昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)氣候特征分析

張序

（1 中國(guó)國(guó)際航空股份有限公司運(yùn)行控制中心西南分控中心，成都 610202；2 中國(guó)民航飛行學(xué)院航空運(yùn)行專業(yè)技術(shù)及人才培養(yǎng)研究所，廣漢 618307）

0 引言

昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)”）多次因大霧造成航班大面積不正常而引發(fā)旅客群體事件，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)地理環(huán)境與大霧天氣的聯(lián)系成為眾多學(xué)者研究的課題。徐海等[1]分析了大霧天氣過(guò)程出現(xiàn)的天氣背景和氣象要素特征，指出了昆明準(zhǔn)靜止鋒影響下長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧天氣特征。馬艷等[2]分析長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧天氣的特點(diǎn)，從機(jī)場(chǎng)相關(guān)部門(mén)的角度對(duì)大霧天氣下如何更好地進(jìn)行機(jī)場(chǎng)運(yùn)行提出了建議。普銳等[3]從地面觀測(cè)資料特征、探空資料特征、天氣形勢(shì)入手，提出了長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)輻射霧觀測(cè)工作中的應(yīng)對(duì)方法和技巧。楊依瑩[4]用WRF數(shù)值模式模擬機(jī)場(chǎng)2015年12月24—26日大霧天氣的整個(gè)過(guò)程，為民航運(yùn)行和機(jī)場(chǎng)選址中的應(yīng)用提供了新的途徑和思路。

本研究通過(guò)對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間段氣象元素的統(tǒng)計(jì)，開(kāi)展天氣事件研究，分析、總結(jié)長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)形成大霧的原因，梳理出長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧天氣情況下航班安全運(yùn)行及應(yīng)對(duì)措施，有利于提升民航運(yùn)輸?shù)男屎桶踩浴?/p>

1 數(shù)據(jù)與方法

使用1951—2010年昆明地面氣象觀測(cè)站溫度、降水、能見(jiàn)度和風(fēng)向風(fēng)速的數(shù)據(jù)?？紤]到昆明市基本地面氣象觀測(cè)站的天氣代表性與昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)略有差異，大霧造成的低能見(jiàn)度天氣對(duì)民航航班運(yùn)行影響方面的氣象數(shù)據(jù)則來(lái)源于長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)的航空例行天氣報(bào)告（METAR）及終端機(jī)場(chǎng)天氣預(yù)報(bào)（TAF）。

本研究使用的統(tǒng)計(jì)方法主要為普通線性回歸分析，以及利用Mann-Kendall檢驗(yàn)法進(jìn)行了突變檢驗(yàn)。Mann-Kendall檢驗(yàn)不需要數(shù)據(jù)遵從一定的分布規(guī)律，是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法。

2 昆明市天氣事件研究

2.1 昆明市降水事件研究

統(tǒng)計(jì)昆明市1951—2010年每年的降水事件發(fā)生頻次，剔除為0的數(shù)據(jù)，得到23092條有效數(shù)據(jù)。經(jīng)Excel統(tǒng)計(jì)得出降水事件發(fā)生頻次的變化（圖1），可以發(fā)現(xiàn)，在1951—2010年，降水最多的年份可達(dá)到1400 mm以上，最低時(shí)小于600 mm，年降水總量超過(guò)1200 mm的有13年，平均每4～5年會(huì)發(fā)生一次。

圖1 昆明市1951—2010年年降水量統(tǒng)計(jì)Fig. 1 Precipitation in Kunming between 1951 and 2010

圖2為昆明市1951—2010年月平均降水量的分布，6—8月昆明市月平均降水量明顯較多，這3個(gè)月集中了全年大部分降水。從9月開(kāi)始呈下降趨勢(shì)，表現(xiàn)出夏秋季降水豐富，冬春季降水少的季節(jié)性特點(diǎn)。

圖2 昆明市1951—2010年月平均降水量分布Fig. 2 The average precipitation in Kunming between 1951 and 2010

使用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)昆明市1951—2010年降水次數(shù)趨勢(shì)進(jìn)行了分析（圖3），可以看出，1951—1987年呈現(xiàn)出一個(gè)緩慢上升的趨勢(shì)，1987—2001年呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的下降趨勢(shì)，并且通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，在1965，1967，1980和1986年多次達(dá)到顯著水平，1995和1988年達(dá)到極顯著水平。

2.2 昆明市氣溫變化特征

昆明市1951—2010年的年平均氣溫呈現(xiàn)出一個(gè)上升的趨勢(shì)，從時(shí)間段來(lái)看，在1990年以后上升趨勢(shì)明顯（圖4）。

圖4 昆明市1951—2010年年平均氣溫統(tǒng)計(jì)Fig. 4 The average temperature in Kunming between 1951 and 2010

圖5是使用Mann-Kendall法對(duì)昆明市1951—2010年年平均氣溫進(jìn)行趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)所繪得的曲線，可以看出，1951—1968年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到了極顯著水平，1980—1985年又一次達(dá)到極顯著水平，減小的趨勢(shì)直到1991年結(jié)束，1992年開(kāi)始出現(xiàn)上升趨勢(shì)，在1997年達(dá)到顯著水平，1999年達(dá)到極顯著水平。

圖5 昆明市1951—2010年年平均氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線圖Fig. 5 The temperature in “Mann-Kendall” in Kunming between 1951 and 2010

3 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)天氣背景下大霧天氣航班安全運(yùn)行影響研究

大霧形成的低能見(jiàn)度天氣一直是影響民航航班安全飛行的天氣原因之一，從近15年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)很多因大霧天氣造成的空難，如：2003年1月8日土耳其航空公司634號(hào)班機(jī)在迪亞巴克爾機(jī)場(chǎng)失事就是因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)區(qū)域濃霧造成的[5]；2010年4月10日波蘭總統(tǒng)的專機(jī)在俄羅斯斯摩棱斯克北部一軍用機(jī)場(chǎng)降落時(shí)失事，主要原因是航班在低能見(jiàn)度的惡劣天氣條件下降落[6]；2010年8月24日發(fā)生的河南航空有限公司8387班機(jī)伊春墜機(jī)事故就是在能見(jiàn)度低于公司最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的情況下，仍然實(shí)施運(yùn)行造成的[7]；2010年7月28日巴基斯坦藍(lán)色航空202號(hào)班機(jī)在降落前墜毀于伊斯蘭堡北部，大雨、多霧天氣被認(rèn)為是墜機(jī)發(fā)生的主要原因[8]；2014年7月23日傍晚復(fù)興航空222號(hào)班機(jī)降落時(shí)墜毀[9]，事故報(bào)告證實(shí)失事飛機(jī)在下降過(guò)程中能見(jiàn)度突然變差，進(jìn)近的軌跡偏離航道4°所導(dǎo)致的，所以關(guān)注大霧天氣對(duì)航班安全飛行的意義非常重要。

3.1 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)在極端天氣條件下大霧形成原因分析

霧按照形成原理分為輻射霧、平流霧、蒸汽霧、鋒面霧、上坡霧、谷霧、冰霧、低霧等。結(jié)合出現(xiàn)大霧天氣情況下的風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫和露點(diǎn)溫度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)14次大霧過(guò)程中，有12次地面為東北風(fēng)（1～7 m/s），為冷空氣影響，屬于鋒面霧；2次為西南風(fēng)（4～7 m/s），為輻射霧（晴空或少云），出現(xiàn)在日出前后。可見(jiàn)，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧主要是鋒面霧，其次為輻射霧，風(fēng)向和風(fēng)速對(duì)霧的形成有很重要的作用。輻射霧是因輻射冷卻空氣達(dá)到過(guò)飽和而形成的，隨著日出之后氣溫升高而逐漸消散。

從前面的分析可以看到，昆明市的降水事件近幾年呈上升趨勢(shì)，氣溫也呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，這樣容易造成區(qū)域空氣濕度的增加。如果地面熱量散失，溫度下降，空氣潮濕，當(dāng)冷卻到一定的程度時(shí)，空氣中的一部分水汽就會(huì)凝結(jié)出來(lái)，變成很多的小水滴，懸浮在近地面的空氣層中，容易形成霧。鋒面霧是經(jīng)常發(fā)生在冷暖空氣交界的鋒面附近，鋒前霧是由于鋒面上面暖空氣云層中的雨滴落入地面冷空氣內(nèi)，經(jīng)蒸發(fā)使空氣達(dá)到過(guò)飽和而凝結(jié)形成，而鋒后霧則由暖濕空氣移至原來(lái)被暖鋒前冷空氣占據(jù)過(guò)的地區(qū)，經(jīng)冷卻達(dá)到過(guò)飽和而形成的。

分析長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)2013年1月3日發(fā)生的長(zhǎng)時(shí)間的大霧過(guò)程發(fā)現(xiàn)，從當(dāng)天的重要天氣圖和高空風(fēng)預(yù)報(bào)圖上得出在昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)附近的區(qū)域內(nèi)，高空500～700 hPa為南支槽前西南暖濕氣流控制的形勢(shì)，地面受靜止鋒影響，冷空氣自東向西逐漸控制本場(chǎng)。在3日11—23時(shí)長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)區(qū)域維持在一個(gè)由高空西南氣流和低層弱冷空氣配合控制中，所以此次大霧的形成過(guò)程是高空槽、靜止鋒、冷空氣共同影響的結(jié)果。在日常的簽派放行工作中需要關(guān)注靜止鋒、高空槽和冷空氣預(yù)報(bào)，靜止鋒預(yù)報(bào)需要注意對(duì)靜止鋒生消、加強(qiáng)或減弱、維持或移動(dòng)的預(yù)報(bào)；高空槽的預(yù)報(bào)重點(diǎn)關(guān)注高空槽的維持或過(guò)境，是水汽和低云維持的標(biāo)志，當(dāng)高空槽過(guò)境時(shí)，低云往往消失，大霧消散；冷空氣的預(yù)報(bào)主要關(guān)注冷空氣過(guò)境的情況，這個(gè)是水蒸氣凝結(jié)的重要因素之一。

另外，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)所處的獨(dú)特地理位置對(duì)大霧天氣的形成有促進(jìn)作用，一是機(jī)場(chǎng)選址在半山腰，按照冷空氣爬升在半山腰會(huì)出現(xiàn)霧天的規(guī)律，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)選址半山腰，當(dāng)然機(jī)場(chǎng)附近是出現(xiàn)大霧天氣最合適不過(guò)的地方。其二，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)處在一個(gè)小洼地，機(jī)場(chǎng)比附近地勢(shì)相對(duì)又較低，被周邊起伏的山巒包圍著，機(jī)場(chǎng)西部、西北部的最高點(diǎn)海拔約2200 m，東部、東南部海拔達(dá)到2500 m。在冬季晴朗的夜間，輻射冷卻較強(qiáng)，加上新機(jī)場(chǎng)北側(cè)的海拔較低，從而在潮濕的盆地內(nèi)容易形成冷氣團(tuán)。不斷積累的冷空氣團(tuán)平流到新機(jī)場(chǎng)北側(cè)的山坡并爬升，從而導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)跑道附近上空形成多云狀況。隨著此云層向南飄移，新機(jī)場(chǎng)逐漸被霧所覆蓋。這就像是給機(jī)場(chǎng)上空蓋上了一層“被子”，形成了一層保護(hù)膜，不利于空氣的流動(dòng)，導(dǎo)致霧氣難以散去。而當(dāng)冷空氣入侵且相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，大霧短時(shí)間就不容易散去。最后就是長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)位于云南冷空氣的入口，又是昆明準(zhǔn)靜止鋒常影響的區(qū)域，所以一旦有西南暖濕氣流配合，大霧天氣相對(duì)巫家壩機(jī)場(chǎng)多。

3.2 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)與原巫家壩機(jī)場(chǎng)大霧天氣特點(diǎn)對(duì)比分析

圖6 昆明機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)圖Fig. 6 The frequency of low visibility at the Kunming Airport

統(tǒng)計(jì)昆明機(jī)場(chǎng)近10年出現(xiàn)大霧天氣的年頻次（圖6），發(fā)現(xiàn)2012年是發(fā)生突變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)源于航班運(yùn)行由原巫家壩機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)場(chǎng)到長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)后地理環(huán)境變化所導(dǎo)致。在2011年之前極少出現(xiàn)大霧天氣，從2012年開(kāi)始大霧天氣發(fā)生頻率開(kāi)始增大，在2013年達(dá)到一個(gè)頻次近百次的峰值，之后大霧天氣頻次雖然有所下降，依舊是遠(yuǎn)高于原巫家壩機(jī)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)。

圖7是一個(gè)日歷年內(nèi)長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)每月出現(xiàn)大霧天氣的對(duì)比，分析得到長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)霧的天氣主要從7月開(kāi)始遞增，到10月達(dá)到峰值（約180次）。11月—次年1月同樣處于多發(fā)季節(jié)，2—6月處于低值，變化不大，穩(wěn)定在40次上下，這與降水天氣事件和溫度天氣事件發(fā)生的趨勢(shì)吻合。

圖7 長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)霧天氣對(duì)比圖Fig. 7 The comparison of foggy conditions at the Changshui Airport and the Wujiaba Airport

從所有的有效數(shù)據(jù)中整理出長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)24 h內(nèi)出現(xiàn)大霧天氣的對(duì)比情況（圖8），分析得出長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)霧的時(shí)間多在夜間20時(shí)—次日02時(shí)。從03時(shí)開(kāi)始處于較低水平，在中午12時(shí)出現(xiàn)霧的次數(shù)相對(duì)較多。通過(guò)對(duì)比兩機(jī)場(chǎng)24 h出現(xiàn)霧次數(shù)，從總數(shù)來(lái)看，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)霧的次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原巫家壩機(jī)場(chǎng)。

圖8 長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)24 h出現(xiàn)霧天氣次數(shù)對(duì)比圖Fig. 8 A comparison of the fog weather occurrence within 24 hours between the Changshui Airport and the Wujiaba Airport

3.3 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧天氣對(duì)航班運(yùn)行影響研究

從整體航班量占比來(lái)看，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的飛機(jī)以C類(lèi)和D類(lèi)飛機(jī)為主，由長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)起降過(guò)程主用的21/22號(hào)跑道對(duì)外公布并使用的標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)近圖、II類(lèi)飛行進(jìn)近圖和機(jī)場(chǎng)圖得到長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)的起降標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

基于2012年6月27日機(jī)場(chǎng)搬遷前后長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度不滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在不滿足精密進(jìn)近的次數(shù)、非精密進(jìn)近次數(shù)、目視盤(pán)旋次數(shù)和各類(lèi)飛機(jī)起飛的次數(shù)上，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原巫家壩機(jī)場(chǎng)，特別是不滿足起飛標(biāo)準(zhǔn)情況出現(xiàn)的概率，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)為1.39%，遠(yuǎn)高于原巫家壩機(jī)場(chǎng)的0.015%，其他幾項(xiàng)都高于5倍以上。能見(jiàn)度運(yùn)行的情況，原巫家壩滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)占98.5%，長(zhǎng)水占統(tǒng)計(jì)量的88%。

由于大氣的不斷運(yùn)動(dòng)變化，產(chǎn)生了各種天氣現(xiàn)象和天氣變化，如顛簸、風(fēng)切變、雷雨、積冰、低云、低能見(jiàn)度等危險(xiǎn)天氣，對(duì)飛行安全均構(gòu)成極大威脅。在近13年國(guó)際民航事故氣象原因分類(lèi)表中，與低能見(jiàn)度有關(guān)的飛行事故占到了17%。大霧這類(lèi)低能見(jiàn)度天氣對(duì)飛行的影響具體表現(xiàn)在低空空域時(shí)常會(huì)存在明顯的低能見(jiàn)度天氣，且機(jī)場(chǎng)跑道由于跑道視程受到影響，會(huì)在地面對(duì)航空器的起飛或者落地安全造成重要的影響。多年來(lái)各機(jī)場(chǎng)因大霧所造成的航空器返航備降、機(jī)場(chǎng)關(guān)閉等情況時(shí)有發(fā)生，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)飛機(jī)在低能見(jiàn)度條件下著陸時(shí)，容易造成飛機(jī)偏離跑道、在跑道外接地，甚至可能發(fā)生輪胎破裂和起落架折斷等事故。

從能見(jiàn)度對(duì)航班安全順暢運(yùn)行的影響來(lái)看，原巫家壩機(jī)場(chǎng)的能見(jiàn)度條件優(yōu)于昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)。受到長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)獨(dú)特地形的影響，大霧造成的低能見(jiàn)度天氣在長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)更明顯，11月—次年1月的早晨到中午經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣，對(duì)進(jìn)港航班的安全飛行有顯著的影響。

4 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧條件下航班運(yùn)行保障的措施和建議

針對(duì)大霧等天氣造成的低能見(jiàn)度天氣下的安全運(yùn)行，本研究認(rèn)為需要航空公司各部門(mén)的通力協(xié)作，在長(zhǎng)期航班保障的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧條件下航班運(yùn)行保障的提出以下3點(diǎn)措施和建議：

1）做好昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)進(jìn)港航班備份燃油和可靠備降場(chǎng)的選擇。在昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)附近可作為備降場(chǎng)使用的機(jī)場(chǎng)包括貴陽(yáng)、成都、重慶、南寧、西安、綿陽(yáng)、蘭州，在簽派放行飛往昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)航班的過(guò)程中應(yīng)該合理地選擇備降場(chǎng)，充分考慮備降場(chǎng)的保證能力，避免備降場(chǎng)集中選擇的情況出現(xiàn)，充分考慮航班空中等待的時(shí)間增加，適當(dāng)增加航班空中飛行的備份燃油，避免低油量落地情況的發(fā)生。

2）推進(jìn)低能見(jiàn)度情況下起飛和著陸過(guò)程中先進(jìn)技術(shù)的使用。II類(lèi)飛行、低能見(jiàn)度起飛程序的投入使用，使昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)在保證安全的情況下可以采用更低的能見(jiàn)度標(biāo)準(zhǔn)起飛、落地，針對(duì)低能見(jiàn)度起飛中國(guó)民用航空局近期還引入了平視顯示器（HUD）的概念，飛行員在使用時(shí)會(huì)感覺(jué)到精確度大大提高，對(duì)航班運(yùn)行的順暢作用顯著，提升在復(fù)雜天氣條件下低能見(jiàn)度起飛的能力。

表1 長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)常用跑道起降標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The standard of runway of departure and arrival in Kunming Changshui Airport

3）引入并完善系統(tǒng)決策系統(tǒng)（CDM）。通過(guò)空管、氣象、航空公司三方協(xié)同決策的方式，加強(qiáng)氣象信息與空管、航空公司運(yùn)行信息的融合，提高昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣條件下的運(yùn)行效率。啟用CDM系統(tǒng)后，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)出港航班進(jìn)入了西南區(qū)域統(tǒng)放航班放行排序，通過(guò)CDM系統(tǒng)能及時(shí)得到航班出港時(shí)間，組織旅客登機(jī)，旅客在機(jī)上等待時(shí)間大大減少，提升旅客在機(jī)場(chǎng)的航空出行體驗(yàn)。