大理機場周邊環(huán)境改變對飛行氣象條件的影響

高 兵，王周鶴，趙建偉，畢 波

(云南機場集團公司大理機場，云南 大理 671000)

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大理機場周邊環(huán)境改變對飛行氣象條件的影響

高 兵，王周鶴，趙建偉，畢 波

(云南機場集團公司大理機場，云南 大理 671000)

利用2013—2014年大理機場周邊區(qū)域的實地觀測數(shù)據(jù)，分析了不同環(huán)境改變類型對氣象要素的影響特征，同時基于2007—2013年大理機場與大理市氣象站各種氣象要素對比分析了機場飛行氣象條件的變化趨勢。結果顯示，城市化發(fā)展造成的環(huán)境變化對大理機場的飛行氣象條件在氣溫、地面風、降水和部分天氣現(xiàn)象上有較明顯的影響，預期氣溫升高、風向偏轉(zhuǎn)、平均風速增大、降水減少、能見度趨好，雷暴、強降水等極端性天氣更為顯著。

飛行氣象條件；環(huán)境變化；城市化；變化趨勢

1 引言

機場的飛行氣象條件，是指機場及其周邊區(qū)域的風、能見度、溫度、濕度、氣壓、云、天氣現(xiàn)象等對飛行有直接影響的氣象要素。機場的飛行氣象條件具有明顯的局地氣候特征：范圍小，差別大，變化快，日變化劇烈，極易因環(huán)境的變化而改變。

我國規(guī)定在城市規(guī)劃、新建工程項目前必須作環(huán)境影響評價，并進行氣候可行性論證。在新建機場的選址階段，氣象條件也是重要的決定因素，需要通過收集、分析氣象資料確定機場的飛行氣象條件。但一個機場建成后至少要使用幾十年的時間，在這期間，機場周圍環(huán)境的變化是必然的，局地氣候及飛行氣象條件也會隨之改變。目前的研究多局限于機場現(xiàn)有氣象資料變化規(guī)律的分析總結，被動地去適應改變后的飛行氣象條件，使飛行氣象服務工作存在很大的滯后性，也帶來了極大的安全隱患。因此，有必要密切關注機場周邊環(huán)境的變化，同步研究環(huán)境變化與機場飛行氣象條件的相關性，預估飛行氣象條件的變化趨勢。

云南大理機場局地氣候特點明顯，各種氣象要素受地形、地貌影響較大，從 2011年起，隨著大理市工業(yè)發(fā)展和城市化建設快速推進，大理機場周邊環(huán)境發(fā)生較大改變，研究大理機場周邊環(huán)境正在發(fā)生的改變對飛行氣象條件的影響，具有較好的代表性和迫切的現(xiàn)實意義。

2 環(huán)境改變對飛行氣象條件影響分析

2.1 大理機場氣候概況

大理機場為典型的高原山地機場，地處滇西北橫斷山脈最南端，洱海盆地南部，區(qū)域內(nèi)地形總勢西北高、東南低，全區(qū)山勢陡峭挺拔、河谷縱橫深切其間，海拔懸殊較大。機場場址位于大理市洱海東南岸、南北走向的一小山丘上，東靠群山，西鄰洱海、點蒼山。

大理機場主要受高原季風氣候影響，屬低緯高原季風氣候區(qū)。氣候特點主要表現(xiàn)為四季不明顯、冬無嚴寒、夏無酷暑，受季風環(huán)流影響，全年分為干季、雨季兩個自然天氣季節(jié)，干涼同季、雨熱同季，干雨季分明。干季(11月—次年4月)主要受來自南亞的暖干大陸性氣團控制，在南支西風氣流影響下，多晴朗少云天氣，能見度較好，雷暴、強降水、降雪等天氣較少出現(xiàn)，但大風日數(shù)多。雨季(5—10月)受來自孟加拉灣西南暖濕氣流和太平洋副熱帶高壓外圍暖濕氣流影響，風速較小，降水多，多雷暴、短時強降水等強對流天氣，低云低能見度天氣相對較多。

2.2 機場下墊面變化情況

大理機場原處于城市郊區(qū)山巒地帶，距離市區(qū)8 km，東、北兩側(cè)為山區(qū)林地，西側(cè)約3 km處間隔丘陵山地是洱海，南面為湖盆農(nóng)田。近幾年隨著大理城市化發(fā)展使機場的周邊自然環(huán)境產(chǎn)生了巨大變化，對比2013年與2011年以前的機場周邊區(qū)域衛(wèi)星地圖，湖濱的滿江片區(qū)已呈現(xiàn)城市雛形，地貌變化最明顯的是機場東北側(cè)的工業(yè)園區(qū)和北面的海東新區(qū)，大面積山地被開挖平整，而鳳儀工業(yè)區(qū)變化相對較小。

圖1 2013年與2011年以前機場周邊區(qū)域衛(wèi)星地圖對比

根據(jù)規(guī)劃，2025年大理機場周邊的城市化建設規(guī)劃總面積將達到80 km2，機場周邊原有的村莊農(nóng)田和丘陵林地逐步被城市建筑所替代，將徹底改變下墊面的物理性質(zhì)，城市氣候的特點也將在機場飛行氣象條件中逐步顯現(xiàn)。根據(jù)機場周邊環(huán)境近3 a的變化歷程，通過查閱多方資料，整理出各片區(qū)2011—2013年逐年各類城市化建設情況(表1)。

表1 各片區(qū)逐年城市化建設情況

綜合分析上表，按照農(nóng)田被平整、農(nóng)田建設為城市建筑、山地被平整、山地建設為城市建筑等4種類型分類，得到4個區(qū)域的地貌改變情況(表2)。根據(jù)目前完成進度，到2025年全部區(qū)域按規(guī)劃建成，還需要按照不低于近3 a的開發(fā)速度進行城市化建設，也就是環(huán)境的改變程度仍將持續(xù)，對機場氣候的影響也具有持久性。

表2 地貌逐年改變情況

2.3 周邊環(huán)境實地觀測分析

在機場周邊選取有代表性的6個主要觀測點(表3)，從2013—2014年上半年分季節(jié)對氣溫、濕度、地面風等氣象要素進行連續(xù)一周的實地觀測，并選取了12個觀測點對農(nóng)田、山林、城鎮(zhèn)、開挖平整地面等不同環(huán)境做實地觀測，觀測點主要集中在主降跑道兩端及環(huán)境變化較大的東側(cè)(圖2)，使用氣象測量設備為長春產(chǎn)便攜式氣象儀。

圖2 實地觀測地點

表3 主要觀測點

根據(jù)實地觀測結果的對比分析，統(tǒng)計出機場周邊環(huán)境改變的4種類型環(huán)境變化前后的年平均氣溫、濕度差異(表4)。數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)田、山地被平整后氣溫上升、濕度下降，其變化幅度要比成為建筑后更明顯，分析認為平整硬化后的土壤地面增溫效應明顯、保水性差，而現(xiàn)代城市規(guī)劃中對綠化有嚴格的要求，草坪、景觀植物的種植能夠有效緩解增溫、降濕效應；并且農(nóng)田環(huán)境的植被要好于山地環(huán)境，因此農(nóng)田環(huán)境改變后引起的氣溫、濕度變化，要大于山地環(huán)境的改變。對地面風的觀測顯示，機場周邊的山地被開挖平整為大片臺地后，風速要大于原有地形，并且沿機場東南側(cè)有逆時針的風向繞流現(xiàn)象。

表4 不同環(huán)境變化氣溫、濕度差異表

2.4 機場近年飛行氣象條件變化特點分析

近年來大理機場各種氣象要素出現(xiàn)了新的特點，選取機場氣象資料(觀測點位于跑道北端)比較完整的2007—2013年，以前4 a(2007—2010年)和后3 a(2011—2013年)的氣象資料代表環(huán)境變化前后的情況，分析近年來大理機場飛行氣象條件各要素的變化特點。

對比大理機場平均風向頻率玫瑰圖(圖3)，機場最多風向由東南偏南風轉(zhuǎn)為東南風，平均風向有向東偏轉(zhuǎn)的趨勢，分析認為這是由于機場東側(cè)山地平整后加強了氣流的逆時針繞流作用而造成的。

同時，平整后的下墊面摩擦作用減小，使平均風速較原來有所增大，而風的陣性特征減弱，大風現(xiàn)象相對減少。經(jīng)對比分析后，得到機場其他氣象要素的變化情況歸納為表5。

分析2007—2013年逐年總云量和低云量的變化情況表明，大理機場近3 a的總云量與均值相差不大，低云量與均值基本相當。

2.5 大理機場與大理市氣象站氣象要素對比分析

大理市氣象站屬于國家基本氣象站，與大理機場同處洱海盆地隔湖相望，相距15 km，位于城郊農(nóng)田間，氣象探測環(huán)境保護較好，大理市氣象站的氣象要素只受氣候環(huán)流背景的影響，因此對比分析同期大理機場和大理市氣象站的氣象要素，可以分析出大理機場氣象要素因周邊環(huán)境的改變產(chǎn)生的變化。

圖3 大理機場 2007—2010年(a)與2011—2013(b)年平均風向頻率玫瑰圖(單位：%)

表5 本場氣象要素變化情況

機場與氣象站分別位于洱海盆地的東西兩側(cè)，受地形影響，年平均風向頻率差別較大，大理市氣象站盛行風向接近于東西軸向分布，其他風向出現(xiàn)概率較小。對比大理市氣象站2007—2010年與2011—2013年平均風向頻率玫瑰圖(圖4)，平均風向頻率沒有出現(xiàn)明顯變化，說明機場平均風向偏轉(zhuǎn)是由機場附近下墊面改變后引起的局地小氣候變化造成的。

圖4 大理市氣象站 2007—2010年(a)與2011—2013年(b)平均風向頻率玫瑰圖(單位：%)

大理機場2007—2013年機場累年平均風速為5.2 m/s，氣象站為2.3 m/s，同比分析顯示機場風速有相對增大的趨勢；2012年以前兩地的歷年年平均氣溫變化趨勢基本一致，有0.4～0.6 ℃的溫差(氣象站氣溫高)，這種山地氣溫低于壩區(qū)氣溫的現(xiàn)象是符合正常規(guī)律的，但2013年機場年平均氣溫反超0.5℃，相對升溫；機場氣溫日較差與氣象站數(shù)據(jù)基本為同步變化，機場氣溫年較差相對升高；2007—2013年機場累年年平均濕度為60.1%，氣象站為63.7%，比機場高3.6%，兩者基本呈同步變化；2007—2013年機場累年年平均降水量為712.1 mm，氣象站為974.2 mm，比機場多262.1 mm，在連續(xù)5 a(2009—2013年)干旱的天氣背景下，機場與氣象站年降水量都呈下降趨勢，機場年降水量一般為大理站的70%～80%，但2009年和2013年則僅為65%、67%，機場降雨量相對減少；氣象站與機場年平均氣壓差值在15.1～15.5 hPa間，差值年際變化不明顯，兩地氣壓基本為同步變化。

2.6 機場氣象要素異常分析

使用2007—2013年逐月的大理機場與大理市氣象站風速、降水量、氣溫、氣溫日較差、濕度等可比性較好的氣象要素的差值，形成樣本量為84的5組氣候變量作變化趨勢和突變分析，如果變化趨勢顯著，則可以認為環(huán)境變化引起了機場氣象要素的改變。

2.6.1 變化趨勢

2.6.1.1 月平均風速差值線性傾向估計 分析大理機場與大理市氣象站逐月平均風速差值線性趨勢(圖5)，月平均風速差值呈上升趨勢，上升幅度為每月0.008 8 m/s，相關系數(shù)通過a=0.005顯著性相關檢驗，表明月平均風速差值上升趨勢顯著，大理機場風速相對于大理市氣象站呈明顯增大趨勢。

圖5 逐月平均風速差值線性趨勢

2.6.1.2 月合計降水量差值線性傾向估計 通過大理機場與大理市氣象站逐月合計降水量差值線性趨勢分析(圖6)，月合計降水量差值呈下降趨勢，其幅度為每月-0.087 8 mm，相關系數(shù)通過a=0.005顯著性相關檢驗，表明月合計降水量差值呈減少的趨勢顯著，大理機場降水量相對于大理市氣象站呈明顯減少趨勢。

圖6 逐月平均降水量差值線性趨勢

2.6.1.3 月平均氣溫差值線性傾向估計 分析大理機場與大理市氣象站逐月平均氣溫差值線性趨勢(圖7)，月平均氣溫差值呈上升趨勢，上升幅度為0.009 38℃/月，相關系數(shù)通過a=0.001顯著性相關檢驗，表明月平均氣溫差值上升趨勢顯著，大理機場平均氣溫相對于大理市氣象站呈明顯的增溫趨勢。

圖7 逐月平均氣溫差值線性趨勢

線性趨勢分析顯示，月平均氣溫日較差差值和月平均濕度差值都呈下降趨勢，但下降趨勢均不顯著。

2.6.2 突變檢驗2.6.2.1 平均風速差值突變檢驗 使用M-K方法對大理機場與大理市氣象站逐月平均風速差值做突變檢驗(圖8)，從UF線可見，從第33月(2009年9月)后 UF線逐漸上升，UF值始終大于0，并在第61月(2012年1月)超過顯著性水平0.05的臨界值，說明大理機場風速相對大理氣象站有顯著的增大趨勢；UF線和UB線的交點出現(xiàn)2009年10月，并且處于臨界線之間，說明風速差值的變化在這一時間段出現(xiàn)了增大突變。進一步分析逐月平均風速差值突變前后的變化特征，突變前2007年1月—2009年9月的平均差值為2.6 m/s，突變后2009年10月—2013年12月的平均差值為3.1 m/s，上升了0.5 m/s。

圖8 大理機場與大理市氣象站逐月平均風速差值突變檢驗

2.6.2.2 月合計降水量差值突變檢驗 使用M-K方法對大理機場與大理市氣象站逐月合計降水量差值做突變檢驗(圖9)，從UF線可見，從第36月(2009年12月)起 UF線逐漸下降，UF值始終小于0，并在第72月(2012年12月)超過顯著性水平0.05的臨界值，說明大理機場降水量相對大理氣象站有減少的顯著趨勢；UF線和UB線的交點出現(xiàn)在第57月(2011年9月)，并且處于臨界線之間，說明了降水量差值的變化在這一時間段出現(xiàn)了突變減少。進一步分析逐月合計降水量差值突變前后的變化特征，突變前2007年1月—2011年9月的平均差值為-27 mm，突變后2011年10月—2013年12月的平均差值為-32 mm，下降了5 mm。

圖9 大理機場與大理市氣象站逐月合計降水量差值突變檢驗

2.6.2.3 月平均氣溫差值突變檢驗 使用M-K方法對大理機場與大理市氣象站逐月平均氣溫差值做突變檢驗(圖10)，從UF線可見，UF值在第70月(2012年10月)前呈有規(guī)律的上下起伏，與夏秋季大理機場氣溫明顯低于大理氣象站氣溫，而冬春季溫差不明顯或反超的規(guī)律相符；從第71月(2012年11月)起 UF線逐漸上升，UF值>0，并超過顯著性水平0.05的臨界值，說明大理機場氣溫在2012年10月后增溫顯著，該趨勢一直維持到2013年底；UF線和UB線的交點出現(xiàn)在2012年9月，并且處于臨界線之間，說明了氣溫差值的變化在這一時間段出現(xiàn)了突變。進一步分析逐月平均氣溫差值突變前后的變化特征，突變前2007年1月—2012年9月的平均差值為-0.5℃，突變后2012年10月—2013年12月的平均差值為0.5℃，上升了1.0℃。突變檢驗結果顯示，月平均氣溫日較差差值和月平均濕度差值的變化突變不顯著。

圖10 大理機場與大理市氣象站逐月平均氣溫差值突變檢驗

2.7 大理機場飛行氣象條件變化預期及影響分析

根據(jù)以上分析結果預期飛行氣象條件的變化趨勢，并結合大理機場的飛行保障實際情況，分析飛行氣象條件的變化對航班飛行和機場運行的影響，綜合為表6。

表6 飛行氣象條件的變化預期及影響分析

3 結論與討論

本文通過統(tǒng)計大理機場周邊環(huán)境變化相關數(shù)據(jù)，結合實地調(diào)查和氣象觀測，分析不同性質(zhì)和程度的環(huán)境變化對氣象要素影響的特征，選取大理市氣象站數(shù)據(jù)作對比分析，檢驗機場與氣象站相關氣象要素差值變化趨勢的傾向性和異常突變特征，分析了機場飛行氣象條件的變化預期及影響，主要結論如下：

① 實地觀測分析顯示，農(nóng)田、山地被平整后氣溫上升、濕度下降，其變化幅度要比成為建筑后更明顯，并且農(nóng)田環(huán)境改變后引起的氣溫、濕度變化，要大于山地環(huán)境的改變；機場周邊的山地被開挖平整為臺地后，風速增大，并且出現(xiàn)風向偏轉(zhuǎn)。

② 機場與大理市氣象站氣象要素差值線性趨勢分析表明，月平均氣溫呈上升趨勢，相關系數(shù)通過a=0.001顯著性相關檢驗，月平均風速呈上升趨勢，月合計降水量呈下降趨勢，相關系數(shù)均通過a=0.005顯著性相關檢驗；差值突變檢驗顯示，從2011年機場周邊環(huán)境出現(xiàn)明顯變化后，月合計降水量在2011年9月出現(xiàn)突變減少，月平均氣溫在2012年9月出現(xiàn)突變增溫。

③ 城市化發(fā)展造成的環(huán)境變化對大理機場的飛行氣象條件有明顯影響，氣溫升高、風向偏轉(zhuǎn)、平均風速增大、降水減少、能見度趨好，雷暴、強降水等極端性天氣更為突出；飛行氣象條件變化后，雖然有利于機場擴容和加密航班，但大風、雷暴、強降水等天氣對航班飛行的安全正常存在著一定影響，機場需要通過改善氣象服務、航行指揮、運行協(xié)調(diào)等工作，并配置相關安全保障設施設備，以減弱不利氣象條件的影響。

氣候的變化是一個相對長時間的過程，在本次研究中由于本場氣象資料時間序列較短，僅對氣溫、降水量和風速等氣象要素進行了初步的分析，還需在以后的工作中，繼續(xù)分析更長時間的氣象要素變化情況。并且，對環(huán)境變化的研究應“早準備、早介入”，在對周邊環(huán)境做實地氣象觀測時，有的觀測點因原有地形地貌已發(fā)生改變，只有選取相同高度、相似地貌的地點代表其改變前的狀況，數(shù)據(jù)的可比性降低，因此有必要在定期對機場周邊環(huán)境進行調(diào)查的同時，對機場周邊有代表性的地點進行實地氣象觀測。

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Effect of environmental change round Dali Airport on flight meteorological conditions

GAO Bing，WANG Zhouhe，ZHAO Jianwei，BI Bo

(Dali Airport of Yunnan Airport Group Company，Dali，671000)

Using the observation data in 2013—2014 in the surrounding area of Dali airport, analysis of different types of environmental change characteristics of meteorological elements, based on 2007—2013 Dali airport and Dali City Meteorological Station of various meteorological elements, analyzed the variation trend of the airport meteorological conditions. The results show that: Environmental changes caused by urbanization have to Dali airport flight meteorological conditions on the air temperature, surface wind, precipitation and some weather phenomenon is more obvious effect, expected temperatures, wind deflector, the average wind speed increases, reduced precipitation, visibility trends well, thunderstorms and heavy rainfall and other extreme weather is more significant.

flight weather condition；environmental change；urbanization；variation trend

2015-05-21

高兵(1976—)，男，工程師，主要從事民航氣象預報與研究工作。

云南機場集團有限責任公司創(chuàng)新項目(2013JC012)；氣象行業(yè)專項(GYHY201306023，GYHY201206013)；大渡河公司項目(PBG-QT-2013-026，DGS-QT-2013-035)。

1003-6598(2015)06-0006-07

P49

A