核心觀念

本題考查低空風切與微爆流的風場結構、對航機性能與飛行軌跡的影響，以及塔台／近場管制員接獲 TDWR 或 LLWAS 警報後的管制作為。

微爆流通常由強烈下沉氣流向地面擴散，形成由中心向外輻散的近地面風場。航機穿越其前緣至後緣時，常依序遭遇：

1. 逆風增強；
2. 強烈下沉氣流；
3. 順風增強。

風切的本質是短距離內風速或風向快速改變，對航機而言，最危險的是空速、升力及飛行軌跡在短時間內連續發生不利變化。

升力公式為：

$$L=\frac{1}{2}\rho V^2 S C_L$$

其中 $V$ 為相對氣流速度，亦即空速。空速下降時，升力大致按空速平方下降；因此，順風增強造成空速降低時，升力會快速減少。

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（一）微爆流對航機空速、升力及飛行軌跡之影響

1. 逆風增強階段

航機原本以固定姿態及推力進場。當進入微爆流前緣，逆風突然增強，航機相對氣流速度增加，因此：

• 指示空速（IAS）突然增加；
• 升力增加，因為升力與空速平方成正比；
• 航機可能暫時上升或高於原下滑道；
• 若駕駛員誤將空速增加視為性能改善而減少推力或降低俯仰，將減弱後續抵抗風切的能力。

此時航機的地速可能降低，但空速反而增加。這是風切題常見陷阱：空速與地速受風影響的方向不一定相同。

2. 強烈下沉氣流階段

航機進入微爆流核心附近時，遭遇強烈垂直向下氣流。其影響包括：

• 航機受到向下的氣流速度分量；
• 飛行軌跡迅速下降；
• 即使航機俯仰姿態暫時未明顯改變，航跡角仍可能變得更陡；
• 無線電高度快速降低，可能產生高度偏差及接近地面的危險；
• 航機可能出現高度損失、下沉率增加及操縱負荷提高。

下沉氣流不只是單純的「風向改變」，而是直接改變航機相對地面的垂直運動。因此，航機可能在空速尚未大幅下降前，便已經發生嚴重高度損失。

3. 順風增強階段

穿越微爆流中心後，風向由逆風逐漸轉為順風，航機遭遇順風增強。此時：

• 空速迅速下降；
• 升力因空速降低而大幅減少；
• 航機下沉率增加，可能低於正常下滑道；
• 地速可能增加，但地面觀察到的前進速度增加不代表航機性能變好；
• 若推力及俯仰未能及時增加，航機可能接近失速或無法維持爬升。

由於升力與空速平方成正比，若空速由 $V$ 降至 $0.8V$，其他條件不變時，升力約變為：

$$\frac{L_2}{L_1}=\left(\frac{0.8V}{V}\right)^2=0.64$$

亦即升力約減少 $36\%$。因此，順風增強階段通常是微爆流對進場航機最危險的階段之一。

4. 整體飛行軌跡變化

航機穿越微爆流時，典型飛行軌跡為：

$$\text{空速增加、升力增加、航機暫時上浮} \rightarrow \text{強烈下沉、高度損失} \rightarrow \text{空速降低、升力降低、航機低於下滑道}$$

其危險性在於航機不是只遭遇單一不利現象，而是在短時間內先出現「性能暫時改善」的假象，隨即轉為下沉及空速流失，導致駕駛員反應時間極短。

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（二）TDWR／LLWAS 警報時之管制處置與通報

1. 先確認警報內容及影響範圍

塔台或近場管制員接獲警報後，應立即掌握：

• 警報類型：微爆流、低空風切或一般風向／風速突變；
• 發生位置：哪一條跑道、進場航道、離場航道或機場區域；
• 風切方向及強度；
• 影響高度與距離；
• 警報發布時間及是否仍持續；
• 是否有飛行員回報（PIREP）或其他氣象觀測資料佐證。

TDWR通常可偵測微爆流、強降雨及風切結構；LLWAS則主要利用機場周邊風速、風向感測器偵測低空風向風速差異。兩者資料應與跑道風、機場氣象報告及飛行員報告綜合判斷。

2. 對航機發布即時警示

對即將起飛、進場或正在受影響區域內的航機，應以明確、簡潔方式通報：

• 警報種類；
• 受影響跑道或航道；
• 風切或微爆流位置；
• 風速、風向及變化情形；
• 警報是否持續；
• 其他航機已回報的實際遭遇。

通報內容應避免只說「有風切」而不提供位置與強度。對進場航機，應特別說明該風切位於進場路徑、跑道末端或某一距離範圍內；對離場航機，則應說明起飛後爬升航徑是否受影響。

同時應透過 ATIS 更新相關天氣與風切資訊，使後續進場航機在與管制員通話前即能取得警示。

3. 與其他管制席位及氣象單位協調

塔台／近場管制員應將警報資訊迅速提供給：

核心觀念

本題考查兩個重點：

1. 極光噴射氣流的季節性變化，以及噴射氣流與對流層頂、鋒面及對流層頂折疊的關係。
2. 晴空亂流的形成環境，以及管制員接獲嚴重 CAT 回報後，如何運用 PIREP、航路避讓、高度調整、交通警告與飛航情報提供管制服務。

噴射氣流是對流層上部至對流層頂附近，沿強水平溫度梯度形成的狹長強風帶。依熱成風關係，水平風速約與水平溫度梯度成正比：

$$\frac{\partial \vec{V}_g}{\partial \ln p} = \frac{R}{f}\,\vec{k}\times\nabla_p T$$

因此，冬季中高緯度南北溫差較大，極光噴射氣流通常較強；夏季溫度梯度減弱，噴射氣流通常較弱。

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解題方法

本題宜依「位置—強度—季節原因—對流層頂折疊—CAT區域—管制處置」的順序作答。

第一部分先比較北半球冬季與夏季的極光噴射氣流，再說明其位於對流層頂附近，並與溫度梯度、鋒面及對流層頂折疊相互關聯。

第二部分先指出 CAT 最常出現在噴射氣流附近的強風切變區，再將管制員處置分成：

1. 蒐集與確認 PIREP。
2. 立即向受影響航機發布飛航情報。
3. 協助航機改變高度、航向或航路。
4. 維持其他航空器之間的隔離與交通警戒。
5. 將重要天氣資料通報相關單位及其他航機。

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（一）極光噴射氣流的季節特徵與對流層頂折疊

1. 冬季位置與強度

北半球冬季時，極區冷空氣與中低緯度暖空氣的溫度差增大，極鋒附近的水平溫度梯度明顯，因此極光噴射氣流具有下列特徵：

• 位置較偏南，通常位於約 $30^\circ$N 至 $45^\circ$N 附近，實際位置隨鋒面與波動而變化。
• 高度大致位於對流層上部及對流層頂附近，常見於約 9 至 12 公里高度。
• 風速較強，噴射氣流軸上的最大風速明顯增大。
• 噴射氣流南北擺動較大，常隨中高緯度槽、脊及鋒面系統向南伸展。
• 噴射氣流附近的水平及垂直風切變增強，CAT發生機率提高。

冬季的極光噴射氣流通常是北半球主要的強風帶，對航路飛行時間、燃油消耗及航路規劃具有顯著影響。

2. 夏季位置與強度

北半球夏季時，極區與中低緯度之間的水平溫度梯度減弱，故極光噴射氣流通常：

• 向北移動，常位於約 $50^\circ$N 至 $70^\circ$N 附近。
• 高度仍大致在對流層上部及對流層頂附近。
• 風速較冬季弱，噴射氣流的連續性與強度通常降低。
• 位置較偏高緯度，對中緯度航路的直接影響通常減小。
• CAT風險並不會完全消失，仍可能在噴射氣流核心、鋒面附近、急流彎曲區及山岳波區發生。

季節性移動的根本原因，是北半球冬季與夏季的南北溫度梯度不同，而非單純由地面氣壓高低決定。

3. 與對流層頂的關係

極光噴射氣流通常位於對流層頂附近，且多在對流層頂下方或其附近達到最大風速。原因如下：

• 對流層頂附近是對流層與平流層溫度結構及穩定度變化顯著的區域。
• 極鋒附近南北溫度梯度強，依地轉風與熱成風關係，容易形成強西風。
• 對流層頂高度在暖空氣上方較高，在冷空氣上方較低，因此對流層頂具有明顯坡度。
• 對流層頂坡度及鋒區溫度梯度共同形成強水平風場，促成極光噴射氣流。

4. 對流層頂折疊

對流層頂折疊是指對流層頂在強烈天氣系統及噴射氣流作用下向下凹陷、彎曲，使平流層較乾燥、穩定且具有較高位渦度的空氣侵入對流層上部。

其形成及影響包括：

• 常發生於強鋒面、深厚低壓、槽區及噴射氣流附近。
• 常與噴射氣流的強風切變、急流核及急流入口區或出口區相伴。
• 平流層空氣沿對流層頂向下侵入，造成高位渦度及高度方向風場快速改變。
• 折疊區的穩定度、位溫梯度與垂直風切變均可能很強，因而容易產生CAT。
• 對流層頂折疊也常與高空急流下方的強烈水平風切變及鋒生作用相連結。

因此，極光噴射氣流並不是單獨存在的高空風帶；它常與對流層頂高度差、鋒區、槽脊活動及對流層頂折疊共同構成高空亂流環境。

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（二）CAT的主要區域與管制處置

1. CAT的基本定義

晴空亂流是發生於無明顯積雨雲或其他可見雲系標誌下的亂流。其主要成因包括：

• 強垂直風切變。
• 強水平風切變。
• 噴射氣流核心附近的風速梯度。
• 鋒面及對流層頂折疊。
• 急流入口區及出口區。
• 高空槽脊附近的曲率及切變效應。
• 山岳波及背風側下游的重力波破碎。

CAT不一定只發生在噴射氣流核心內；在噴射氣流核心上下方、兩側邊緣及風速梯度最大的區域，亂流也可能非常顯著。

2. 垂直風切變區

噴射氣流附近常有明顯的垂直風速變化。若相鄰高度層的風速或風向差異很大，航空器穿越該區域時，容易受到不規則升降氣流及姿態變化影響。

典型位置包括：

• 噴射氣流核心的上方及下方。
• 噴射氣流下方靠近對流層頂的區域。
• 對流層頂折疊區。
• 鋒區上方及其附近的高空強風切變帶。
• 高空急流與低速空氣交界的區域。

在垂直方向上，CAT通常不是均勻分布，而是集中於風速或風向快速變化的薄層或狹窄區域。

3. 水平風切變區

水平風切變主要出現在：

• 噴射氣流核心的兩側邊緣。
• 急流軸彎曲最明顯的區域。
• 急流入口區及出口區。
• 槽、脊附近的速度梯度區。
• 強鋒面及鋒生區。
• 兩股不同風速或不同風向氣流的交界處。

急流核心的最大風速區本身未必是亂流最強處，真正重要的是核心周圍的風速梯度及風向變化。這是本題常見的判斷陷阱。

4. 接獲嚴重CAT PIREP後的立即處置

核心觀念

本題考查兩項重點：

1. 過冷水滴在不同溫度、粒徑與含水量條件下形成的積冰型態。
2. 管制員如何利用氣溫、露點與航機回報，判斷積冰雲層的垂直範圍，並透過高度、航向與進場程序協助航機離開危險區。

積冰的基本條件包括：

• 雲中存在過冷水滴；
• 航機表面溫度低於 $0^\circ\mathrm{C}$；
• 航機撞擊雲滴後，水滴在機體表面結冰；
• 過冷水滴含量、滴徑、環境溫度及航機速度，決定積冰型態與嚴重程度。

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（一）透明冰與霧淞／霧冰

1. 透明冰 Clear Ice

形成條件

透明冰常見於：

• 雲中水滴較大，液態水含量較高；
• 過冷水滴撞擊機翼、進氣口或螺旋槳後，未立即完全凍結；
• 環境溫度接近 $0^\circ\mathrm{C}$，常見於約 $0$ 至 $-10^\circ\mathrm{C}$ 的範圍；
• 水滴沿機體表面流動後再凍結。

大水滴具有較大的熱容量，撞擊機體後會釋放潛熱，使部分水滴短時間維持液態，形成「流動—再凍結」現象。

外觀特性

透明冰具有下列外觀：

• 呈透明、半透明或玻璃狀；
• 表面光滑、堅硬，常沿翼前緣向後延伸；
• 可形成角狀突起、冰角或冰脊；
• 黏附性強，不易被一般除冰系統立即清除；
• 常與凍雨、凍毛毛雨或積雨雲、強對流雲中的大過冷水滴有關。

透明冰密度較高，重量大，且不一定容易由外觀立即察覺。

對航機性能的影響

透明冰的危害通常較嚴重，主要包括：

• 增加航機重量，降低爬升率；
• 增加阻力，使空速下降、燃油消耗增加；
• 改變翼型，使升力下降；
• 破壞機翼前緣氣流，提早發生失速；
• 造成操縱面活動受限；
• 堵塞進氣口、皮托管及引擎進氣系統；
• 使螺旋槳效率降低，嚴重時導致引擎性能異常。

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2. 霧淞／霧冰 Rime Ice

形成條件

霧淞冰通常形成於：

• 過冷水滴粒徑較小；
• 液態水含量較低；
• 環境溫度較低，常見於約 $-10$ 至 $-20^\circ\mathrm{C}$；
• 小水滴撞擊機體後迅速凍結，來不及沿表面流動。

小水滴接觸機體後，水滴本身迅速放熱並凝結，因此主要集中在迎風面與翼前緣。

外觀特性

霧淞冰通常具有：

• 白色、乳白色或不透明外觀；
• 粗糙、顆粒狀、鬆脆或多孔；
• 常呈羽毛狀、霜狀堆積；
• 主要分布於機翼、尾翼及其他迎風部位；
• 密度通常低於透明冰，但仍會造成明顯的氣動影響。

對航機性能的影響

霧淞冰主要造成：

• 機翼與尾翼表面粗糙度增加；
• 阻力增加；
• 升力下降；
• 失速速度上升；
• 爬升性能與操縱性能降低；
• 皮托管、靜壓孔、天線與引擎進氣口堵塞；
• 航機操縱反應變差，增加進場與落地風險。

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3. 兩者比較

項目	透明冰	霧淞／霧冰
水滴特性	大水滴、液態水含量高	小水滴、液態水含量較低
常見溫度	接近 $0^\circ\mathrm{C}$，約 $0$ 至 $-10^\circ\mathrm{C}$	較低溫，約 $-10$ 至 $-20^\circ\mathrm{C}$
凍結方式	部分流動後再凍結	撞擊後迅速凍結
外觀	光滑、透明或半透明	白色、不透明、粗糙多孔
密度與黏附性	密度高、黏附性強	密度較低、較脆
主要危害	重量、阻力與翼型變形顯著	表面粗糙、升力降低與阻力增加

實際飛行中亦可能形成「混合冰」，兼具透明冰與霧淞冰的特徵；考試作答時，應以水滴大小、結冰速度及外觀作為分類依據。

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（二）終端管制區遭遇中度積冰之判斷與管制措施

1. 氣溫露點剖面的核心判讀

氣溫與露點的差值稱為露點差：

$$T-T_d$$

其中：

• $T$：氣溫；
• $T_d$：露點溫度。

露點差越小，表示空氣相對濕度越高，越接近飽和；露點差較大，表示空氣較乾燥，形成雲與積冰的機會降低。

在標準大氣條件下，露點差可作為判斷雲層垂直範圍的重要線索：

• $T-T_d$ 很小，通常代表雲層、霧或接近飽和的濕層；
• $T-T_d$ 明顯增大，通常代表離開雲層，進入較乾燥空氣；
• 在溫度低於 $0^\circ\mathrm{C}$ 的飽和層內，若存在過冷水滴，即為積冰高風險區；
• 氣溫高於 $0^\circ\mathrm{C}$ 的暖層通常不是典型結冰層，但航機穿越暖層後仍須考量既有積冰融化、再凍結及結構表面溫度變化。

因此，管制員可將剖面上的下列界線視為積冰層的候選邊界：

1. 露點差由小轉大的高度：可能是雲頂或雲底；
2. 氣溫穿越 $0^\circ\mathrm{C}$ 的高度：判斷結冰溫度範圍；
3. 露點差小於約 $2$ 至 $3^\circ\mathrm{C}$ 且氣溫低於 $0^\circ\mathrm{C}$ 的連續高度層：積冰風險較高；
4. 溫度逆增層、乾層或暖層：可能形成積冰層的上下界或中斷區。

一、核心觀念

本題綜合考查三項航空氣象與飛航管制核心：

1. 颱風結構中風雨帶、眼牆與颱風眼的氣象特徵。
2. 近場飛行遭遇陣風及風切變時，對空速、升力、下滑道與進場穩定度的影響。
3. 颱風低壓中心造成的高度表誤差，以及塔台對跑道使用與地面風通報的管制原則。

法規與標準部分，以命題當年（民國 115 年）之《民用航空法》及其相關子法、飛航規則、航空氣象通報規範、機場運作程序與 ICAO 航空氣象及飛航服務標準為準。現行法規如有後續修正，本題仍以民國 115 年命題時規定作答。

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二、颱風環流的主要結構

（一）風雨帶 Spiral Rainbands

風雨帶為自颱風中心向外呈螺旋狀排列的對流雲系，主要特徵如下：

• 由積雨雲、強烈對流及中尺度雨帶組成。
• 風向通常隨颱風環流呈明顯彎曲，風速及風向變化快速。
• 降雨具有間歇性及突發性，常出現短時強降雨、雷雨、強陣風及低能見度。
• 雨帶之間可能有短暫較弱降雨區，但不代表飛航環境安全。
• 對機場運作而言，風雨帶可能造成跑道積水、視程降低、雷雨回波及局部風切變。

對航機而言，風雨帶的主要危險包括：

1. 強烈上升、下降氣流造成高度及空速變化。
2. 對流胞周邊產生陣風鋒及低空風切變。
3. 雷擊、冰雹、積冰及湍流。
4. 大雨使雷達、目視參考及跑道摩擦條件惡化。

（二）眼牆 Eyewall

眼牆是包圍颱風眼的環狀強對流雲區，為颱風最危險的區域，通常具有：

• 全颱風最強的平均風及最大陣風。
• 最強烈的上升氣流、下降氣流與垂直風切變。
• 極強降雨、雷雨、湍流及低能見度。
• 氣壓梯度最大，風向及風速在短距離內急遽變化。
• 航機通過眼牆時，可能遭遇嚴重湍流及顯著風切變。

在北半球颱風中，眼牆內的風向大致呈逆時針旋轉。當颱風中心通過機場時，機場可能先經歷一側眼牆的強風，進入颱風眼後短暫轉弱，再遭遇另一側眼牆的強風；因此短暫風平並不表示颱風已經遠離。

（三）颱風眼 Eye

颱風眼位於颱風中心，通常呈圓形或橢圓形，主要特徵為：

• 氣壓最低。
• 眼內平均風速通常顯著低於眼牆。
• 下沉氣流較明顯，雲量可能減少，能見度可能短暫改善。
• 風向會因中心通過而快速轉變。
• 眼內仍可能存在低雲、降雨及不穩定天氣，不能視為安全區域。

颱風眼的氣象改善具有短暫性。若機場位於颱風路徑上，眼牆通過後，另一側眼牆可能迅速抵達，導致風向突然反轉、風速再次急升。

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三、陣風切變與進場穩定度

（一）定義與衡量方式

平均風速與陣風風速之差，稱為陣風增量：

$$\Delta V_g = V_{\text{gust}}-V_{\text{mean}}$$

常用陣風因子表示陣風相對於平均風的強度：

$$G_f=\frac{V_{\text{gust}}}{V_{\text{mean}}}$$

陣風因子愈大，表示風速短時間內變化愈劇烈。但在飛航安全判斷上，不能只看平均風速，還必須觀察：

• 最大陣風及其持續時間。
• 風向變化幅度。
• 垂直風切變。
• 跑道方向上的逆風、順風及側風分量。
• 航機的進場速度、失速速度及操作限制。

（二）對進場的影響

航機進場時，必須依靠穩定的空速、下降率、航向及下滑道。陣風切變會造成下列影響：

1. 突然增加逆風

航機相對地面的地速降低，空速可能暫時增加，航機可能偏高或產生上浮現象。若飛行員為維持下滑道而過度減推力，風速隨後衰減時，可能快速失去空速。

2. 突然減少逆風或轉為順風

航機空速及升力快速下降，航機可能低於下滑道，下降率增加，造成接地點過前、重落地或跑道外事故。

3. 風向突然改變

航機會產生航向偏移及側向飄移，飛行員必須增加方向舵、側滑或修正坡度，進而提高操控負荷。

4. 上升、下降氣流交替

垂直速度快速變化，可能造成高度偏差、下滑道偏離及接近失速速度。若風切變警報出現，應依航空器飛航手冊及標準程序執行風切變逃生操作。

（三）對進場穩定度的判斷

進場穩定度的核心是航機能否持續保持：

• 進場速度在允許範圍內。
• 航向與跑道中心線一致。
• 位於正常下滑道。
• 下降率、姿態及推力均受控。
• 能在預定接地區內安全落地。

當陣風幅度大、風向變化快或側風接近航空器限制時，即使航機暫時位於下滑道，也不代表進場穩定。若空速、高度、航向或下降率持續偏離，應執行重飛。

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四、QNH 誤設造成的高度危險

（一）高度表原理

高度表以靜壓推算高度，並依飛行員設定的氣壓基準值換算指示高度。QNH 是換算至平均海平面的氣壓值，使用 QNH 時，停在機場標高附近的航機高度表應大致顯示機場標高。

高度表誤差可用近似關係表示：

$$\Delta H \approx 27 \times \Delta P$$

其中：

• $\Delta H$ 為高度誤差，單位為英尺。
• $\Delta P$ 為氣壓設定誤差，單位為 hPa。
• 每差 $1$ hPa，約造成 $27$ ft 的高度誤差。

（二）偏高舊 QNH 的情況

颱風中心接近機場時，實際海平面氣壓急降。若舊 QNH 較高，而管制員未提供最新 QNH，航機仍使用偏高的舊值設定高度表，則：

$$P_{\text{set}}>P_{\text{actual}}$$

在相同真實高度下，高度表會顯示偏高的指示高度：

$$H_{\text{indicated}}>H_{\text{true}}$$

若航機依高度表下降至指定高度，航機會在真實高度尚未達到該高度前就停止下降，因此：

$$H_{\text{true}}<H_{\text{indicated}}$$

也就是「高度表顯示安全，實際高度卻偏低」。

例如，舊 QNH 為 $1013$ hPa，實際 QNH 降至 $980$ hPa，誤差為：

$$\Delta P=1013-980=33\ \text{hPa}$$

高度誤差約為：

$$\Delta H\approx 27\times33=891\ \text{ft}$$

此時高度表可能高估約 $900$ ft。航機若依錯誤高度表飛行，可能在實際高度低於障礙物、最低安全高度或最低下降高度時，仍誤以為已達安全高度，形成地形撞擊、障礙物撞擊及不安全進