荊州紀南通用機場預選場址氣象條件分析

賀程程　鄧艷君　王曉芳　陳正洪　喻雨知

摘要：利用荊州氣象站1955—2016年的地面氣象觀測資料，采取線性趨勢、對比分析等方法對荊州紀南通用機場預選場址區域的氣象條件進行統計分析。結果表明，荊州紀南通用機場預選場址區域年平均風速低，月平均風速1.9～2.5 m/s;年靜風頻率高，為18.2%，風速等級0～5.0 m/s頻率為89.99%;低能見度日數少，出現小于800 m、800～2 000 m、2 000～4 000 m的能見度天氣的年平均日數分別為9.8、10.8、13.7 d;暴雨、大風、雷暴、冰雹、沙塵暴等災害天氣年平均日數分別為3.30、3.98、32.20、0.49、0.02 d;高影響天氣出現幾率低于武漢天河機場;氣象有利條件多，不利條件少。可以通過提高預報準確率和管理及操作人員的專業素質避免不利條件對飛行的影響。

關鍵詞：機場;預選場址;氣象條件;高影響天氣

中圖分類號：V321.2;V351? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）04-0070-06

Abstract： Based on the ground meteorological observation data from 1955 to 2016 in Jingzhou Meteorological Station， the meteorological conditions in the preselected area of Jinan General Airport were statistically analyzed by means of linear trend， comparative analysis and other methods. The results show that pre-selected site area of Jinan General Airport has a low annual average wind speed， with an average monthly wind speed of 1.9～2.5 m/s. The annual static wind frequency is high， which is 18.2%， and the frequency of wind speed of 0～5.0 m/s is 89.99%. The airport pre-selected sites has few days with low visibility， the average days of the visibility， the annual average number of days with visibility less than 800 m， 800～2 000 m， 2 000～4 000 m is 9.8， 10.8，13.7 d， respectively. The average days of the torrential rain， strong winds， thunderstorms， hail， sand storms and other weather disasters is 3.30， 3.98， 32.20， 0.49， 0.02 d. The probability of high impact weather is lower than that of Wuhan Tianhe Airport. There are many favorable conditions and less unfavorable conditions in the pre-selection site. The influence of adverse conditions on flight can be avoided by improving the accuracy of prediction and the professional quality of management and operator.

Key words： airport; pre-selected site; meteorologic condition; high impact weather

氣象條件對機場航空安全有著至關重要的影響。20世紀30年代，美國、荷蘭氣象專家[1]分析研究了大霧、雷暴、復雜地區近地層風速、風向等氣象要素變化對機場航空港選址的重要意義。20世紀90年代，澳大利亞[2]、英國[3]等國家的航空氣象專家分析指出天氣氣候因素是引發機場附近一些重大航空事故的主要原因[4]。國內許多民航和氣象工作者[5-9]分別對機場低能見度、低空風切變、東南大風等各種氣象要素進行介紹和分析，指出其對航空安全的危害;朱國棟[10]指出機場氣象要素的變化直接影響到飛行的安全和效益;邵振平[11]指出能見度與飛行的關系十分密切，是航空氣象定義的復雜氣象條件之一，也是直接影響飛行任務可否正常執行、機場是否開放的一個重要氣象因素;大霧直接對飛行安全構成威脅，嚴重影響安全飛行和正常的運營秩序[12]。

通用機場雖屬于民用航空機場，但承擔著更多的飛行任務，比如公務出差、空中旅游、氣象探測、農林噴灑、消防警巡、空中救援、森林防火、農業勘察、航拍和鄉村空中旅游等特殊飛行任務。中國民用航空局近年頒布的民用航空支線機場建設標準[13]和通用機場建設規范[14]，以及中國氣象局頒布的氣候可行性認證管理辦法[15]等相關行業規定要求對機場預選場址開展包括風場、降水、能見度等氣象要素的氣候評估論證工作。民航氣象工作者研究指出未來機場選址中天氣氣候條件將會變得越來越重要[16]。

荊州是農業大市，地處江漢平原腹地，充分利用空中資源，發展通用航空，構建未來空中立體交通，對荊州農業等社會經濟的發展具有十分重要的意義。荊州紀南通用機場預選址瀕臨長江黃金水道，距市區5 km，地勢南高北低，海拔20～50 m，地理條件十分優越。荊州氣象站與紀南預選場址距離不到5 km，從大尺度環流背景場來看，一年四季大氣環流對兩地的影響相同，在相同的大氣環流背景下，兩地氣壓、氣溫、濕度、降水量、云、風向、風速、能見度、天氣現象等氣象要素及變化特征較為接近。本研究利用荊州氣象站1955—2016年地面氣象觀測資料，依據通用機場選址相關氣象規定和要求，對紀南通用機場預選場址的氣候背景和風速、風向頻率、氣溫、降水以及低能見度、低云、雷暴、大風等影響機場選址的天氣氣候條件進行分析，得出紀南預選場址具備建設通用機場的有利氣象條件。

1? 資料與方法

選取湖北省荊州市氣象站1955—2016年共62年的地面氣象觀測資料，包括風向、風速、氣溫、降水、能見度、云量，且經過質量控制，統計值日界為北京時間20：00—20：00。分析時間尺度包括日（北京時間20：00—20：00）、春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）、年（1—12月）。

采用線性趨勢分析方法分析氣象要素變化、氣候傾向率定量描述氣象要素變化趨勢，并用Mann-Kendall（M-K）[17]法對其變化趨勢進行顯著性檢驗。

采用對比分析法，將荊州紀南通用機場預選場址與武漢國際天河機場影響機場營運的天氣進行比較，判斷其在氣象上所具的優勢和可行性。

2? 結果與分析

2.1? 預選場址區域主要氣候概況

2.1.1? 風速、風向? 近地層風速、風向等氣象要素變化對航空機場選址具有重要意義，是影響機場發生事故頻次、未來能否良好運行的重要因素之一。

62年來，荊州紀南通用機場預選場址區域年平均風速為2.2 m/s，全年各月平均風速在1.9～2.5 m/s，其中，3月和7月平均風速最大，為2.5 m/s;10月最小，為1.9 m/s。從季節上來看，平均風速春季最大（2.37 m/s），夏季次之（2.15 m/s），冬季第三（2.13 m/s），秋季（2.00 m/s）是全年平均風速最小的季節。主導風向春季、秋季和冬季為北（N）風和東北偏北（NNE）風，夏季為南（S）風。全年出現頻率最多為靜風（18.22%），然后依次是北風（14.50%）、東北偏北風（14.30%）、南風（9.43%）。統計1955—2016年不同風向、風速等級頻率（表1、圖1），表明紀南通用機場區域主要盛行風向為北和東北偏北風，累計頻率為28.80%;風速按照0～5.0 m/s、5.0～8.0 m/s、8.0～10.0 m/s、≥10 m/s劃分等級，累計頻率分別為90.00%、8.66%、0.96%、0.38%。

2.1.2? 氣溫、降水? 62年來，荊州紀南通用機場區域全年月平均氣溫3.9～28.1 ℃;7月氣溫最高，為28.1 ℃，1月最小，為3.9 ℃。極端最高、最低氣溫呈顯著的季節性變化;高溫≥35.0 ℃概率為3.42%，≥37.0 ℃概率為0.45%。極端最高氣溫在7、8月，為38.7 ℃，出現在2003年8月2日和2009年7月18日。≥35.0 ℃高溫日數平均每年大約12.3 d，6—8月各月出現≥35.0 ℃的高溫日數偏多的年份分別是1961年6月有9 d、1959年7月有18 d、1966年8月有16 d，各年6—8月合計最多高溫日數出現在1961年，共計36 d，最長連續35 ℃以上高溫日數出現在1995年7月15—24日，達10 d;≥37.0 ℃高溫日數平均每年大約1.47 d，6—8月平均分別為0.07、0.79、0.61 d;年極端最低氣溫-1.9～-14.9 ℃，出現在冬季的12月2日至次年2月25日，極端最低氣溫極值為-14.9 ℃，出現在1977年1月30日。日間氣溫變化比較平穩，出現大幅度降溫和增溫的概率極小，24 h高溫變幅≥8 ℃的概率為0.33%，≥10 ℃的概率為0.03%;24 h低溫變幅≥8 ℃的概率為0.06%，≥10 ℃的概率幾乎為0，62年內僅出現1次。

62年來，機場區域年平均降水量為1 093.9 mm，月平均降水量為91.2 mm。降水量季變化特征明顯，冬季（12月至次年2月）平均降水量為26.5～46.5 mm，在四季中最少，其中12月最少;春、秋季（3—5月，9—11月）73.7～143.9 mm;夏季（6—8月）123.9～162.0 mm，7月最多。日最大降水量出現在1970年5月28日，為174.3 mm，3—11月均可能出現超過50 mm的日降水量，5—9月均可能出現超過100 mm的日降水量。年平均降水日數123.9 d，以? ?-1.67 d/10年的趨勢減少。降水主要集中在6—8月，占全年降水量的41.6%。年大雨以上降水日數少，出現幾率3.3%，呈減少趨勢，以-0.13 d/10年的速度遞減，其中，62年暴雨日數206 d，年平均暴雨日數3.3 d，出現幾率0.9%。

2.1.3? 能見度、云量? 荊州1955—2013年（2014年開始能見度無人工觀測記錄）能見度4次定時觀測記錄中，年平均能見度各等級日數≤800 m為9.8 d，出現幾率2.6%，>800 m且≤2 km為10.8 d，出現幾率3.0%，>2 km且≤4 km為13.7 d，出現幾率3.8%，>4 km的比例為90.6%，也就是說≤2 km的能見度出現幾率為5.6%。

4次定時能見度≤800 m的次數逐月情況如圖2a所示，總體呈“V”型結構，出現幾率按季節來看，夏季6—8月最少，冬季12月至次年1月最多;按時次，≤800 m幾率8時最大，2時、14時和20時比8時小很多。

4次定時能見度>800 m且≤2 km的次數逐月情況如圖2b所示，也呈現“V”型結構，年頭和年尾多，年中少，出現幾率也是8時大些，7、8月能見度較其他月份好，12月至次年1月能見度差。

氣象上的云量是把整個天空視野分為10成，被云遮蔽的成數稱為云量。分析荊州紀南通用機場預選場址總、低云量，62年以來年平均總云量為6.7成，低云量為1.5成。各月分布如圖3所示，總云量6月最多，為7.3成，8月最少，為5.8成;低云量7月最多，為1.9成，12月最少，為1.0成。從季節來看，總云量春季最多，平均為7.2成，冬季次之，秋季最少，平均為6.3成。低云量夏季最多，平均1.9成，然后依次是春季1.8成，秋季1.3成，冬季最少，為1.2成。低云量夏季較多，冬季較少，與夏季雨量多，雨強大，冬季雨量少，雨強小對應。影響飛行的3類低云狀夏半年5—10月積云較多，出現幾率6.7%～24.1%，8月最多;冬半年11—4月層積云較多，出現頻率2.8%～6.8%，4月最多;積雨云夏季出現頻率較高，為3.3%～11.8%，其中，7月出現幾率最大，這是夏季出現短時強降水較多的原因。低云中層積云、積雨云、積云3類云狀年平均頻率分別為4.6%、1.8%、7.8%，三者累計年平均頻率為14.2%。

2.1.4? 其他氣象要素? 統計1955—2016年風速、風向、氣溫、能見度、云量、降水等要素以外的其他影響機場選址和飛機飛行的各月氣象要素發生日數，由表2可知，平均大風日數3—5月較多，其中4月最多，為0.87 d;6—8月較少，其中6月最少，為0.11 d。雷暴主要發生在2—9月，月平均日數在0.10～6.50 d，主要集中在夏季，為6.10～6.50 d。霧日數冬半年多，夏半年少，最多發生在12月，為4.50 d，其次是11月，為4.10 d;7、8月最少，為0.90 d。同樣，霾也是冬半年多，夏半年少，最多是1月，為4.80 d，其次是12月，為3.40 d;4、5、8月未出現霾。沙塵暴是各類天氣現象中發生次數最少的，僅在2月出現0.02 d。冰雹是各類天氣現象中發生次數最少的，僅在1、2、3、4和12月出現0.02～0.22 d，其他月份未出現。各月平均降水日數是各類天氣現象中出現最多的，1月最少，為9.00 d，其次是12月，為10.00 d，其他各月均超過10.00 d，降水日數最多的是5月，為17.30 d，其次是4月，為17.20 d;3—6月的月降水日數超過半個月。

2.2? 荊州紀南通用機場預選場址與武漢天河機場的高影響天氣對比分析

高影響天氣是指對飛機起飛、著陸、機場建設等有較大影響的天氣氣候現象。武漢天河機場1995年4月15日正式建成通航，因營運良好2000年被確定為國際機場。現對比分析荊州與武漢天河機場的高影響天氣。

2.2.1? 極端高溫和極端低溫? 荊州和武漢≥35.0 ℃的高溫天氣均出現在夏半年5—9月，統計（表3）分析表明，35.0 ℃以上高溫日數荊州年均12.3 d，相比武漢天河機場的年均21.2 d少近9.0 d，少72%;37.0 ℃以上高溫出現月份荊州是6—8月，武漢是6—9月，荊州比武漢少1個月，即荊州少1個月的高溫危害期。歷年極端最高氣溫荊州38.7 ℃，武漢天河機場39.3 ℃，相比較而言荊州極端高溫比武漢天河機場低0.6 ℃。荊州紀南預選場址高溫出現幾率和強度比武漢天河機場要小些。

歷年極端最低氣溫荊州-14.9 ℃，相比武漢的最低氣溫-18.1 ℃，高3.2 ℃。低溫強度荊州較武漢天河機場弱很多。

2.2.2? 強降水和雷暴? 氣象上規定日降水量≥50 mm時稱為暴雨。統計（表3）分析表明，年平均暴雨日數荊州3.3 d，武漢天河機場5.0 d，少近2 d;出現暴雨的月份荊州為3—11月，武漢天河機場是2—11月，荊州少1個月。最大日降水量荊州174.3 mm，比武漢天河機場317.4 mm少143.1 mm，少出現82.1%。1 h最大降水量荊州61.0 mm，較武漢天河機場102.1 mm少41.1 mm，荊州的雨強較武漢天河機場弱40.3%。雷暴日數荊州年均30.0 d，武漢天河機場33.3 d，比武漢少3.3 d。紀南預選場址強降水和雷暴出現幾率和強度較武漢天河機場小些。

2.2.3? 大風? 統計（表3）分析表明，≥17.0 m/s的瞬時大風荊州年均1.9 d，比武漢天河機場的2.3 d少0.4 d。瞬時大風極值荊州22.8 m/s，比武漢天河機場24.0 m/s弱1.2 m/s。紀南預選場址大風出現幾率和強度較武漢天河機場小些。

2.2.4? 大霧? 荊州紀南預選場址和武漢天河機場的大霧多發生在冬半年，其中約90%以上為輻射霧，出現時間一般在凌晨，結束時間多在中午以前。統計（表3）分析表明，年均大霧日數荊州紀南預選場址29.7 d，較武漢天河機場41.1 d少11.4 d，減少27.7%。荊州紀南預選場址大霧出現幾率較武漢天河機場小些。

對比分析兩處的高影響天氣得出，荊州紀南預選場址出現高影響天氣的幾率低于武漢天河機場，說明荊州紀南預選場址在氣象上更具優勢和可行性。

2.3? 分析與建議

2.3.1? 有利氣象條件

1）跑道設計和建設的有利氣象條件。主導風是機場跑道設計時側重考慮的，荊州紀南預選場址春季、秋季和冬季主導風向為北（N）風和東北偏北（NNE）風，夏季主導風向為南（S）風。四季主導風風向夾角小甚至在一條直線上，對機場跑道設計有利。

2）飛機起降和飛行的有利氣象條件。①年低云頻率低，且略呈減少趨勢。影響飛行的層積云、積雨云、積云3類低云狀累計年平均頻率為14.2%。低云量總體呈減少趨勢，以-0.2成/10年的速度遞減。有利將來機場安全運行。②年大雨日數少，出現幾率3.3%;年雨日數和大雨日數呈減少趨勢。年雨日數以-1.67 d/10年速度減少。大雨以上降水日數以-0.13 d/10年的速度遞減。對機場工程設計和建設及將來機場安全運行有利。③大霧日數少，呈減少趨勢。年均大霧日數29.7 d，出現幾率8.1%。霧日數呈減少趨勢，以-3.3 d/10年的速度遞減。有利于飛機安全起降。④低能度出現幾率小，能見度好且呈增強趨勢。年平均能見度各等級≤800 m日數為9.8 d，出現幾率2.6%，>800 m且≤2 km為10.8 d，出現幾率3.0%，>2 km且≤4 km為13.7 d，出現幾率3.8%，>4 km為90.6%，也就是說≤2 km的能見度出現幾率為5.6%。能見度以9 m/10年速度增強，且8時能見度增強更快，以30 m/10年速度增強。對將來飛機安全運行有利。⑤大風日數少，靜風頻率高，年平均風速低，風的季節變化規律明顯。年平均大風日數3.98 d，出現幾率1.1%，且呈減少趨勢，以-0.03 d/10年的速度遞減;靜風頻率18.2%;年平均風速為2.2 m/s。平均風速春季最大（2.37 m/s），夏季次之（2.15 m/s），冬季第三（2.13 m/s），秋季（2.00 m/s）是全年平均風速最小的季節。對飛機航空飛行有利。⑥災害性天氣少，且大多有減少趨勢。62年暴雨日數206 d，年平均暴雨日數3.3 d，出現幾率0.9%;大霧29.7 d，出現幾率8.1%，以-3.3 d/10年的速度減少;大風、冰雹天氣年平均日數分別為3.98、0.49 d，且均呈減少趨勢，氣候傾向率分別為-1.25、-0.09 d/10年;62年沙塵暴僅1 d，出現在1960年2月25日。荊州預選場址區域不易形成氣象災害，對將來飛機安全起降和飛行有利。