经典：无人机低空气象学
无人机技术在气象监测中的应用探索
无人机技术在气象监测中的应用探索近年来，无人机技术的迅速发展和广泛应用，给诸多领域带来了巨大的变革和机遇。
在气象监测领域，无人机的应用也逐渐成为一种新的趋势。
本文将探讨无人机技术在气象监测中的应用，并探索其未来发展。
一、无人机技术的优势无人机技术相较于传统的气象测试方式，具有诸多优势。
首先，无人机可以实现自主飞行，根据任务需求进行路径规划，提高了数据采集的效率。
其次，无人机可以在恶劣的气象环境下进行飞行，在一些人类无法到达的区域开展监测工作。
此外，无人机操作灵活，可以根据需求调整高度和姿态，更好地适应复杂的气象要求。
综上所述，无人机技术在气象监测中具备显著的优势，有望成为未来气象监测的重要工具。
二、无人机在气象数据采集中的应用1. 气象观测无人机可以搭载各类气象传感器，对大气的温度、湿度、气压等指标进行实时监测。
通过无人机的高度灵活调整能够获取更加真实、全面的气象数据，为气象预报提供更可靠的依据。
无人机还可以配备光学、红外相机等设备，实时监测云层、风向、降水等因素，进一步提升气象数据的精确性和时效性。
2. 气象灾害监测与预警无人机可以在气象灾害发生时快速反应，飞越灾区进行灾情勘测。
通过搭载高分辨率相机和多光谱传感器，无人机能够捕捉到灾害现场的实时图像，快速评估灾情并提供必要的救援信息。
同时，无人机还可以配备气象雷达、空气质量传感器等设备，实时监测灾害区域的气象状况，提供预警和预报，为灾害防治工作提供有力支持。
三、无人机技术在气象科学研究中的应用1. 大气层研究无人机可以搭载大气物理学、化学和空气动力学等多领域的科学仪器，利用其灵活的飞行特性，针对大气层的不同高度进行高空观测，获取更加精确、细致的大气数据。
这些数据有助于深化对大气环流、温度分布、云雾形成等现象的认识，为气候变化和环境保护研究提供重要依据。
2. 气象模式验证无人机还可以用于对气象模式的验证和校正。
通过搭载大气采集设备，可以获取多点、多层次的气象数据，与模型预测结果进行对比分析，精确评估气象模型的准确性和可靠性。
无人机飞行原理 第01章 大气环境
锋面抬升作用
冷暖平流的作用
气象信息
大气的物理状态和现象称气象。如刮风、 打雷、结霜、下雪等。气象一般包括天 气、气候两个主要部分。 云：云是悬浮在大气中的小水滴、过冷 水滴、冰晶或它们的混合物组成的可见 聚合体；有时也包含一些较大的雨滴、 冰晶和雪晶。其底部不接触地面。
能见度
能见度用气象光学视程表示。 白天能见度是指视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景下看到和辨认的目 标物（黑色、大小适度）的最大水平距离。
影响航拍飞行的大气因素：
航拍器在大气层中飞行中， 气候因素举足轻重。因此， 天气标准就成为限制飞行的 主要因素。影视航拍的理想 高度是500米以下的低空， 这是航拍镜头语言的理想空 间，对于无人机来说，这个 高度恰恰是“风切变”的多 发区，这会导致无人机严重 偏航破坏无人机的稳定性。
大气的结构
大气在垂直方向上的物理性质是有显著差异的。 根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑到 大气的垂直运动等情况，可将大气分为五层：对 流层、平流层、中间层、暖层、散逸层。
1. 对流层 2. 平流层 3. 中间层 4. 热层 5. 散逸层
国际标准大气(ISA)
大气是指地球周围的大气层，在世界的不同地区， 其特点是不同的，因此需要采用一组平均的条件， 即国际标准大气 (ISA)。
大， 使无人机突然下沉， 危险很大。
低空风切变 的时空尺度 特征和对飞 行的危害程 度
类型
微下击暴流 下击暴流
雷暴阵风锋 冷锋 暖锋
超低空急流 逆温层附近风切变
地形风切变 水陆界面风切变
水平尺 （ KM）
0.04 -4 4 - 10 10 100 100 0.1-1 0.1-1 0.1-1 0.1-1
无人机在气象监测中的应用探讨
无人机在气象监测中的应用探讨在当今科技飞速发展的时代，无人机已经成为了众多领域的得力工具，气象监测领域也不例外。
无人机凭借其独特的优势，为气象监测带来了全新的视角和方法，极大地提升了气象数据的准确性和完整性。
无人机在气象监测中的应用具有诸多显著优势。
首先，它具有出色的机动性和灵活性。
与传统的气象监测手段相比，无人机能够迅速抵达难以到达的地区，如山区、海洋、荒漠等，获取这些地区的气象数据。
传统的气象监测站点往往受到地理条件的限制，无法全面覆盖这些复杂的地形，而无人机可以轻松突破这些限制，为气象研究提供更广泛的数据支持。
其次，无人机能够实现近距离、高精度的监测。
它可以靠近气象现象发生的区域，对诸如龙卷风、雷暴等剧烈天气进行近距离观测，获取更为详细和准确的气象信息。
这对于深入研究气象形成机制、提高灾害预警能力具有重要意义。
再者，无人机的使用成本相对较低。
相较于建设和维护大型气象监测设备和站点，无人机的购置和运营成本较为可控。
这使得气象监测工作能够在有限的预算内，扩大监测范围和提高监测频率。
在实际应用中，无人机在气象监测的多个方面发挥着重要作用。
在大气温度和湿度监测方面，无人机搭载专业的传感器，可以在不同高度和区域进行测量。
通过获取垂直方向上的温度和湿度分布数据，能够更精确地了解大气的热力和水汽状况，为天气预报和气候研究提供关键信息。
在风速和风向测量方面，无人机通过特殊的仪器设备，可以实时获取特定区域的风速和风向数据。
这对于研究局部的气流运动、评估风能资源以及优化城市规划等都具有重要的参考价值。
在云层观测中，无人机能够深入云层内部，获取云层的结构、厚度、含水量等信息。
这有助于提高对云的形成和演变过程的认识，从而改进云层模式的模拟和预测。
然而，无人机在气象监测中的应用也面临一些挑战。
首先是续航能力的限制。
目前，大多数无人机的续航时间相对较短，这限制了其在大范围和长时间气象监测任务中的应用。
为了延长无人机的续航时间，需要在电池技术、能源管理等方面不断创新和改进。
无人机技术在气象预报中的应用研究
无人机技术在气象预报中的应用研究随着科技的发展，无人机技术也越来越成熟。
在气象预报领域，无人机技术可以提供大量的数据和信息，有助于提高预测准确率和预报效率，因此在我们的生活中也越来越多见到无人机技术在气象预报中的应用。
一、无人机技术的优势相对于传统的气象观测手段，无人机技术具有以下明显的优势：1. 可快速到达目标区域无人机可以快速到达需要预测的目标区域，而且可以在此区域内随意移动，在进行灵活的观测和采样，这大大提高了数据的采集速度和准确度。
2. 监测范围广无人机可以在不同高度、不同速度、不同时间段内进行观测，从而实现对不同天气现象的监测。
同时，无人机还可以覆盖传统手段难以到达或难以观测到的区域，如高山、深海等。
3. 可以随时随地进行观测无人机不受天气、光照等环境限制，可以在不同时间段内进行观测，尤其是应急情况下的观测更是重要。
同时，无人机也不受地形和交通等限制，可以快速到达目标区域，从而提高了救援和应急的效率。
二、无人机在气象预报中的应用1. 气象探测无人机可以搭载各种气象探测设备，在不同高度、不同时间段内进行气象观测，获取气象数据和信息。
同时，无人机还可以快速到达极端气象地区，如风暴、洪涝、地震等，获取实时数据和影像资料。
这些数据和资料可以被用于气象预报分析、气象灾害预警和响应、气象科学研究等方面。
2. 大气测量无人机可以搭载各种传感器、探测设备和摄像头等，来探测大气层的温度、湿度、气压、气体成分等参数。
这些参数在气象学的研究和气象模型的建立中发挥着重要作用。
同时，无人机还可以通过高空摄像头来拍摄气象云图，这些云图可以用于预报和监测雷暴、台风、沙尘暴等天气现象。
3. 精准气象预报无人机的智能化、无人化和自主飞行能力，可以大大提高气象预报的精度和范围。
因为传感器的精确度和高分辨率的遥感数据可以更好地反映出区域天气的真实情况，从而对气象预报的准确性做出重要贡献。
而且，无人机还可以快速反馈气象数据和信息，以及通过数据分析和计算提供更加精确的预报数据。
无人机在气象观测中的教程
无人机在气象观测中的教程无人机技术的不断发展已经为气象观测带来了许多新的机遇和挑战。
传统的气象观测方法面临着许多限制，如观测范围受限、观测精度不高等问题。
而无人机的出现打破了传统观测的束缚，为气象观测提供了新的途径和手段。
本文将介绍无人机在气象观测中的应用，并提供一份相关教程，帮助读者更好地了解和运用无人机技术进行气象观测。
1. 无人机在气象观测中的优势无人机在气象观测中具有诸多优势，这些优势使得无人机成为了进行气象观测的理想工具。
首先，无人机具有灵活性和高机动性。
无人机可以根据实际需求自由调整航线和观测范围，能够针对特定的气象现象进行有针对性的观测，提高观测效果。
其次，无人机可以实现低空、近地面的观测。
传统气象观测通常通过卫星、地面设备等进行，观测高度有一定限制。
而无人机能够飞行在低空，甚至近地面，能够获取更为精细和全面的气象数据。
再次，无人机观测具有高时空分辨率。
由于无人机飞行高度相对较低，观测分辨率更高，可以提供更为详细的气象信息，满足不同应用需求。
最后，无人机可以进行实时观测和多点观测。
无人机搭载的传感器能够实时采集气象数据，并通过图像传输等技术进行实时监测和分析。
此外，无人机可以根据需要在多个地点进行观测，获取多个观测点的数据，提高观测的全面性和准确性。
2. 使用无人机进行气象观测的流程使用无人机进行气象观测需要经过一系列的步骤和流程。
以下是一般的流程和注意事项：2.1 选取适当的无人机和传感器首先，根据实际需求选择适当的无人机和传感器。
需要考虑观测范围、观测精度、续航能力等因素来选择适合的设备。
不同的无人机和传感器组合可以实现不同的观测目标。
2.2 规划飞行航线和观测范围在根据实际需求选择无人机和传感器之后，需要规划飞行航线和观测范围。
考虑观测区域的大小、气象现象的特点以及无人机的可行性选择合适的观测范围，并设计相应的飞行航线。
2.3 进行预飞准备在进行飞行前，需要对无人机进行预飞准备工作。
无人机在气象预报中的应用研究
无人机在气象预报中的应用研究研究方案：无人机在气象预报中的应用研究一、研究背景和目的无人机作为一种新兴的空中探测平台，具有灵活性高、成本低、适应性强等特点，在气象预报中的应用潜力巨大。
本研究旨在探讨无人机在气象预报中的应用研究，包括无人机数据采集及处理方法，借助无人机获取更准确的气象数据，并分析其在气象预报中的作用，为实际问题的解决提供有价值的参考。
二、方案实施1. 研究区域选择：选择一个典型的气象监测区域作为研究对象，确保研究结果的科学性和普适性。
2. 无人机选型：根据研究需求，选择适用于气象数据采集的无人机型号。
考虑到飞行稳定性、载荷能力和数据收集的有效性等因素，选择一款性能稳定且具备高分辨率传感器的无人机。
3. 数据采集方案：制定无人机的航线规划和数据采集任务，包括飞行高度、飞行速度、采样点的密度和频率等。
采集的数据内容包括温度、湿度、气压、风速、风向等关键气象要素。
4. 数据处理方法：利用专业的气象仪器，对采集到的原始数据进行质量控制和校正。
利用无人机的高空飞行特点，将数据进行精确匹配和定位，确保数据的准确性和可靠性。
运用现代气象学的理论知识和方法，对气象数据进行分析和解读，提取和挖掘数据中的潜在关联关系。
三、数据采集和分析1. 无人机数据采集：根据制定的航线规划，编程设置无人机的飞行路线，并确保无人机按照设定的航线飞行并连续采集气象数据。
飞行过程中可以根据实际需要，适时调整航线，以获取更全面和准确的数据。
2. 数据质量控制和校正：对采集到的原始数据进行质量控制，剔除异常值和孤立点。
对数据进行校正，考虑到高空飞行的影响因素，如气压的修正和温度的修正等。
3. 数据分析和解读：根据采集到的数据，利用统计学和数学模型，探索不同气象要素之间的关系和影响机制。
可以采用回归分析、主成分分析、聚类分析等方法，进行多维度的数据分析和解读。
结合已有的气象知识和研究成果，发现数据中的新规律和新现象，并提出新的观点和方法。
《无人机操控技术》教学课件—05航空气象
1.2 气压
气压即大气压强，是指与大气相 接触的面上，空气分子作用在每单位 面积上的力。
气压单位：百帕(hPa)毫米汞柱 (mmHg)。
气压总是随高度增加而降低的。
气压对飞行性能的影响：海拔升 高，气压降低，伴随着降低的大气压 力起飞和着陆距离会增加，爬升率会 减小。
无人机操控技术
第五章 航空气象
目录
01 大气性质要素
P04
02 空气运动状况要素
P1 5
03 大气稳定度
P25
04 大气现象要素
P28
目录
01 大气性质要素
P04
02 空气运动状况要素
P1 5
03 大气稳定度
P25
04 大气现象要素
P28
1 大气性质要素
无人机在大气中飞行，依靠大气产生升力。气 象指发生在天空中的风、云、雨、雪、雾、电闪雷 鸣等一切大气的物理现象，本章节在介绍气象基本 知识点的同时要让大家了解气象对无人机飞行的影 响。
状态方程）。 气温：表示空气冷热程度的物理量。大气系统热量的主
要是吸收太阳辐射，当太阳辐射通过大气层时，有24%直接 被大气吸收。
气温度量：
1.1 气温
气温对飞行的影响： ➢ 气温对升限的影响：气温升高，所有飞机的升限都要
减小。 ➢ 气温对滑跑距离的影响：气温升高,空气密度小,飞机
增速慢，飞机的离地速度增大，起飞滑跑距离增长。
2.2 对流冲击力
案例：海陆风
原理：陆地吸收和散发热量比水面快。
白天：风从海上刮来， 因此叫海风
夜晚：风从陆上刮来， 因此叫陆风
2.2 对流冲击力
无人机操控技术课件第5章航空气象
目录
01 大气性质要素
P04
02 空气运动状况要素
P1 5
03 大气稳定度
P25
04 大气现象要素
P28
2.1 风的形成
由于地表冷热不均，受热空气膨胀上升，遇冷 则收缩下沉，进而产生了大气的升降运动。温度越 高，大气对流运动越明显，因此赤道地区对流效果 最明显。
由于地球自传，大气还受地转偏向力的影响， 北半球向东偏，南半球向西偏，于是会形成三圈环 流，因此在北纬30°到赤道之间形成了东北信风。
2.3 风向和风速
风向是指风的来向，最多风向是指在规定时间段内出现 频数最多的风向。在气象观测中，风的方向分为较细的十六 方位，海上多用36个方位表示；在高空则用角度表示。用角 度 表 示 风 向 ， 是 把 圆 周 分 成 360 ° ， 北 风 （ N ） 是 0 ° （ 即 360°），东风（E）是90°，南风（S）是180°，西风（W） 是270°。
➢ 气温对飞机机体的影响：影响飞机机体腐蚀的大气因 素是空气的相对温度、空气的温差。
1.1 气温
气温对无人机的影响：
气温的高低不同、竖向的温差变化，都对无人机产生影 响。即是在无人机测绘工作的200-400m空间，会有1.2~2.4℃ 的温差。
1）无人机使用的锂聚合物电池最佳工作温度是20-30℃。 电池对温度很敏感，温度越低电池容量损失非常快，甚至会 导致电池损坏；
分类：
① 按气团的热力性质不同： 冷气团和暖气团
② 按气团的湿度特征差异： 干气团和湿气团
③ 按气团的发源地： 北冰洋气团、极地气团、热带气团、赤道气团
3.1 气团
气团的变性：
当气团在源地形成后，气团中的部分空气会离开源地移 到与源地性质不同的地面，气团中的空气与新地表产生了热 量与水分的交换，这样气团的物理属性就会逐渐发生变化， 这种变化称为气团的变性。
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1988年 三叉戟 8月31日 /2218
直升机 公司
黑龙江 农场总 局
广州管 理局
1990年6 运七 月2日 /3473
通航公 司
乌鲁 进 木齐 场
二 等 地面风15-18M/S，阵 风20M/S,有扬沙, 当飞 机降至25米高时进入 扬沙中, 然后触地
广州 上 一 等 遇低空风切变, 失速坠
白云 升
（二）低空风切变的分类
根据飞机的运动相对于风矢量之间 的各种不同情况，把风切变分为：
顺风切变 逆风切变 侧风切变 垂直风的切变
1.顺风切变
• 飞机在起飞或着陆过程中，水平 风的变量对飞机来说是顺风
• 例如： • 飞机从逆风进入顺风 • 从小顺风进入大顺风
顺风切变示意图
2.逆 风 切 变
• 水平风的变量对飞机来说是 逆风
（三）低空风切变的强度
1.水平风的垂直切变强度 2.水平风的水平切变强度 3.垂直风切变的强度标准
水平风的垂直切变
• 空气层垂直厚度取30米，风资料 取2分钟左右的平均值
• 0.1“1／秒”以上的垂直切变就 会对喷气式运输机带来威胁。
1.水平风的垂直切变强度标准
强度 等级
轻度 中度 强烈 严重
近距离内空间两点间的平均风 矢量的差值称为风切变。 2.低空风切变： 在高度600米以下的风切变
风切变的计算
• 设 u 1、u 2 分别为上、下两层的风速， 为上、下两层的风向差，风切变值 为：
u12u222u1u2cos
风切变的计算
• 在不考虑风向时，则按下式计算：
u2 u1
风切变的空间表现形式
（三）辐射逆温型的低空急流
逆温层上强风的形成—夜间急流 逆温层阻挡了风速向下的动量
传递，使地面风很弱，而且风向多 变，这样就在地面附近与上层气流 之间形成了较大的风切变
辐射逆温与夜间急流
（四）地形地物
• 机场周围山脉较多或地形地物复杂 • 处于盆地的机场 •时，会产生局地性风切变。 • 机场正处在山脊的背风一侧
• 例如： • 飞机从无风进入逆风 • 从顺风进入逆风
逆风切变示意图
3.侧 风 切 变
• 指的是飞机从一种侧风或无侧 风状态进入另一种明显不同的 侧风状态
侧风切变示意图
4.垂直风的切变
• 飞机从无明显的升降气流 区进入强烈的升降气流区 域的情形
垂直风切变示意图
下击暴流中的风切变
对起落构成严重威胁的是雷暴 云下的下击暴流，其中中不仅有明 显的垂直风切变，还有强烈的水平 风切变，常出现严重事故。
低空急流 （四）地形地物
（一）雷暴
雷暴的下降气流在不同的区域可造成 两种不同的风切变 ：
1.雷暴单体下面，由下击暴流造成的风切变 2.下冲气流到达地面后形成强烈的冷性外流
（二）锋面
穿过锋面时，将碰到突然的风 速和风向变化，强冷锋及锋后 大风区存在严重的低空风切变。
产生较强的风切变的锋面附近： • 锋移动快（≥55千米／小时） • 锋两侧温差大（≥5℃）
数值标准
米/秒/30米
0-2 2.1-4 4.1-6
>6
1/秒
0-0.07 0.08-0.13 0.14-0.2
>0.2
2.水平风的水平切变
• 水平风水平切变值 2.6（米·秒-1）／千米 可作为能对飞行构成危害的强 度标准
3.垂直风切变的强度标准
• 垂直风的切变强度，在相同的空间 距离内主要由垂直风本身的大小来 决定
大风吹过机场附近的建筑物
三、低空风切变 对起飞着陆的影响
（一）低空风切变的事故特征
（二）低空风切变对着陆的影响
低空风切变与飞行安全
日 期 飞机 型号
所属 企业
地 点 飞行 事 故 阶段 性 质
备注
1959年 伊尔14/ 兰州管
10月11 64-200 1987年6 农夫 月18日 /8502
• 对飞行安全危害最大的是强下降气 流，是以下降气流速度和到达地区 的辐散值来确定的。
垂直风切变的强度标准
下降气流 下冲气流 91米高度上的下降速 <3.6米/秒 >3.6米/秒 度 800米直径内的辐散值 <144/时 >144/时
二、产生低空风切变的天气条件
（一）雷暴 （二）锋面 （三）辐射逆温型的
第六章 中低空飞行的大气环境 第一节 低空风切变
低空风切变的事故
武航6.22空难
事 故 经 过
• 2000年6月22日，武汉航空公司 Y-7/B3479号飞机执行恩施—武 汉（汉口）的航班任务。飞机13 时37分从恩施起飞。因遇雷雨天 气，在汉口机场第一次降落不成 功，飞机复飞拉升，于14时54分 失去联系。16时左右接到报告， 该机在武汉市汉阳区永丰乡四台 村附近坠毁失事，机组4人，乘 客38人全部遇难。
6月22日14:33时 武汉天河机场气象 雷达显示的雷暴云高度图象
飞机坠毁前40秒的高度曲线图
综合分析各种气象资料， 并参考物象情况，初步认 为22日14时至15时30分在 飞机空难现场曾出现微下 击暴流，产生了强烈的低 空风切变
一、低空风切变的基本知识
（一）风切变和低空风切变 1.风切变：
6月25日上午， 武航6.22空难事 故原因调查组请 湖北省气象局和 民航局六位专家 赶赴现场对空难 事故现场进行了 物象考察。
中新社照片
据现场物象考察， 并结合气象资料初步 分析认为，此处是风 力最强之地，最大风 速达25m/s以上。
6月22日13:46时武汉天河机场气象雷 达显示的雷暴云平面图象
地
黑龙 低空 二 等 遇到下沉气流, 操作不
江853 作业
当
农场
香港 着 启德 陆
一 等 飞机进近中遇到大暴 雨和不稳定气流, 跑道 能见度极差
山西 进 太原 场
复飞, 悬球状云和雨幡,地面 备降 风多变,在250米的高 长治 度复飞,掉到20米。
（一）低空风切变的事故特征
1.风切变事故都发生在飞行高度低于300米 的起飞和着陆飞行阶段，其中尤以着陆 为最多。
1.水平风的垂直切变 2.水平风的水平切变 3.垂直风的切变
水平风的垂直切变
指在垂直方向上， 一定距离内两点 之间的水平风速 和（或）风向的 改变 。
水平风的水平切变
水平风的水平切变： 在水平方向上两点之间的水平风速 和（或）风向的改变
垂直风的切变
指上升或下降 气流（垂直风） 在水平方向上两 点之间的改变。