成都雙流機場跑道視程與低能見度的關系

周 璞，張恬月，劉曉達

(1.中國民用航空西南空中交通管理局，成都 610202；2.成都市環境保護科學研究院，成都 610072)

能見度是反映大氣透明度的一個指標。在航空領域的實際運行保障工作中，除了使用主導能見度作為起降標準外，跑道視程(Runway Visual Range，以下簡稱RVR)也作為一項反應能見度的重要運行標準。因此，兩者都是對航空器的起降起決定性作用的氣象標準。 機場主導能見度是指在觀測點觀測到的，達到或超過四周一半或機場地面一半范圍內的最大能見度。這些區域可以是連續的，也可以是不連續的，能見度的獲取由觀測員人工觀測獲得，存在著一定的主觀性。RVR是指在跑道中線，航空器上的飛行員能看到跑道面上的標志或跑道邊界燈或中線燈的距離。由于人工觀測的精度和連貫性低，在實際業務工作中不實行人工觀測，使用儀器計算是目前觀測RVR的主要手段，而計算RVR需要測量和獲取的物理量主要包括大氣消光系數或大氣透射率、目標燈光的強度、背景亮度及相應的照度視覺閾，計算過程非常復雜。因此，RVR的預報一直是民用航空氣象預報工作中的難點。

2011年，國際民航氣象專家在基隆坡召開的氣象研討會上討論了主導能見度與RVR之間的相關性問題，討論結果認為主導能見度與RVR無直接關系，但在特定的地理條件下，就具體的機場而言，其主導能見度和RVR之間可能存在某種關聯[1]。基于上述原因，選取2012—2016年成都雙流國際機場(以下簡稱雙流機場)主導能見度與RVR整點數據，進行特征統計分析，尋找主導能見度與RVR之間的關系，以此作為雙流機場RVR預報的一種輔助方法。

1 機場概況

雙流機場基準點坐標為30.35°N，103.57°E。兩條水泥質跑道，呈東北—西南向，跑道磁向均為024°～204°。西跑道長3 600 m，寬45 m，南端(簡稱02L)跑道著陸入口處標高492.86 m；東跑道長3 600 m，寬60 m，南端(簡稱02R)跑道著陸入口處標高512.41 m。機場全天24 h開放，屬4E類國際機場。

圖1中心點為觀測平臺，主要討論雙流機場兩個主用起降端02L和02R的跑道視程。兩個主用端分別位于東西兩條跑道的南端。02L位于觀測平臺的248.3°方向，距離1 748.5 m；02R位于觀測平臺199.5°方向，距離5 860.4 m。

圖1 雙流機場跑道位置示意圖

2 RVR的測量及主導能見度的觀測

采用儀表對RVR進行估算是目前最主要的RVR測算方法，通常使用大氣透射儀或前向散射儀對大氣消光系數進行測量，再利用測得的大氣消光系數或大氣透射率及目標燈光強度、背景亮度及相應的照度視覺閾等計算RVR。在計算RVR時，應分別模擬計算觀測目標為暗色標志物和有燈光時觀測到的最大距離，并取二者之中較大的一個。基于黑色或暗色標志物的RVR計算使用柯西米德定律，在燈光條件下的RVR計算使用阿拉德定律。實際計算中，無論是白天、夜晚還是黃昏，都應根據柯西米德定律和阿拉德定律分別計算RVR，并比較其大小[2]。RVR的測量與計算過程非常復雜，不僅與天氣狀況有關，還與機場跑道燈光強度，背景環境亮度等因素有關，利用計算機計算RVR的過程就是模擬觀測人員在跑道中線上沿著跑道進行人工觀測的過程。

主導能見度反映機場整體能見度狀況，由人工觀測獲得，主要是由大氣透明度和觀測員的視覺感受決定。雙流機場觀測氣象要素的儀器是芬蘭Vaisala公司的自動氣象觀測系統，簡稱AWOS系統。測算RVR的大氣消光系數等數據由位于02L和02R的大氣透射儀測量得到。

3 能見度時間分布特征

3.1 主導能見度月分布

根據民用航空氣象行業標準規定，當機場主導能見度小于1 000 m時，天氣現象記為霧，一日中只要出現霧就計1個霧日[3]。因此，夏季強降水造成的主導能見度小于1 000 m時，也會被記為霧日。

對雙流機場2012—2016年的整點主導能見度進行統計分析，得到雙流機場霧日的月平均分布情況(圖2)，其中包含了2014年1月20日、2016年11月25日的部分霧(指覆蓋機場重要部分的霧，其余部分為晴空，多指影響機場部分區域的平流霧，霧中能見度<1 000 m，霧擴散的高度≥2 m)和2016年3月30日、2016年12月6日的破碎霧。由圖2可以看出，4—8月主導能見度平均值都在7 000 m以上，5月能見度最好為7 956 m，其次是7月，再次是8月；9月能見度開始轉差，1月和12月最差，平均值在5 000 m以下。主導能見度呈冬季差，夏季好的特征。

圖2 2012—2016年平均主導能見度和平均霧日月分布

冬季大霧頻發，其中12月和1月最多，共55 d，占全年的62%。春季相對濕度減小，大霧天氣顯著減少，只有8 d。5月和7月沒有出現霧日，夏季霧日多由強降水造成，一共有6 d，分別出現在6月和8月。秋季對流減弱，擴散條件轉差，霧日逐漸開始增多，一共出現了15 d。霧日的月分布特征與主導能見度的月分布特征是相反的，霧日出現的越多則主導能見度平均值越低。

主導能見度的低值與RVR的低值基本是相伴出現的，由于RVR的記錄方式與主導能見度有較大的不同，不便于做相同的統計分析。在低能見度頻發的冬季，主導能見度和RVR的預報對于機場運行來說尤為重要。找出兩者的關系，為RVR的預報提供一種輔助方法。

3.2 小于1 500 m的RVR和主導能見度日變化

根據《中國民用航空氣象地面觀測規范》的規定，當RVR數值大于2 000 m時，RVR記錄為P2000，當主導能見度或RVR值小于1 500 m時，才記錄RVR數值，當主導能見度大于等于1 500 m，小于等于2 000 m時，不記錄RVR值。因此，將1 500 m作為影響飛行的低能見度標準進行統計。2012—2016年主導能見度小于1 500 m的整點數據共有873個；RVR值小于1 500 m的整點數據，02L為1 521個，02R為1 700個。

圖3和圖4分別為近5 a雙流機場兩個主用起降端RVR和主導能見度日變化情況，可以看出，二者小于1 500 m的出現頻次有相似的日分布特征。低能見度最頻繁發生的時段出現在07—10時，09時達到頂峰。12時之后低能見度出現的頻次降低，能見度逐漸轉好。傍晚到24時以前幾乎沒有出現低能見度。2016年由于夏季暴雨多發生在午后，造成了主導能見度小于1 000 m，因此在午后出現了第2個峰值。

圖3 2012—2016年成都雙流機場兩個起降端跑道視程(RVR)日變化

圖4 2012—2016年成都雙流機場主導能見度日變化

小于1 500 m的頻次，主導能見度少于RVR，02L少于02R。從年度變化來看，主導能見度和RVR均有低能見度頻次逐年下降的趨勢。初步分析其原因：根據《成都市城市總體規劃(2002—2020年)》，成都市城區面積將由起初的598 km2擴大到3 681 km2，因此城市化對氣溫的貢獻有所提升，氣溫的上升引起局地對流不穩定能量增長，增加近地層的不穩定性，有利于局地低值系統活動增強[4]；而湍流將低層水汽帶到上層，上干下濕的結構被破壞，使可能形成的逆溫層變薄，降低有利于輻射霧形成的層結的穩定性。大氣穩定度的降低，將導致低能見度發生頻率降低和持續時間減少，從而提高大氣透明度[5]。機場及跑道附近的城市化不斷發展，水泥地面不斷增多，下墊面逐漸變干，低能見度出現的時間也在減少。

通過以上討論，可以看出主導能見度與RVR有著相似的特征，雙流機場的主導能見度與RVR之間有著一定相關性。

4 主導能見度與RVR的關系

4.1 主導能見度與RVR偏差的期望與方差

從主導能見度和RVR的定義以及上文所討論的特征來看，兩者之間存在著一定的關系。根據雙流機場RVR二類運行起飛標準，分別將小于1 500 m的RVR數據分為三組： [0，200) m，[200，550) m，[550，1 500) m，計算得到兩個跑道起降端三組數據對應的主導能見度與RVR偏差的正態分布期望及方差(表1)。

表1 雙流機場主導能見度與RVR

根據以上計算可得偏差序列的期望及方差，繪制出RVR分別為[0，200)m，[200，550) m,[550，1 500) m時主導能見度與RVR偏差的正態分布圖(圖5)。

圖5 2012—2016年成都雙流機場主導能見度與RVR偏差的正太分布擬合圖

由圖5可知，02L的主導能見度與RVR偏差的期望在[0，200)m和[200，550)m范圍內較小,在[550，1 500)m范圍內較大，說明隨著RVR的增大，主導能見度與RVR的偏差呈增大趨勢。另外，方差越小，說明觀測值較集中，二者的相關性較好，RVR在[0，200)m范圍內時，方差與期望都最小，說明在[0，200)m范圍內02L的主導能見度與RVR一致性較好。

02R的主導能見度與RVR偏差的期望在[0，200)m范圍內較小，在[200，550)m范圍內屬于中等水平，在[550，1 500)m范圍內最大，說明隨著RVR的增大，主導能見度與RVR的偏差呈增大趨勢。02R的主導能見度與RVR方差的絕對值在[0，200)m范圍內也較小，說明觀測值較集中，二者相關性較好；在[550，1 500) m范圍內的方差值最大，觀測值較分散，相關性較差。說明隨RVR的增加，02R的主導能見度與RVR的方差呈增大趨勢，并且比02L的方差大很多，偏差的起伏非常大。RVR在[0，200)m范圍內時，方差與期望值都較小，說明02R的RVR在[0，200)m范圍內(即機場關閉時)與主導能見度很接近。

在RVR的三組數據范圍內，RVR與主導能見度的一致性02L比02R好。在[0，200)m和[200，550) m范圍內，02L和02R的RVR與主導能見度的一致性較好。02R在[550，1 500) m范圍內一致性較差，通常是RVR小于主導能見度，且差值較大。由圖1可知，觀測點距離02L較近，且距離城區較近，環境相似，氣象條件也相似，RVR和主導能見度的相關性較好；而觀測點距離02R大于5 km，且02R接近牧馬山，周圍多樹木，水汽條件好，因此02R的RVR更容易出現低值。

綜上討論，當預報主導能見度小于550 m時，可將跑道視程視為與主導能見度相同；當預報主導能見度在550～1 500 m時，02L的RVR可考慮略小于主導能見度，02R的RVR則應遠小于主導能見度。

4.2 業務應用實例

2017年11月1日和2017年12月4日兩次低能見度天氣過程，雙流機場主導能見度與RVR的演變情況見表2。

從11月1日的低能見度過程可以看出：能見度在07時以后開始下降，02R的RVR下降很快，幅度也很大；08時為200 m，遠小于主導能見度，而02L的RVR與主導能見度維持一致；09時的RVR與主導能見度都小于200 m，02R則提前上升到250 m；之后02L和02R的RVR與主導能見度都逐漸上升。

表2 2017-11-01和2017-12-04低能見度天氣時主導能見度與RVR的演變

12月4日的低能見度過程：01時02R的RVR就開始出現波動，在04時以前均遠小于02L的RVR和主導能見度。而02L的RVR與主導能見度幾乎保持一致；05—09時，主導能見度小于200 m，而02L與02R的RVR則在200～550 m，可以施行二類運行。

從這兩次過程來看，02L的RVR與主導能見度大致相同，02R的RVR會提前下降，低能見度頻次多于02L和主導能見度，滿足上文分析得出的結論。02R的RVR提前下降，也預示著主導能見度和02L的RVR也會下降，對臨近預報有指示性的作用。但是由于觀測地點不同，且影響RVR的各種因素很多，也有不滿足結論的情況出現，還需要在預報工作中找出更多的方法對此進行更加深入的思考和研究。

5 結論

(1)雙流機場低能見度天氣主要出現在冬季，12月和1月最多，占全年的62%，其次為春秋兩季，夏季能見度最好。

(2)雙流機場低能見度出現最頻繁的時段是07—10時，09時達峰值。能見度小于1 500 m的頻次，主導能見度少于RVR。兩個主用跑道起降端RVR小于1 500 m的頻次，02L少于02R，且02R的RVR在[550，1500) m范圍內通常遠小于主導能見度。低能見度現象有逐年下降的趨勢。

(3)在低能見度狀態下，主導能見度與02L的RVR相關性較好，與02R相關性較差。RVR在[0，200)m范圍內(即機場關閉時)，主導能見度與兩個主用跑道起降端RVR基本一致。

參考文獻：

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