南極中山站地區(qū)航空飛行的天氣條件

許淙，孟上，李永生，孫啟振

（國家海洋環(huán)境預報中心，北京 100081）

南極中山站地區(qū)航空飛行的天氣條件

許淙，孟上，李永生，孫啟振

（國家海洋環(huán)境預報中心，北京 100081）

隨著中國南極考察事業(yè)的不斷發(fā)展，科考工作進一步深入，南極地區(qū)不同機型的各類飛行活動將日益增多。開展南極航空氣象服務是確保飛行安全，提高科考效率的迫切需求。南極冰雪高原的地形復雜，天氣多變且局地性強，但是航路和場站的氣象資料積累很少，航空氣象服務的困難較大。本文對南極中山站地區(qū)影響飛行安全的主要天氣現(xiàn)象，中山站地區(qū)的適航時間，天氣條件等進行了初步探討。

中山站；天氣條件；航空氣象服務

1 引言

南極冰雪高原看似廣闊無垠，但地形復雜，天氣多變，冰裂隙交錯縱橫，陸路交通耗時長，路途艱險。中國南極昆侖站距海岸一千多千米，每年前去該站的運輸車隊所經(jīng)歷的危險和困難是眾所周知的。多年來我國在南極考察中已使用直升機進行多種空中飛行作業(yè)，直升機以其機動、快速的特點在南極考察中發(fā)揮了重要的作用。隨著中國南極科考工作的進一步深入展開，考察項目日漸增多，考察的地理范圍不斷擴大并向南極大陸縱深擴展，許多研究項目需要在冰架，內(nèi)陸高原設立觀測點，需要長距離運送人員、設備；有些科考項目需要用飛機搭載探測儀器進行高空探測，這些都迫切需要固定翼飛機的支持。2012年南極中山站將開始小型飛機飛行，并將會逐步擴大飛行范圍和飛行時次。同時中山站機場建設也正在籌備中，為今后的大型飛機飛行作準備。隨著南極飛行活動的日益增多，研究南極地區(qū)危險飛行天氣、完善氣象監(jiān)測、開展南極地區(qū)航空氣象服務、確保安全高效航空飛行將是今后南極氣象工作的重點之一。為此我們對南極適航天氣，航空天氣預報，中山站機場天氣監(jiān)測等問題進行了一些研究分析。僅以本文為始，首先對南極中山站地區(qū)航空飛行的天氣條件進行初步討論。

2 航空氣象服務和影響南極中山站地區(qū)飛行安全的主要天氣

顧名思義，航空氣象服務就是為航空活動探測，分析氣象資料，準確地提供飛行活動需要的航空氣象產(chǎn)品，保障飛行的安全和高效。

南極大陸是一冰雪高原，海拔高，氣溫低，天氣惡劣且變化快，有許多獨特的天氣現(xiàn)象。南極沒有商業(yè)航線，除去直升飛機的短途飛行,在南極半島和南極沿岸一些考察站附近有不同型號的固定翼飛機的飛行活動，這些飛行大多集中在夏季，向內(nèi)陸縱深的飛行較少。因此南極地區(qū)的航路氣象歷史資料稀少，機場多是建立在冰蓋上的簡易機場，場站氣象資料也不全，這些情況使在南極地區(qū)進行航空氣象服務十分困難。

南極天氣的一個重要特點是局地性強，相鄰兩個地點的天氣特征會有很大不同。如海陸風、下降風、白化天氣等天氣現(xiàn)象的局地性都很強，且與地形有很大關系。在此我們僅討論南極中山站地區(qū)影響航空飛行的主要天氣現(xiàn)象及其危害。

（1）低溫。中山站年平均氣溫-9.5℃,冬季最低溫度可達-45.7℃，低溫可使飛機積冰，地面出現(xiàn)白霜和冰晶[1]。

（2）大風。中山站地區(qū)經(jīng)常受到極地氣旋的侵擾，氣旋在中山站可產(chǎn)生最大風速達到43.6 m/s的大風。氣旋大風的破壞力大，短時間風速、風向會發(fā)生突變，對飛機起降和地面停泊的飛機危害極大。

（3）降雪。中山站很少有降雨記錄，但四季都可出現(xiàn)降雪。降雪可降低能見度，使跑道變得濕滑，還容易出現(xiàn)積冰現(xiàn)象[2]。如果降雪的同時風速達到一定強度，還會出現(xiàn)吹雪和雪暴，嚴重時能見度可降至為零[3]。

（4）云。中山站基本上沒有對流性積云的記錄，但氣旋過境時經(jīng)常觀測到低云和中云。氣旋鋒前的西北氣流來自低緯度海洋，濕度大，因此飛機在云中飛行時容易出現(xiàn)積冰現(xiàn)象。同時中低云在飛機起降時會影響飛行員的視程。

（5）風切變。氣旋鋒面附近的溫度場、風場有顯著的差異，有利于產(chǎn)生湍流而出現(xiàn)顛簸和低空風切變。另外中山站地區(qū)為丘陵地帶，海、陸表面的熱力差異大，有明顯的陣性風現(xiàn)象。劇烈的空中顛簸和強低空風切變分別對飛行和起降過程構成嚴重威脅[4]。

（6）白化天氣。中山站霧天氣很少，但出現(xiàn)過白化天氣，記錄不詳細。白化天氣出現(xiàn)時天地混為一體，沒有遠近、方向感，對低空飛行和起降十分危險。

圖1 南極中山站地形圖

圖2 中山站月平均溫度變化 圖3 中山站夏季1月份氣溫日變化

圖4 多年月平均風速圖5 1月份風速日變化

圖6 中山站風向統(tǒng)計

3 中山站地區(qū)主要天氣特點和適航時間

中國南極中山站（76°22'E，69°22'S）建于1989年，坐落在東南極普里茲灣（Prydz Bay）伊麗莎白公主地拉斯曼丘陵的維斯托登半島上，西南距艾默里冰架和查爾斯王子山脈幾百千米。離中山站不遠處有澳大利亞的勞基地和俄羅斯的進步站（見圖1）。

3.1 溫度

從近10年的平均溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計（2001—2010年）可以看出中山站具有比較典型的極地天氣特點即夏季短暫，冬季低溫漫長且無核[5]（見圖2）。

中山站一年之中大部時間的月平均溫度都在-10℃以下,12月溫度回升到-0.4℃，1月份平均溫度0.2℃為最高，2月為-2.7℃，從3月份開始溫度開始快速下降。圖3是中山站夏季1月份的日氣溫變化曲線，可以看出日最高氣溫出現(xiàn)在當?shù)?6時，最低氣溫一般在清晨4時。

3.2 風速和風向

圖4顯示最小月平均風速值出現(xiàn)在1月份是4.8 m/s，12月次之為5.4 m/s，2月是6.4 m/s。 從平均風速上考慮夏季是飛行的最佳時期。

圖5是中山站夏季1月份風速的日變化。由于海陸分布和地形等原因，中山站夏季風速有明顯的日變化。一般天氣情況下凌晨3時到次日上午風速較大，從下午13時開始到凌晨是風速曲線的低谷。風速曲線變化清晰,振幅較大。我們認為這是由于夏季海冰融化，海洋與陸地的熱力差異導致出現(xiàn)較強的海陸風。午后的飛行氣象條件最好。

根據(jù)統(tǒng)計中山站的風向變化不大，終年70%以上出現(xiàn)的風向都在NNE-E這一方向范圍內(nèi)。風速越大，風向越集中。10 m/s以上的風向85%在ENE-E方向，14 m/s以上的風向95%集中這一方向。反之，風速小于4 m/s時風向分散。風向日變化不明顯[6]。

圖7 1月份能見度觀測結果

圖8 中山站總云量分布

圖9 夏季低云量分布

圖10 惡劣天氣的月分布

3.3 能見度

夏季中山站地區(qū)的能見度通常很好，很少有霧的記錄，僅是偶爾觀測到小范圍貼近海面的薄霧，對視程影響不大。圖7是1月份每日08時，14時，20時和02時的觀測數(shù)據(jù)，可以看出大于10 km視程的出現(xiàn)率很大。

3.4 云量

中山站年平均云量6.2成，季節(jié)性變化不大。1月份平均云量是5.7成，12月分為6.7成（見圖8）。低云量很少，圖9顯示了夏季12月，1月和2月份的低云量。1月和12月的低云量均在2成以下，通常只有受到氣旋影響時才會出現(xiàn)天空布滿低云的情況。中山站夏季以高，中云為主，低云很少，有利于飛機的起降。

3.5 惡劣天氣

中山站地區(qū)的惡劣天氣主要是降雪和極地氣旋過境時帶來的大風、強吹雪。圖10是上述天氣的月分布。綜合比較夏季12月、1月和2月的天氣最為溫和，，其中1月份的大風日、降雪日和吹雪日均為全年最少。

值得注意的是筆者在中山站曾數(shù)次在晴好天氣條件下觀測到短時的陣性大風，大風的持續(xù)時間一般不超過30 min，我們認為這是下降風現(xiàn)象。由于常規(guī)觀測很難反映出下降風的特征，這只是我們的初步認識，確定中山站下降風特征有賴于今后的專項觀測和研究。

4 結論

（1） 綜合考慮氣溫、風、能見度、云量、降雪等氣象要素和南極的極夜、極晝現(xiàn)象，中山站地區(qū)以夏季12月、1月、2月比較適宜航空飛行，其中1月份為最佳；

（2） 夏季中山站地區(qū)風向恒定，變化小，平均風速較低。風速有明顯的日變化，午后至凌晨風速最低，有利于飛行；

（3） 夏季中山站地區(qū)以高云、中云為主，低云很少。幾乎沒有霧，視程良好；

（4） 威脅航空飛行安全的天氣現(xiàn)象大都和極地氣旋有關，因此進行航空天氣預報時應注意極地氣旋帶來的危險天氣；

（5）下降風和白化天氣是極地地區(qū)特有的天氣現(xiàn)象，相關的觀測記錄和研究較少，但對低空飛行和起降安全的危害性很大，今后要加強這方面的觀測和研究。

[1]King J C,Turner J,張占海,等譯.南極天氣和氣候[M].北京:海洋出版社,2007,99-100.

[2]周建華,航空氣象業(yè)務[M].北京:氣象出版社,2011.

[3]許淙,萬軍,呂非.南極中山站吹雪雪暴天氣分析[J].極地研究,2004,16(1):39-45.

[4]周建華.航空氣象業(yè)務[M].北京:氣象出版社,2011,2:22-37.

[5]King J C,Turner J,張占海,等譯.南極天氣和氣候.北京:海洋出版社,2007,73-78.

[6]許淙,萬軍,呂非.2002—2003年南極中山站地區(qū)風要素變化特征[J].海洋預報,2004,21(4):28-34.

The weather condition for aviation atAntarctic Zhongshan Station

XU Cong,MENG Shang,LI Yong-sheng，SUN Qi-zhen

(National Marine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081 China)

With the development of Chinese Antarctic exploration,many kinds of aerocrafts will be used in Antarctic.So the aviation meteorological service for the security and efficiency of the flight in Antarctic become more and more important.Flight in Antarctic face more difficulties than in other area,because the geographyical condition in the ice highlands is complex and the weather changes quickly.Meanwhile,the meteorological reference data for airline and airport is limited.In this paper,the weather condition and the proper flight time in Zhongshan Station were discussed.

Zhongshan Station；weather condition；aviation meteorological service

P732

A

1003-0239（2012）01-0055-05

2011-09-14

國家南北極環(huán)境綜合考察專項；國家“十二五”科技支撐計劃（2011BAC03B02）；國家自然科學基金（41076128；41006115）

許淙(1957-)，男，高級工程師，主要從事南極天氣預報和研究。E-mail:xucongbeijing@qq.com