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淺談飛機積冰

淺談飛機積冰

張冰
2014年6月

甚麼是積冰?
飛機積冰(或簡稱積冰)是指冰塊凝固在飛機機身上的現象(圖一)。香港位於亞熱帶地區,飛機停泊在停機坪時出現積冰的機會微乎其微。因此,香港的積冰報告多是當飛機穿過雲層時,由於機身的溫度低於攝氏零度,雲中的過冷小水滴(即溫度低於冰點,但卻沒有凝固並維持液態的小水滴)在碰到機身時凝結為冰並依附於飛機上。以民航機來說,飛行中遇到的積冰一般產生於高空,而氣溫介乎攝氏零至零下20度之間,並有充足水汽或過冷水滴的大氣層中。以地處亞熱帶的香港來說,高空的零度層通常在距離地面5至6公里較高的地方。由於該處濕度通常不會很高,飛機積冰的現象在香港飛行情報區內不算常見。統計顯示,天文台每年只會收到約一或兩個航機嚴重積冰報告,通常在冬季季候風影響或冷鋒過境時發生。近年航空業界亦開始關注高空冰晶積冰(ICI)對飛機發動機可能造成的損害,而ICI的形成通常跟夏天的強對流系統有關。
圖一
圖一: 機翼迎風面上形成的積冰(照片來自美國太空總署)
積冰如何威脅飛行安全?
積冰的危險性在於冰塊附於機身上,增加了飛機的重量,白白消耗燃油。更嚴重的是冰塊粗糙的外表改變了飛機的流線外形,大大增加空氣阻力。圖二顯示當機翼有積冰時加大迎風角至5度以上會得出與無積冰情況完全相反的結果—飛機的抬升力反而減少。這兩個效果都會增加飛機順利安全飛抵目的地的困難。更有甚者,積冰可能損毁外露的通訊天線,從而妨礙機師和地面的溝通,或令機身外的感測儀器失靈。2009年法國航空公司編號 447航班的空難報告指出,當時飛機的速度感應器可能結冰,使航速計算出錯,導致飛機最終失速墜落大西洋,釀成全機228人喪生。對於小型飛機如直升機或螺旋漿定翼機,積冰更可能引致油路閉塞,令引擎完全失去動力。
圖二
圖二: 有積冰及無積冰的機翼在不同迎風角下產生的升力比較(源自美國太空總署)
積冰預測及警告
針對積冰這種對航空安全構成危險的天氣現象,香港天文台機場氣象所會在需要時發出危險天氣警告 (SIGMET),同時會在航空重要天氣圖上(圖三),標示較大可能出現積冰的區域,以便機師在出發前參考,做好防積冰的準備。
圖三
圖三: 香港天文台機場氣象所發出的重要天氣圖的一例。圖中彎曲的線內標示出雲層可形成航機積冰的地區。不同符號顯示積冰的嚴重程度(小圖中由上至下分別代表輕度、中度及嚴重積冰)。