在国内的飞行技术课程上，民航气象一直不受重视，但是在民航业发达的欧美地区，民航气象是一门非常重要的课程。不得不说，民航气象的重要性实质上不亚于飞行原理、领航等课程。学习民航气象，不仅有利于我们预测气象对飞行的影响，在遇到突发气象信息（如湍流，下击暴流）或可能影响飞机起降的气象信息时，还能帮助飞行员做出正确的决策，有利于提高飞行安全。

本文主要涉及一般气象学中的基础部分，有助于我们日后了解和学习民航气象。观察和测量、预报、气候被称为气象三部曲。大气及其演化的基本规律和不规则性都是在观测的基础上提出来的。

1.什么是大气？

大气是指在地球周围聚集的一层很厚的大气分子，称之为大气圈。大气的底部就是地球的球形表面。然而，随着高度的增加，空气变的逐渐稀薄(由于大气气体的可压缩性)，使得很难给大气指定一个精确的上限。从太空看，地球大气层的厚度是地球直径的百分之一或赤道处地球周长的1/300。

（图片来源于：NASA）

（图片来源于：百度图片）

在垂直方向上，大气质量分布不均匀。大气总质量的50%集中在海拔5500米以下，90%集中在海拔16500米以下，99%集中在海拔30000米以下。

同样在水平方向上，大气质量分布也不均匀。温度和大气运动的差异会改变这种分布，但相应的相对变化仍保持中等水平（其变化值不到平均值的十分之一）。

2.大气的成分

大气是一种气体混合物，其成分相对稳定。

干空气的78%为氮气，21%为氧气，剩余部分为一些其他气体。但是，那些比例相对较小的气体，比如二氧化碳、臭氧以及稀有气体等，也是非常重要的。

（图：大气中垂直高度上最初几公里的空气成分）

湿空气是干空气和水蒸气的混合物。大气中水的存在与氧气一样重要。在地球表面附近的温带地区，水蒸气的平均比例为1％。

从天气的角度来看，水蒸气是大气中最重要的成分。

由于水蒸气的来源于地球表面，而且垂直分布过程仍然在对流层，因此几乎所有的水蒸气都停留在对流层，平流层非常干燥。地球上90%的水蒸气都在对流层中。大气中各种气体的百分比一般是恒定的，但是水蒸气除外，水蒸气离地球表面越近，浓度越大。

我们日常呼吸的空气不仅仅是潮湿的空气，有时水滴、微小的冰晶等也混合在其中。空气中还含有非水组成的“杂质”或固体颗粒，这些在大气过程中也是非常重要的。所有这些额外的成分都可以归类为气溶胶，其重要特性之一就是具有反射光的能力。

在地球表面附近，液体或固体气溶胶特别多（通常每升空气有几十万个颗粒）。这些颗粒非常多样，可以包括植物和矿物碎片（例如，海浪中发现的海盐）、细菌、由于燃烧释放的碳颗粒等。它们的数量也随植物活动（单个蘑菇含有100亿个孢子）和工业活动而变化，但随着海拔高度显着降低。

3.常见的描述大气的参数

对于干空气的描述常用的状态参数有：压力P、体积V、温度T。干空气也是一种理想气体。

其他参数包括水蒸气（湿度）和大气的运动（风）。大气中不同点的这四个参数（压力，温度，湿度和风），对于任何气象活动的测量都是必不可少的。

4.观察与测量

为了获得大气的当前状态，因此需要对大气进行观察和测量。但是为了获得大气数据，需要付出大量的人力和财力。由于云无国界，因此很快有必要在全球范围内组织这项活动。在世界气象组织的支持下，通过世界天气监视网（World Weather Watch 称为“3W”）来完成这项任务。

由上图可知，数据采集：

（1）在地面上通过：
地面气象站（通过名为SYNOP的消息发送观测结果）、船舶（SHIP）、漂流浮标（DRIBU）（2）在高空通过：探测气球（TEMP或PILOT）、飞机（AIREP或PIREP，AMDAR）、气象雷达有助于对云的形成和降水进行定位和量化。

无线电探空是利用固定在气球上的测量仪器，每天进行一次或两次的垂直探空。这个气球充满了比空气轻的气体(氦气或氢气)，它以恒定的速度上升。然后通过地面雷达跟踪它，以确定每次测量(压力、温度和湿度)的位置。此外，我们通过测量气球的漂移来测量风的水平速度。

（图：一种气象探测气球）

（3）卫星：卫星机载仪器可以进行多次测量，以帮助气象专家更好地确定大气状态。常使用的卫星分为两种：同步卫星和极地轨道卫星。

同步卫星：负责观测南北纬60°之间的气象信息。地球同步卫星的优点是它能提供大范围的连续观测，允许对所观测到的观测对象进行定期监测。其缺点是，它与被观测表面的距离较大，与相同质量的仪器相比，其清晰度（由最小的可检测对象表示）较低。此外，它无法观察到更高的纬度（极地地区）。

极地轨道卫星：极地轨道卫星在每一轨道的两极上空约1000公里飞行。它们是与太阳同步的。观测目标包括地球两极在内整个地球的表面和大气层。由于在太阳同步轨道上运行的卫星每天在相同的当地地方时飞经相同纬度的地域，且对地太阳入射角近似，因而观测现象的时间对比性较强，可测得随时间而演变的大气物理现象，进行全球性的大气、云、陆地表面和海洋表面等多种要素的综合观测。极地轨道位置的优点是它允许卫星观察高纬度地区，并在较低的高度飞行，这样可以更近距离观察。其缺点是不具有观测的连续性。

国际气象合作的基础是自由交换基本原始数据。但是，经分析的原始数据或其他更详细的数据在某些条件下可以出售。

5.预测

大气的演变是一个复杂的过程，因为它涉及许多不同的参数。尽管存在许多困难，但人们长期以来一直致力于预测大气行为。所有形式的主观推理都被证明是无用的，但是有一种方法可以帮助实现大气预测。如果在给定的时间知道大气层的状态，那么我们应该能够基于公认的物理定律得出大气层的未来状态。但这种方法也有局限性。不过，由于科学计算的快速发展，此方法现可提供令人满意的结果。其局限性在于我们无法获得足够多的细节，目前此技术用于数值天气预报。

关于预测的需求可以用不同的时间框架来表达。由于现代飞机的速度，航空需求往往是非常短期的预测。不过，这种“即时”或“临时天气预报”(限两小时)并不是通过建模发布的。事实上，目前的数值模型需要几个小时才能完全分析新数据，因此无法对机场这么小的区域进行预报。在这种情况下，在当地经验的指导下，在时间和空间上对观察到的数据进行推断被证明是最有用的方法。另外在时间和空间的小尺度上，准确的预报离不开专业的气象学家，在一定程度上，也需要地面和飞行中的飞行员提供一些气象信息。

另一方面，短期航空需求的时间范围一般为6-30h。目前的预测方法基本可以满足这类航空行动。由于在高度方面的精确度非常高，这有助于不同高度上风和温度的预测。但是，云的预测比较困难，因为它们大小各异且形状不同。因此，对于用户来说，如果需要准确的天气预报，应该考虑哪些预测内容准确率较高或较低。