大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度變化特征分析

蔣金亮 崔夢(mèng)蘭

（1.中國(guó)民用航空華北地區(qū)空中交通管理局，北京 102600；2.北京維艾思?xì)庀笮畔⒖萍加邢薰荆本?100089）

0 引言

能見(jiàn)度指視力正常的人在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能從天空背景中看到和辨認(rèn)出目標(biāo)物（黑色、大小適度）輪廓的最大水平距離；夜間能看到和確定一定強(qiáng)度燈光的發(fā)光點(diǎn)的最大水平距離[1]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，1951—1998年中國(guó)發(fā)生的飛行事故中，有245次與氣象因子有關(guān)，其中19.2%是由低能見(jiàn)度造成的[2]。因此分析低能見(jiàn)度的變化特征，對(duì)機(jī)場(chǎng)各單位協(xié)調(diào)配合，保障本場(chǎng)飛機(jī)起降安全以及塔臺(tái)進(jìn)近管制部門(mén)采取相應(yīng)的措施，以便更合理地制作與安排飛行計(jì)劃，是很有意義的。大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)從2019年秋季開(kāi)航到2022年8月已經(jīng)運(yùn)行了3年，這三年內(nèi)出現(xiàn)過(guò)幾十次低能見(jiàn)度天氣，比同屬北京市的首都機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)低能見(jiàn)度天氣的頻次高。該文用大興機(jī)場(chǎng)2019年7月—2022年07月的觀測(cè)資料，對(duì)大興機(jī)場(chǎng)的能見(jiàn)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，掌握其規(guī)律及特點(diǎn)，能更好地服務(wù)民航及通航飛行，保障飛行安全。

1 資料與方法

大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于116°23′26″E、39°29′10″N，隸屬于中國(guó)北京市大興區(qū)榆垡鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)和河北省廊坊市廣陽(yáng)區(qū)之間，地處太行山東部大霧帶邊緣，靠近平原腹地，只有一面靠山，其余方向地勢(shì)平坦。該文采用 24h人工觀測(cè)資料的數(shù)據(jù)格式。采用統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)大興機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度變化規(guī)律及其影響因素進(jìn)行分析。

2 能見(jiàn)度的特征分析

2.1 主導(dǎo)能見(jiàn)度的月變化

將能見(jiàn)度的數(shù)據(jù)和能見(jiàn)度≤1500的數(shù)據(jù)按月平均在進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)行擬合時(shí)擬合效果最好，其變化規(guī)律基本符合實(shí)際數(shù)據(jù)走勢(shì)情況，呈現(xiàn)波動(dòng)起伏趨勢(shì)。

當(dāng)使用3個(gè)正余弦函數(shù)對(duì)月平均能見(jiàn)度進(jìn)行擬合時(shí)擬合效果最好，R-square值為0.953，函數(shù)表達(dá)式為f（x）=a0+a1*cos（x*w）+b1*sin（x*w）+a2*cos（2*x*w）+b2*sin（2*x*w）+a3*cos（3*x*w）+b3*sin（3*x*w）（系數(shù)95%置信區(qū)間a0=8024（7867，8180），a1=-63.53（-322.1，195），b1=-81.87（-297.5，133.8），a2=302.1（-41.98，646.2），b2=-408.9（-691.8，-126.1），a3=-466.2（-856.3，-76.04），b3=-313.8（-780.5，153），w=0.74（0.6942，0.7858））。

當(dāng)使用3個(gè)正余弦函數(shù)對(duì)能見(jiàn)度≤1500m的月平均值進(jìn)行擬合時(shí)擬合效果最好，R-square值為0.8797，函數(shù)表達(dá)式為f（x）=a0+a1*cos（x*w）+b1*sin（x*w）+a2*cos（2*x*w）+b2*sin（2*x*w）+a3*cos（3*x*w）+b3*sin（3*x*w）（系數(shù)95%置信區(qū)間a0=1087（946.3，1228），a1=-195（-436.8，46.69），b1=-210.9（-433.8，11.92），a2=74.01（-150.5，298.5），b2=-92.03（-288.7，104.6），a3=-7.877（-324.1，308.4），b3=138.8（-48.09，325.7），w=0.6551（0.5499，0.7604））。

由圖1（a）可看出，月平均能見(jiàn)度變化呈波動(dòng)趨勢(shì)，能見(jiàn)度分布表現(xiàn)為W型。1月~4月整體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，4月~6月為迅速下降階段，6月~7月中旬為穩(wěn)步增長(zhǎng)階段，7月中下旬~9月又為迅速下降階段，9月~12月整體也呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，月平均能見(jiàn)度最低出現(xiàn)在6月和9月，最高出現(xiàn)在4月中旬和7月中旬月，其余月份能見(jiàn)度變化較為穩(wěn)定。

由圖1（b）可看出，能見(jiàn)度≤1500的月平均變化仍呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，能見(jiàn)度分布表現(xiàn)為M型。1月~2月呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，2月~4月為迅速上升階段，4月~6月為緩慢下降階段，下降速度與1月~2月相似，6月~8月波動(dòng)不大形勢(shì)較為穩(wěn)定，8月~12月為階梯式下降階段。月平均能見(jiàn)度≤1500m最低出現(xiàn)在2月、11月中旬，高值出現(xiàn)在4月，其余月份介于高低值之間，5月~8月低能見(jiàn)度變化較為穩(wěn)定，與實(shí)際低能見(jiàn)度出現(xiàn)月份基本吻合，說(shuō)明用傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合能夠較好看出能見(jiàn)度≤1500m的月平均值變化趨勢(shì)。

圖1 （a）和（b）分別是月平均能見(jiàn)度和能見(jiàn)度≤1500m的傅里葉級(jí)數(shù)擬合

2.2 低能見(jiàn)度的月變化

圖2是大興機(jī)場(chǎng)2019年7月~2022年6月間各月能見(jiàn)度≤1500m的出現(xiàn)天數(shù)統(tǒng)計(jì)圖。由圖2可看出大興機(jī)場(chǎng)春天和夏天兩季節(jié)出現(xiàn)次數(shù)較少，分別大約是10.34天與11天；秋天溫度下降后以及冬天氣層穩(wěn)定時(shí)候低能見(jiàn)度現(xiàn)象出現(xiàn)得較為頻繁，出現(xiàn)低能見(jiàn)度的天數(shù)分別大約是16.33天和15.99天；從整體來(lái)看，低能見(jiàn)度由1月~6月趨向好轉(zhuǎn)，而從6月~12月能見(jiàn)度較差，除秋季能見(jiàn)度最差外，12月、1月、2月的能見(jiàn)度數(shù)值也整體偏低，此時(shí)正是冬季大氣環(huán)流轉(zhuǎn)換過(guò)程中的過(guò)渡季節(jié)，因此在每年的秋冬季節(jié)換季前后對(duì)低能見(jiàn)度的預(yù)報(bào)和觀測(cè)應(yīng)該特別留意。

不難看出秋季出現(xiàn)低能見(jiàn)度的天數(shù)與冬季差不多，但是冬季出現(xiàn)的低能見(jiàn)度現(xiàn)象整體偏差，通常能見(jiàn)度會(huì)低于500 m 且維持時(shí)間較長(zhǎng)，多達(dá)半天有時(shí)候甚至?xí)霈F(xiàn)全天能見(jiàn)度都沒(méi)有好轉(zhuǎn)的情況； 而秋季的低能見(jiàn)度現(xiàn)象，一般來(lái)說(shuō)，會(huì)在日出后 1h~2 h 內(nèi)消散（表1）。春季和夏季的低能見(jiàn)度現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間較短，很少超過(guò)2h。由圖2還可以看出，大興機(jī)場(chǎng)年均出現(xiàn)低能見(jiàn)度現(xiàn)象的天數(shù)為53.66天，其中3月大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度現(xiàn)象出現(xiàn)的最頻繁，平均出現(xiàn)天數(shù)大概是7.67天。低能見(jiàn)度現(xiàn)象出現(xiàn)次數(shù)第二多的月份是1月和11月，都是6.33天。相對(duì)而言，在4月份和5、6月份出現(xiàn)低能見(jiàn)度現(xiàn)象的次數(shù)很低，只有0.67天和2天，而其余月份出現(xiàn)低能見(jiàn)度現(xiàn)象的天數(shù)變化不大。

圖2 大興機(jī)場(chǎng)各月低能見(jiàn)度平均日數(shù)

2.3 低能見(jiàn)度的日變化

對(duì)大興機(jī)場(chǎng)2019年7月—2022年6月不同時(shí)次低能見(jiàn)度出現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖3），由圖3可以看出低能見(jiàn)度≤1500 m每日的逐小時(shí)變化相對(duì)平緩，基本呈單峰型，并且所有時(shí)次都出現(xiàn)過(guò)能見(jiàn)度較低的情況。每日的后半夜（3h）起是低能見(jiàn)度出現(xiàn)次數(shù)的頻發(fā)時(shí)段，其中3 h~11 h是低能見(jiàn)度的高發(fā)時(shí)段，而下午（15 h）出現(xiàn)低能見(jiàn)度的次數(shù)則相對(duì)較低。北京時(shí)間07h（下同）出現(xiàn)次數(shù)達(dá)到峰值99次，隨后次數(shù)開(kāi)始降至22h出現(xiàn)次數(shù)達(dá)到低谷的16次，然后出現(xiàn)次數(shù)持續(xù)上升。低能見(jiàn)度的日變化趨勢(shì)與本場(chǎng)輻射霧易發(fā)有密切的聯(lián)系，大興機(jī)場(chǎng)的低能見(jiàn)度現(xiàn)象大多數(shù)是由霧造成的（表2），其中主要影響能見(jiàn)度的就是輻射霧，主要出現(xiàn)在晴朗、風(fēng)力不大（一般風(fēng)速為1 m/s~3 m/s）的夜間或清晨，日出后氣溫升高濕度降低霧便逐漸消散，所以，在秋末和初冬時(shí)節(jié)，當(dāng)本場(chǎng)前一天晚上滿(mǎn)足以下條件：天氣晴朗，天空無(wú)云，依稀能看到空中的星星并且相對(duì)濕度在 80% 以上，瞬時(shí)風(fēng)速在 1 m/s~3 m/s時(shí)的天氣條件下且基礎(chǔ)能見(jiàn)度小于3 km時(shí)，容易出現(xiàn)具有一定厚度的輻射霧[3]。所以，觀測(cè)員值班時(shí)在日出前后就要特別注意本場(chǎng)能見(jiàn)度的變化，尤其是當(dāng)清晨風(fēng)速小于 3 m/s 時(shí)，一定要注意本場(chǎng)能見(jiàn)度的變化。

圖3 大興機(jī)場(chǎng)各時(shí)次低能見(jiàn)度出現(xiàn)次數(shù)

2.4 低能見(jiàn)度的持續(xù)時(shí)間

表1反映了大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間的基本特征。由于采用的是主導(dǎo)能見(jiàn)度24h的逐分鐘數(shù)據(jù)，其中在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中低能見(jiàn)度出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間不足10min的忽略不計(jì)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)的年平均出現(xiàn)低能見(jiàn)度的次數(shù)大概為44.1次。按照持續(xù)時(shí)間來(lái)分級(jí)，低能見(jiàn)度（本場(chǎng)出現(xiàn)輕霧導(dǎo)致能見(jiàn)度較差）持續(xù)時(shí)間少于1 h的次數(shù)最多，年平均出現(xiàn)10.8次；其次為（部分碎片霧影響導(dǎo)致本場(chǎng)局部能見(jiàn)度較差）持續(xù)時(shí)間在 2h~4h 的，年平均出現(xiàn) 9.7 次；再次為（積攢的水汽擴(kuò)散不了導(dǎo)致平流霧彌漫本場(chǎng)）持續(xù)時(shí)間6h~16h ，年平均出現(xiàn)次數(shù)是8.9 次；持續(xù)時(shí)間在 1h~2h 、4h~6h和≥16h 的低能見(jiàn)度現(xiàn)象出現(xiàn)次數(shù)最少，分別為4.8次、4.9次和5次。

表1 大興機(jī)場(chǎng)各月不同持續(xù)時(shí)間低能見(jiàn)度出現(xiàn)次數(shù)

從月份上來(lái)看4月份出現(xiàn)低能見(jiàn)度的次數(shù)最少，其次是5月、6月、7月；8、9、103個(gè)月低能見(jiàn)度出現(xiàn)次數(shù)較多但是持續(xù)時(shí)間較短幾乎在4h以下；值得注意的是在季節(jié)過(guò)渡月份低能見(jiàn)度變化趨勢(shì)出現(xiàn)波動(dòng)，如11月份秋冬過(guò)渡月份，可見(jiàn)低能見(jiàn)度持續(xù)時(shí)間從4月~10月份的幾乎在6h前后向持續(xù)時(shí)間大于16h變化；還有3月~4月從持續(xù)時(shí)間6h左右向持續(xù)時(shí)間2 h左右變化，故應(yīng)該注意大尺度環(huán)流背景的變化對(duì)低能見(jiàn)度持續(xù)時(shí)間的影響。

2.5 影響大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度的主要因子

通過(guò)對(duì)大興機(jī)場(chǎng)2019年7月~2022年6月能見(jiàn)度≤1500m的天氣日數(shù)及造成低能見(jiàn)度的對(duì)應(yīng)天氣要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表2），由表2可以看出：2019年7月~2022年6月間能見(jiàn)度小于等于1500m的天數(shù)共有166天，占總天數(shù)的15%。大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣現(xiàn)象主要是由霧造成的，因霧產(chǎn)生的低能見(jiàn)度現(xiàn)象的天數(shù)為127天，占76.5%，且全年各月都有分布，主要集中在秋冬季節(jié)；因降水現(xiàn)象產(chǎn)生的低能見(jiàn)度現(xiàn)象的天數(shù)為37天，占總低能見(jiàn)度天數(shù)的22.28%，除4月、5月外各月都有分布；而風(fēng)沙現(xiàn)象占不足1%且持續(xù)時(shí)間短。故可看出霧是影響大興機(jī)場(chǎng)航班起飛降落的首要因素。

表2 2019年7月~2022年6月影響大興機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度≤1500m的天氣現(xiàn)象

3 結(jié)論與討論

該文通過(guò)分析大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度變化特征，得到以下3個(gè)結(jié)論：1）用傅里葉級(jí)數(shù)（3個(gè)正余弦函數(shù)相加）對(duì)月平均能見(jiàn)度和能見(jiàn)度≤1500 m的月平均值進(jìn)行擬合，擬合效果最好，R-square值分別為0.953和0.8797。月平均能見(jiàn)度的月變化表現(xiàn)為W型，高值出現(xiàn)在4月中旬和7月中旬，低值出現(xiàn)在6月和9月；能見(jiàn)度≤1500m的月平均能見(jiàn)度的月變化表現(xiàn)為M型，高值出現(xiàn)在4月和7月中旬，4月過(guò)后整體呈現(xiàn)階梯性下降趨勢(shì)；低值出現(xiàn)在12月和2月，2月過(guò)后整體呈現(xiàn)緩慢爬升階段。2）低能見(jiàn)度的月變化：大興機(jī)場(chǎng)年均出現(xiàn)低能見(jiàn)度現(xiàn)象的天數(shù)為53.66天，3月是大興機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)低能見(jiàn)度現(xiàn)象最頻繁的月份，平均出現(xiàn)天數(shù)是7.67天。大興機(jī)場(chǎng)秋冬兩季低能見(jiàn)度現(xiàn)象出現(xiàn)得較為頻繁，低能見(jiàn)度出現(xiàn)的天數(shù)分別是16.33天和15.99天；春夏兩季節(jié)出現(xiàn)次數(shù)較少，分別是10.34天與11天。3）低能見(jiàn)度的日變化：表現(xiàn)為單峰型，出現(xiàn)次數(shù)的高值在07h（北京時(shí)，下同），低值在22h；后半夜是低能見(jiàn)度出現(xiàn)次數(shù)的頻發(fā)時(shí)段，而下午出現(xiàn)低能見(jiàn)度的次數(shù)則相對(duì)較低；這一變化趨勢(shì)與大興機(jī)場(chǎng)輻射霧易發(fā)密切相關(guān)。4）低能見(jiàn)度持續(xù)時(shí)間少于1 h的次數(shù)最多，持續(xù)時(shí)間在1h~2h、4h~6h和≥16 h 的低能見(jiàn)度現(xiàn)象出現(xiàn)次數(shù)最少；秋冬季是低能見(jiàn)度頻率出現(xiàn)次數(shù)較多的季節(jié)，其中冬季后半夜氣溫下降快濕度大低能見(jiàn)度現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，秋季晝夜溫差大日出前后氣溫升降迅速低能見(jiàn)度現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間就較短。5）霧（輻射霧、碎片霧、平流霧）是造成大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣的主要天氣現(xiàn)象。