空中交通系统运行过程中,在受到恶劣天气、军事活动或其它特殊重要活动等影响下,空中交通系统的航班运输性能会受到不同程度的破坏,引发系统的脆弱性。文章从空中交通系统的机场、航路和管制扇区入手,建立空中交通相依网络,分析空中交通系统在受到外界扰动下系统脆弱性的表现规律,研究空中交通系统表现脆弱性的原因,最后提出脆弱性改进的策略。空中交通相依网络建模与特征分析。运用复杂网络及其相关理论,构建机场、航路以及管制扇区三个层网络,以三层网络为基础构建空中交通相依网络。基于空中交通管理的规则,建立三个层网络间的连接关系,并研究分析层网络间的故障传播关系,为研究空中交通相依网络的脆弱性奠定基础。空中交通相依网络的脆弱性分析。采用网络的连通子图和网络结构熵分析空中交通相依网络的结构脆弱性;采用流量熵和交通流损失比分析空中交通相依网络的功能脆弱性。以华北地区的数据进行实证分析,研究结果表明,随机扰动对空中交通相依网络影响更大;网络的结构脆弱源与功能脆弱源是机场网络;网络的脆弱性与层网络间的连接方式和层网络的交通量不匹配有关。空中交通相依网络的脆弱性识别与改进。应用自组织临界理论对系统的广延耗散性与规模—频度幂律特性进行分析,结果表明空中交通系统存在自组织临界性,表现为网络发生级联失效的现象。基于空中交通相依网络的脆弱性分析,对网络失效的节点临界阈值进行识别,对关键的重要节点进行重点保护,保障空中交通相依网络的结构与功能的完整性;并依据网络的流量熵值总和最小对机场网络的节点流量进行协调分配,改进网络的脆弱性,优化空中交通系统的航班运输性能。