南極長城站地區(qū)機(jī)場氣象環(huán)境分析

孟上，劉志剛，許淙,吳麗俠

（1.國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081；2.河北省青龍縣氣象局，河北 秦皇島 066599）

1 引言

中國南極長城站位于南極喬治王島（62°12′S,58°57′W），距離南美大陸最南端的智利城市彭塔960多千米，是進(jìn)入南極半島的重要門戶。智利南極馬爾什機(jī)場是喬治王島上可全年起降大型客貨飛機(jī)的機(jī)場，距離中國南極長城站約2 km。近年來隨著南極旅游和科學(xué)考察活動(dòng)的增多，馬爾什機(jī)場的飛行活動(dòng)十分頻繁，每年有很多人員乘飛機(jī)到喬治王島，也有在此轉(zhuǎn)乘其它交通工具深入南極大陸腹地。根據(jù)中國南極考察航空發(fā)展計(jì)劃，不久的將來中國的飛機(jī)也將在此執(zhí)行科學(xué)考察和人員、物資運(yùn)輸飛行。

南極航空氣象保障是實(shí)施中國南極飛行計(jì)劃的重要工作之一。作為航空氣象保障工作的第一步，我們分析了長城站地區(qū)對(duì)飛行至關(guān)重要的氣象要素氣溫、能見度、云、降水和大風(fēng)的特征以及不同季節(jié)的飛行天氣條件。這些結(jié)論既是制定飛行計(jì)劃的依據(jù)，也是航空氣象預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)。

2 長城站地區(qū)地形及氣候特點(diǎn)

長城站地區(qū)氣候?qū)贅O地海洋性氣候,常年低溫潮濕。緊鄰的德雷克海峽是繞極氣旋的主要通道之一，又是低緯度暖濕空氣與南極大陸冷空氣以及冷暖水團(tuán)的交匯地[1]。因此，長城站地區(qū)的天氣變化比位于東南極大陸的中山站更為復(fù)雜，影響飛行的氣象要素更多[2]。

喬治王島上的馬爾什機(jī)場建在海邊（見圖1），有一條南北向的渣土跑道。機(jī)場兩面臨海，周邊多小丘陵，機(jī)場地勢(shì)相對(duì)開闊。機(jī)場距離冰蓋較遠(yuǎn)，周邊地勢(shì)平坦，不存在產(chǎn)生強(qiáng)烈下降風(fēng)的地形條件。根據(jù)長城站近30年的氣象觀測記錄，沒有雷雨等強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。因此，排除了強(qiáng)對(duì)流和下降風(fēng)所產(chǎn)生的低空風(fēng)切變現(xiàn)象。我們認(rèn)為影響該地區(qū)航空飛行的主要?dú)庀笠厥菤鉁亍⒛芤姸?、云、降水和大風(fēng)[3]。根據(jù)南極天氣特點(diǎn)和長城站地區(qū)地形特點(diǎn)，利用長城站氣象資料分析馬爾什機(jī)場天氣氣候特點(diǎn)。

本文所用數(shù)據(jù)為長城站1987—2012年自動(dòng)和人工氣象觀測數(shù)據(jù)。

3 真太陽時(shí)和氣溫變化

長城站有明顯的極夜極晝現(xiàn)象（見圖2），9月至第二年4月每日白晝時(shí)間都在10 h以上；5月至8月每日白晝時(shí)間少于10 h。最長白晝時(shí)間出現(xiàn)在12月，日照時(shí)間19小時(shí)43分；最短白晝時(shí)間只有4小時(shí)3分，出現(xiàn)于冬季的6月?？梢姸?、夏季的日航飛行時(shí)間相差甚多。

圖1 喬治王島上智利馬爾什機(jī)場

圖2 長城站各月最長日出至日落時(shí)間（單位：h）

圖3 長城站1987—2012年各月平均溫度變化

長城站的緯度相對(duì)較低，其月平均溫度變化特點(diǎn)和南極內(nèi)陸站略有不同，但是“夏季短暫冬季漫長”這一特點(diǎn)還是很明顯的[4]。長城站年平均氣溫是-2.2℃，12月至3月的平均氣溫在0℃以上，其余月份的平均氣溫都低于0℃。1月和2月的平均溫度最高，同為1.8℃，說明夏季的天氣形勢(shì)比較穩(wěn)定；7月的平均氣溫最低，為-6.5℃。10月和4月的升、降溫幅度最大，分別是1.7℃和-2.4℃（見圖3）。

圖4是夏季1月份和冬季7月份的溫度日變化。夏季1月的日最高溫度出現(xiàn)在午后13—16時(shí)，最低溫度出現(xiàn)在凌晨2—5時(shí)，日平均最大溫差是1.8℃，氣溫日變化的幅度小是夏季極晝現(xiàn)象、多陰雨天氣以及相對(duì)平穩(wěn)的天氣形勢(shì)等因素綜合的結(jié)果。冬季7月的日平均最大溫差僅有0.3℃，溫度日變化沒有明顯的峰谷值，是極夜、多陰天和地表全部被冰雪覆蓋等因素的結(jié)果。冬季太陽輻射升溫的作用很小，氣溫變化主要是溫度平流的作用。

圖4 長城站1987—2012年日平均氣溫變化

4 能見度和海霧

喬治王島低能見度天氣是對(duì)飛行安全的最大威脅。長城站年平均出現(xiàn)能見度低于10 km的日數(shù)是257 d，低于1 km的日數(shù)是112 d，由此可見該地區(qū)出現(xiàn)低能見度天氣的頻率是很高的。冬季低能見度天氣略多于夏季（見圖5）。海霧是造成低能見度的主要原因，其次是吹雪和降雪，降雨。冬季多降雪和吹雪，夏季多海霧和降雨。

長城站地區(qū)年平均霧日143 d，夏季海霧明顯多于冬季（見圖5）。觀測記錄顯示，長城站在全天任何時(shí)間都有出霧和消霧的可能。長城站地區(qū)海霧多是平流冷卻霧，地處南大洋南極鋒的南側(cè)和繞極低壓帶的獨(dú)特地理位置決定了長城站多海霧的天氣特點(diǎn)，夏季更有利于海霧的產(chǎn)生。大氣環(huán)流形勢(shì)，氣團(tuán)性質(zhì)和海、氣溫差決定了霧的生成、維持和消散；海霧最主要的天氣型是“東高西低”，海霧的持續(xù)時(shí)間取決于高壓在南極半島維持時(shí)間的長短[5]。圖6是海霧持續(xù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，大部分（51%）海霧的持續(xù)時(shí)間不超過24 h。

圖5 低能見度天氣和海霧的月平均發(fā)生天數(shù)

圖6 海霧的持續(xù)時(shí)間

圖7 各月總云量（成）、低云量（成）和晴好天氣（天）的分布（1987—2012年資料統(tǒng)計(jì)）

圖8 月平均降水量，降水和吹雪天數(shù)（1987—2012年資料統(tǒng)計(jì)）

5 云狀及云量

長城站終年為多云到陰天氣，各月的平均總云量均在8成以上。低云的比例很大,平均為7成（見圖7）。長城站地區(qū)出現(xiàn)的云主要是低云，并以層積云為主，云底高度約800 m。

夏季平均云量略大于冬季。一年中出現(xiàn)的晴好天氣（云量少于2成）平均僅有56 d，且冬季多于夏季（見圖7）。冬季雖然大風(fēng)日多、風(fēng)速大，但大氣底層?xùn)|南風(fēng)的出現(xiàn)率高，所攜帶的氣團(tuán)來自南極大陸，寒冷干燥，高壓區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)少云天氣。而夏季西北氣流盛行，來自低緯度海洋的暖濕空氣產(chǎn)生了更多的云量。

6 降水

長城站月平均降水日數(shù)是25 d，季節(jié)差異很小，年平均降水量約為521 mm。夏季1—3月份的降水量明顯地大于其它各月（見圖8）。夏季主要是降雨或雨夾雪，從4月份開始隨著氣溫的下降，降雨減少，降雪逐漸增多，吹雪集中發(fā)生在冬季的6—10月。降水及吹雪天氣常常伴隨著低能見度，對(duì)飛機(jī)的起降安全有直接影響。

7 風(fēng)向與風(fēng)速

長城站年平均大風(fēng)日數(shù)148 d，平均風(fēng)速是7.4 m/s。月平均風(fēng)速和大風(fēng)日數(shù)的分布有很好的一致性，冬季各月的平均風(fēng)速和大風(fēng)日數(shù)均高于夏季（見圖9）。11月至2月平均風(fēng)速和大風(fēng)日數(shù)是低值，1月份的大風(fēng)日數(shù)和平均風(fēng)速分別是6 d和6.2 m/s，為全年最小值。3月份大風(fēng)數(shù)日明顯增加，8月至10月的大風(fēng)日數(shù)最多，均為16 d，10月份的平均風(fēng)速最大是8.5 m/s。1991年6月記錄到37.7 m/s的極大風(fēng)速值。長城站風(fēng)速的日變化微弱，夏季1月份，日風(fēng)速的高值出現(xiàn)在13—17時(shí)，低值出現(xiàn)在凌晨4—5時(shí)，冬季風(fēng)速?zèng)]有明顯的日變化（見圖10）。

圖9 月平均風(fēng)速和大風(fēng)日數(shù)

圖10 風(fēng)速的日變化

圖11 盛行風(fēng)向和平均風(fēng)速

長城站地區(qū)全年的第一盛行風(fēng)向是西-西北，第二盛行風(fēng)向是東南-東南東（見圖11a）；冬季，東南-東南東風(fēng)向的出現(xiàn)率明顯。東-東南風(fēng)向的風(fēng)速高于其它風(fēng)向（見圖11b）。這是因?yàn)闃O地高壓較副熱帶高壓更為強(qiáng)盛，地面低壓中心南側(cè)的東風(fēng)、東南風(fēng)遠(yuǎn)比低壓中心東側(cè)和北側(cè)的北風(fēng)和西風(fēng)來的強(qiáng)烈。冬季的大氣環(huán)流形勢(shì)更有利于出現(xiàn)東南-東南方向的風(fēng)。全年南風(fēng)的出現(xiàn)率最低，平均風(fēng)速值也是最小。

8 結(jié)論和討論

（1）長城站夏季短暫，12—3月份的平均氣溫高于0℃，氣溫日變化小，日航時(shí)間長，有利于飛行；冬季漫長，氣溫低，氣溫變化主要是溫度平流，日航時(shí)間短，不利于飛行；

（2）長城站終年多陰雨雪天氣，晴好天氣很少。低云量大，多是層積云，云底高度約800 m。對(duì)飛行起落時(shí)能見度有影響；

（3）低能見度天氣的出現(xiàn)率很高，是飛行安全的最大威脅。冬季低能見度天氣多于夏季。低能見度的主要成因是海霧、降水和吹雪。冬季多吹雪和降雪，夏季多海霧和降雨；

（4）12月至2月是平均風(fēng)速和大風(fēng)次數(shù)的低值時(shí)段，3月至10月是高值時(shí)段。風(fēng)速的日變化微弱。全年西-西北風(fēng)向是第一盛行風(fēng)向，東南-東南東風(fēng)向是第二盛行風(fēng)向，東-東南方向的風(fēng)速明顯高于其它風(fēng)向。

與南極中山站地區(qū)比較，長城站所在的喬治王島的機(jī)場條件優(yōu)越，但是氣象條件更為復(fù)雜，常因天氣原因變更或取消飛行安排。各季節(jié)均有有利和不利于飛行的氣象條件，需要根據(jù)飛行任務(wù)和不同季節(jié)的天氣氣候背景制定飛行計(jì)劃。

[1]King J C,Turner J,張占海等譯.南極天氣和氣候[M].海洋出版社.2007:215-217.

[2]許淙,孟上,李永生,等.南極中山站地區(qū)航空飛行的天氣條件[J].海洋預(yù)報(bào).2012,29(1):58-59.

[3]周建華.航空氣象業(yè)務(wù)[M].氣象出版社.2011:10-20.

[4]King J.C.,J.Turner.張占海等譯.南極天氣和氣候[M].海洋出版社.2007:75-76.

[5]楊清華,張林,薛振和,等.南極長城站海霧特征分析[J].極地研究.2007,19(2):111-120