全球变暖与航班延误|Science Bulletin
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研究
背景
工业革命以来气候系统的变暖已经是毋庸置疑的事实。1880-2012年期间，全球陆地和海洋平均表面温度升高了0.85°C（0.65至1.06°C）。自1900到2015年，中国表面温度也呈现出每十年增温0.121±0.009°C的趋势。伴随平均温度的升高，极端天气和气候事件频发，极端高温的发生频率和强度不断增强。如何适应这种变化是包括航空业在内的社会各界所必须面对的问题。
在国际上，气候变化对民航业的影响逐渐受到重视。气候变化影响民航运输业的主要原因包括：
首先，全球气候变暖导致雷暴、冰雹、晴空湍流等极端天气事件频发以及大气环流、等压面高度等方面的改变，将会影响民航飞机在航路上的飞行安全；
其次，空气密度是影响飞机实际最大起飞重量、最大载客人数和燃料等的重要要素，伴随着气温的升高，大气密度减小，飞机起飞要达到所必须的升力，就需要更高的速度，但是起飞速度自身又受到跑道长度和机场海拔等因素的影响。
因此，对于特定长度的机场跑道和特定机型而言，存在一个最高气温阈值，如果机场气温超过这个阈值，飞机的理论最大起飞重量就难以满足起飞条件。在此情况下，飞机要起飞就必须得通过减少乘客或者货物来降低载荷，这无疑会对民航业造成一定的经济损失。例如，2017年7月20日，由于机场气温异常偏高，导致美国菲尼克斯机场取消了40余架次航班，引起了公众和媒体的高度关注。
2015年11月，《联合国气候变化框架公约》缔约方大会通过了《巴黎协定》，正式将“2°C温升目标”纳入大会成果，并提出“力争把温升目标控制在较之工业革命前上升1.5°C以内”。在《巴黎协定》的温升阈值下，未来气候增暖将对我国民用航空产生何种影响？
为了回答这一问题，中国科学院大气物理研究所周天军研究团队和中国民航大学空中交通管理学院刘海文教授合作，采用国际通行的技术标准和研究方法，基于气候模式的集合预估数据，研究了未来在不同温升目标下中国日最高温度的变化；在此基础上，选取7个典型的民航机场，以波音737为例，讨论了《巴黎协定》所确定的温升阈值对这7个民航机场飞机最大起飞重量的影响。
成果
简介
夏季日最高气温是影响飞机最大起飞重量的主要气象要素。基于气候模式集合预估结果的分析表明，在全球温升情景下，我国大部分地区的夏季日最高气温较之当前气候（2006-2015年）的增幅小于1.5°C，增暖中心位于青藏高原地区。在全球2°C温升情景下，青藏高原和中国北方地区的日最高温度增幅明显提升。全球2°C较之1.5°C，对我国西部干旱和半干旱地区的影响尤为显著，青藏高原和西北地区的日最高气温增幅高于0.5°C。模式集合预估结果表明，在全球1.5°C温升阈值下，北京、上海、昆明、拉萨、乌鲁木齐等五个机场的夏季日最高气温将会增加1.0-2.0°C(1.4-3.0°C)，其中拉萨的增温幅度最大；而香港和广州两地在两种温升背景下的日最高气温增幅差异不大。
图1 在增暖情景下， ECHAM6.3模式100个集合成员平均预估的夏季日最高气温相对于当前气候（2006-2015年）的变化。
（a）为全球1.5温升阈值，（b）为全球2温升阈值。
限重天数是量化气候增暖对飞机起飞影响的重要指标。参照国际标准，定义了飞机起飞重量减重1000磅（~454 kg）所对应的日最高温度阈值，该阈值是机场跑道长度和机场海拔高度的函数，因此，阈值大小因机场位置而异。只要所在机场的日最高温度达到该阈值，这一天就被定义为需要限重日。计算增暖背景下日最高温度达到该阈值的天数，比较不同增温情景下的限重天数，发现包括北京、上海、拉萨在内的三个机场的限重天数将显著增加，其中拉萨机场对增暖最为敏感。在1.5，2°C全球温升情景下，拉萨机场的限重天数将由当前的7天分别增加到25和46天。乌鲁木齐机场在2°C温升背景下将需要限重。
图2 在飞机起飞重量减重1000磅情况下，当前（2006-2015, 蓝色）和未来（2106-2115）在全球1.5°C (红色) 、2°C (深红) 温升情景下，不同机场（自左而右是北京、广州、上海、香港、昆明、拉萨、乌鲁木齐）飞机起飞需要限重的天数。黑线代表100个集合成员限飞天数的标准差。
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Science Bulletin, 2018, 63(11): 700-707
https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.03.018
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