從極端天氣事件演變規(guī)律和地理環(huán)境看昆明長水機場低能見天氣成因及安全運行措施

張 序

（中國國際航空股份有限公司a.運行控制中心西南分控中心飛行簽派室；b.培訓部西南分部，成都610202）

在民用航空運行中，極端天氣事件不僅會影響到航班正常運行，還會威脅航空飛行安全。昆明長水國際機場（以下簡稱長水機場）2008年開始建設，2012年6月27日投入使用，但在2013年1月3日剛投入使用半年多時出現(xiàn)了一次持續(xù)時間長、影響范圍廣的大霧天氣，導致440多個航班被迫取消，約7500名旅客不同程度滯留。受極端天氣的演變規(guī)律及特殊環(huán)境影響，該機場極易形成大霧天氣，因而，如何在大霧等低能見天氣條件下確保機場的安全高效運行成為各方研究的重點。普銳等在《昆明長水機場一次經(jīng)典輻射霧的分析討論》[1]中從地面觀測資料特征、探索資料特征、天氣形勢等方面對長水機場一次輻射霧的形成進行了分析。王睿等在《長水機場轉場一年強對流天氣總結》[2]中總結分析了長水機場雨季雷暴活動情況。申建明在《昆明長水機場航班延誤綜合治理研究》[3]中從政府、機場、航空公司、自然環(huán)境和旅客五方面討論了長水機場航班延誤的綜合治理。沈鷹等在《昆明長水機場人工消霧的可行性分析》[4]中討論了過冷霧的人工消除。筆者所在的簽派室是航班運行保障的核心部門，我們關注的重點是如何在保證安全的前提下盡快恢復航班運行。本文結合工作實踐對低能見天氣條件下機場、管制部門和航空公司等多家單位確保航班安全運行的措施和應對航班大面積不正常起降等情況下快速恢復航行提出建議。

1 數(shù)據(jù)來源

本課題的數(shù)據(jù)來自于昆明市基本氣象地面觀測站1960-2010年的逐日氣象要素收集和長水機場的逐日氣象要素收集。機場天氣報告（METAR）在民航氣象中為例行天氣報文，是按固定時間間隔在指定地點觀測到的氣象情況的報告，一般的METAR報文中包含地名代碼、觀測時間、地面風向風速、主導能見度、天氣云量及云底高、氣溫和露點溫度、修正海平面氣壓和趨勢發(fā)展等內容，特別是當機場能見度低于2000m時，如果機場有跑道視程（RVR），報文中將加報跑道視程的內容。本課題分析的能見度等方面的研究數(shù)據(jù)都來源于此。

2 極端能見度天氣事件的判別和分類

霧是造成低能見度天氣的主要原因之一，長水機場出現(xiàn)大霧天氣影響機場運行曾在一個時期內引發(fā)人們的關注。霧（FG）分為鋒面霧、輻射霧、平流霧和蒸發(fā)霧等，而輕霧（BR）是接近地面水汽凝結使遠處景物朦朧不清的霧，我們以METAR報文中小時出現(xiàn)輕霧和霧的數(shù)據(jù)為依據(jù)展開研究。目前在長水機場起降的航班主要包括空客和波音兩種主流機型，從跑道入口速度的分類來看主要為C類（如B737）和D類（如A330）機型，因此本課題以這兩類飛機為研究對象。

3 長水機場能見度方面的極端天氣事件研究

3.1 長水機場與原巫家壩機場低能見度天氣對比

圖1是根據(jù)2012至2015年民航METAR報文獲取的能見度信息，從降落來看，長水機場出現(xiàn)不滿足精密進近所需標準次數(shù)占統(tǒng)計量的1.019%，不滿足非精密進近所需標準次數(shù)占統(tǒng)計量的3.036%，不滿足目視盤旋所需標準占統(tǒng)計量的3.52%。從起飛來看，不滿足本課題研究的C/D類主流飛機起降占統(tǒng)計量的1.395%，滿足機場所有運行標準的占統(tǒng)計量的88%。

從2012年6月27日機場搬遷前后巫家壩機場和長水機場能見度不滿足運行標準的對比來看，不滿足精密進近的次數(shù)、非精密進近次數(shù)、目視盤旋次數(shù)和各類飛機起飛次數(shù)后者遠遠高于巫家壩機場，特別是起飛要求，長水機場的1.39%高于前者。

圖1 昆明長水機場低能見度運行影響的統(tǒng)計圖

圖2是長水機場出現(xiàn)低能見度天氣的月頻次統(tǒng)計圖，從中我們可以知道，受機場周邊地形和氣候的影響，長水機場進入夏季以后開始出現(xiàn)并在11月頻繁出現(xiàn)低能見度天氣，如11月出現(xiàn)40次，12月出現(xiàn)60次，次年1月出現(xiàn)70次，2月開始減少，接下來的3月、4月、5月和6月，幾乎沒有出現(xiàn)低能見度天氣。

圖2 昆明長水機場低能見度頻次的統(tǒng)計圖

圖3是昆明機場出現(xiàn)低能見度天氣的年頻次統(tǒng)計圖，特別要指出的是，本部分的數(shù)據(jù)是按照轉場前后分開統(tǒng)計的，2012年6月27日前為原巫家壩機場數(shù)據(jù)，之后為長水機場的數(shù)據(jù)。從圖中可見出現(xiàn)低能見度天氣的頻次是上升的，2011年以前極少出現(xiàn)，2012年轉場到長水運行以后，發(fā)生頻次開始增大，2013年最多達到了近百次，之后的兩年較2013年少，但依舊處于增加的趨勢。這一數(shù)據(jù)顯示，長水機場因大霧造成的低能見度天氣頻率遠高于原巫家壩機場，因此本課題的研究非常重要。

3.2 長水機場大霧天氣的特點和形成機制

從前面的統(tǒng)計分析中我們得到這樣的結論：長水機場由于大霧造成的低能見度天氣情況明顯多于巫家壩機場，表現(xiàn)出“相距十多里，冰火兩重天”的特點。長水機場大部分霧都和冷空氣或靜止鋒有關，多出現(xiàn)在鋒后，類似于平流霧，被稱為鋒后霧，也可以定義為冷空氣、靜止鋒為主導的平流霧。平流霧通常在秋冬季節(jié)發(fā)生，持續(xù)時間較長，出現(xiàn)和消失的時間不定。

長水機場形成平流霧的兩個因素都是動態(tài)的，平流霧的冷源不是冷的陸地和水面，而是冷空氣或靜止鋒，這是一個頻繁移動的冷源，700 hPa暖濕氣流（東南暖濕氣流或西南暖濕氣流）也是動態(tài)的，兩者結合一起是造成大霧天氣之持久性、多變性、間斷性的主要因素，其中又以冷空氣和靜止鋒強弱、維持和移動最為顯著。冷空氣或靜止鋒進則霧生，冷空氣或靜止鋒退則霧消?？梢哉f冷空氣或靜止鋒是長水機場起霧的“罪魁禍首”。平流霧形成除了近地層冷空氣外，還需要中層水汽，維持持久的話還需有高層的引導氣流。

圖3 昆明機場低能見度天氣發(fā)生頻次統(tǒng)計圖

圖4可以看出，長水機場出現(xiàn)霧的天氣從7月開始遞增，到10月達到峰值(約180次)。11月、12月至次年1月也處于多發(fā)季節(jié)，從2月至6月明顯處于低值，并且變化不大，穩(wěn)定在40次上下。

對比巫家壩機場和長水機場出現(xiàn)霧天氣的月次數(shù)統(tǒng)計圖，可以發(fā)現(xiàn)，兩機場全年都有霧天氣發(fā)生，前者7月-10月發(fā)生的次數(shù)高于后者，其他幾個月份后者高于前者。

圖4 巫家壩機場和長水機場出現(xiàn)霧天氣對比圖

從圖5可知，長水機場出現(xiàn)霧的時刻多在20時至次日2時，但期間小時波動很明顯，如21時和23時出現(xiàn)的頻次較少，22時達到了峰值(超過200次)。從3時開始處于較低水平，一直到19時，但可以看出在12時出現(xiàn)霧的次數(shù)較多，達到50多次。從兩機場24小時出現(xiàn)霧次數(shù)可知，白天出現(xiàn)霧的次數(shù)低于夜間，從6時開始次數(shù)遞增，22時以后出現(xiàn)遞減。

3.3 從地形特點看長水機場大霧的形成原因

圖5 巫家壩機場和長水機場24小時出現(xiàn)霧次數(shù)天氣對比圖

長水機場位于滇中偏東地區(qū)，昆明的東北部，機場選址在山腰，是個小洼地，地勢相對附近山包較低，被周邊起伏的山巒包圍，同時位于云南冷空氣的入口，靜止鋒常駐，遇冷空氣容易起霧。就地勢來看，昆明城區(qū)平均海拔為1 897 m，巫家壩機場海拔高度約1 890 m，而長水機場的海拔約為2 100 m，長水機場介于昆明和嵩明之間，但機場的海拔比昆明城區(qū)和嵩明的海拔都要高，就是這近200 m的海拔差對大霧的形成起了重要作用。原巫家壩機場位于市區(qū)，海拔高度比長水低，加上城市熱島效應以及城市建筑的阻攔，氣溫偏高，下墊面較干，因此巫家壩機場出霧的可能性要遠比長水機場低。

再來看看長水機場所處的獨特地理位置。一是機場選址，按照冷空氣爬升在半山腰會出現(xiàn)霧天的規(guī)律，位于半山腰的長水機場，當然是出現(xiàn)大霧天氣最合適不過的地方。二是長水機場處在一個小洼地，機場比附近地勢相對較低，被周邊起伏的山巒包圍著，西部、西北部的最高點約2 200 m，東部、東南部達到2 500 m。在冬季晴朗的夜間，輻射冷卻較強，加上北側的海拔較低，從而在潮濕的盆地內容易形成冷氣團。不斷積累的冷空氣團平流到長水機場北側的山坡并爬升，從而導致機場跑道附近上空形成多云狀況。隨著此云層向南漂移，長水機場逐漸被霧覆蓋。這就像是給機場上空蓋上了一層“被子”，形成了一層保護膜，不利于空氣的流動，導致霧氣難以散去。而當冷空氣入侵且相對穩(wěn)定時，大霧短時間就不容易散去。最后是長水機場位于云南冷空氣的入口，又是昆明準靜止鋒常影響的區(qū)域，所以一旦有西南暖濕氣流配合，大霧天氣就會形成。

4 結論和建議

4.1 長水機場大霧造成低能見度天氣特點總結

昆明機場在2008年6月27日搬遷，原巫家壩機場停航，所有航班運行調整到長水機場，對比兩機場，原巫家壩機場的氣象條件優(yōu)于長水機場。受長水機場獨特地形的影響，大霧天氣影響機場運行成了一個“特色”。

昆明是半濕潤亞熱帶型氣候，緯度低，受西南季風影響，夏季、冬季大陸氣團控制，四季如春，冬無嚴寒，夏無酷暑，冬春多陽，夏秋多雨。

4.2 低能見天氣狀況下安全運行的建議

2013年1月3日和2017年2月27日，受大霧形成的低能見度天氣影響，長水機場出現(xiàn)了大面積航班延誤。長水機場立即啟動了大面積航班延誤處置三級響應，進行了航班調配、旅客服務、機場設施系統(tǒng)維護等應急處置工作。筆者所在的部門承擔國航所有在昆明長水機場出港航班的簽派放行工作，根據(jù)多次保障長水機場大霧造成低能見度天氣后航班運行的經(jīng)驗，我們提出以下五點建議：

1）建議II類運行和低能見度起飛程序引入。ILS進近到?jīng)Q斷高度不低于距接地區(qū)海拔最高點高度100 ft，且RVR小于2 400 ft，但不小于1 200 ft，稱作Ⅱ類運行，II類運行的主要目的是惡劣天氣條件和低能見度天氣條件下實施著陸，提供與“正?！睏l件下等效的安全飛行水平。低能見度起飛程序是一種為提升航空公司全天候運行能力，減少因低能見度、低云天氣所導致的延誤、返航、備降等運行不正常狀態(tài)，確保在低能見天氣條件下的運行安全的飛行程序。例如，成都雙流機場已經(jīng)在II類運行的情況下，將原有的能見度800 m，決斷高60 m的落地標準降低到跑道視程300 m，決斷高30 m。如果采用低能見度起飛程序，白天無燈情況下能見度500 m的起飛標準，可以降低到C類飛機能見度200 m，D類飛機能見度250 m，將這樣的技術引入到長水機場這類容易出現(xiàn)大霧等低能見度天氣的機場，可以大大提高機場航班飛行的正常性。這樣就需要機場做好相關運行的基礎設施建設，管制單位做好管制員的培訓，航空公司落實航空器保障措施和飛行員資質的管理。

針對低能見度起飛程序，民航局引入了HUD（平視顯示器）的概念，為保證航班運行作用顯著。2017年12月29日7時04分，濟南市氣象局發(fā)布大霧橙色預警信息，濟陽縣、商河縣出現(xiàn)能見度小于50 m的強濃霧，市區(qū)及其他縣區(qū)的大部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)能見度小于500 m，局部地區(qū)能見度小于200 m的大霧，然而就在大霧橙色預警的當天7時46分，在濟南遙墻國際機場，一架航班號為SC1181的山航波音737-800型飛機使用HUD安全起飛，成為該時間段濟南機場唯一出航航班。有關專家認為，飛行員在著陸過程中一般是看著外面，再看著儀表，容易丟失飛機的姿態(tài)，也會耽誤一些時間。HUD是一個平視顯示儀，不需要低頭，就可以看到跑道的同時看到主要的儀表數(shù)據(jù)，大大降低了飛行員操作的復雜性，提升在復雜天氣條件下低能見度起飛的能力。過去通常是400 m能見度可以起飛，這次我們試驗的是150 m，未來要達到90 m能見度起飛。即使是從200 m到150 m，這50 m的距離也是不得了的進步。

2）空管部門統(tǒng)籌安排機場所有航班的運行?？展懿块T負責機場進出港航班的排序，作為這項工作的主導者，空管部門應該統(tǒng)籌安排各航空公司的飛行計劃。例如：進港和出港航班方面，優(yōu)先安排出港航班，達到疏散滯留旅客作用；在機型方面，優(yōu)先安排大型航空器起飛，在有限的起飛時刻里，盡量一個航班多疏散旅客；在目的地機場方面，優(yōu)先安排國際和我國港澳臺地區(qū)的航班或大型樞紐機場為目的地的航班起飛等，這樣的安排可以保證航班運行的高效性。

3）氣象部門提前做好不良天氣預警工作。長水機場因其大霧天氣造成的低能見度發(fā)生頻率高，成為眾多學者的研究對象，因此可以積累大量的研究數(shù)據(jù)，氣象部門可以參考這些數(shù)據(jù)及時做好不良天氣預警，航空公司參考據(jù)此做好應對預案。

4）及時公布和更新航空公司航班延誤、取消的信息，避免旅客群體性事件發(fā)生。2013年1月3日的大霧天氣除了造成航班大量取消外，也引起很激烈的旅客群體性事件，其中主要的原因就是航班動態(tài)不能及時告知到旅客，造成旅客不能準確了解延誤的情況、登機口安排等，甚至出現(xiàn)了航班已經(jīng)起飛、但部分旅客依然還在候機樓等待登機通知的情況。因此，航空公司應該主動通過機場廣播系統(tǒng)和本公司地服部門將航班延誤、取消信息及時公布和更新，避免旅客群體性事件發(fā)生。

5）基地航空公司和擁有大型機運力的航空承運人積極發(fā)揮疏散滯留旅客的主導作用?；睾娇展具\力充足，擁有大型機運力的航空承運人座位數(shù)量充足，充分利用這些資源可以緩解旅客滯留壓力。

民航的運行是一個有機整體，各個運行部門和企業(yè)要發(fā)揮團隊協(xié)作的作用，以最好的狀態(tài)應對極端天氣，提高非正常情況下的運行效率、處置能力和保障水平。