廈門(mén)機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)向年變化及日變化特征分析

肖志宇 郭煒峻 房云龍 張 勇 郭秀鳳

（1.中國(guó)民用航空青島空中交通管理站，山東 青島 266000；2.中國(guó)民用航空廈門(mén)空中交通管理站，福建 廈門(mén) 361000）

0 引言

地面風(fēng)向是影響飛行運(yùn)行的關(guān)鍵氣象要素。飛機(jī)起飛和著陸通常要求在逆風(fēng)條件下進(jìn)行，飛機(jī)在順風(fēng)較大時(shí)著陸有可能沖出跑道，在側(cè)風(fēng)較大時(shí)起飛和著陸時(shí)，飛機(jī)的操縱會(huì)變得比較復(fù)雜。 風(fēng)向的頻繁轉(zhuǎn)換導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)運(yùn)行中跑道使用方向的變化，進(jìn)而使得空中的航空器重新排隊(duì)等待，增加了地面管制員的工作量及飛機(jī)飛行時(shí)間，是影響飛行的重要因素[1-3]。

中國(guó)中東部處于東亞季風(fēng)區(qū)，風(fēng)向具有明顯的年變化特征。 受海陸地形影響，部分地區(qū)風(fēng)向日變化特征風(fēng)也非常顯著，有部分專(zhuān)家學(xué)者對(duì)國(guó)內(nèi)一些機(jī)場(chǎng)的地面風(fēng)進(jìn)行了研究，王欽[4]等研究了廣漢機(jī)場(chǎng)春季地面風(fēng)的變化特征，對(duì)廣漢機(jī)場(chǎng)的飛行訓(xùn)練具有一定的參考意義。 申輝[5]等分析了四川新津機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)的平均日變化， 并討論了地面瞬時(shí)風(fēng)與機(jī)場(chǎng)跑道的關(guān)系。房云龍[6]等分析了青島流亭機(jī)場(chǎng)各個(gè)季節(jié)地面風(fēng)向日變化規(guī)律， 發(fā)現(xiàn)了影響青島機(jī)場(chǎng)的兩支海風(fēng)環(huán)流，并研究了其不同季節(jié)出現(xiàn)的時(shí)間以及產(chǎn)生的影響。

廈門(mén)高崎機(jī)場(chǎng)（簡(jiǎn)稱廈門(mén)機(jī)場(chǎng)）處于福建省西南部，廈門(mén)島的東北部，機(jī)場(chǎng)東北距離海岸線最近不到300 m，跑道方向?yàn)?0°～230°。廈門(mén)機(jī)場(chǎng)是中國(guó)東南沿海最重要的民用機(jī)場(chǎng)之一，研究風(fēng)向年變化及日變化特征對(duì)廈門(mén)機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。目前針對(duì)廈門(mén)島風(fēng)向年變化及海陸風(fēng)的研究較多[7-11]，但針對(duì)廈門(mén)機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)向年變化及日變化特征的研究較少。因此， 本文利用廈門(mén)機(jī)場(chǎng)2010～2019 年逐小時(shí)地面10 m 風(fēng)的資料， 研究分析廈門(mén)機(jī)場(chǎng)風(fēng)向年變化及日變化特征。

1 地面風(fēng)向年變化特征

大量研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)中東部起風(fēng)氣候區(qū)不同風(fēng)向的年變化特征具有明顯差異。為分析各風(fēng)向年變化特征，采用不同方式將各風(fēng)向劃分為不同風(fēng)向組，檢驗(yàn)劃分方式優(yōu)劣的依據(jù)為:（1） 組內(nèi)各風(fēng)向具有相似的年變化特征。（2）組間風(fēng)向年變化具有顯著差異。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)將風(fēng)向分為以下三個(gè)風(fēng)向組能清晰的區(qū)分不同風(fēng)向年變化特征，風(fēng)向組Ⅰ（20°～130°）、風(fēng)向組Ⅱ（140°～250°）和風(fēng)向組Ⅲ（260°～10°），每個(gè)風(fēng)向組風(fēng)向跨度為 120°。 如圖 1 所示， 風(fēng)向組Ⅰ （20°～130°） 在 9 月-次年 5 月出現(xiàn)頻率均＞60%，其中 10 月達(dá)到極大值88%，6～8 月是風(fēng)向組Ⅰ全年出現(xiàn)頻率最小的 3 個(gè)月，7 月達(dá)到極小值 27%。 風(fēng)向組Ⅱ（140°～250°） 在 10 月至次年 3 月出現(xiàn)頻率≤10%，4～5 月上升至20%～30%，6 開(kāi)始迅速升高，7 月達(dá)到為全年最大值頻率60%，8 月之后，頻率迅速降低，至10 月降低至4%。風(fēng)向組Ⅲ（260°～10°）全年出現(xiàn)頻率均在5%～15%，與風(fēng)向組Ⅰ、Ⅱ相比，風(fēng)向組Ⅲ沒(méi)有顯著的年變化特征。

同一風(fēng)向組內(nèi)各風(fēng)向段具有相似的年變化規(guī)律，但組內(nèi)各風(fēng)向段對(duì)風(fēng)向組的頻率貢獻(xiàn)差異比較顯著，如圖 2 所示，風(fēng)向組Ⅰ（20°～130°）中，風(fēng)向段 20°～40°和 50°～70°的出現(xiàn)頻率顯著高于風(fēng)向段 80°～100°以及110°～130°。9～11 月，風(fēng)向頻率最大值為 27%～40%，出現(xiàn)在風(fēng)向段 20°～40°，12 月至次年 5 月頻率最大值為19～34%， 出現(xiàn)在風(fēng)向段 50°～70°； 風(fēng)向組Ⅱ （140°～250°）中，風(fēng)向段 200°～220°出現(xiàn)頻率顯著高于其他 3個(gè)風(fēng)向段；風(fēng)向Ⅲ（260°～010°）中，各風(fēng)向段出現(xiàn)頻率均較小，組內(nèi)對(duì)比沒(méi)有風(fēng)向組Ⅰ、Ⅱ明顯。

圖1 廈門(mén)機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)向3 個(gè)風(fēng)向組風(fēng)向頻率年變化

圖2 廈門(mén)機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)向30 度風(fēng)向頻率年變化

通過(guò)以上分析發(fā)現(xiàn)，9 月至次年5 月， 廈門(mén)機(jī)場(chǎng)盛行 20°～70°的東北風(fēng)，6～7 月， 盛行 200°～220°西南風(fēng)，8 月是東北風(fēng)和西南風(fēng)的轉(zhuǎn)換季節(jié)。

2 地面風(fēng)向日變化特征

圖3 為2010～2019 年廈門(mén)機(jī)場(chǎng)全年滑動(dòng)30°風(fēng)向頻率的日分布陰影圖。 如圖所示，頻率≥5%的區(qū)域大部分集中在以東北風(fēng)為主的偏北到偏東方向的風(fēng)向段內(nèi)，小部分在西南到西北的偏西風(fēng)向段內(nèi)。 東北風(fēng)頻率較大，大部分時(shí)間都在20%以上，部分時(shí)段超過(guò)30%，偏西風(fēng)頻率較小，為5%～10%。 在中午前后，東北風(fēng)和偏西風(fēng)頻率減小，東南風(fēng)的頻率增大。 下午到傍晚，東南風(fēng)的頻率達(dá)到最大，東北風(fēng)和偏西風(fēng)的頻率也達(dá)到最??；傍晚到夜間，東南風(fēng)的頻率減小，東北風(fēng)和偏西風(fēng)的頻率又增大。 從圖1 可以發(fā)現(xiàn)，廈門(mén)機(jī)場(chǎng)全年主要盛行東北風(fēng)和偏西風(fēng)，無(wú)論是占大多數(shù)的東北風(fēng)還是占少數(shù)的偏西風(fēng)，在中午前后都有向東南方向偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象， 轉(zhuǎn)為東南風(fēng)為主的偏東到偏南風(fēng)。東南風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng)，在傍晚到夜間，又會(huì)逐漸轉(zhuǎn)回東北或者偏西風(fēng)。全年風(fēng)向頻率的日分布已經(jīng)出現(xiàn)了比較明顯的日變化，為了了解這種變化在各個(gè)季節(jié)都有怎樣的表現(xiàn)，下面對(duì)廈門(mén)機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)向頻率的日分布情況分季節(jié)進(jìn)行討論。

圖 4 為 2010～2019 年廈門(mén)機(jī)場(chǎng)冬、春、夏、秋四個(gè)季節(jié)的風(fēng)向頻率日分布情況。 如圖4a，冬季夜間到上午最多的為東北風(fēng)， 極大的頻率主要集中在20°～70°的風(fēng)向段內(nèi)。 中午東北風(fēng)頻率減小，東到東南風(fēng)頻率增大，午后至傍晚東-東南風(fēng)最多，極大的頻率主要集中在80°～110°的風(fēng)向段內(nèi)， 夜間東-東南風(fēng)轉(zhuǎn)回東北風(fēng)，極大頻率再度回到 20°～70°風(fēng)向段內(nèi)。 此外，半夜至上午，偏西風(fēng)出現(xiàn)頻率＞5%，也具有一定的日變化特征。通過(guò)以上分析發(fā)現(xiàn)，夜間風(fēng)向主要為東北風(fēng)，在中午前后風(fēng)向開(kāi)始向東南方向偏轉(zhuǎn)， 午后至傍晚，東到東南風(fēng)出現(xiàn)頻率達(dá)到最大，傍晚至夜間，風(fēng)向開(kāi)始向東北方向偏轉(zhuǎn)，東北風(fēng)頻率極大值出現(xiàn)在兩個(gè)時(shí)間段，分別是 09:00～12:00 以及 21:00-次日 03:00，東-東南風(fēng)頻率極大值出現(xiàn)時(shí)間為15:00～18:00， 西北偏西風(fēng)的頻率極大值出現(xiàn)在06:00～09:00。

如圖4b，4d， 春季、 秋季與冬季頻率分布規(guī)律類(lèi)似。 夜間至上午，東北風(fēng)頻率最大，集中在風(fēng)向段20°～70°，中午開(kāi)始，風(fēng)向向東南方向偏轉(zhuǎn)，東-東南風(fēng)頻率開(kāi)始增大， 午后至傍晚東-東南風(fēng)頻率達(dá)到極大值，夜間之后，風(fēng)向與午后相反，向東北方向偏轉(zhuǎn)。春季、秋季的西北偏西風(fēng)也存在一定程度的日變化特征， 但強(qiáng)度顯著弱于東北風(fēng)和東-東南風(fēng)。 對(duì)比冬季、春季和秋季發(fā)現(xiàn)，三個(gè)季節(jié)東北風(fēng)、東-東南風(fēng)，西北偏西風(fēng)日變化規(guī)律相似，極大值出現(xiàn)時(shí)間也基本一致，但風(fēng)向頻率相差較大，秋季風(fēng)向更加集中，東北風(fēng)極大值在清晨和夜間＞50%，而相同時(shí)間的春季和冬季只有20%～30%。

圖3 2010～2019 年廈門(mén)機(jī)場(chǎng)全年地面風(fēng)向頻率的日分布

廈門(mén)機(jī)場(chǎng)夏季地面風(fēng)向日變化與其他三個(gè)季節(jié)呈現(xiàn)顯著差異，如圖2c 所示，夏季夜間到上午以西南風(fēng)和東北風(fēng)為主，風(fēng)向頻率≥10%主要集中在200°～250°和20°～70°這兩個(gè)風(fēng)向段內(nèi)， 西南風(fēng)頻率略多于東北風(fēng)；中午至傍晚，西南風(fēng)和東北風(fēng)頻率減小，南-東南風(fēng)出現(xiàn)頻率增大，風(fēng)向極大頻率主要集中在160°～200°的風(fēng)向段內(nèi)；夜間，南-東南風(fēng)頻率減小，西南風(fēng)和東北風(fēng)頻率增大。夏季東北風(fēng)、西南風(fēng)、南-東南風(fēng)呈現(xiàn)明顯的日變化特征， 東北風(fēng)和西南風(fēng)夜間至上午出現(xiàn)頻率最大，午后至傍晚減?。荒?東南風(fēng)則相反，午后至傍晚頻率達(dá)到極大值，夜間至上午頻率比較低。

3 結(jié)論

通過(guò)研究廈門(mén)機(jī)場(chǎng)2010～2019 年風(fēng)向年變化和日變化特征，結(jié)論如下：

（1）廈門(mén)機(jī)場(chǎng) 3 個(gè)風(fēng)向組Ⅰ（20°～130°）、Ⅱ（140°～250°）和Ⅲ（260°～10°）具有明顯但不同的年變化特征， 風(fēng)向組Ⅰ和風(fēng)向組Ⅱ呈現(xiàn)顯著的反位相形態(tài)，對(duì)于風(fēng)向頻率，9 月至次年5 月， 風(fēng)向組Ⅰ＞風(fēng)向組Ⅱ；6～7 月，風(fēng)向組Ⅰ＜風(fēng)向組Ⅱ；8 月，風(fēng)向組Ⅰ、Ⅱ基本持平。 風(fēng)向組Ⅲ沒(méi)有明顯的年變化特征。

（2）相同風(fēng)向組組內(nèi)各風(fēng)向段的頻率貢獻(xiàn)率相差較大，風(fēng)向組Ⅰ中，風(fēng)向段 20°～40°和 50°～70°的頻率貢獻(xiàn)率最大，風(fēng)向組Ⅱ主要體現(xiàn)在風(fēng)向段200°～220°。

（3） 廈門(mén)機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)向存在顯著日變化特征，東北風(fēng)頻率中午減小，傍晚達(dá)到極小值，夜間及次日清晨達(dá)到極大值；東南風(fēng)（春、秋、東三季為東-東南風(fēng)，夏季為南-東南風(fēng)）頻率中午開(kāi)始增大，傍晚達(dá)到極大值，夜間迅速減??；西北偏西風(fēng)清晨達(dá)到極大值，上午迅速降低。

圖 4 2010～2019 年廈門(mén)機(jī)場(chǎng)（a）冬季（12～2 月）、（b）春季（3～5 月）、（c）夏季（6～8 月）、（d）秋季（9～11 月）地面風(fēng)向頻率（單位：%）的日分布