0 引言

在冬季运行时，低温会降低空气压力和密度，这会导致飞机在相同气压高度时，飞机的实际高度会变得更低。由此导致在中国北方净空条件复杂的机场，曾出现由于低温导致气压高度表指示偏高，触发地形告警的不安全事件。因此，对于没有或不使用温度补偿功能的航空器，需进行低温修正以补偿因低温导致的真实高度低于气压式高度表指示高度。现代飞机装备的气压高度表和大气数据计算机（air data computer，简称ADC）在绝大多数情况下提供了精确的高度测量。但是气压高度表测量的是以国际标准大气（international standard atmosphere，简称ISA）为基准的气压值，实际大气条件相对于ISA的偏离会导致气压高度表测量误差，此时大气数据惯性基准系统（air data inertial reference system，简称ADIRS）计算的高度、下降角（flight path angle，简称FPA）都可能不准确。这类误差会导致低温、低空（尤其是进近阶段）条件下航空器与地形或障碍物间的高度间隔小于预期，对安全超障产生不利影响，同时会影响航空器之间不能保持需要的高度间隔，造成一定的安全风险。因此，明确冬季运行时低温修正的评估方法，并采取相关措施是非常有必要的。

在学术研究方面，2021年，吴剑青等^[1]以2021年两起因低温导致的触地警告为例，提出了在净空条件较差机场进行低温修正的必要性；陈亚青等^[2]讨论了低温下气压式高度表的修正方法，但缺少关于低温的定义。2022年，黄晋等^[3]在文献^[2]的基础上，进一步探讨了终端区的安全高度误差问题。在规章制度方面，民航东北地区管理局也在2020年发布了《关于在伊春机场实施仪表飞行程序低温修正阈值试点的通知》，明确了在净空条件复杂的机场，低温可能导致温度偏低，需要管控低温运行的风险。国际民航组织和中国民航总局也先后在规章中给出了低温修正的方法^[4-5]，指出并非所有的低温都需要修正，详细说明了需要低温修正的情况。

针对上述问题，首先介绍了低温修正的主体责任和国内现状，其次介绍了低温修正的方法，并给出了门限温度，指出并非所有的低温都需要修正，详细说明了需要低温修正的情况。

1 低温修正的主体责任与国内现状

1.1 低温修正的主体责任

根据中国民用航空局的规定，机长是航班运行过程中的最终负责人^[6]，负责在飞行各阶段飞机的高度满足航图中的最低超障裕度（minimum obstacle clearance，简称MOC），所以对低温修正，机长有最终决定权。在空中交通管制员（air traffic controller，简称ATC）对航空器进行引导时，中国民航局颁布的《最低雷达引导高度规程》中也规定“如果必要，提供雷达管制服务的空中交通管制单位应当对最低雷达引导高度进行低温效应校正，并向空中交通管制员提供经过低温效应校正的最低雷达引导高度”^[7]。在实际运行中，机组和ATC同时进行修正，但一般机组会及时向ATC报告修正高度及修正时机，ATC在运行中也应充分尊重机组意见，充分考虑该飞机的非高度层高度，保证其与临近飞机的水平和垂直间隔。综上，机组为主要责任，ATC为次要责任。

需注意的是，除了主体责任的划分外，部分高度的修正需要ATC同意。非航图、导航数据库限制高度，如最低扇区高度（minimum sector altitude，简称MSA）、梯级下降定位点（stepdown fix，简称SDF）、决断高度（decision altitude，简称DA）、最低下降高度（minimum descent altitude，简称MDA），需低温修正时无须ATC同意。航图、导航数据库限制高度，如起始进近定位点（initial approach fix，简称IAF）、中间进近定位点（intermediate fix，简称IF）、最后进近定位点（final approach fix，简称FAF）、程序转弯高度、复飞限制高度，如果进行低温修正，必须得到ATC同意后，方可实施。

1.2 低温修正的国内现状

1）温度补偿能力欠缺。目前国内常用的机型，如空客A320系列、波音737系列等不具备温度补偿能力。以中国南方航空（简称南航）为例，旗下空客机型A320系列、A330不具备此能力，A350、A380具备一定高度补偿参考能力，但仍然需要人工修正，这可能造成有补偿能力与无此能力的航空器修正的高度存在差异，存在安全风险。

2）低温修正方法不统一。实际运行中，对于低温阈值的掌握以及低温修正的方法，不同机场、不同进近程序、不同的机组无法统一，若由机组自行修正，易引发同一程序飞出不同高度、航空器之间间隔不好控制的风险，因此国内目前大多采取机组向ATC提出申请，经ATC确认并同意后方可实施的方法，以保证超障安全和控制航空器间隔。

3）飞行程序设计尚未完善。目前国内除RNP APCH程序进行了低温评估并在进近图中公布温度限制外，其他进近程序并没有进行低温评估和低温阈值的公布，但随着相关不安全事件频频发生，民航东北空管局已经开始针对辖区内净空条件复杂的伊春机场进行飞行程序优化和低温修正阈值试点工作，新疆地区管理局也发布了低温运行的风险提示。

1.3 航空公司对于低温修正的相关规定

为了规避低温运行带来的风险，航空公司均对低温下的运行和修正有相关规定。以南航为例，南航规定所有公布的高度都是以平均海平面为基准，并以真实高度来表示，公布的高度值并没有考虑高度的测量方式。当使用气压式高度表保持一个公布的高度时，它的指示读数在低气温或低气压情况下应考虑进行修正。当飞机高度的温度明显低于标准大气温度，飞行员通常需进行低温修正。但在雷达管制区域，考虑到航空器之间的修正标准应该一致，因此低温修正由ATC进行。但飞行员也需要做到心中有数，有怀疑时应主动与管制沟通联系。

2 低温运行的越障风险

由于外界大气温度（outside air temperature，简称OAT）与ISA存在偏差。一般表现为OAT高于ISA时，偏离的越多飞得越高；OAT低于ISA时，偏离的越多飞得越低。

一般来说，低于ISA即可归类为低温。以哈尔滨太平机场为例，机场标高139.3 m，因此ISA温度约为14.1℃，在哈尔滨太平机场运行的航班低于此温度即视为低温。又如乌鲁木齐地窝堡机场标高647.9 m，因此ISA温度约为11.1℃。在冬春航季时，上述两个机场常常涉及低温运行，但并非所有的低温运行都需要修正，还与机场的净空条件和飞行程序设计有关。如图1所示，根据国际民航组织8168文件，低温运行时，允许航空器因高度指示误差，下探最多20%的MOC^[4]。因此，并非所有的高度都需要修正，在偏离可容忍的范围后才需要修正。

设已知程序的最低超障高度（obstacle clearance altitude，简称OCA）和最低超障裕度（MOC），飞行程序规定的高度为h_p，可计算航空器可容忍的余度h_max，如式（1）所示，OCA-MOC为控制障碍物的高，但仅高于控制障碍物的高不满足8168文件的要求。若高度损失后的超障裕度满足该段的h_max，则满足安全要求不需要低温修正，若不满足则存在安全风险必须低温修正。

2.1 净空条件较好的机场

以中国发布的航行资料汇编（Aeronautical Information Publication，简称AIP）为例，图2为AIP中哈尔滨太平机场的航图，航图代号为ZYHB ILS/DME z RWY05，其中间进近航段OCA=440 m，而h_p=700 m，根据式（1）计算可得，飞机至多偏离h_ob=700-440+0.2×150=290 m。即使在-60℃的条件下，如未按照低温修正程序上调高度表修正实际高度和下滑剖面，其高度损失为196 m，此时仍然满足290 m的要求，不需要进行低温修正。

2.2 净空条件复杂的机场

以AIP中乌鲁木齐地窝堡机场为例（图3），航图代号为RNAV ILS/DME z RWY07，其中间进近航段OCA=1 500 m，而程序公布的h_p=1 500 m，当在低温条件下，如未按照低温修正程序上调高度表修正实际高度和下滑剖面，则可能不能提供规定的MOC，导致飞机触发“Terrain（地形警告）”和“pull up（拉起）”警告。因此在高度误差较大且机场周围有较高地形障碍物时，飞行机组须执行低温修正补充程序。

3 低温修正的评估方法

3.1 低温修正的范围

在实际航班运行中，主要可分为航路运行和进近运行两种，如图4所示。航路运行又可分为正常飞行和飘降释压两种情况，两者均提供了足够的高度裕度，不必修正也不该做修正，以避免空中交通管制员指挥紊乱。进近运行又可分为起始进近、中间进近和最后进近，其中起始进近提供至少300 m的MOC，足以满足低温运行保障。

中间和最后进近情况类似，可能需要在进近过程中进行低温修正。最后对所需导航性能（required navigation performance，简称RNP）进近、仪表着陆（instrument landing system，简称ILS）进近和非精密进近（non-precision approach，简称NPA）进行分析。

如果使用RNP进近，首先需检查是否满足航图的温度限制，非标准温度对气压垂直导航（barometric vertical navigation，简称Baro-VNAV）运行影响很大，所以对垂直导航（vertical navigation，简称VNAV）进近有一个温度限制，当温度低于该限制时，不能使用VNAV，此时转为NPA；其次如果满足温度限制，需判断是否满足DA门限温度的限制，不满足需进行低温修正，修正后FAF仅能使用水平导航（lateral navigation，简称LNAV）。

如果使用ILS进近，低温对盲降波束无影响，通常在IF前后可截获下滑道（glide slope，简称GP），所有FAF点无需修正。但一类精密进近使用气压式高度表，如果低于DA门限温度时需要修正，二类和三类精密进近使用无线电高度表，无需修正。

NPA包括下滑不工作（GP INOP）、LNAV等无下滑引导的程序，在低温时需要对温度进行修正。

3.2 低温修正的计算方法

目前，低温修正的计算方法主要分为三种：简单计算、公式精确计算和查表计算。飞行员可以使用写入精确公式的电子程序进行低温修正计算，计算结果可靠、准确。当没有相关的电子计算程序可用时，飞行员可以使用查表计算和简单方法计算来进行低温修正，尽管计算结果相对保守，但可以保证飞行安全。

3.2.1 简单计算法

海平面ISA为15℃，气温每低于ISA 1℃，则气压式高度表指示读数值每1 000 ft增加4 ft（英制单位计算）。即温度每降低10℃，气压高度增加4%（公制单位计算）。这种方法的假设前提是低于ISA就算低温。因此只能保守计算温度修正量，无法反推需要低温修正的门限温度。

以乌鲁木齐地窝堡机场RNAV ILS/DME z RWY07 的GP INOP（下滑台不工作）程序为例，机场标高为2 126 ft，FAF高度为4 900 ft，假定乌鲁木齐地窝堡机场温度为-20℃，计算结果如下，式中：T_ISA表示ISA温度，ΔT_ISA为机场场面/入口标高处实际OAT偏离对应ISA温度的偏差值，Δh表示高度的修正值。

$\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{I}\mathrm{S}\mathrm{A}}=15-2162\times 2÷1000\approx 10.7\\ \Delta T_{\mathrm{I}\mathrm{S}\mathrm{A}}=-20-10.7=-30.7\\ \Delta h=\frac{4900}{1000}\times 4\times 30.7\approx 600\end{array}$

因此，FAF的指示高度应为5 500 ft。

3.2.2 公式计算

根据文献^[4-5]，低温修正的精确计算公式如式（2）所示。$-\frac{\mathrm{\Delta }{T}_{\mathrm{I}\mathrm{S}\mathrm{A}}}{\gamma }$表示温度变化带来的高度偏差。

式中：h_THD/AD为入口标高/机场标高，单位m，需要注意当入口标高低于机场标高2 m以上时，使用入口高度，否则使用机场高度；ΔT_ISA，单位K，一般取288.15 K；γ为温度垂直递减率，计算时一般取-0.006 5℃/m；h_p为程序最低高度，单位m，需注意的是此处取高（基准QFE），而非高度（基准QNH）。

虽然在计算中取定值，但在实际大气环境下，主要随高度和气象条件变化，在对流层底部，温度递减率较高，顶部则较低。除此之外，还受地理位置、当地气候和季节等因素的影响，具有明显的变化性和空间性。因此，式（2）不仅借鉴了信息论中熵不确定性的表达方法，在高度偏差的基础上乘以e为底的对数表达整体的不确定性，还通过乘以e为底的对数表达高度的修正呈现对数变化，高度越高修正的越少，高度越低修正的越多。

以乌鲁木齐地窝堡机场RNAV ILS/DME z RWY07的GP INOP程序为例（图3），假定乌鲁木齐场面温度为-20℃。根据式（2）计算可得：

$\begin{array}{c}\Delta h=\left[\frac{-20-(15-0.0065\times 852)}{-0.0065}\right]\\ ln\left[1+\frac{-0.0065\times 852}{288.15-0.0065\times 647.9}\right]=94\end{array}$

FAF的指示高度应该修正为1 500 m+94 m=1 594 m=5 230 ft，同理MDA计算修正值为25 m，MDA应为指示高度900 m=2 952 ft。

对于航空公司来说，最好由运控部门和飞行部门在飞行员出发前算好，而非在空中临时做修正。由第2章中所述，并非所有的低温都需要修正，所以计算门限温度比起计算需修正的高度更重要。下面根据式（2）推导门限温度的计算方法，推导过程如式（3）至（5）所示。式（5）即为门限温度的计算方法。

此处的h_max取图1描述的可容忍范围，即可容忍的最大偏离量，如式（1）所示。

3.2.3 查表计算

各航空公司可根据自己的《操作手册》或空客FCTM中的表格进行低温修正计算。查表法与3.2.1中的方法一样，只能查到修正值，不能反推门限温度，是最保守的一种方法。由于这种方法也不涉及门限温度的反推，且文献^[8]给出过详细的介绍，因此不再赘述。

3.3 门限温度计算实例

以北京大兴国际机场为例进行计算，大兴机场共4条物理跑道17R/35L（西二）、17L/35R（西一）、01L/19R（东一）、11L/29R（北一）。其中01L/19R、17R/35L 主要用于着陆，17L/35R主要用于起飞，11L只用于起飞，29R暂不提供起飞降落服务。以拥有三类能力的01L为例进行计算。非精密进近需要对比跑道入口标高和机场标高，精密进近不需要，统一取跑道入口标高。限于篇幅，此处只介绍设施设备最完善的01L跑道下滑台不工作时的修正方法，其余各机场的评估结果放在附录中。机场标高25.2 m，01L跑道入口标高22.2 m，低于机场标高2 m以上，因此h_THD。在IF-FAF段程序高度900 m，阴影区高度325 m，MOC150 m。则根据式（5）可得：

$\begin{array}{c}T=15+(-0.0065\times 22.2)-\\ \frac{-(-0.0065)(900-325+0.2\times 150)}{\ln \left(1+\frac{(-0.0065)\times 900}{288.15+(-0.0065)\times 22.2}\right)}=-182\end{array}$

同理，大兴机场其余跑道计算结果如表1所示。

表1（续）

MDA仅在能见边缘不能取得规定的目视参考等需要复飞的情况下，考虑进行MDA低温修正（MDA用于复飞决断，天气好时不考虑复飞，不关注MDA）。由此可见，大兴机场除非在二三类盲降皆不可用，且能见度处于航图边缘时才需要考虑低温修正。除上述情况，其余跑道任何时候都不需要低温修正。

4 结论

通过对低温修正的主体责任、范围和计算公式的分析，得出以下结论：

1）并不是所有的低温都需要修正，跟机场的飞行程序和净空环境有极大相关性。

2）不同管制单位、不同机场、不同公司、同公司不同机组之间掌握的低温修正方法不同，部分机组凭经验判断，若由机组自行修正，易引发同一程序飞出不同高度、航空器之间间隔不好控制的风险。建议各航空公司的运行控制部门提前算好各机场需要低温修正的门限温度，达到门限温度时提醒机组在进行低温修正前向ATC申请，经ATC确认并同意后方可实施，同时建议局方组织管制单位、机场和航司进行低温修正标准的统一化。航司应针对低温修正制定统一政策，把航司内部标准统一化，关注局方文件以及《运行手册》和《运行规范》的变化。

3）目前国内所有非精密进近程序在程序设计时，未针对低温运行进行评估，进近图中并未公布温度限制值，在执行非精密进近时，易忽略低温修正。运行控制部门应该提前进行计算，并在放行前往达到门限温度的机场航班时，及时与机组进行讲解。

4）部分机组认为精密和类精密进近不需要执行低温修正。虽然ILS波束不受温度影响，类精密进近程序在程序设计时也进行了充分的低温评估，只要不超过公布的温度限制，就可以保证最后进近阶段的飞行安全，但以上仅仅是针对程序设计的评估，实际上CAT I精密和类精密的DA/H也是以气压为基准的，对于规章要求的DA/H，都必须做低温修正，以满足规章和手册的要求。

5）低温修正的皆为驾驶舱内PFD指示高度以及通过指示高度判断的相关要素，实际的各高度标准并未改变，因此并不影响放行标准，但存在受低温限制导致程序不可用或操作难度加大的情况，且签派员往往易忽略。建议签派员在放行和运行监控工作中，留意机场低温的情况，尤其是在北方机场运行的情况。

参考文献