昆明长水机场大雾天气特征及航班运行控制分析*

张 序，叶 楠，李家南，王玉冰，兰梓洲

(1.中国国际航空股份有限公司运行控制中心西南分控中心，四川 成都 610202；2.中国民航飞行学院航空运行专业技术及人才培养研究所，四川 广汉 618307；3.中国国际航空股份有限公司西南分公司飞行部，四川 成都 610202；4.中国民航飞行学院飞行技术学院，四川 广汉 618307)

1 引言

昆明长水机场位于云南昆明市密度区长水村，2008年12月5日开工建设，2012年6月28日投入使用，因地形的特点容易出现大雾天气。2013年1月3日，投入使用仅半年的昆明长水机场受大雾天气影响，导致440个航班取消，7 500余名旅客滞留，昆明长水机场大雾天气成为众多学者研究的对象[1-4]。因此，借助对气象特征的研究，总结出昆明长水机场在大雾造成的低能见度天气下，机场出现航班大面积不正常情况，航空承运人安全运行的应对措施，有利于提升民航运输的效率和安全性。

2 气象资料的选取与研究方法

通过对昆明市气象元素中温度和降水方面特点的分析研究，探讨出在该天气条件下昆明长水机场大雾天气的成因分析，分析过程基于统计学的处理，结合Excel软件的宏功能和函数功能解读航空例行天气报告报文，提取有用的气象要素，采用回归分析生成统计图后进行数据分析，整个过程收集整理了1951—2010年近60 a昆明气象数据中温度、降水量、能见度和风向风速的数据，考虑到昆明市基本地面气象观测站的天气代表性与昆明长水机场略有差异，本文对极端天气事件判定阈值采用昆明市基本地面气象观测站数据确认，对民航航班运行的影响数据则来源于昆明长水机场和原巫家坝机场的航空例行天气报告(Meteorological Terminal Aviation Routine Weather Report，简称METAR)及终端机场天气预报(Terminal Aerodrome Forecasts，简称TAF)，以期达到研究数据的相对准确性。

3 昆明市天气事件特点分析

机场形成的雾以辐射雾为主，这种雾是因辐射冷却空气达到过饱和而形成的，随着日出之后气温升高而逐渐消散，但昆明长水机场最主要出现的是锋面雾，锋面雾的主要特点是经常发生在冷暖空气交界的锋面附近，锋前雾是由于锋面上面暖空气云层中的雨滴落入地面冷空气内，经蒸发使空气达到过饱和而凝结形成，而锋后雾则由暖湿空气移至原来被暖锋前冷空气占据过的地区，经冷却达到过饱和而形成的，因此我们主要分析与大雾形成有关的降水和温度两个天气特征。

3.1 昆明市降水事件特征分析

梳理昆明市1951—2010年日降水量中有效的23 092条数据进行统计分析得图1，从中可以看出昆明市1951—2010年年总降水量呈波状浮动，降水最多的年份可达到1 400 mm以上，最低时小于600 mm，年降水总量>1 200 mm的有13 a，平均每4～5 a会发生一次。从图可得相关系数R2=0.002 3，远低于1，说明降水量和年份相关性低。

图1 昆明市1951—2010年年降水量统计Fig.1 Kunming city, 1951—2010 annual precipitation charts

图2是昆明市1951—2010年每个月发生极端降水频次的统计图，从图中可以看出昆明市极端降水大多数都发生在6—9月，8月达到了峰值，随后逐渐降低，11月—次年 4月基本没有极端降水发生，季节性明显特点。

图2 昆明市1951—2010年极端降水发生月总频次统计Fig.2 Kunming city, 1951—2010 extreme precipitation occur month total frequency charts

图3是昆明市1951—2010年每年发生极端降水的频次统计图，折线为趋势线，呈直线，无明显趋势。相关系数R2=0.000 1，说明极端降水次数和年份相关性低，极端降水次数在相邻几年里是相近的，但是波动较大。

图3 昆明市1951—2010年极端降水年极端降水频次Fig.3 Kunming city, 1951—2010 extreme precipitation in extreme precipitation frequency figure

图4为昆明市月平均降水量图，从中可看出平均月降水有明显的线性变化，先递增后递减，从每年5月开始，6、7、8月降水量明显较多，这3个月集中了全年大部分的降水，从9月份开始下降，12月到次年1、2、3月降水量最小，呈现出夏秋季降水丰富，冬春季降水少的季节性特点。

图4 昆明市月平均降水量Fig.4 Kunming city,month average precipitation charts

3.2 昆明市温度天气事件特征分析

统计分析昆明市1951—2010年间的年平均气温，从图5中可以看出在这近60 a中，昆明市的年平均温度呈现出一个上升的趋势，从时间段来看：1950—1990年变化还比较缓慢，不明显，在1990年以后明显的上升趋势，趋势线斜率为正值0.029，相关系数R2=0.487 3，具有一定的相关性。

图5 昆明市1951—2010年年平均气温统计Fig.5 Kunming city, 1951—2010 year average temperature charts

4 长水机场极端天气背景下大雾天气航班安全运行影响

4.1 昆明长水机场大雾的成因

昆明长水机场与原巫家坝机场有“相距十多里，冰火两重天”的特点，昆明长水机场独特的地理环境是大雾形成的主要因素之一，一是机场选址在半山腰，按照冷空气爬升在半山腰会出现雾天的规律，长水机场选址半山腰，当然机场附近是出现大雾天气最合适不过的地方。其二，昆明长水机场比附近地势相对又较低，被周边起伏的山峦包围着，机场西部、西北部的最高点约2 200 m，东部、东南部达到2 500 m。在冬季晴朗的夜间，辐射冷却较强，加上新机场北侧的海拔较低，在潮湿的盆地内容易形成冷气团。不断积累的冷空气团平流到新机场北侧的山坡并爬升，进而导致机场跑道附近上空形成多云状况。随着此云层向南漂移，新机场逐渐被雾所覆盖。这就像是给机场上空盖上了一层“被子”，形成了一层保护膜，不利于空气的流动，导致雾气难以散去。当冷空气入侵且相对稳定时，大雾短时间就不容易散去。长水机场位于云南冷空气的入口，又是昆明准静止锋常影响的区域，所以一旦有西南暖湿气流配合，大雾天气相对巫家坝机场多。

4.2 大雾天气下航班运行研究的意义

大雾天气是出现频率较高的天气现象，也是严重危害航空安全飞行的重要因素，大雾天气不仅在视觉上妨碍飞行员的视野，也会在精神上给其造成很大的压力，容易发生飞机起飞、降落时的操作失误，引起复飞等安全事故，如：2010年4月10日波兰总统卡钦斯基的专机失事[5]、2010年8月24日发生的河南航空有限公司8387班机在伊春的失事[6]、2014年7月23日复兴航空222号班机失事[7]都与大雾造成的低能见度天气有关。大雾天气引起的航空飞行安全事故在所有天气原因造成的飞行事故中占有很大的比例，所以加强雾的特征及和形成机理研究，完善监测、预报和预警时航空气象服务的重要内容之一。

4.3 长水机场与原巫家坝机场大雾天气情况对比分析

图6是昆明机场近10 a出现大雾天气的年频次统计，可以看到2012年是发生突变的转折点，但这个转折点源于昆明机场转场后地理环境变化随之形成的变化。由图5可知，近10 a里大雾发生频次呈现特点鲜明的趋势，在2011年之前都极少出现大雾天气，从2012年机场转场长水运行后大雾天气发生频率开始增大，在2013年达到一个频率近百次的峰值，经统计，在昆明长水机场投入使用的第一年里，昆明长水机场超过1 h以上的大雾天气出现过116时次，原巫家坝机场所在的区域却没有出现过类似的天气报告。之后昆明长水机场的大雾天气频次虽然有所下降，但是依旧是远高于巫家坝机场的态势。

图6 昆明机场大雾天气发生频次统计Fig.6 Kunming airport fog weather occur frequency charts

图7是昆明长水机场和原巫家坝机场大雾天气年变化对比图，可以看出昆明长水机场出现雾的天气主要从7月开始递增，到10月达到峰值约180时次。11月、12月至次年1月也处于多发季节，从2—6月明显处于低值，稳定在40次上下。

图7 昆明长水机场和巫家坝机场大雾天气对比Fig.7 Kunming Changshui airport and Wujiaba airport fog weather contrast figure

由图8可知，长水机场出现雾的时刻多在夜间20时—次日02时，但期间小时波动明显，如21时和23时出现的频次就比较少，22时达到了峰值，超过200次。从03时开始处于较低水平，一直到19时，但可以看出在12时出现雾的次数也是较多的，达到50多次。对比两机场24 h出现雾次数，白天出现雾的次数低于夜间，从06时开始出现的次数递增，到22时以后开始出现递减，逐渐减少。原巫家坝机场出现的频次很稳定，06时开始增加，22时达到峰值，开始递减。从总数来看，昆明长水机场出现雾的次数远远高于巫家坝机场。

图8 巫家坝机场和长水机场24 h出现大雾次数天气对比Fig.8 Wujiaba airport and Changshui airport the number of 24-hour appear fog weather contrast figure

4.4 昆明长水机场大雾天气对航班运行影响研究

昆明长水机场运行的飞机以C类和D类飞机为主，机场采用的飞行模式包括了仪表着陆系统(Instrument Landing System，简称ILS)、距离测量设备(Distance Measuring Equipment，简称DME)、CAT-II ，在起飞过程中主要考虑机场的引导设施的工作状态对运行标准的影响。从昆明长水机场起降过程主用的21/22号跑道对外公布并使用的标准仪表进近图、CAT-II类运行进近图和机场图得到昆明长水机场的起降标准如表1所示。

对比2012年6月27日机场搬迁前后原巫家坝机场和长水机场能见度不满足运行标准的情况，不满足精密进近的次数，非精密进近次数，目视盘旋次数和各类飞机起飞次数长水机场远远高于巫家坝机场，特别是不满足起飞的情况，长水机场1.39%高于巫家坝机场0.015%近百倍，直观看出能见度满足两机场运行的天数占绝大多数，巫家坝满足运行标准占98.5%，长水占统计量的88%，在能见度方面原昆明巫家坝机场的运行环境好于长水机场。

5 长水机场大雾条件下航班运行保障的措施和建议

针对大雾等低能见度天气下的安全运行一直是民航从业者研究的课题，昆明机场转场长水机场使用之后，秋冬季受大雾影响的频率较高，因此做好该情况下航班运行保障成为本文研究的重点之一。众所周知，民航航班的安全运行需要航空公司各部门的通力协作[8]，笔者所在的国航西南运行分控中心一直负责国航所有昆明在起飞航班的签派放行和西南分公司在昆明机场进出港航班的运行控制，在长期航班保障的经验基础上，对昆明长水机场大雾条件下航班运行保障的提出以下3点措施和建议：

表1 昆明长水机场常用跑道起降标准(单位：m)Tab.1 Kunming Changshui airport common runway takeoff and landing standard (Unit: m)

①做好昆明长水机场进港航班备份燃油和可靠备降场的选择。在昆明长水机场附近可作为备降场使用的机场情况包括表2所示。

表2 昆明长水机场周边可用备降场情况汇总Tab.2 Kunming Changshui airport surrounding available alternate field conditions summary

从表2中可以看到这些可用备降机场中除了距离的远近之外，还涉及到停机位数量和机场等级对航班运行的影响，依据《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》[9](简称：CCAR-121-R4)、《中国国际航空公司运行手册》(简称《运行手册》)[10]和《中国国际航空公司运行规范》[11](简称《运行规范》)等手册的规定，航班起飞的机载燃油中有一部分为“按照规定需要备降机场的，飞往目的地机场的最远的备降机场并着陆”所需的油量，因此，航空公司签派员在签派放行飞往昆明长水机场航班的过程中应该合理的选择备降场，既要充分考虑备降场的的保证能力，又要结合航班飞往昆明长水机场的方向来选择备降场，避免备降场选择集中选择某一个的情况出现。特别是绵阳、兰州和贵阳机场停机位相对较少，一旦昆明机场天气出现恶化，有可能出现停机位饱和，导致机场不接收非紧急情况下备降的安全事件发生。与此同时，在机场天气转差的同时，机场管制部门的流量控制情况也将伴随而来，放行签派员需考虑航班的空中等待时间的增加，注意适当增加航班空中飞行的备份燃油，避免低油量落地情况的发生。

②推进低能见度情况下起飞和着陆过程先进技术的使用。大雾天气下低能见度起飞程序的投入使用，使得昆明长水机场在保证安全的情况下可以采用更低的能见度标准起飞、落地，针对于大雾天气下低能见度起飞程序，民航局引入了平视显示器(Head-up Display，简称HUD)[12]，HUD对航班运行的顺畅作用显著，飞行员在使用HUD的时候会感觉到精确度大大提高，提升在大雾天气条件下低能见度起飞的能力。

③增强备降航班天气好转后的恢复能力。在昆明长水机场出现旅客群体事件的事后调查中我们发现，旅客群体事件产生的主要原因之一就是航班延误、取消信息发布的滞后，造成旅客在候机楼不能及时了解航班的动态，甚至部分航班已经起飞，还有旅客在候机楼等待登机的通知。因此对于航空公司要避免旅客群体事件的发生，一定要将航班的延误、取消信息通过尽可能多的平台告知到乘机旅客，及时、果断取消航班，做好旅客的安抚工作，快速发布后续补班信息，这些都有利于航空公司服务质量的提升。

6 结论

本文对昆明市气象报文的解读分析，首先从1951—2010年间的逐日的气象数据为基础，分析了昆明市极端降水和极端天气事件的发生频率和演变规律。加上昆明市原巫家坝机场民航METAR报文，2008年6月搬迁到长水机场的民航METAR报文，从中提取有用的信息数据，结合机场的实际运行标准，对比两个机场的大雾统计，进行综合分析，提出了长水机场大雾条件下的航班运行保障的措施和建议。得出了以下结论。

①昆明市1951—2010年间发生的降水以微量降雨和小雨为主，占92%，暴雨以及大暴雨发生量极少，小雨总数的1%。雨季集中在6月、7月、8月、12月—次年3月降水极少，显示出冬夏季降水明显的季节性特征。年降水总量在1 000 mm左右波动，年变化不显著，相关性<0.1。极端降水年均9.5次，都发生在夏季雨季，在1973年和2001年发生了多次极端灾害性降水，超过了15次。

②1951—2010年间，昆明市平均气温15.06 ℃，年平均最高温21.02 ℃，年平均最低温10 ℃。年平均气温呈上升趋势，从1990年以后气温回升波动明显增大。从1951年开始平均气温先递减后递增，达到显著水平，1996年，是突变年份。昆明市气温适宜，发生极端气温天气少，但要关注气温持续上升带来的影响。

③昆明机场在2008年6月27日搬迁，原巫家坝机场停航，所有航班运行调整到长水机场，对比两机场的大雾天气，从发生大雾的总数来看，长水机场远远超过了原巫家坝机场，因此原巫家坝机场运行环境优于长水机场，在所统计量中长水满足运行的次数占统计量的88%，而巫家坝占98.5%，这原因中受到长水机场独特地形的影响最大。出现大雾天气影响运行成了昆明长水机场的一个“特色”，每年11月—次年1月的早晨到中午经常出现大雾天气，同时大雾天气是影响能见度的主要原因。