而言,輻射霧的持續時間不會太長,通常在太陽出來後,地面溫度回升到㇐定程度時,就會迅速消散。

蒸氣霧

03

主要是冷空氣流經溫暖的水面,由於暖水面而蒸發,使得冷空氣中的水分增加,因冷空氣溫度較低,凝結而成蒸氣霧,常出現在秋冬季節。


山坡霧

04

當濕空氣沿山坡上升時,經絕熱冷卻而成。遠看(由下往上)看是雲;步行經過是霧;近看(由上往下看)是㇐片雲海。


鋒面霧

05

發生在鋒面附近,當冷空氣位於近地面之低空,而自雲端下降之遇冷凝結而成霧,多出現在錮囚鋒或暖鋒前。

平流輻射霧

06

平流和輻射兩種物理過程亦可相輔相成,造成平流輻射霧的發生。好發生於冬末春初台灣西部地區。


在平靜涼爽的夜晚,地表與附近的物體因輻射效應使得周遭空氣的溫度下降,低於露點,水氣因此凝結成水滴,附著在地表、建物上,附著於物體表面的水珠即稱之為露。若溫度低於冰點即凝結成霜。露珠附著在航空器上對飛安並無影響,但若是凝結成固態的霜則對飛安可能造成危害,由於附著在機體表面的霜在飛行時會擾動流經機體、機翼的空氣,並大幅降低原有的升力、增加阻力,而降低起飛性能。



雲系

什麼是」?

當空氣溫度達到或接近露點時,空氣中的水氣就會逐漸凝結,進而發生會影響能見度的「霧」。而「霧」依其形成條件及特性,可分為:平流霧、輻射霧、蒸氣霧、山坡霧、鋒面霧及平流幅射霧。


」的分類

高雲族:6000公尺以上

01

卷雲.卷層雲.卷積雲

中雲族:2000~6000公尺

02

高積雲.高層雲.雨層雲

低雲族:2000公尺以下

03

層雲.積雲.層積雲


氣團

什麼是氣團」?

氣團係指㇐廣大之空氣體,在地球表面某㇐特殊地區,停留㇐段相當的時間後,其整個水平方向,且在同㇐高度各點,空氣之溫度、濕度等物理性質均為㇐致時,稱此㇐廣大空氣體為氣團。而形成氣團的地區,稱之為「氣團源地」。


「 氣團」的分類及特性

 氣團分類

極地(高緯度)

熱帶(低緯度)

大陸冷氣團

大陸暖氣團

大陸冷氣團

大陸暖氣團

海洋冷氣團

海洋暖氣團

海洋冷氣團

海洋暖氣團

 氣團特性

不穩定氣團

穩定氣團

積雲

陣雨

層雲、霧

連續性降雨

亂流

能見度良好

平穩氣流

能見度差、易有霾及煙霧


鋒面

什麼是鋒面」?

性質不同之冷暖兩氣團相遇時,其交界處稱為鋒面。在鋒面兩側空氣性質,諸如溫度、濕度、風、天氣等通常均有明顯的差異。寬度通常有數公里以至數十公里


無人機學科-氣象

圖片來源:民航局.中央氣象局

鋒面」的分類

  • 冷(暖)鋒
    當冷空氣前進,迫使暖空氣後退而取代暖空氣原有位置,則此時之鋒面稱為冷鋒,反之則稱為暖鋒。
  • 滯留鋒
    冷暖氣團勢均力敵鋒面呈滯留狀態,此時之鋒面稱為滯留鋒。
  • 囚錮鋒
    鋒面在移動時,如果冷鋒趕上暖鋒或是兩條冷鋒迎面相遇重疊時,鋒面和鋒面之間拉扯,最後兩條鋒面就會合併成囚錮鋒。


山區飛行

山區飛行注意事項

  • 山頂區域的風速若超過25節即可能產生亂。
  • 若出現莢狀雲或捲軸雲則需小心山區亂流
  • 若風速強,向風面飛行平順,但過了山巔進入背風面時,則需注意沿背風面產生的亂流,且可能沿續相當長的一段距離。
  • 向風面出現積雲代表天氣不穩定,可能在山區的兩邊均遭遇亂流 
  • 莢狀高積雲是高空高速氣流碰上山頂後擾動氣流波頂形成,從遠處看似不會移動,但其生成氣流快速且強烈是亂流的典型指標,應盡量避讓。 
無人機學科-氣象

積冰發生可能

  • 飛越可見水氣,如雨或雲時
  • 機體周遭氣溫為攝氏零度以下,且有可見水氣時

積冰現象會造成什麼影響

當飛越結冰區域時,機體在機翼或機體與空氣接觸的地方產生冷凝,使接觸空氣的部份低於零度,而空氣中的過冷水及過冷水汽結冰並附著於翼面或感測器上,進而影響或誤判遙控無人機飛行性能,若是嚴重結冰則可能會導致升力不足而失速。


雷雨的循環

無人機學科-氣象

雷雨循環三時期

雷雨的循環㇐般分為三個時期:發展期、成熟期及消散期。光靠肉眼觀察很難明確的區別差異,且實際上雷雨可能由不同時期的雷雨胞聚集而成,並增加了觀察的難度。

發展期

雷雨的生成都是由積雲而開始。雷陣雨此時期的特徵是上升氣流。上升氣流的強度受環境條件而異。發展期積雲的成長速率可達每分鐘 3,000 英呎,因此,不宜在成長快速的積雲附近操作遙控無人機。







成熟期

雷雨胞同時存在上升氣流及下沉氣流,並開始產生降水。下沉氣流較周遭空氣為冷,因此下沉速度可超過每分鐘2,500英呎。當下沉氣流衝擊到地面後往外吹,形成強陣風後,造成溫度下降及氣壓升高,此種地表風俗稱「犁風」。而此時雷雨胞內的上升氣流可達每分鐘 6,000英呎,上升氣流及下沉氣流互相交錯,產生垂直風切,使得雷雨在成熟期時對於飛行安全的危害最為強烈。

消散期

上升氣流逐漸停止,下沉氣流及降雨逐漸減緩,雷雨胞最終消散。











無人機學科-氣象

圖片來源:民航局


航空氣象服務及電碼

氣象服務提供單位

央氣象局

 隸屬交通部,為我國天氣測報之主管機關




臺北航空氣象中心

隸屬於民航局飛航服務總臺,負責機場範圍區遙控無人機學科測驗指南與區域天氣之觀測及預報工作,並提供影響航空器於飛航運作過程中所可能遭遇到的顯著危害天氣資訊予作業人員。


氣象電碼

無人機學科-氣象

在航空氣象裡,有兩項重要的飛航天氣資訊:機場觀測及預報資料。觀測人員原則上30分鐘或60分鐘依機場現時觀測之結果,編報「航空例行天氣報告(Meteorological Terminal Aviation Routine Weather Report, METAR)」。

《例行天氣報告觀測範例》

METAR1 RCSS2 130930Z3 31004KT4 250V0105 70006 –SHRA7 FEW012 BKN025 BKN0408 26/249 Q100910 NOSIG RMK A2981 (W)11=

報告格式

說明

METAR:報告種類

觀測報文種類有兩種,分別為METARSPECI,前者為機場例行天氣報告之電碼名稱,定時發布報告(半小時/㇐小);後者則為機場特別天氣報告之電碼名稱,於例行天氣報告之發布期間內若發生任何天氣改變且達到特定值時,發布特別天氣報告。

RCSS:觀測場站之識別碼

觀測發生之機場,機場識別碼依據ICAO編彙之航用地名,我國機場識別碼前兩碼均為”RC”

130930Z:觀測日期與時間

觀測發生之日期與時間,以當日日期及時間(小時+分鐘)為單位,並緊接著Z(Zulu time)字母指示碼11

31004KT:風向及風速

機場風向風速之觀測值,使用觀測前十分鐘期間之平均風向(採真方位並化整至最接近之10度整數)與平均風速之編報,並緊接風速單位(KT海浬/時或MPS公尺/)

250V010:風向轉變量

觀測前十分鐘期間,若風向之總變動達60度以上但小於180度,以及平均風速達3 KT(1.5m/s)以上時,則會將觀測到之風向變動範圍內兩極端方位,按順時針方向順序編報,若無此情形,則此組省略不報。

7000:盛行能見度

所觀測到之盛行能見度值,編報以4(公尺)為單位,如4000(4,000公尺)9999(10公里以上)

SHRA:現行天氣組

主要係依據電碼表,以㇐組或㇐組以上但不超過三組之天氣現象代詞,編報發生於機場或其附近且對飛航作業有重大影響之當時天氣現象。並以適當之強度指示碼及簡語組合成29個字母之電碼組,來表示現在天氣現象。

FEW012 BKN025 BKN040:雲量

雲量是指雲在天空中遮蓋的份數。航空氣象觀測員將天空劃分成8等份12,若觀測到1/82/8的天空被雲層遮蓋,其雲量就為1~2,雲量類別稱為稀雲(FEW)3/8 4/8為疏雲(SCT)5/87/8為裂雲(BKN)8/8為密雲(OVC)4種,其後緊接著雲層之雲底高度(英呎, ft)為單位。如FEW020(觀察到有稀雲雲底位於地面高2,000呎處)BKN003(觀察到裂雲雲底位於地面高300呎處13)

26/24:溫度露點組

觀測到之氣溫和露點值化整至最接近之整攝氏度數,含有0.5之觀測值應向上化整至最接近之較高攝氏度數。

Q1009:高度表撥定值組

觀測到之QNH值往下化整至最接近之整百帕,並以字母指示碼Q置於其前方。

NOSIG RMK A2981 (W):其他補充資訊

其他補充天氣資訊內容,可包括過去天氣現象、低空風切、海面溫度和狀況與跑道狀況組。

本例解碼 》 

松山機場例行天氣報告130930UTC時間觀測報告,風向31010分鐘平均風4海浬/時,不定向風介於250度至010度間能見度7000公尺小陣雨稀雲於地面高1,200裂雲於地面高2,500呎,另㇐項裂雲於地面高4,00014場溫攝氏26/露點24度,場壓QNH1009現在天氣或水平或垂直能見度均無明顯變化29.81 inHgATIS (W)


總結

本單元內容皆參考自《民航局遙控無人機學科測驗規範 》所做的系統性整理,希望對有考照需求的朋友們有更進一步的幫助,詳細內容請大家熟讀《民航局遙控無人機學科測驗規範 》



THANKS FOR WATCHING


額外資訊:無人機社群媒體平台

FB專屬粉絲專頁

追蹤DB無人機男孩粉專並按讚,您將會收到更多無人機飛手應具備的一切知識與資訊,站長也會定期分享一些關於自我成長的資訊,因為良好正向的心態也是成為無人機飛手一個重要的環節。

TAIWAN無人機社群媒體

卓恩基地是以「 創造無人機飛手價值」為目標的社群媒體平台,不論您是新手或是正在成為無人機飛手旅途上,都可以透過卓恩基地進行創作、分享觀點及互相交流意見。一同邁向成為無人機飛手職人的道路!!

如果對文章內容有任何問題,歡迎在底下留言讓我知道。

如果你喜歡我的文章,可以按左邊的分享按鈕,讓更多的人看見我的文章。

Last Updated on 2021-08-10 by James Huang

 1,386 total views

相關文章

關於作者James

James是一名勞力上班族,由於對無人機非常熱愛,在休假之餘努力自我培養無人機相關能力,創辦DronesBoy無人機男孩網站幫助初入無人機領域的新手們,在短時間內獲取成為無人機飛手應具備的知識能力。一心只想專注於價值的付出,希望透過網站實踐自我理念並傳遞正向價值觀,人生很短,抓緊每一刻,認真得做自己想做的事。

Your Signature

以發展無人機飛手為核心目標,卓恩希望成為一個「幫助新手到成為無人機飛手」的社群平台,透過「分享」「創造」「整合」三大主軸為基礎成為無人機發展的後勤角色,因此我們希望集合大家的向心力,不論你是新手.持有證照的無人機飛手或者有相關專長並想為無人機領域貢獻的朋友,我們都歡迎你加入一起創造無人機飛手的價值,建立無人機飛手社群不分你我。

☆★無人機資訊「分享」★☆

☆★「創造」無人機飛手價值★☆

☆★無人機飛手「整合」★☆

新手攻略》無人機入門指南

輸入你的名字和 Email 立即免費索取

《 新手攻略》無人機入門指南
>