溫州機場跑道視程分析與應(yīng)用*

陳志平　沈?qū)W軍　潘欽財

(中國民用航空溫州空中交通管理站,浙江 溫州 325024)

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溫州機場跑道視程分析與應(yīng)用*

陳志平沈?qū)W軍潘欽財

(中國民用航空溫州空中交通管理站,浙江 溫州 325024)

摘要：利用溫州機場2005—2014年的自動氣象觀測數(shù)據(jù),對低于機場運行最低標(biāo)準(zhǔn)的跑道視程(RVR)進(jìn)行了全面地統(tǒng)計與分析,重點分析了跑道視程的年、月、日變化特征,及其與風(fēng)向、相對濕度和溫度露點差等要素的相關(guān)性,得出：溫州機場R03低于著陸標(biāo)準(zhǔn)的總?cè)諗?shù)明顯高于R21,但低于起飛標(biāo)準(zhǔn)的總?cè)諗?shù)兩者相當(dāng)；全年峰值出現(xiàn)在3月份,谷值出現(xiàn)在9月份,2—5月份為高發(fā)期；全天峰值區(qū)出現(xiàn)在01—08時,谷值區(qū)出現(xiàn)在09—21時；RVR日數(shù)與偏南風(fēng)向、相對濕度和溫度露點差顯著相關(guān)；綜合RVR分鐘次數(shù)及其對應(yīng)的風(fēng)向考慮,R21比R03更適合飛機起降；大霧的形成具有突發(fā)性、波動性和局地性等特點。另探討了建立大霧監(jiān)測預(yù)警流程的必要性,以更好地為用戶提供及時、準(zhǔn)確的大霧信息。

關(guān)鍵詞：跑道視程；機場運行最低標(biāo)準(zhǔn)；相關(guān)性；監(jiān)測預(yù)警

0引言

根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料統(tǒng)計,在我國,由氣象原因?qū)е碌娘w行事故占飛行總事故的30%左右,即便在航空技術(shù)發(fā)達(dá)的美國,與天氣有關(guān)的重大機毀人亡飛行事故的比例也高達(dá)1/3；從航班延誤情況看,由于天氣原因?qū)е碌暮桨嘌诱`約占總延誤次數(shù)的30%,而且這個比例仍呈繼續(xù)增加趨勢。在低能見度天氣條件下,跑道視程(簡稱RVR,下同)直接影響飛機的起飛和著陸,因此掌握RVR的特點和變化規(guī)律,對于保障航空飛行安全有著重要的意義。

1資料來源和分析方法

文章所用資料來源為溫州機場2005—2014年自動氣象觀測數(shù)據(jù),包括RVR、風(fēng)、溫度、露點、相對濕度等,數(shù)據(jù)采集時間頻率為1 min,各要素以文件形式分別按月按日存儲,文件命名格式見表1。分析方法利用自主開發(fā)的應(yīng)用程序,對上述資料進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫,根據(jù)設(shè)定條件檢索出所需的要素數(shù)據(jù),再利用輔助圖表制作軟件,對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理,最后對處理結(jié)果進(jìn)行描述分析。同時利用天氣學(xué)分析方法,對低RVR的成因進(jìn)行分析。

表1　氣象要素文件命名方式

附注1：文件名中的_xx以2位數(shù)日期表示

2RVR分析

機場運行最低標(biāo)準(zhǔn)是指機場可用于起飛和進(jìn)近著陸的運行限制,用以下數(shù)據(jù)表示：對于起飛,用RVR和(或)VIS(主導(dǎo)能見度)表示,如需要,還包括云底高；對于PA(精密進(jìn)近)和APV(類精密進(jìn)近),用DA/DH(決斷高度/決斷高)和RVR/VIS表示。溫州機場屬于Ⅰ類運行機場,根據(jù)《民用航空機場運行最低標(biāo)準(zhǔn)制定與實施準(zhǔn)則》,Ⅰ類運行機場的精密進(jìn)近著陸標(biāo)準(zhǔn)是VIS不小于800 m或RVR不小于550 m,起飛標(biāo)準(zhǔn)是RVR不小于400 m(跑道邊燈和中心燈工作)。本文分別對著陸標(biāo)準(zhǔn)和起飛標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

根據(jù)《中國民用航空空中交通管理規(guī)則》及中國民航局有關(guān)文件規(guī)定,航空器通常應(yīng)當(dāng)逆風(fēng)起飛和著陸(即選擇跑道逆風(fēng)端進(jìn)行起飛和著陸),但當(dāng)跑道長度、坡度和凈空條件允許,航空器也可以在風(fēng)速不大于3 m/s時順風(fēng)起飛和著陸；在濕跑道或污染跑道條件下,管制單位應(yīng)當(dāng)選擇逆風(fēng)或靜風(fēng)跑道,不得安排航空器使用順風(fēng)跑道起飛、著陸。另,跑道兩頭的氣象條件有時也會出現(xiàn)一定的差異,如兩頭RVR的差異可能導(dǎo)致飛機在跑道一頭能正常起降,而另外一頭不能起降的情況。因此有必要對跑道兩端的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計和分析,溫州機場現(xiàn)使用的跑道長度為3200 m,方位為32°～212°,跑道南北兩端以編號03和21命名,本文分別對03號跑道和21號跑道的著陸標(biāo)準(zhǔn)和起飛標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

2.1年變化分析

2.1.1著陸標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)計溫州機場2005—2014年近10 aRVR<550 m的日數(shù),得出03號跑道(簡稱R03,下同)年均日數(shù)為23.7 d,21號跑道(簡稱R21,下同)年均日數(shù)為20.4 d。其年際變化差異較大,對于R03,年最多日數(shù)為34 d,出現(xiàn)在2010年,年最少日數(shù)僅為16 d,出現(xiàn)在2008年,前者約是后者的2.1倍；對于R21,年最多日數(shù)為28 d,出現(xiàn)在2010年,年最少日數(shù)僅為11 d,出現(xiàn)在2008年,前者約是后者的2.5倍。RVR<550 m日數(shù)年變化曲線(圖1)呈波浪形,R03一元線性回歸方程為y=0.1273x+23,R21一元線性回歸方程為y=0.1697x+19.467,可見,RVR<550 m年日數(shù)略有增多,對于R03,每10 a約增加0.1 d；對于R21,每10 a約增加0.2 d。

對R03和R21年日數(shù)進(jìn)行比較得出,R03總?cè)諗?shù)比R21多33 d,除2006、2013、2014年外,R03年日數(shù)均多于R21,總體而言,若不考慮風(fēng)向,則R21比R03更適合飛機著陸。

圖1　溫州機場2005—2014年RVR<550m日數(shù)

2.1.2起飛標(biāo)準(zhǔn)

統(tǒng)計2005—2014年RVR<400 m的日數(shù),得出R03和R21年均日數(shù)分別為16.6 d和15.0 d,分別較著陸標(biāo)準(zhǔn)少7.1 d和5.4 d。除2010年外,其年際變化差異并不明顯。R03一元線性回歸方程為y=0.0242x+16.467,R21一元線性回歸方程為y=0.0606x+15.333,可見,RVR<400 m年日數(shù)總體平衡。歷年R03總?cè)諗?shù)比R21多1.6 d,可見R03和R21低于起飛標(biāo)準(zhǔn)的日數(shù)相當(dāng)。

圖2　溫州機場2005—2014年RVR<400m日數(shù)

2.2月變化分析

2.2.1著陸標(biāo)準(zhǔn)

全年各月均有RVR<550 m發(fā)生,從圖3可以看出,R03和R21月日數(shù)變化曲線呈單峰單谷型,峰值均出現(xiàn)在3月份,分別為51 d和47 d,各占全年總?cè)諗?shù)的21.5%和23.0%；谷值均出現(xiàn)在9月份,分別為3 d和1 d,各占全年的1.3%和0.5%。從全年看,上半年明顯多于下半年,R03和R21上半年總?cè)諗?shù)分別為199 d和181 d,各占全年的84.0%和88.7%,其中2—5月份為高發(fā)期,4個月總?cè)諗?shù)分別為167 d和155 d,各占全年的70.5%和76.0%。

圖3　溫州機場2005—2014年RVR<550m日數(shù)

從各季出現(xiàn)RVR<550 m日數(shù)的頻率分布看,春季最多,R03和R21為分別為128 d和118 d,各占全年日數(shù)的54.0%和57.8%；冬季次之,分別為68 d和56 d,各占28.7%和27.5%；秋季最少,分別為20 d和12 d,各占8.4%和5.9%；夏季分別為21 d和18 d,各占8.9%和8.8%。由此看出,春季RVR最差,冬季次之,夏季第三,秋季RVR最好。

2.2.2起飛標(biāo)準(zhǔn)

全年各月均有RVR<400 m發(fā)生,R03和R21變化曲線同RVR<550 m,呈單峰單谷型,峰值均出現(xiàn)在3月份,分別為40 d和37 d,各占全年總?cè)諗?shù)的24.1%和24.7%；谷值均出現(xiàn)在9月份,均為1 d。從全年看,上半年明顯多于下半年,R03和R21上半年總?cè)諗?shù)分別為143 d和131 d,各占全年的86.1%和87.3%,其中2—5月份為高發(fā)期,4個月總?cè)諗?shù)分別為122 d和112 d,各占全年的73.5%和74.7%。

從各季出現(xiàn)RVR<400 m日數(shù)的頻率分布看,春季最多,R03和R21為分別為92 d和84 d,各占全年日數(shù)的55.4%和56.0%；冬季次之,分別為51 d和43 d,各占30.7%和28.7%；夏季最少,分別為10 d和11 d,各占6.0%和7.3%；夏季分別為13 d和12 d,各占7.8%和8.0%。由此看出,春季RVR最差,冬季次之,秋季第三,夏季RVR最好,這與著陸標(biāo)準(zhǔn)略有不同。

圖4　溫州機場2005—2014年RVR<400m日數(shù)

RVR<550 m和RVR<400 m日數(shù)的月變化特征與天氣系統(tǒng)的變化是密切相關(guān)的,春季北方冷空氣頻繁,南方暖濕氣流活躍,機場常處于鋒前暖區(qū),當(dāng)遇海上平流至機場的暖濕空氣,在近地面經(jīng)過冷卻后易形成逆溫層,從而容易形成平流霧,導(dǎo)致低RVR；冬季由于受大陸冷高壓控制,暖濕空氣相對較弱,有時遇氣壓場較弱,夜間又為晴朗微風(fēng),再加上輻射冷卻作用使近地面形成逆溫時,易形成輻射霧,導(dǎo)致低RVR；夏季的低RVR主要是梅雨、臺風(fēng)等導(dǎo)致的強降水形成的；而秋季天氣穩(wěn)定,淺層不易形成穩(wěn)定的層結(jié),故不利于低RVR的生成。

2.3日變化分析

2.3.1著陸標(biāo)準(zhǔn)

以1小時為時間單位,對R03和R21發(fā)生的RVR<550 m次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計,統(tǒng)計結(jié)果表明,R03和R21總時次分別為723次和747次,即R03次數(shù)略少于R21(見表2)。

表2　溫州機場2005—2014年RVR<550 m分時統(tǒng)計

對表中數(shù)據(jù)作圖(見圖5)可以更直觀地看出其日變化明顯,一天24 h中,峰值出現(xiàn)在06—07時(北京時,下同),接著迅速下降,至12—13時降至最低,并持續(xù)至16—17時,之后從17—18時起緩慢上升,從01—02時起又很快上升。其變化曲線呈“兩頭多,中間少”的特征(圖5),其中09—21時為谷值區(qū),該時段適宜航班起降；01—08時為峰值區(qū),即低RVR多發(fā)時段,該時段不利于航班起降。

圖5　溫州機場2005—2014年RVR<550m時次數(shù)

2.3.2起飛標(biāo)準(zhǔn)

以1 h為時間單位,對R03和R21發(fā)生的RVR<400 m次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(見表3),可以計算出R03和R21總時次分別為564次和492次,即R03次數(shù)明顯多于R21,這與著陸標(biāo)準(zhǔn)有明顯區(qū)別,因此若不考慮風(fēng)向,則R21比R03更適合起飛。

表3　溫州機場2005—2014年RVR<400 m分時統(tǒng)計

對表2中數(shù)據(jù)并作圖,其曲線形狀和變化規(guī)律,與RVR<550 m基本一致,不再重復(fù)(見圖6)。

圖6　溫州機場2005—2014年RVR<400m時次數(shù)

3要素相關(guān)性分析

3.1風(fēng)向

以1 min為時間單位,對R03和R21發(fā)生RVR<550 m的次數(shù)及其所對應(yīng)的風(fēng)向區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計,統(tǒng)計結(jié)果見表4,可以計算出R03總次數(shù)為24391,R21總次數(shù)為21794,兩者相差2597次,因此,單從發(fā)生次數(shù)而言,R21比R03更適合飛機起降。

表4　溫州機場2005-2014年RVR<550 m各風(fēng)向區(qū)間次數(shù)統(tǒng)計

對R03和R21分別做風(fēng)向玫瑰圖,見圖7和圖8。對于R03,RVR<550 m發(fā)生最多的風(fēng)向區(qū)間依次是180°～210°、150°～180°和210°～240°,其次數(shù)分別為3965、3342和2181,各占總次數(shù)的16.3%、13.7%和8.9%,三者總和占39.3%；對于R21,RVR<550 m發(fā)生最多的風(fēng)向區(qū)間依次是180°-210°、150°-180°和360°-30°,其次數(shù)分別為3202、3196和2629,各占總次數(shù)的14.7%、14.7%和12.1%,三者總和占41.4%。可知,無論對于R03還是R21,其RVR<550 m的次數(shù)與偏南風(fēng)(150°～210°)顯著相關(guān)。綜合RVR<550 m及其對應(yīng)的風(fēng)向考慮,也可以得出,R21比R03更適合飛機起降。

圖7　R03風(fēng)向玫瑰圖

圖8　R21風(fēng)向玫瑰圖

3.2相對濕度

以1 min為時間單位,對R03和R21發(fā)生RVR<550 m的次數(shù)所對應(yīng)的相對濕度(RH)進(jìn)行統(tǒng)計,對于R03,共有22217次,即91.1%的概率,其RH≥80%,其中有20105次,即82.4%的概率,其RH≥90%；對于R21,共有19538次,即89.6%的概率,其RH≥80%,其中有17705次,即81.2%的概率,其RH≥90%。故RVR<550 m的次數(shù)與相對濕度顯著正相關(guān)。

3.3溫度露點差

以1 min為時間單位,對R03和R21發(fā)生RVR<550 m的次數(shù)所對應(yīng)的溫度露點差(T-Td)進(jìn)行統(tǒng)計,對于R03,共有22363次,即91.7%的概率,其T-Td≤4 ℃,其中有21496次,即88.1%的概率,其T-Td≤2 ℃；對于R21,共有19685次,即90.3%的概率,其T-Td≤4 ℃,其中有18850次,即86.5%的概率,其T-Td≤2 ℃。故RVR<550 m的次數(shù)與溫度露點差顯著負(fù)相關(guān)。

4大霧形成的特征

4.1突發(fā)性

實時監(jiān)測資料表明,大霧的生成和消散往往不是一個漸變的過程,能見度從1000～2000 m降至1000 m以下一般需20～30 min,有的甚至只有幾分鐘。如2011年5月7日、2012年3月5日、2013年2月27日3次大霧過程,RVR從1000～2000 m降至1000 m以下的時間分別為23、17和25 min(圖略)。

4.2波動性

據(jù)統(tǒng)計分析還可以看出,在成霧過程中,RVR從1000 m以上降至1000 m以下不是一個穩(wěn)定的過程,而是在1000～2000 m之間反復(fù)波動,這種波動短則1 h左右,長則2～3 h,這種現(xiàn)象在輻射霧的形成階段尤其明顯,是輻射霧預(yù)報的重要參考信息。

4.3局地性

實時監(jiān)測資料還表明,在有利于成霧的天氣形勢背景下,并不是每次都能形成大霧,而是具有明顯的地方性特點。這個特點告訴我們,氣象人員除了分析天氣形勢外,還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩憝h(huán)境特點等其它條件進(jìn)行進(jìn)一步分析。溫州機場位于浙江省東南沿海,甌江下游南岸,所屬的龍灣區(qū)地形屬丘陵平原和浙南山區(qū)交叉地區(qū),其特殊的地理位置和自然環(huán)境對本場大霧的生消產(chǎn)生一定的影響。

5低RVR成因分析

從近10 a統(tǒng)計資料看,機場出現(xiàn)低RVR主要是由大霧引起的,常見的大霧有輻射霧、鋒面霧和平流霧。輻射霧是冬季影響本場最多的一種霧,它的生消時間有較明顯的規(guī)律性,多產(chǎn)生于后半夜到早晨,以日出不久為最多,其消散時間與日出時間和日出后氣溫升高的快慢有直接的關(guān)系,一般日出后2 h左右即可消散,但在冬季,由于日出后氣溫升高慢,且霧的濃度大,因而持續(xù)時間較長,往往到10時后才能消散,最長的可持續(xù)10 h以上。

鋒面霧的特點是形成時間不固定,在一天中任何時間均可生成,一般維持時間不長,通常隨鋒面的過境或低壓中心的移出而消散,但靜止鋒附近的霧,常常伴有毛毛雨或低云,且時好時壞,維持時間較長,須引起注意。

平流霧是春季影響本場最多的一種霧,它的生消時間不像輻射霧那樣具有規(guī)律性,一天之內(nèi)任何時間均可生成,但相對集中在下午到傍晚,消散時間多集中在晚上。平流霧持續(xù)時間的長短懸殊很大,短的僅為幾分鐘,長的可維持?jǐn)?shù)小時,而且有時霧的濃度大,變化快,來去匆匆,難以把握,對飛行的影響較大,實際工作中應(yīng)引起高度重視。

對上述幾種霧的季節(jié)性變化情況進(jìn)行統(tǒng)計,可以得出,輻射霧在冬季發(fā)生的頻率最高,其次分別是春季和秋季,夏季發(fā)生輻射霧的概率很低；鋒面霧在各季發(fā)生的頻率從高到低依次是春季、冬季、夏季和秋季；平流霧在春季發(fā)生的頻率最高,其次分別是夏季、冬季和秋季。

6大霧監(jiān)測預(yù)警流程

為了給用戶提供及時、準(zhǔn)確的大霧信息,需要建立大霧監(jiān)測預(yù)警流程。本文以民航氣象地面觀測資料為基礎(chǔ),結(jié)合天氣圖、數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品、自動氣象站實時數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖等資料,設(shè)計大霧監(jiān)測預(yù)警流程,如圖9所示。根據(jù)天氣形勢、數(shù)值預(yù)報,結(jié)合地面自動氣象站實時探測信息、地形特點及預(yù)報員工作經(jīng)驗等,得出預(yù)報結(jié)論。

圖9　大霧監(jiān)測預(yù)警流程

在流程中,其核心部分是建立大霧的分級預(yù)警和臨近預(yù)報流程。根據(jù)溫州機場最低運行標(biāo)準(zhǔn),建立大霧分級預(yù)警和臨近預(yù)報流程,可歸納為以下要點：

1)發(fā)布預(yù)警的規(guī)定：根據(jù)天氣形勢和數(shù)值預(yù)報資料分析判斷,利用大霧數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和結(jié)論,初步預(yù)測機場有大霧天氣時,應(yīng)向空中交通管制部門、機場運行管理部門和航空公司等航空氣象用戶發(fā)布大霧機場警報,應(yīng)盡可能早地發(fā)出。

2)根據(jù)天氣形勢和氣象要素實況演變,判斷未來主導(dǎo)能見度將<800 m時,應(yīng)及時向航空氣象用戶發(fā)布大霧臨近預(yù)報,即趨勢預(yù)報,預(yù)報內(nèi)容包括持續(xù)時間、強度和變化趨勢等。

3)若在預(yù)報時段已不可能發(fā)生<800 m的大霧時,則及時發(fā)布修訂預(yù)報。

4)在預(yù)計或已經(jīng)出現(xiàn)>800 m的大霧情況下,及時發(fā)布大霧消散預(yù)報。

7結(jié)語

通過對溫州機場2005—2014年低于著陸和起飛標(biāo)準(zhǔn)的RVR分別進(jìn)行統(tǒng)計和分析,得出如下結(jié)論。

1)RVR日數(shù)年變化曲線呈波浪型,R03低于著陸標(biāo)準(zhǔn)的總?cè)諗?shù)明顯高于R21,但低于起飛標(biāo)準(zhǔn)的總?cè)諗?shù)兩者相當(dāng)。

2)RVR日數(shù)月變化曲線呈單峰單谷型,峰值出現(xiàn)在3月份,谷值出現(xiàn)在9月份,2—5月份為高發(fā)期。

3)RVR日數(shù)日變化曲線呈“兩頭多,中間少”的特征,峰值區(qū)出現(xiàn)在01—08時,谷值區(qū)出現(xiàn)在09—21時。

4)RVR日數(shù)與偏南風(fēng)向、相對濕度和溫度露點差顯著相關(guān)。

5)綜合RVR分鐘次數(shù)及其對應(yīng)的風(fēng)向考慮,R21比R03更適合飛機起降。

6)大霧的形成具有突發(fā)性、波動性和局地性等特點。

7)導(dǎo)致機場RVR低于起降標(biāo)準(zhǔn)的大霧,其類型主要有輻射霧、鋒面霧和平流霧,并各有其不同的季節(jié)變化特點。

8)通過建立大霧監(jiān)測預(yù)警流程,可以更好地為用戶提供及時、準(zhǔn)確的大霧信息。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2016-02-23

基金項目：基于氣象觀測資料的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建及應(yīng)用(溫州空管站)