成都双流机场2007—2017年能见度变化特征分析

2020-09-20段炼岳炼

科技与创新 2020年18期

段炼，岳炼

段炼，岳炼

（中国民航飞行学院，四川广汉 618307）

能见度是气象学的重要组成部分，对社会生产生活有着较大的影响，对航空运输尤为重要。因此，研究能见度变化特征对保障飞行安全意义深远。利用双流机场2007—2017年期间的历史观测资料，运用等级分析法、统计分析法等方法，分析其年际变化、季节变化、月变化、日变化等多时间尺度的变化特征。结果表明，双流机场大气能见度11年均值上升了近2 km；冬季平均能见度最低为4 985.87 m，夏季平均能见度最高为7 381.6 m，能见度呈现出春夏较好、秋冬较差和四季分明的特点；日变化特征主要是日出后逐渐上升，日落后开始下降，在14：00最佳，凌晨00：00最差；各级低能见度出现的日数和比例逐年下降，大气能见度逐年改善，并在2015年后超过前几年的总体平均水平。

能见度；特征分析；双流机场；航空气象

1 引言

气象学上能见度指“白天视力正常的人在当时的天气条件下，能从天空背景中看到和辨认目标物（黑色，大小适度）的最大水平距离；夜间指中等强度的发光体能被看到和识别的最大水平距离”[1]。在民航运输安全和运行效率等方面，能见度有着极其深远的影响[2]。在国际上导致民航事故发生的所有气象因子中，能见度低于1 km的天气所占比例高达

50%[3]。据相关统计[4]，1951—1998年中国发生的飞行事故中，有245次与气象因子有关，其中19.2%由低能见度造成。同时，低能见度对航班延误的贡献率将近50%，例如双流机场在2017-12-04，因一次持续的低能见度天气过程，造成358次航班的出港延误，26架次的航班被取消，超过1.5万名旅客被迫滞留机场的严重后果，对民航运输业各参与对象造成了直接或间接的重大损失。因此对双流机场的能见度天气进行特征分析，掌握其规律及特点有利于今后对低能见度天气进行预报，更好地服务民航飞行，且对于保障飞行安全、提高经济效益具有重要意义[5]。

随着中国航空业的快速发展，针对机场能见度的研究逐年增加。段炼等[6]对绵阳机场的低能见度进行了统计分析，结果表明此机场的低能见度现象有明显的季节性，雾对造成低能见度现象有着重要贡献。郭智亮等[7]利用广州白云机场的逐时观测资料，分析了近年来白云机场能见度的变化特征。陈九龄等[8]利用虹桥机场的历史观测资料，运用等级分析法、Ridit[9]中值分析法、累积百分率法等统计方法，采用年际变化、季节变化、日变化等多时间尺度分析大气能见度。朱蕾等[10]发现乌鲁木齐机场近30年低能见度日数增长趋势明显，雾、浓烟和沙尘暴是造成机场低能见度的主要天气。沈俊等[11]、周斌斌等[12]发现，低云和低能见度在造成航空事故的因素中占最大的比例。沈宏彬等[13]通过对双流机场1986—2010年的自动观测资料进行统计分析得到双流机场能见度的统计变化规律。

2 资料与方法

本文研究使用的气象数据取自成都双流机场2007—2017年的日常航空天气报告（METAR），使用python编程语言对报文进行解码得到研究所需的各项数据并绘图。同时使用等级分析法对能见度进行分级，粗略地划分为：＜ 1 000 m，1 000 m＜＜3 000 m、3 000 m＜＜5 000 m、 5 000 m＜＜9 999 m以及≥9 999 m五个等级，对其日变化、年变化、年际变化特征等进行讨论，得到双流机场的能见度变化特征。统计气候学上通常以3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季、12月至次年2月为冬季[14]。

3 结果与分析

3.1 双流机场能见度年际变化特征分析

3.1.1 平均能见度的年际变化特征

平均能见度的年际变化如图1所示。

图1 平均能见度的年际变化

使用最小二乘法对平均能见度的年际变化曲线进行拟合，如图1所示，虽然近11年的能见度值表现出一定振荡特征，可明显观察得到双流机场2007—2017年的年平均能见度总体呈现上升趋势，由2007年的5 729.8 m升高到2017年的7 637.4 m；在不同的时间段呈现波动与起伏，例如在2007年缓慢上升直到在2009年达到第一个低谷，2011年后缓慢回升，2013年后迅速上升并在2015年达到第二个高峰，2015年后逐渐下降，2016年后又开始回升，最后达到有观测资料的最高值7 637.4 m。由此，近11年双流机场的年平均能见度上升了约2 km，每年平均增幅达到近200 m。

3.1.2 各级能见度的年际变化特征

各等级能见度在所在年份出现频率的年变化情况如图2所示。

图2 各等级能见度在所在年份出现频率的年变化情况

各等级能见度的出现次数与当年各级能见度总的出现次数的比值作为其出现频率。1 000 m以下的能见度在每年的出现频率大体上呈下降趋势且出现频率普遍较低，由2007年的3.07%振荡下降至2017年的0.44%，其出现频率的总体下降率高达26.3%。其最大的下降率出现在2009—2011年间为155%。同时也产生三次明显的反弹，分别是2008—2009年间、2015—2016年间和2012—2013年间，同时也存在着频率增大的情况，其频率最大的上升率出现在2012—2013年间，为95%。

9 999 m及以上的能见度出现频率大体上呈“U”形分布，由2008年的34.75%逐渐下降至2013年的28.32%，然后触底反弹，逐渐增加至2017年的53.37%，其总体上的变化仍然是曲折上升。

3 000 m＜＜5 000 m、5 000 m＜＜9 999 m这两个等级的能见度出现频率大体上呈“M”形分布，其变化情况分别是3 000 m＜＜5 000 m，由2007年的20.66%逐渐上升至2012年的26.37%，再由2014年的27.73%阶梯式下降至2017年的19.13%。5 000 m＜＜9 999 m由2007年的16.05%逐渐上升至2013年，然后由2016年的23.49%迅速降至2017年的17.68%。两者“M”形分布的低点分别是2013的26.37%和2014年的22.51%。

图2中唯一出现持续性下降情况的是1 000 m＜＜ 3 000 m这个等级中。由2007年的29.38%到2017年的9.38%，其频率的平均下降率高达200%。

各级能见度出现天数的年变化如图3所示。

图3 各级能见度出现天数的年变化

如图3所示，各等级的分布较为稳定，其中＜1 000 m出现的天数最少，由2007年的45 d逐渐降至2017年的12 d。1 000 m＜＜3 000 m和3 000 m＜＜5 000 m均呈间断性下降，前者的下降幅度较大，而后者的下降幅度较小。第四等级出现了较低幅度的抬升，由2007年的274 d逐渐抬升至2017年的276 d，其最大的抬升区间为2010—2015年间。最后的第五等级其天数分布变化曲线类似于“V”形。在2012年出现最低点205 d，长期来看依旧是曲折上升的，由2007年的237 d增加至2017年的277 d。

总体看，2007—2017年间双流机场能见度在年际变化中表现出曲折上升、稳步变好且各等级能见度分布呈现出“差低好高”的趋势。

3.2 双流机场能见度月、季节变化特征分析

3.2.1 能见度的月变化特征

能见度的逐月变化如图4所示。

图4 能见度的逐月变化图

本文从几个方面对能见度的月变化情况进行阐述。首先从长期来看，能见度的月变化呈现出波浪式前进、曲折式爬升的变化规律，为明显的波峰、波谷曲线，且年最大值由2007-06的7 585.1 m升至2017-08的9 628.1 m，年最小值由2007-12的4 073.3 m升至2017-12的4 975.5 m。从每年的变化情况来看，其分布规律主要呈现为两种形式，一种是倒“V”形，另一种是“M”形，其中“M”形占到81.82%，而倒“V”形占比不到20%。“M”形的产生主要是由于在春夏交替时能见度在短时下降并迅速回升，其下降的主要时间一般为6月，而倒“V”形的产生则符合一般的能见度变化规律。近11年的平均能见度月变化如图5所示。

图5 平均能见度的月变化

近11年的平均能见度月变化形如“M”，最大值出现在每年的8月份（7 595.1 m），最小值出现在年尾12月份（4 595.5 m），而在六月份出现了下降的局面，其值低于相邻的两个月。对月平均能见度数据进行拟合得到拟合曲线，为一条开口向下的抛物线，其变化规律符合实际情况。

3.2.2 能见度的季节变化特征

将历史数据作平均化处理后，得到近11年来双流机场能见度的季节变化柱状图，如图6所示。

图6 平均能见度的季节变化

四季中的平均能见度最好的是夏季的7 381.6 m，其最差的是冬季的4 985.87 m，而春季是仅次于夏季的第二等，秋季则是略高于冬季的倒数第二存在。由此可知双流机场的能见度变化四季分明，表现为“春夏好，秋冬差”的状况。这是由于近年来春夏两季基础温度高，大气湍流活动剧烈，污染物扩散条件好，并且降水较多，有利于大气颗粒物的沉降，因此能见度升高。秋冬两季则由于温度较低，层结稳定不利于空气扩散，大气能见度相对较低，且维持低能见度的时间较长。

3.3 双流机场能见度日变化特征分析

平均能见度的日变化如图7所示。

图7 平均能见度的日变化

图7给出了双流机场能见度的日变化特征，对日变化数据进行拟合得到一条开口向下的抛物线。一天中的最低值出现在00：00，为5 044.7 m，之后一直上升，在06：00达到第一个波峰，之后在07：00出现波谷，日出后随着温度的升高，能见度迅速好转，一般春秋季节双流机场出现的辐射雾天气多在09：00以后好转。一天中14：00能见度最高，达到了7 239.2 m，和日最高气温相对应。16：00—19：00之间能见度下降速度较快，主要由于太阳落山后，地面环境比热容较小，导致温度迅速降低，温度露点差减小而后水汽凝结，相对湿度升高。19：00以后能见度下降速度继续增加，直到00：00达到一天之中的最小值。这是由于继19：00后空气中水汽含量增加，而双流机场气候上属于亚热带季风气候，一年四季湿度较大，位于四川盆地，这些因素在一定程度上加剧了能见度下降。

4 结论

对双流机场2007—2017年的逐时观测数据进行统计分析，其能见度的变化特征具有如下结论：平均能见度总体保持上升趋势，由2007年的5 729.8 m升高到2017年的7 637.4 m；从日变化看，日出后能见度逐渐上升，日落后开始下降；从季节变化看，春夏季节的能见度天气明显优于秋冬季节；从各级能见度出现频率的年际变化看，能见度小于3 000 m的日数和比例逐年下降，双流机场的能见度趋势正向好的方向发展。

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