成都雙流機(jī)場跑道視程與低能見度的關(guān)系

周 璞，張?zhí)裨?，劉曉達(dá)

(1.中國民用航空西南空中交通管理局，成都 610202；2.成都市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，成都 610072)

能見度是反映大氣透明度的一個指標(biāo)。在航空領(lǐng)域的實際運行保障工作中，除了使用主導(dǎo)能見度作為起降標(biāo)準(zhǔn)外，跑道視程(Runway Visual Range，以下簡稱RVR)也作為一項反應(yīng)能見度的重要運行標(biāo)準(zhǔn)。因此，兩者都是對航空器的起降起決定性作用的氣象標(biāo)準(zhǔn)。 機(jī)場主導(dǎo)能見度是指在觀測點觀測到的，達(dá)到或超過四周一半或機(jī)場地面一半范圍內(nèi)的最大能見度。這些區(qū)域可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的，能見度的獲取由觀測員人工觀測獲得，存在著一定的主觀性。RVR是指在跑道中線，航空器上的飛行員能看到跑道面上的標(biāo)志或跑道邊界燈或中線燈的距離。由于人工觀測的精度和連貫性低，在實際業(yè)務(wù)工作中不實行人工觀測，使用儀器計算是目前觀測RVR的主要手段，而計算RVR需要測量和獲取的物理量主要包括大氣消光系數(shù)或大氣透射率、目標(biāo)燈光的強(qiáng)度、背景亮度及相應(yīng)的照度視覺閾，計算過程非常復(fù)雜。因此，RVR的預(yù)報一直是民用航空氣象預(yù)報工作中的難點。

2011年，國際民航氣象專家在基隆坡召開的氣象研討會上討論了主導(dǎo)能見度與RVR之間的相關(guān)性問題，討論結(jié)果認(rèn)為主導(dǎo)能見度與RVR無直接關(guān)系，但在特定的地理條件下，就具體的機(jī)場而言，其主導(dǎo)能見度和RVR之間可能存在某種關(guān)聯(lián)[1]?；谏鲜鲈?，選取2012—2016年成都雙流國際機(jī)場(以下簡稱雙流機(jī)場)主導(dǎo)能見度與RVR整點數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征統(tǒng)計分析，尋找主導(dǎo)能見度與RVR之間的關(guān)系，以此作為雙流機(jī)場RVR預(yù)報的一種輔助方法。

1 機(jī)場概況

雙流機(jī)場基準(zhǔn)點坐標(biāo)為30.35°N，103.57°E。兩條水泥質(zhì)跑道，呈東北—西南向，跑道磁向均為024°～204°。西跑道長3 600 m，寬45 m，南端(簡稱02L)跑道著陸入口處標(biāo)高492.86 m；東跑道長3 600 m，寬60 m，南端(簡稱02R)跑道著陸入口處標(biāo)高512.41 m。機(jī)場全天24 h開放，屬4E類國際機(jī)場。

圖1中心點為觀測平臺，主要討論雙流機(jī)場兩個主用起降端02L和02R的跑道視程。兩個主用端分別位于東西兩條跑道的南端。02L位于觀測平臺的248.3°方向，距離1 748.5 m；02R位于觀測平臺199.5°方向，距離5 860.4 m。

圖1 雙流機(jī)場跑道位置示意圖

2 RVR的測量及主導(dǎo)能見度的觀測

采用儀表對RVR進(jìn)行估算是目前最主要的RVR測算方法，通常使用大氣透射儀或前向散射儀對大氣消光系數(shù)進(jìn)行測量，再利用測得的大氣消光系數(shù)或大氣透射率及目標(biāo)燈光強(qiáng)度、背景亮度及相應(yīng)的照度視覺閾等計算RVR。在計算RVR時，應(yīng)分別模擬計算觀測目標(biāo)為暗色標(biāo)志物和有燈光時觀測到的最大距離，并取二者之中較大的一個。基于黑色或暗色標(biāo)志物的RVR計算使用柯西米德定律，在燈光條件下的RVR計算使用阿拉德定律。實際計算中，無論是白天、夜晚還是黃昏，都應(yīng)根據(jù)柯西米德定律和阿拉德定律分別計算RVR，并比較其大小[2]。RVR的測量與計算過程非常復(fù)雜，不僅與天氣狀況有關(guān)，還與機(jī)場跑道燈光強(qiáng)度，背景環(huán)境亮度等因素有關(guān)，利用計算機(jī)計算RVR的過程就是模擬觀測人員在跑道中線上沿著跑道進(jìn)行人工觀測的過程。

主導(dǎo)能見度反映機(jī)場整體能見度狀況，由人工觀測獲得，主要是由大氣透明度和觀測員的視覺感受決定。雙流機(jī)場觀測氣象要素的儀器是芬蘭Vaisala公司的自動氣象觀測系統(tǒng)，簡稱AWOS系統(tǒng)。測算RVR的大氣消光系數(shù)等數(shù)據(jù)由位于02L和02R的大氣透射儀測量得到。

3 能見度時間分布特征

3.1 主導(dǎo)能見度月分布

根據(jù)民用航空氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)機(jī)場主導(dǎo)能見度小于1 000 m時，天氣現(xiàn)象記為霧，一日中只要出現(xiàn)霧就計1個霧日[3]。因此，夏季強(qiáng)降水造成的主導(dǎo)能見度小于1 000 m時，也會被記為霧日。

對雙流機(jī)場2012—2016年的整點主導(dǎo)能見度進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到雙流機(jī)場霧日的月平均分布情況(圖2)，其中包含了2014年1月20日、2016年11月25日的部分霧(指覆蓋機(jī)場重要部分的霧，其余部分為晴空，多指影響機(jī)場部分區(qū)域的平流霧，霧中能見度<1 000 m，霧擴(kuò)散的高度≥2 m)和2016年3月30日、2016年12月6日的破碎霧。由圖2可以看出，4—8月主導(dǎo)能見度平均值都在7 000 m以上，5月能見度最好為7 956 m，其次是7月，再次是8月；9月能見度開始轉(zhuǎn)差，1月和12月最差，平均值在5 000 m以下。主導(dǎo)能見度呈冬季差，夏季好的特征。

圖2 2012—2016年平均主導(dǎo)能見度和平均霧日月分布

冬季大霧頻發(fā)，其中12月和1月最多，共55 d，占全年的62%。春季相對濕度減小，大霧天氣顯著減少，只有8 d。5月和7月沒有出現(xiàn)霧日，夏季霧日多由強(qiáng)降水造成，一共有6 d，分別出現(xiàn)在6月和8月。秋季對流減弱，擴(kuò)散條件轉(zhuǎn)差，霧日逐漸開始增多，一共出現(xiàn)了15 d。霧日的月分布特征與主導(dǎo)能見度的月分布特征是相反的，霧日出現(xiàn)的越多則主導(dǎo)能見度平均值越低。

主導(dǎo)能見度的低值與RVR的低值基本是相伴出現(xiàn)的，由于RVR的記錄方式與主導(dǎo)能見度有較大的不同，不便于做相同的統(tǒng)計分析。在低能見度頻發(fā)的冬季，主導(dǎo)能見度和RVR的預(yù)報對于機(jī)場運行來說尤為重要。找出兩者的關(guān)系，為RVR的預(yù)報提供一種輔助方法。

3.2 小于1 500 m的RVR和主導(dǎo)能見度日變化

根據(jù)《中國民用航空氣象地面觀測規(guī)范》的規(guī)定，當(dāng)RVR數(shù)值大于2 000 m時，RVR記錄為P2000，當(dāng)主導(dǎo)能見度或RVR值小于1 500 m時，才記錄RVR數(shù)值，當(dāng)主導(dǎo)能見度大于等于1 500 m，小于等于2 000 m時，不記錄RVR值。因此，將1 500 m作為影響飛行的低能見度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計。2012—2016年主導(dǎo)能見度小于1 500 m的整點數(shù)據(jù)共有873個；RVR值小于1 500 m的整點數(shù)據(jù)，02L為1 521個，02R為1 700個。

圖3和圖4分別為近5 a雙流機(jī)場兩個主用起降端RVR和主導(dǎo)能見度日變化情況，可以看出，二者小于1 500 m的出現(xiàn)頻次有相似的日分布特征。低能見度最頻繁發(fā)生的時段出現(xiàn)在07—10時，09時達(dá)到頂峰。12時之后低能見度出現(xiàn)的頻次降低，能見度逐漸轉(zhuǎn)好。傍晚到24時以前幾乎沒有出現(xiàn)低能見度。2016年由于夏季暴雨多發(fā)生在午后，造成了主導(dǎo)能見度小于1 000 m，因此在午后出現(xiàn)了第2個峰值。

圖3 2012—2016年成都雙流機(jī)場兩個起降端跑道視程(RVR)日變化

圖4 2012—2016年成都雙流機(jī)場主導(dǎo)能見度日變化

小于1 500 m的頻次，主導(dǎo)能見度少于RVR，02L少于02R。從年度變化來看，主導(dǎo)能見度和RVR均有低能見度頻次逐年下降的趨勢。初步分析其原因：根據(jù)《成都市城市總體規(guī)劃(2002—2020年)》，成都市城區(qū)面積將由起初的598 km2擴(kuò)大到3 681 km2，因此城市化對氣溫的貢獻(xiàn)有所提升，氣溫的上升引起局地對流不穩(wěn)定能量增長，增加近地層的不穩(wěn)定性，有利于局地低值系統(tǒng)活動增強(qiáng)[4]；而湍流將低層水汽帶到上層，上干下濕的結(jié)構(gòu)被破壞，使可能形成的逆溫層變薄，降低有利于輻射霧形成的層結(jié)的穩(wěn)定性。大氣穩(wěn)定度的降低，將導(dǎo)致低能見度發(fā)生頻率降低和持續(xù)時間減少，從而提高大氣透明度[5]。機(jī)場及跑道附近的城市化不斷發(fā)展，水泥地面不斷增多，下墊面逐漸變干，低能見度出現(xiàn)的時間也在減少。

通過以上討論，可以看出主導(dǎo)能見度與RVR有著相似的特征，雙流機(jī)場的主導(dǎo)能見度與RVR之間有著一定相關(guān)性。

4 主導(dǎo)能見度與RVR的關(guān)系

4.1 主導(dǎo)能見度與RVR偏差的期望與方差

從主導(dǎo)能見度和RVR的定義以及上文所討論的特征來看，兩者之間存在著一定的關(guān)系。根據(jù)雙流機(jī)場RVR二類運行起飛標(biāo)準(zhǔn)，分別將小于1 500 m的RVR數(shù)據(jù)分為三組： [0，200) m，[200，550) m，[550，1 500) m，計算得到兩個跑道起降端三組數(shù)據(jù)對應(yīng)的主導(dǎo)能見度與RVR偏差的正態(tài)分布期望及方差(表1)。

表1 雙流機(jī)場主導(dǎo)能見度與RVR

根據(jù)以上計算可得偏差序列的期望及方差，繪制出RVR分別為[0，200)m，[200，550) m,[550，1 500) m時主導(dǎo)能見度與RVR偏差的正態(tài)分布圖(圖5)。

圖5 2012—2016年成都雙流機(jī)場主導(dǎo)能見度與RVR偏差的正太分布擬合圖

由圖5可知，02L的主導(dǎo)能見度與RVR偏差的期望在[0，200)m和[200，550)m范圍內(nèi)較小,在[550，1 500)m范圍內(nèi)較大，說明隨著RVR的增大，主導(dǎo)能見度與RVR的偏差呈增大趨勢。另外，方差越小，說明觀測值較集中，二者的相關(guān)性較好，RVR在[0，200)m范圍內(nèi)時，方差與期望都最小，說明在[0，200)m范圍內(nèi)02L的主導(dǎo)能見度與RVR一致性較好。

02R的主導(dǎo)能見度與RVR偏差的期望在[0，200)m范圍內(nèi)較小，在[200，550)m范圍內(nèi)屬于中等水平，在[550，1 500)m范圍內(nèi)最大，說明隨著RVR的增大，主導(dǎo)能見度與RVR的偏差呈增大趨勢。02R的主導(dǎo)能見度與RVR方差的絕對值在[0，200)m范圍內(nèi)也較小，說明觀測值較集中，二者相關(guān)性較好；在[550，1 500) m范圍內(nèi)的方差值最大，觀測值較分散，相關(guān)性較差。說明隨RVR的增加，02R的主導(dǎo)能見度與RVR的方差呈增大趨勢，并且比02L的方差大很多，偏差的起伏非常大。RVR在[0，200)m范圍內(nèi)時，方差與期望值都較小，說明02R的RVR在[0，200)m范圍內(nèi)(即機(jī)場關(guān)閉時)與主導(dǎo)能見度很接近。

在RVR的三組數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，RVR與主導(dǎo)能見度的一致性02L比02R好。在[0，200)m和[200，550) m范圍內(nèi)，02L和02R的RVR與主導(dǎo)能見度的一致性較好。02R在[550，1 500) m范圍內(nèi)一致性較差，通常是RVR小于主導(dǎo)能見度，且差值較大。由圖1可知，觀測點距離02L較近，且距離城區(qū)較近，環(huán)境相似，氣象條件也相似，RVR和主導(dǎo)能見度的相關(guān)性較好；而觀測點距離02R大于5 km，且02R接近牧馬山，周圍多樹木，水汽條件好，因此02R的RVR更容易出現(xiàn)低值。

綜上討論，當(dāng)預(yù)報主導(dǎo)能見度小于550 m時，可將跑道視程視為與主導(dǎo)能見度相同；當(dāng)預(yù)報主導(dǎo)能見度在550～1 500 m時，02L的RVR可考慮略小于主導(dǎo)能見度，02R的RVR則應(yīng)遠(yuǎn)小于主導(dǎo)能見度。

4.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用實例

2017年11月1日和2017年12月4日兩次低能見度天氣過程，雙流機(jī)場主導(dǎo)能見度與RVR的演變情況見表2。

從11月1日的低能見度過程可以看出：能見度在07時以后開始下降，02R的RVR下降很快，幅度也很大；08時為200 m，遠(yuǎn)小于主導(dǎo)能見度，而02L的RVR與主導(dǎo)能見度維持一致；09時的RVR與主導(dǎo)能見度都小于200 m，02R則提前上升到250 m；之后02L和02R的RVR與主導(dǎo)能見度都逐漸上升。

表2 2017-11-01和2017-12-04低能見度天氣時主導(dǎo)能見度與RVR的演變

12月4日的低能見度過程：01時02R的RVR就開始出現(xiàn)波動，在04時以前均遠(yuǎn)小于02L的RVR和主導(dǎo)能見度。而02L的RVR與主導(dǎo)能見度幾乎保持一致；05—09時，主導(dǎo)能見度小于200 m，而02L與02R的RVR則在200～550 m，可以施行二類運行。

從這兩次過程來看，02L的RVR與主導(dǎo)能見度大致相同，02R的RVR會提前下降，低能見度頻次多于02L和主導(dǎo)能見度，滿足上文分析得出的結(jié)論。02R的RVR提前下降，也預(yù)示著主導(dǎo)能見度和02L的RVR也會下降，對臨近預(yù)報有指示性的作用。但是由于觀測地點不同，且影響RVR的各種因素很多，也有不滿足結(jié)論的情況出現(xiàn)，還需要在預(yù)報工作中找出更多的方法對此進(jìn)行更加深入的思考和研究。

5 結(jié)論

(1)雙流機(jī)場低能見度天氣主要出現(xiàn)在冬季，12月和1月最多，占全年的62%，其次為春秋兩季，夏季能見度最好。

(2)雙流機(jī)場低能見度出現(xiàn)最頻繁的時段是07—10時，09時達(dá)峰值。能見度小于1 500 m的頻次，主導(dǎo)能見度少于RVR。兩個主用跑道起降端RVR小于1 500 m的頻次，02L少于02R，且02R的RVR在[550，1500) m范圍內(nèi)通常遠(yuǎn)小于主導(dǎo)能見度。低能見度現(xiàn)象有逐年下降的趨勢。

(3)在低能見度狀態(tài)下，主導(dǎo)能見度與02L的RVR相關(guān)性較好，與02R相關(guān)性較差。RVR在[0，200)m范圍內(nèi)(即機(jī)場關(guān)閉時)，主導(dǎo)能見度與兩個主用跑道起降端RVR基本一致。

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