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美国民航防雷击初探:机坪作业如何“避雷”

 夏季,在机场机坪区发生雷击事件,会对机场与航空公司的安全和运行造成很大的影响。

 

  美国机场和航空公司都在建设和使用雷电预警系统,用于探测和评估对机坪运行和户外工作时潜在的雷击危险。当危险存在时,一般都会暂停机坪运行直至危险消除,以保证工作人员的安全。

 

存在雷电危险时机坪工作人员应停止作业

 

  为了保证雷雨期间机坪工作人员的安全,由美国国家科学院下属的交通运输研究委员会管理的,并由美国联邦航空局(FAA)赞助的机场合作研究计划小组制定了机场雷电预警系统指导文件。

 

  机场合作研究计划(ACRP)是由航空业界发起的,旨在研究开发机场运营商所面临问题的实际解决方案,其每年出资研究超过20个课题,且通常是联邦政府研究项目中没有包含的课题。而机场雷电预警系统是机场合作研究计划包含的众多课题之一,旨在为航空运营商和机场管理者提供为保证机坪上工作人员在雷雨期间安全工作的指导。

 

  由于安全政策要求,当存在雷电的可能性时,机场的机坪运行应当暂停。机场机坪运行的关闭会显着影响机场运作的所有方面,包括空侧、陆侧、候机楼以及国家空域系统的运行能力。因此,航空运营商和机场管理者非常关注雷电的潜在危险。

 

  采用机场雷电预警系统能够更精确地预测并缩短机坪运行关闭的时间,以尽可能地减轻机坪运行关闭所造成的负面影响。机场雷电预警系统可以通过整合来自其他天气观测系统的数据,例如雷达,从提高系统的探测能力。

 

  研究人员审查并评估现有的和正在开发的雷电灾害预测技术,针对选定的机场和航空公司对现有的预警系统进行用户满意度调查,对由于机场机坪运行关闭所造成的影响和损失进行成本分析。调查显示,现有的机场雷电预警系统基本上是有效的。但在更充分地利用现有的气象观测手段以及开发更好的数据分析算法和软件方面仍然有完善的余地。改进后的系统将能够进一步减少机坪运行关闭的次数和时间,从而更加有效地保证机坪工作人员的安全,以及减少关闭机坪运行所造成的损失。

 

  云对地闪电对于机坪工作人员具有极强的危险性,如飞机加油人员、行李处理人员、食品服务人员、飞机拖曳人员、飞机引导员等。当这种危险存在的时候,机场机坪运行应当暂停直到这种危险过去。

 

使用雷电预警系统“一刀切”不可行

 

  在美国,大多数雷击发生在东部和中部地区,因此是否在机场安装使用雷电预警系统应根据机场所在地的地理位置和(云地)雷击的气象特征,以及雷击事件对机场和航空公司运营的影响程度而决定。例如,经常存在对位于美国西海岸的许多机场是否需要安装此系统,以及操作和维护成本的质疑。相反,在佛罗里达州这一雷电频繁出现的州,即使是一些位置相对密集的机场也都各自拥有雷电预警系统。

 

  安装和使用雷电预警系统的首要目的是保证机坪工作人员的安全,其次是为了尽量减少因雷电造成的机坪运行关闭。机坪工作人员对听到“离开机坪”和“返回机坪工作”广播的应对标准不同,所以在执行时差距较大。为此,业界已经开始制定停止和恢复机坪运行的距离和时间标准。然而,即使制定了标准,根据决策者的风险承受能力不同,具体的距离和时间在执行时也还是会和标准有所不同。这往往要根据机场所在位置和以往的经验决定,包括天气特征和锋面过境速度。

 

  目前来看,由于只存在很有限的雷电击伤、击死人的情况,美国现有的雷电预警系统基本上是有效的。该系统综合了国家雷电监测网络采集的现场数据和其他气象数据,就即将到来的雷暴和闪电发出视觉和听觉警报,机场和航空公司据此广播通知机坪工作人员暂停工作并躲避,待警报解除后再广播恢复机坪工作。

 

  对于保证机场机坪工作人员和运行安全作决策的是机场和航空公司,而不是美国联邦航空局(FAA)。各航空公司、机场工作人员和机场管理者对雷电危害的认识程度各不相同,因此各航空公司、机场往往使用非常不同的识别和应对潜在的雷电危害的程序与标准。

 

  在制定雷电预警系统的技术规范和推广使用上存在着不同的意见。大多数机场和航空公司赞同在同一机场使用单一的系统来服务所有租户的做法,租户可以租赁使用该系统。但他们也指出,暂停或恢复活动的决定不能强行一致。

 

  据说闪电不会两次击中同一个地方,这个原理也适用于机场使用雷电预警系统。没有两个机场是完全一样的,“一刀切”的做法是不可行的。机场的地理环境、天气现象特点、设施布局,以及航空公司的商业模式和运作程序、工会协议、责任问题、开销分担等都不相同,而这些都还是不适合标准化的部分主要因素。

 

投资气象监测技术航企和机场可能“各自为政”

 

  另一个限制雷电预警系统的有用性和标准化的因素是责任。一些机场运营商将会把他们得到的关于雷电等恶劣天气现象的信息与航空公司和其他租户共享。传播这些信息有几种方法。机场可以让租户引接雷电预警系统生成的数据,然后他们利用自己的标准决定机坪的关闭和重新开放。机场也可以利用广播和视觉显示,如闪烁的灯光,对航空公司的所有机坪工作人员发出雷电威胁警告。但是具体如何行动由这些机坪工作人员所在单位的工作规则和程序决定。此外,机场还可以选择不透露相关的气象数据,这样做有可能使航空公司和租户无法履行他们保证机坪工作人员安全的责任。

 

  也有航空公司和机场租户对自己的气象监测技术,包括雷电预警系统进行投资,从而使用自己收集到的数据进行决策。在实际运行中,这些拥有自主雷电预警系统的主要航空公司所采取的行动通常会导致其他航空公司采取跟进的方法,这些航空公司的机坪工作人员会观察其他航空公司同事的行动,通常会与他们同时撤出或返回机坪。机场员工往往也会采取这种做法以决定何时暂停或恢复户外工作。在一些比较大型的机场,各航空公司机坪间的距离可能比较远,一个航空公司所采取的行动可能其他航空公司观察不到,这种“跟风”的情况就不会出现。一些航空公司暂停了机坪运行,而另外一些却没有,这种情况会在旅客中造成混乱。

 

  当有飞机进入停机而正赶上机坪运行因雷电威胁而暂停的时候,美国西南航空公司对下飞机乘客采取了特殊的做法。当飞机能够通过泊位引导系统滑行进入停机位并搭靠登机桥,而不需要机位引导员在地面通过灯光引导时,乘客不会暴露于闪电的威胁下,且会被允许下飞机,但是行李处理活动仍须等到威胁解除之后再进行。这种做法避免了要求乘客在机上等待以及保持发动机运转所造成的损失,更多的航空公司可采用与此类似的做法和程序以减轻对旅客的影响。

 

  (作者系美国联邦航空局北京办公室民航事务助理)

 

延伸

 

防雷击:保安全和争效益的平衡之道

 

  有研究对位于美国芝加哥的奥黑尔国际机场和佛罗里达州的奥兰多国际机场进行了对比。奥黑尔机场代表繁忙的机场,位于中西部地区并在春季和夏季有大型风暴活动。奥兰多机场是东南部地区一个中等繁忙程度的机场,美国最频繁的闪电活动地区。研究使用国家雷电监测网络(NLDN)采集的数据并基于“30/30”原则,即当从云到地面的闪电发生在机场周围6英里(约9600米)的距离内(对应的可见闪电和雷声之间的延迟时间是30秒)时,机坪运行应暂停直到6英里范围内最后一个被观测到的雷击发生30分钟后。根据机场附近雷击的位置和时间记录,可以计算从机场参考点到每次雷击点的距离,并确定关闭和重新开放机坪运行的时间。受到影响的飞机和这些飞机在机场的运行情况可以通过航空公司与机场的记录查到。

 

  至于成本分析,可能的额外直接开销取决于航空公司是否向机坪工作人员支付超时工作费,以及飞机在停机位等待时是否多消耗了燃油等。其他开销包括连带效应所产生的成本,可能有额外的因错过衔接航班所产生的机会成本(乘客的时间),以及重新安排第二天的飞机所造成的直接成本(飞行时间)。分析采用最为常见的用于旅客运输的飞机波音737-500。

 

  将计算细化到以分钟为单位,就可以计算出通过改进决策与机坪关闭和重新开放的时间所能够节约的成本。将每次机坪运行的关闭时间缩短10分钟,由于繁忙程度不同,奥黑尔机场和奥兰多机场每年减少因雷电造成的延误所节约的成本差别很大。通过缩短高峰运行时间内10分钟的延误时间,潜在的可节约成本在奥兰多机场达到280万美元,在奥黑尔机场达到620万美元。

 

  成本分析表明延误成本的影响是复杂的,涉及飞机在机场的活动水平和飞机间相互影响,雷击事件的数量、时段、类型(局部对流天气和大范围系统天气相关)、持续时间,以及航空公司和机场发出关闭和重新开放机坪运行信号的运营规则、关闭时间长短等。分析还表明,应用新技术或新程序机坪因雷电造成关闭的年价值是非常可观的,甚至缩短节约的几分钟的延误所节约的资金就可能超过引入改进的技术或程序所需的投入。

 

  未来可以通过引入新的天气观测技术、开发更加智能的软件和分析算法,改进现有的雷电预警系统。这些方法包括:能够检查自己的业绩和评价特定警告的智能自我监控预警系统;获取额外的天气信息,如通过当前部署的多普勒气象雷达;综合雷电探测和定位系统,包括云对地闪电和云内闪电。

 

  现有的机场雷电预警系统基本上是有效的,但通过进一步减少机坪运行关闭的次数和缩短关闭时间,提高机坪工作人员的安全决策水平,仍可加以改进和提高仍有可能。建议采取下列行动:

 

  1.通过自我监控预警系统的使用,完善预警算法和标准。虽然这种方法不一定能保证缩短机坪关闭时间,但可以为平衡安全和效率提供一个客观的预警标准。

 

  2.通过结合额外的气象数据、主要的气象雷达数据和其他遥感信息,从时间和空间上更可靠地探测并限制雷电危害。

 

  3.继续开发和测试综合雷电系统以提高所使用的技术水平。

 

  4.对那些最有可能产生短时间(少于1分钟)影响机坪活动的雷电事件进行改进探测手段的研究,包括雷电单体跟踪回波运动矢量分析,以减少机坪运行关闭的次数和缩短关闭时间。

 

  5.建立一个收集和报告闪电事件及其对机场机坪与户外工作影响的系统,以确定此类天气对飞机运行的影响程度,并为所需要的改进提供成本效益分析数据。

 

  6.对使用雷电预警系统的人员进行培训,以增强机坪运行关闭开放决策的正确性和时效性。

 
 
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