机场跑道的磁性
机场跑道的磁性
麦启伦
2019年12月
机场跑道命名的约定
一般情况下,机场跑道的名称 (从01至36) 会取自指南针上的读数,做法是以磁北方向为起点,选取最接近 10 度单位的读数,并丢弃在最后的个数位。大型机场的跑道会有一些附加指示代号,例如利用 L或R分别代表左或右边的跑道。
在香港国际机场(HKIA),跑道命名亦是使用上述根据磁北定向的做法。 例如,07L 是指当飞机从磁北向大约 70 度的方向飞行时左侧的跑道,而 07R 则是指右侧的跑道。
指南针是测量方向最便捷的工具。为了方便应用,航空图表和仪器都会使用磁方向,而所有跑道也通常用磁北定向来命名。

图一 香港国际机场的两条平行跑道,跑道以07L、07R、25L和25R标识。

图二 在香港国际机场北跑道西端的跑道标志"07L" (资料来源:Google)
什么是地理北极(Geographic North)和磁性北极(Magnetic North)?
地球的自转轴指向地理上的南北两极(又名"真北"和"真南")。 真北位于北冰洋的中部,而真南则位于南极洲。在一般应用中,它们可以视为静止不动的。
磁北是指磁性北极。地球的磁极之所以存在,是因为它的磁场。磁场由在地心流动的液体所产生的电流而造成。液体在地球外核(位于地球表面以下约2,800至5,000公里的熔融金属区域)复杂的流动会导致磁场随时间缓慢地变化。
通常指南针与地球磁场是对齐的,并指向磁北极。真北与磁北之间的水平角差称为"磁变化"或"磁偏角",它会随时间和地理位置变化。

图三 World Magnetic Model(WMM)2020版本的主偏角(D)等高线图(来源:NOAA / NGDC(WMM))
使用磁北读数约定带来的问题
大自然中的磁性异常
磁场会在地球表面缓慢漂移,磁性向也会不断变化。磁北极每年移动可能多达65公里,并正从加拿大某处稳定地移向俄罗斯方向。在预先规划飞行路线时,小型飞机的飞行员会在航空导航地图上使用真北来绘制航线。真北方位会转换为磁北, 以便使用罗盘进行平面导航。然后,在航线图上再加上或减去这些局部地区性磁变化来微调。
周边环境人为的影响
根据英国航空事故调查局(AAIB)一份关于2006年10月31日的案例审查,一架从伦敦城市机场(LCY)出发前往布鲁塞尔的航机(Raytheon Hawker 800XP),机上两个主飞行显示器(PFD 1和PFD 2)显示有很大的方向差异,而PFD 1与备用仪器亦然。即使将紧急程式切换至航姿参考系统 (AHRS),问题仍然持续,读数并不可靠。最终,机长要求航空交通管制协助折返伦敦城市机场。
AAIB追溯了LCY 的前身。机场在1987年曾经是一个航运码头,同时在仓库区的周围也有铁路运行。码头墙壁上还有大型的铸铁护栏,用于捆扎船只。调查发现,修建机场时,铁轨并没有完全拆除,码头墙上的护栏亦只有外露的部份被拆除。此外,在飞机存放区的地下,还发现了一个用钢筋网包裹的混凝土桩,这是一些已废弃了的石油管道。
当AAIB 检查员在绕过28号跑道的飞机存放区时,手持指南针所显示的方向偏差可高达 +/- 60 度。调查报告的结论指出,罗盘出现的较大偏差是由几个铁磁特征异常所引起的,主要来自地下的堆梁结构(柱子)、钢筋包裹的混凝土、以及地下还未拆除的铁路线。
有见磁北所带来的上述问题,为何机场的跑道仍然使用磁北命名? 请留意「机场跑道的磁性」下集。