随着“一带一路”建设的快速推进和社会经济的快速发展，民航在国民经济中的战略地位凸显，且发展潜力巨大。气候变化背景下极端天气事件增多，给航空安全带来了巨大挑战。本文从我国民航快速发展入手，基于增暖背景下的航空安全风险和经济损失风险趋于增大的趋势，从极端天气气候事件影响航空安全、飞机起飞限重天数、雾霾（低能见度）影响航空安全、航班飞行时间增加、高高原机场起飞条件变化、飞机腐蚀和晴空湍流颠簸七个方面分析了气候变化对航空安全发的影响，并探析了航空业发展对气候变化的可能影响。最后基于气候变化和航空业的相互影响，提出了包括科学规划新建机场布局、航空气象数据共享平台建设、综合评估气候变化对航空影响、开发航空气象指数保险和气候变化背景下的航空工作人员新风险应对培训在内的五点政策建议。本文对于全面了解气候变化和我国航空安全发展的相互影响具有参考价值。
一、引言
近年来我国航班延误导致的旅客大范围滞留和冲突事件屡见不鲜，且国际上航空事故率也频率趋于增多。其中由气候变化导致的极端对流和恶劣天气所引发的航班延误率占比不断攀升。2011-2015年，我国民航航班正常率逐年降低，平均正常率仅为71.8%，其中天气原因是航班延误率增加的主要原因。同时增暖背景下飞机起飞限重天数趋于增多，从长期来看，航空公司重量必将影响旅客行李减少，导致同等条件下的飞机票价和行李托运费趋于增长。目前，全球气候变化与航空业的相互影响还处于探索阶段。随着全球化进程的不断发展，我国民航的依赖度不断增高。民航作为国家的战略性基础产业、窗口服务行业，其地位在国家经济社会发展和改革开放进程中越来越高，作用和责任越来越大，社会关注度越来越高，不断提高民航安全和真情服务，推动民航安全的高质量发展具有重要意义。因此，必须高度重视气候变化对民航的影响。
二、我国民航机场剧增 民航战略地位凸显
随着社会经济的发展和全球化进程的推进，我国民航业发展迅猛，越来越多的民众开始选择飞机出行，2017年春节民航运送旅客984万人次，同比增长15.1%，春节期间全国平均航班正常率85.6%。截止2015年底，中国民航共有民航运输飞机2650架，颁证运输机场210个，通用机场78个，其中年旅客吞吐量一千万人次以上机场有26个。2015年，中国民用航空运输总周转量达到852亿吨公里，比上年增长13.8%，完成旅客运输量4.4亿人次，比上年增长11.3%。中国民航已连续11年位居世界第二，成为仅次于美国的全球第二大航空运输系统。
目前的民航机场大致形成了五大机场群，即西北机场群、北方机场群、西南机场群、华东机场群和中南机场群（图1）。这五大机场群与我国五大战区在地理区位上具有较高的重合，为我国的国防安全建设发挥着重要作用，同时对于推进军民融合国家战略具有积极的作用。根据国务院办公厅《关于促进通用航空业发展的指导意见》文件，到2020年，全国要建成500个以上通用机场，拥有各类运输飞机4600架，航班起降达到1142万架次，比2015年的779万架次增加47%。根据中国民航局在编的《全国通用机场布局规划》，预计到2030年，我国民用机场总量约2300座左右，其中通用机场总量约2058座，运输机场257座。
此外，“十二五”末，我国航空公司通航全球55个国家和地区的137个城市，国际航线达到660条，国际客运市场份额达到49%。国内航线则有1990年的385条增加到了2016年的3055条，增幅超过69倍。2010年以来我国公民出境旅游基本保持20%左右的速度增长，自2014年开始，我国居民出境游总量超过1亿人次，123个机场旅客吞吐量的增长速度超过了行业平均增长速度（11%）。我国国内的民航得到空前的发展，年均作业约650万小时。2020年我国将初步建成民航强国，旅客运输量将达到7.2亿人次，2035年达到15亿人次、。这些数字均表明我国民航的蓬勃发展，战略地位日益凸显。
在高速增长的经济形势下，可以预测，我国未来30年内航空业会保持稳步增长的势头。随着机场的改、扩建和新建，机场面积越来越大，跑道数量也在增加，机场范围的气象要素更加复杂，需要更加精细化的气象服务。
图1 全国机场群点位图
三、增暖背景下的天气原因导致的航班延误和事故风险升高
21世纪以来受气候变化、城镇化步伐加快和人口激增等因素的影响，民用航空业风险造成的潜在经济损失呈快速增长态势。其中气候变化背景下的恶劣天气导致航班延误率和事故率居高不下，且缺乏有效应对的措施，加剧机场公共安全风险。
（一）气候变化背景下的航空延误率趋于增多
国际航协统计了2009-2013年全球各地区百万架次航空事故率，其中欧洲、北美洲、南美洲、东亚、东南亚、地中海地区和非洲地区的百万架次航空事故率分别为0.25、0.19、0.86、0.07、0.64、1.51和6.64。2013年上述七个地区的百万架次航空事故率分别为0.15、0.32、0.44、0.00、0.70、0.68和0.44。中国民航近50多年来，因不利气象条件导致的二等和重大以上飞行事故40起，占二等和重大以上飞行事故总数的31.9%。
2012-2016年间我国国内航空公司非正常航班次数明显增加，由2012年的250.2万班次，增加到2016年的367.9万班次，增加了47%。航班延误原因中由天气原因导致的比例由2012年的21.6%增加到2016年的56.5%。其中由气候变化导致的极端天气事件贡献明显增多，可以避免的比例占到50%以上。在全世界范围来看，造成航班的不正常起飞，比如航班晚点或延误，75％以上的是由恶劣天气造成的。
（二）极端天气因素导致的航空事故人员和经济损失巨大
航空史上迄今为止最惨重的空难就是由恶劣天气引发的。1977年3月27日加纳利群岛上的特内里费岛洛斯罗德奥斯机场，大雾瞬时笼罩了机场，加之当时通讯技术、雷达技术落后，两架波音747巨无霸客机在跑道上高速相撞，导致了583名乘客和机组人员丧生。1993年7月26日韩亚航空733号班机首尔金浦国际机场前往木浦市，降落前天气却瞬间转差，并伴有强风和暴雨，导致飞机即时爆炸，66名乘客及2名机组人员死亡。2010年4月10日，波兰总统乘坐的飞机由于降落地天气条件恶劣在俄罗斯机场坠毁，机载96人全部遇难。2010年10月冰岛火山喷发导致的火山灰造成近60%欧洲机场网络全面瘫痪，百万旅客滞留严重影响机场安全运营，直接经济损失达30亿欧元。由此可见由极端天气因素导致的航空业人员伤亡和经济损失巨大。
（三）航班延误导致旅客滞留和公共安全风险增高
气候变化背景下频发的极端天气导致航班延误，通常会造成长时间、大范围的旅客滞留，目前尚未有成熟的旅客滞留应对体制机制和赔偿方案，容易导致旅客和机场管理部门的冲突，影响机场公共安全风险。2016年4月24日，因天气原因导致湖南长沙黄花机场飞往海南三亚的一个航班未能按时起飞，部分旅客因此情绪激动并与地勤发生冲突。2017年6月10日当天，我国多地出现了大暴雨天气，范围扩张波及多个省区，华东地区多个机场航班起降被雷雨打乱，当日上海通行能力下降约50%，南京、杭州、广州、长沙等机场均受到影响，大量旅客长时间滞留，同年8月8日上海再度遭遇雷雨天气，通行能力再度下降50%。
（四）恶劣天气影响航空工作人员操作事故风险增高
恶劣天气对飞行人员和地勤人员会造成不良心理影响，工作负荷增加可能造成疲劳等等，容易增加事故风险。同时，航班延误导致的人员滞留问题尚未有成熟的解决机制，加剧了冲突和机场安全风险，对公共管理秩序产生恶劣影响。
回顾全球历史上飞机空难发生后，事故调查和善后处理复杂而且漫长，航空事故足以彻底抵消掉航空公司多年安全运营积攒的声誉，航空公司甚至整个航空业遭遇品牌危机。加之近年来，全球航空业整体走下坡路，航空公司面临安全和效益之间的平衡。因此，必须高度关注增暖背景下的气候变化对我国民航业的影响，将风险减到最小。
四、气候变化对航空业影响形势严峻
（一）增暖背景下的极端天气事件频发影响航空安全
由于全球气候变暖，导致雷暴、暴雨、冰雹、晴空湍流等极端天气事件频发以及由于大气环流、等压面高度等方面的改变，尤其是气候变化导致恶劣天气的变异特征增强，影响民航飞机在航路上飞行安全。雷暴、闪电、冰雹和大风四种灾害性对流天气对民航的影响显著，亟待开展增暖背景下的灾害风险评估，以保证运行安全，促进航班正常性和民航服务品质的提高。1963年，泛美航空公司的一架客机被雷电击中油箱爆炸，导致83人丧生。2017年6月21-24日华北、黄淮中东部和东北地区南部自西向东的一次强降雨过程，伴随着雷暴和大风，导致全国16家机场遭遇大面积延误，其中仅首都机场取消航班703架次。
（二）全球变暖导致飞机起飞限重天数增加
随着气候变暖，空气会不断扩散，大气密度减小，在更稀薄的空气中，当飞机沿跑道前行时，机翼所产生的升力将会变小。因此，根据飞行器的型号、跑道长度、机场海拔等因素，如果温度过高，满载的飞机在某些时候可能无法安全起飞，必须清除超额重量，否则航班将不得不延误或取消。因此，对于特定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。飞机起飞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。
已有研究表明全球变暖导致的气温上升，将使得世界各地许多飞机在未来几十年里更加难以起飞。可见，高温导致的限重天数是量化气候增暖对飞机起飞影响的重要指标。我国学者周天军等基于集合模式预估数据，研究了未来不同温升目标下中国日最高温度变化，并选取北京、上海、昆明、拉萨、乌鲁木齐、香港和广州7个典型的民航机场，以波音737为例，讨论了温升阈值对这7个民航机场飞机最大起飞重量的影响。结果表明：在全球1.5℃（2℃）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℃（1.4℃~3.0℃），其中拉萨的增温幅度最大，这将导致北京、上海、拉萨三个机场的限重天数将显著增加，乌鲁木齐机场在2℃温升背景下将需要限重。其中拉萨机场对增暖最为敏感，在1.5℃和2℃全球温升情景下，拉萨机场的限重天数将由当前的7天分别增加到的25和46天。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。
气候变暖背景下导致极端热浪的频率和强度增加，观测数据表明全球变暖使得全球80%地区的创纪录热浪发生概率有所提高。2017年7月上海最高气温达到40.9℃，创145年最高纪录。2017年9月，美国湾区多地出现创纪录历史高温，其中旧金山连续两日最高气温达到41℃，打破了自1874年有气温记录以来的历史最高纪录。2017年6月下旬，美国航空公司取消了40多架从亚利桑那州凤凰城出发的班机，其原因是接近48.8℃的高温，导致一些飞机无法起飞。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。
（三）增暖背景下雾霾天气增多影响航空安全
气候增暖背景下静稳天气增多，导致雾霾影响飞机飞行安全的风险增高。雾霾通常天气能见度低于10 km，且变化缓慢，持续时间长，几乎不受日变化影响，且不容易消散，一方面雾霾天气导致飞机着陆中看不清跑道，使飞机偏离跑道或过早、过迟接地；另一方面雾霾天气导致飞行指挥员看不见飞机，容易造成指挥错误；此外，雾霾天气导致能见度达不到起飞或降落要求，增加了航班延误或取消频率，同时，飞行员看不清地标只凭感觉和仪表飞行时，由于心理压力产生操纵错误，从而引发事故。因此，增暖背景下的雾霾天气增多给航空飞行活动的安全提出了巨大挑战。2010年8月24日21时38分，B3130号航班执行哈尔滨至伊春客运任务时，在黑龙江省伊春市林都机场着陆过程中失事，导致44人死亡和52人受伤。数据显示，1951-1985年，发生过245次与气象有关的严重飞行事故，其中受能见度影响的占47起，达到了19.2%，仅次于低云。
（四）增暖背景下导致航班飞行时间增加
全球气候变暖导致飞机飞行时间增加，并导致二氧化碳排放增多。由于全球变暖，飞机穿行的大气环境特征正在发生着变化。气候变化对航空的影响包括增强的湍流和增加的起飞重量限制，也导致了飞行时间的增加。风速是造成91%飞行时间差的原因。已有研究表明当大气中的二氧化碳浓度加倍时，横渡大西洋的伦敦飞往纽约的航班发生了显著变化，即无论哪个季节，盛行急流风的增强引起了东向航班航行时间显著缩短，而西向航班航行时间显著增加。东向航行缩短的时间和西向航行延长的时间并未相互抵消，而是使得往返航行时间增加。在冬季东西向往返时间增加了近2倍，东向航班航行时间约为5.3个小时，而西向航班航行时间则超过了7个小时。即使未来航班数量没有增加，所有横渡大西洋的航班飞机每年在空中的航行时间将额外增加2000小时，将额外燃烧7200万加仑的喷气燃料，额外花费近2200万美元，并额外排放7000千克二氧化碳。根据联合国政府间气候变化专门委员会数据显示，全球航空公司造成了约3.5%的温室气体排放，从而导致了气候变化。厄尔尼诺现象也对全球航空业产生了显著影响。太平洋赤道部分的水表层温度变化所产生的大气波会冲向东西半球更高纬度区域，从而改变高纬度环流性质，导致航空飞行时间的变化。已有研究数据显示，美国每天飞行约3万个商业航班。如果往返的总飞行时间存在一分钟的变化，商业航班每年在将多出18.25万小时，导致消耗大约10亿的附加喷射燃料，并且导致每年排放100亿千克的二氧化碳。
（五）气候变化导致飞机腐蚀现象加剧
气候变化导致的大气环境变化加剧了飞机的电化学腐蚀、应力腐蚀和高温氧化腐蚀。电化学腐蚀的两个基本条件是电位差和电解质溶液。构成飞机的航空材料多为铝合金，客观上存电化学腐蚀的可能。由于飞机飞机中时常穿越温度和湿度差异较大的气候带。气候变化背景下大气中的二氧化碳和二氧化硫等气体，在空气湿度高的地区，吸附在铝合金等航空材料的潮湿表面并电离生成电解质溶液，为金属材料发生吸氧腐蚀提供了必要条件。同时飞机存在大量的结构连接间隙，会造成电化学腐蚀蔓延的风险。长期运行在海洋等潮湿中的飞机电化学腐蚀问题更为突出。海洋环境的特点是空气湿度特别高且大量存在Cl-离子，可以直接穿透目前大部分抗氧化防护涂层而破坏航空材料。尤其气候增暖背景下海洋上空湿度会不断提高，同时飞机穿越气候差异大的地区时容易造成飞机表面的积冰和积水问题，造成应力腐蚀。因此，气候变化导致的飞机电化学腐蚀和应力腐蚀将有增大风险。此外，气候变暖后极端高温频发会对飞机发动机产生高温氧化腐蚀，极大的消耗了发动机的使用寿命，增加发动机安全风险。
（六）气候变化影响了高高原机场飞机起飞条件
高高原机场，是指海拔高度在2438米及以上的机场。目前世界上运行中的高高原机场有25个，其中我国有13个；全球范围内海拔超过3500米的高高原机场11个，其中我国有8个；5个海拔超过4000米的高高原机场，4个都在我国。这些高高原机场集中在青藏高原和云贵高原，地理环境复杂，净空条件差，天气复杂多变，地方性特点突出，时常出现的大风、雷暴、低云、低能见度、低空风切变等天气现象，极大地增加了航空安全保障的难度。同时高高原机场运行的飞机构型要求特殊。已有研究表明海拔较高地区对气候变化的响应较之低海拔地区敏感。未来随着气候增暖不断加剧，必将导致高高原机场基础设施、设备和起飞条件均有不同程度变化。
（七）气候变化导致飞机飞行颠簸频率增多
气候变暖导致飞机遭遇晴空湍流现象频发，使得飞行更颠簸，甚至造成人员伤亡。二氧化碳增多会导致飞机遭遇晴空湍流现象频发。30000英尺以上湍流源于高速气流带来的涡流与不稳定气流。高速气流是相对较窄、自西向东围绕地球的气流带，南北半球各有两条。高速气流跟随热带气团与极地气团的等温线自北向南传播。气候变暖加快了高速气流的传播。不同强度的晴空湍流导致的飞行颠簸对旅客的影响不同。目前全球大气中二氧化碳的平均浓度是400ppm，预计本世纪末期二氧化碳浓度将上升到560ppm，是工业化前水平的两倍。这将导致晴空湍流增多，飞机颠簸频率上升，其中轻度颠簸上升59%，轻至中度颠簸上升75%，重度颠簸将上升149%。这意味着旅客将面临更多打翻饮料的困扰，听到更多系好安全带的警告。重度颠簸甚至会造成人员伤亡，必将给航空业带来严峻挑战。
五、航空业对气候变化的影响不容乐观
航空业也对气候变化产生显著影响：
首先，航空业产生的二氧化碳加剧了全球气候变暖和环境问题。联合国政府间气候变化专门委员会日前发布报告称，尽管航空排放的温室气体仅占全球总量的3.5%，但由于飞机排放的二氧化碳和其他污染物对气候变暖的影响更大，因此航空排放对地表增温作用更明显。飞机在高空排放的二氧化碳能在大气中存留100年以上，且二氧化碳与其他气体和颗粒物排放组合后对气候变暖的效应将达到二氧化碳自身的2倍或4倍。
其次，除了导致全球变暖以外，飞机排放还会形成酸雨和烟雾。美国环保局发布报告指出，美国飞机排放的氮氧化物约占全美总量的1%，而在机场周围的一些区域能达到4%。从2002年到2010年，全球商业航班增长了9%，而到2020年将再增长34%。这将意味着，如果现在放任航空造成的二氧化碳排放，在其他领域做出的减排努力很可能徒劳无功。
再次，航空业加剧了雾霾天气的发生。飞机由于自重大、耗油量大，其污染排放量也相当大。北京首都国际机场年均起降飞机约56万架次，发送旅客8400万人次、货运量达到200万吨，是我国最大和最繁忙的机场。据相关研究表明，1架空客380型飞机，起降时耗油为2吨，相当于600辆出租车一天的耗油量和废气排放量。据此推算56万架次的飞机起降，每年约排放二氧化硫1188吨、氮氧化合物20563吨、可吸入悬浮颗粒物88吨，相当于128.6万辆机动车的空气污染排放量；按照北京机动车摇号政策每年净增9万辆计算，北京首都机场因飞机起降导致的污染物排放量将消耗北京15年的机动车调控指标。按照全球机场中转量数据即20%计算，每天约有18万人从北京首都机场进入市区，按照地面交通和轨道交通各50%的比例计算，9万人乘坐机动车出入机场，每年产生4000亿升汽车尾气。机场临空经济区的工业产业活动每年产生156.6亿立方米工业废气。北京首都国际机场位于北京东北部，处在冬季进风口，上述污染物，加剧了北京雾霾天气。
此外，值得注意的是，航空业的社会认识，处在高端产业；以飞机为核心的临空经济区利益本复杂，治理手段有限；加之目前技术手段有限，对高空污染物排放检测困难。而航空业近几十年来在航油和速度等技术上突破甚微，已步入中端产业和污染治理中的低端产业。
六、我国亟需开展气候变化对航空影响的科学评估
气象保障对于民航业尤为重要。在国际上，气候变化对民航业的影响逐渐受到重视。美国国家科学院于2012年颁布了《机场气候适应和恢复力》科学报告；欧洲航空安全组织（EUROCONTROL）也于2013年出台了题为《气候变化风险和恢复力》的评估报告。国际科学界围绕气候变化对航空业的影响问题研究近年来亦不断有大量成果涌现，科学认知不断加深。而我国尚未有相应评估报告问世。在1880-2012年期间，全球陆地和海洋平均表面温度升高了0.85℃。1900-2015年，中国表面温度呈现（0.121℃±0.009℃）/10年的增温趋势。伴随平均温度的升高，极端天气和气候事件频发且强度不断增强。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。伴随全球温度的升高，极端天气和气候事件等对民航业的影响愈发显著，而关于气候变化对我国民航业的影响问题，国内目前的认知水平尚存在不足。受限于历史资料的获取和气候模式的水平，相关研究工作尚处于探索性阶段，因此，航空气象和气候变化的综合评估工作，亟待加强而且已经迫在眉睫。
七、对策建议
2017年我国通用航空飞行小时数仅不到美国的3%，甚至明显落后于巴西和南非等发展中国家，发展严重滞后和不平衡。随着我国社会经济的发展，民航业发展潜力巨大。因此，气象部门必须抓住民航发展机遇期，以“智慧气象”为理念，以“安全航空”为目标，以“气候变化”为抓手，全面参与到民航的发展建设中。主要建议如下：
（一）以军民融合战略为抓手，在充分考虑气候变化的基础上，三方协同科学规划未来新建机场布局。气候变化以其多样化的方式从功能和结构方面影响着航空业。在全面开展气候变化对航空业影响评估的基础上，需要高度重点气候变化对新建机场的多样性和复杂性影响，合理布局和规划民用和军用航空机场。中国气象局、中国民用航空局和军方需要协同合作，通过顶层设计，科学高效规划促进未来新建机场的安全运营。
（二）以中国气象局和中国民航部门为主，深化航空气象数据共享平台建设。虽然我国民航已建立了面向运输航空的基本气象服务体系，气象信息服务和天气预报能力不断提升，但仍存在民航气象信息共享不充分等问题，亟需利用互联网技术实现民航气象数据共享，提升气象服务能力，优化服务品质。因此，亟需以中国气象局和中国民航部门为主，通过协同设计、协同实施和协同推广来有序推动航空气象数据共享平台建设。
（三）系统开展气候变化对航空业影响的综合评估和区划工作，并基于区块链技术搭建多方协同参与的航空气象服务平台。此外以中国气象局为核心的我国气象部门需要全面参与到我国新建机场规划中，新建机场需要充分考虑气候变化对飞机起飞的影响，并开展不同地区和季节民用航空的风险评估和区划工作，并基于区块链技术尽快搭建多方协同参与的信息化程度高、资源集中、功能全面的航空气象服务平台。
（四）大力开发各类航空气象指数保险。随着我国民航业的不断发展，旅客的维权意识越来越高，航班延误时的旅客补偿问题渐渐地成为了焦点。欧美等发达国家都对航班延误时补偿方面有着完善的制度，而我国在此方面却基本属于空白。航班延误补偿制度的缺失导致我国民航业在遭遇航班延误补偿时产生混乱，严重地影响了航空公司的运行效率，增加了运行成本，干扰了国民生产生活秩序。因此，亟需采用非工程措施中的金融手段，大力发展各类航空气象指数保险，化解因气候变化导致的航空业的长期风险。针对特殊航班运输任务，还应通过再保险手段进行风险转移。
（五）高度重视航空业污染物排放对雾霾产生的影响。目前北京正在建设的新机场位于北京城区出风口。如北风较大，城区污染物容易扩散至此；如东南气流较强，航空业产生的污染物则可能进入城区。因此，需要全面深入研究飞机及临空经济区污染物排放在雾霾产生中的机理及其占比。
（六）定期对航空服务人员开展增暖背景下飞机飞行和地勤服务中新显现风险的应对培训。以中国气象局和中国民航培训系统为核心，通过相互合作，优势互补，取长补短，开展变化环境背景下的新型风险应对培训。除应急技能培训外，尤其应增加空乘服务人员在恶劣环境下的心理调节培训。
作者简介：
孔锋，清华大学公共管理学院/应急管理研究基地助理研究员。
李航，中国民航大学中法联合空管应用数学研究中心助理研究员。
