上海浦東機場風向日變化特征分析

趙京華，秦婷，張勇，房云龍

上海浦東機場風向日變化特征分析

趙京華1，秦婷2，張勇1，房云龍1

（1.民航青島空管站，山東 青島 266100；2.民航華東空管局，上海 200335）

利用2010—2019年上海浦東機場地面風場逐時觀測數據，統計了不同季節各風向段出現頻率日變化特征，結果表明，浦東機場東風（80°～110°）、東南風（120°～150°）日變化規律顯著。各季節東南風頻率曲線呈準正弦波型，春夏季日較差、極大值均高于秋冬季，頻率極大值、極小值出現時間四季基本相同。東風出現頻率在各季節均呈“單峰”型日變化特點，夏季東風頻率日較差最大，秋季和春季次之，冬季最小，夏季日變化規律最顯著；頻率極大值、極小值出現時間四季基本相同。南支海風環流和東支海風環流均可能影響浦東機場，最可能影響時間為15：00—19：00和10：00—13：00，各季節略有差異。

上海浦東機場；風向日變化；海風環流；成因

1 引言

風通常指空氣運動的水平分量，包括方向和大小，即風向和風速，按高度又分為高空風和地面風，對于航空飛行來說，高空和地面風同樣重要，既有可利用一面，也要防范它可能造成的危害。飛機起飛時，適宜的風向和風速，有助于飛機在較短的滑行距離內獲得足夠的升力；降落時，適宜的風速和風向也有助于縮短滑行的距離；高空飛行時，順風飛行，可以大大節省燃料和縮短飛行時間[1-3]。徐照岳等[4]通過分析下降風對飛行的影響，發現下降風可以增加飛機能量損耗。側風或者側風分量很大時，飛機的起飛和著陸會變得很復雜，當飛機在側風中起降時，飛機除向前運動以外，還順著側風方向移動，如不及時修正，就會偏離跑道方向[5-6]。此外，受地形的影響，風向和風速發生變化時，飛機的性能和航跡可能會發生變化[7-8]。

風向轉換可能引發低空風切變，對飛行安全有很大的威脅[9-11]，若風速超過民航閾值，則跑道也需隨風向轉換。目前隨民航航班量的飛速增長，各機場對風向轉換預報準確率的要求越來越高，若風向轉換預報時間提前量較小，則會大大增加空中交通管制的工作量[12-14]。

目前，很多前輩對風向的變化已有一些研究。江瀅等[15-19]研究了全國或省市大范圍的風向變化特征；閆凱麗等[20]和陳猛[21]分析了機場范圍內風的變化特征，主要側重于大風及對飛行的影響；孫絲雨[22]利用首都機場2000—2014年自動氣象站的地面風觀測資料，分析了首都機場地面風向風速的年變化、日變化和大風特征，指出風向的日變化明顯，白天南風為主，夜間北風為主；畢波等[23]利用大理機場近5年自動觀測系統資料，對平均風向、風速以及大風進行統計分析，發現大理機場全年盛行偏南風，夜間到上午風向為東南風，午后風向逐漸轉為西南風，傍晚轉為東南風；房云龍等[24]利用青島機場2008—2016年逐時風場資料分析各季節風向日變化規律，發現有兩支海風環流影響青島機場，一支是西支海風，風向（210°～230°），一般上午影響機場，午后發展至最強，下午消失；另一支為南支海風，風向（150°～170°），午后影響機場，下午取代西支海風，傍晚發展至最強，夜間逐漸減弱消失。

目前，上海地區風向日變化的研究主要利用數值模擬或統計方法，實況資料主要來自氣象局各站點，而利用機場的風場實況資料來研究風向日變化規律的工作較少，本文采用2010-01-01—2019-12-31浦東機場逐時風場資料，研究風向日變化特征，并對其成因做初步探討。

2 風向日變化特征

2.1 風向段選取依據

對不同風向進行出現頻率分析發現，按40°對風向進行分段最能體現不同風向段的日變化特征，因此本文將所有風向按40°分段，根據不同季節統計風向出現頻率日較差，經計算發現，東風（80°～110°）、東南風（120°～150°）兩個風向段對于四個季節均表現出比較顯著的日變化特征，其他風向段日變化規律相對較弱。因此本文選取東南風和東風兩個風向段分析浦東機場風向日變化特點。

2.2 浦東機場風向日變化特征

浦東機場東南風和東風出現頻率日變化分布曲線如圖1所示。如圖1（a）示，東南風在春夏季和秋冬季呈現出明顯的差異。春夏季東南風日變化規律顯著，頻率日較差分別為14.8%和17.1%，日變化曲線為呈準正弦波型，春夏季波峰分別為29.3%和35.2%，均出現于20：00；波谷分別為14.4%和18.0%，出現于13：00和12：00，春季比夏季偏晚1 h。秋冬季東南風頻率日較差為7.2%和4.6%，頻率極大值分別為13.2%和8.9%，日較差和頻率極大值均顯著低于春夏季。秋冬季東南風頻率曲線依然呈現出一定的日變化特征，整體偏弱，但極值出現時間與春夏季基本一致。

東風（80°～110°）的日變化規律如圖1（b）所示，東風出現頻率在各季節均呈“單峰”型日變化特點。夏季東風日變化規律顯著，頻率日較差為12.3%，秋季和春季次之，分別為10.0%和9.7%，冬季全年最小，只有6.6%。極值呈相似規律，均為夏季最高，春季和秋季次之，冬季最小，出現時間也較為接近，極大值出現在午后14：00—16：00時段內，極小值出現在后半夜01：00—05：00時段內。

兩個風向段相比，春夏季東風出現頻率日較差小于東南風，而秋冬季大于東南風，這說明春夏季東風日變化特征比東南風弱，而秋冬季反之。東風出現頻率各季差異顯著低于東南風。四個季節東風頻率極大值出現時間比東南風提前2～4 h，極小值出現時間差別顯著，東風出現于后半夜，而東南風出現于中午前后。

浦東機場各季節東南風風向段頻率日較差、極值及出現時間如表1所示。浦東機場各季節東風風向段頻率日較差、極值及出現時間如表2所示。

圖1 浦東機場東南風（120°～150°）和東風（80°～110°）出現頻率日變化

表1 浦東機場各季節東南風風向段頻率日較差、極值及出現時間

日較差/（%）極大值/（%）出現時間極小值/（%）出現時間 春季14.829.320：0014.413：00 夏季17.135.220：0018.012：00 秋季7.213.220：006.010：00 冬季4.68.920：004.313：00

表2 浦東機場各季節東風風向段頻率日較差、極值及出現時間

日較差/（%）極大值/（%）出現時間極小值/（%）出現時間 春季9.719.814：0010.203：00 夏季12.324.216：0011.801：00 秋季10.017.815：007.802：00 冬季6.611.516：005.005：00

3 風向日變化成因分析

理論研究和實際觀測已經證實，對于非均一下墊面（例如山地或沿海），地面風向日變化受地形熱力狀況影響顯 著[25]，在沿海地區，海陸風是造成地面風向日變化的主要原因[24，26-27]。上海地區東臨東海，西臨太湖，南北分別為長江口和杭州灣，海陸溫差明顯。同時超大城市的城市熱島效應十分顯著，進一步加劇了上海沿岸海陸溫度梯度。有研究指出，上海沿岸在白天存在著兩支海風環流，一支為從長江口登陸的東支海風環流，另一支為從杭州灣登陸的南支海風環流[28-31]。由于長江入海口面積較小，使得東支海風方向主要為東風，一般上午開始影響上海浦東沿岸，午后至傍晚達到最強，之后減弱消失；南支海風方向為東南風，一般于中午開始影響上海南匯、奉賢一帶，并逐漸向西北深入上海其他地區，如圖2所示。根據前文分析，浦東機場東南風和東風在四個季節均呈現不同程度的日變化規律，因此兩支海風環流均可以在一定條件下影響浦東機場。

圖2 上海地區南支和東支海風示意圖

為研究東支環流和南支環流是最可能影響浦東機場的時間，分析了風向頻率變率的日變化特征，如圖3所示。

圖3 浦東機場東南風、東風頻率變率日變化

如圖3（a）所示，15：00—19：00，東南風頻率變率均明顯高于其他時間，表明這段時間是東南風頻率增加最集中時段，即南支環流最可能影響浦東機場的時間，各季節南支環流影響時間略有不同。春夏季頻率變率高于秋冬季，表明春夏季南支環流比秋冬季更可能影響浦東機場。同理，東支環流于10：00—13：00最可能影響浦東機場，與南支環流相比，東支環流影響機場時間的季節性變化特征不如南支環流明顯。

4 結論

本文利用2010—2019年上海浦東機場地面風場逐時觀測數據，統計了不同季節各風向段出現頻率日變化特征，得出如下結論：浦東機場東風（80°～110°）、東南風（120°～150°）日變化規律顯著；各季節東南風頻率曲線呈準正弦波型，春夏季日較差、極大值均高于秋冬季，頻率極大值、極小值出現時間四季基本相同；東風出現頻率在各季節均呈“單峰”型日變化特點，夏季東風頻率日較差最大，秋季和春季次之，冬季最小，夏季日變化規律最顯著，頻率極大值、極小值出現時間四季基本相同；南支海風環流和東支海風環流均可能影響浦東機場，最可能影響時間為15：00— 19：00和10：00—13：00，各季節略有差異，這說明，浦東機場中午至傍晚可能由東風順轉為東南風。

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2095－6835（2020）24－0045－03

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.014

趙京華（1981—），男，碩士研究生，工程師，研究方向為短時臨近預報、氣候統計分析。

〔編輯：嚴麗琴〕