廈門機場1990—2020年大霧氣候特征和氣象要素分析

劉 藝 王健治 鄭林曄

(1.民航廈門空管站氣象臺，福建 廈門 361006;2.福建省氣象臺，福建 福州 350007)

1 概述

在民航氣象理論中，霧是指懸浮于近地面空氣中的微小水滴或冰晶，使地面能見度小于1km的現象[1]。廈門高崎國際機場(以下簡稱廈門機場)跑道臨海，受平流霧的影響較大，在適宜的氣象要素下，大霧可在短時間內覆蓋整個跑道，加之大霧生、消變化很快，增添了氣象觀測的難度，嚴重影響飛行安全和效率，也為航空公司及旅客帶來損失。

由于大霧導致的低能見度天氣對飛行安全有重要影響，此前在航空氣象領域中，有很多學者針對不同機場的大霧進行了統計分析。陳志平[2]對溫州機場大霧氣候特征進行分析，結果表明溫州機場近10a來，大霧日數呈明顯上升趨勢，3—5月為高發期，日變化峰值區出現在08—10時，大霧持續時間主要集中在0～1h，夏季和秋季發生大霧的持續時間全部在2h以內；劉金東等[3]對大霧能見度影響進行分析，發現對大霧能見度的主要影響因子為氣壓、濕度、溫度和風速，并且在一定的區域環境下，大霧能見度與溫度、風速、氣壓呈正相關，與濕度呈負相關；鄭澤華等[4]對閩南沿海大霧天氣地面氣象要素進行統計分析，結果表明，對于廈門站來說，溫度適宜(接近17℃)、弱風有利于低能見度天氣發生；王躍等[5]對大興機場一次低能見度天氣進行分析和決策服務初探，發現數值預報對于大興機場風向預測和低能見度持續時間存在偏差，預測好轉時間偏早，導致出現航班備降。

上述研究都是針對不同地區機場大霧的分析，針對廈門機場大霧的研究較少，如何提高廈門機場大霧現象的預報準確率一直也是一個難點。本文利用廈門機場1990—2020年共31a的地面觀測資料，分析了大霧影響下低能見度現象的氣候特征，并對影響大霧生成、消散的部分氣象要素進行統計分析，以期能更好地為氣象預報和飛行安全提供參考和幫助。

2 資料來源和分析方法

本文所用資料均來自廈門機場《中國民用航空地面氣象觀測簿》(例行)，數據包含了1990年1月1日—2020年12月31日的氣象地面觀測資料，包括主導能見度、氣溫、相對濕度、修正海平面氣壓(以下簡稱氣壓)和風向風速。主導能見度是指觀測到的達到或超過四周一半或機場地面一半都能達到的最大水平能見距離[6]。大霧日統計方法：以協調世界時(UTC)16h為界，1d中出現1次或多次大霧記錄，將其計為1個大霧日；跨越16h(UTC)的大霧，將其計為2個大霧日。大霧持續時間的統計以紀要欄記錄為準。

由于廈門機場從2002年才開始實行24h不間斷觀測，因此本文選取了2002—2020年間246個大霧過程進行日變化分析，并從中選取了145次大霧過程進行要素統計分析，這145次大霧發生時無其他天氣現象，并且大霧持續時間都經過正點。

數據分析方法是對各項數據進行處理和篩選，并分類、整合和統計，再用OriginPro 2017軟件進行二次處理制圖，對圖表進行描述分析。

3 大霧氣候特征分析

3.1 大霧年際變化規律

如圖1所示，1990—2020年廈門機場共出現338個大霧日，年平均大霧日為10.9d，由于廈門機場臨海，具備有利的水汽條件，每年均有大霧生成，其中2010年大霧日最多，共26d，2020年最少，僅有1d，兩者相差25d。廈門機場大霧日出現時間主要集中在1990—1996年和2002—2012年。由此可見，廈門機場大霧年際變化差異較大，2016年后大霧日數整體呈現下降的趨勢。

圖1 廈門機場1990—2020年大霧日數年際變化

3.2 大霧月變化規律

圖2是廈門機場1990—2020年大霧日數月分布圖，包含了各個月份大霧日總數及月平均霧日數。由圖2分析可得，廈門機場并非每月都出現大霧，大霧月變化呈單峰單谷型，大霧主要集中在12月—次年5月，尤其是2月—4月達到高峰，共253d，占大霧日總數的75.1%，其中3月和4月的天數相近且達到波峰，分別為93d和92d，占總數的27.6%和27.3%，平均霧日數均為3.0d，2月平均霧日數2.2d，其余月平均霧日數均小于1.0d，說明2月—4月因大霧影響出現的低能見度天氣較為頻繁；而6月和11月的霧日數總共只有8d，占總霧日數的2.4%，月平均霧日數分別為0.2d和0.1d，出現概率非常小；其余月份均未出現過大霧，為波谷，此時近地面氣溫較高，雖然水汽充沛，但蒸發作用明顯，不利于近地層水汽凝結，很難生成大霧。

圖2 廈門機場1990—2020年大霧日數月分布圖

統計表明，廈門機場大霧過程呈明顯的季節性變化，主要出現在冬(12月—次年2月)、春(3—5月)兩季，春季最多，共有213d，占全年總數的63.2%，冬季次之，共116d，占34.4%，夏季(6—8月)和秋季(9—11月)次數較少，共占全年總數的2.4%。由此可見，每年在春季受大霧影響導致能見度低于1km的平均天數有6.9d，冬季為3.7d，而夏、秋季幾乎不受大霧影響。

3.3 大霧日變化規律

3.3.1 大霧生消時間分析

由于廈門機場從2002年才開始有24h不間斷的觀測數據，因此這里選取2002—2020年的地面觀測資料進行大霧日生消時間(以下皆為協調世界時UTC)變化分析。如圖3可知，大霧具有明顯的日變化特征，大霧生成時間峰值區在18-23時，這個時段占總數的55.7%，其中22-23時和21-22時達到最高次數，這兩個時段分別占總次數的13.4%和12.6%。大霧次要生成時間為12-17時，這個時段占總次數的24.0%，各個時次次數較為接近。08-16時曲線較為平緩，呈緩慢增長趨勢，而02-08時為谷值區，僅占總次數的6.1%，其中07-08時沒有大霧生成。21-23時的地面溫度相對較低，近地層中水汽含量充沛，常冷卻形成逆溫層，海面暖濕空氣從海上吹向跑道的冷路面，由于平流霧和輻射霧的形成條件都需要逆溫層和充足的水汽，因此兩者都可能形成。

圖3 廈門機場2002—2020年大霧日開始時間和結束時間

大霧消散時間峰值區主要在22-02時，4h總次數多達123次，占大霧消散總次數的50%，其中00-01時1h累計消散次數多達45次，為大霧主要消散時間。谷值區位于05-12時，次數均小于5次，其中08-09時沒有大霧消散，其后呈緩慢增長趨勢，16-22時呈現不穩定波動狀態，21時開始迅速上升至最高點。

3.3.2 大霧持續時間

選取2002—2020年24h觀測數據對大霧持續時間進行統計分析，持續時間0h表示持續時間在0～1h(小于1h)，依此類推。如表1所示，大霧持續時間的總次數隨著持續時間的增加而減少，持續時間在0～3h的占大多數，占69.5%，其中大霧持續時間頻率最多的為0～1h，共出現了94次，占38.2%；持續時間在3～6h的達51次，占20.7%；持續時間為6～9 h的有13次，占5.3%；而持續時間超過9h以上的總次數為11次，僅占4.5%，其中最長持續時間高達21h，僅有1次。這些持續時間較長的大霧過程均出現在冬季和初春，雖然發生概率較低，但對飛行安全影響較大，需要引起重視。結合上文不難發現，廈門機場大霧主要出現在冬、春兩季，在凌晨和日出前呈現短時波動，時間維持在0～3h內，在日出后慢慢消散。

表1 廈門機場2002—2020年大霧持續時間的次數統計

4 大霧氣象要素分析

為進一步分析影響大霧生消過程的天氣要素，這里選用了2002—2020年間的145次大霧過程進行要素統計分析，這145次大霧發生時無其他天氣現象，并且大霧持續時間都經過正點，對這些大霧發生前正點時次的風向風速、氣溫、修正海平面氣壓以及相對濕度的數據進行統計分析，統計結果如圖4、圖5所示。

圖4 廈門機場2002—2020年大霧發生前風向次數統計

4.1 風向

在民航氣象中，定義2min或10min時距內風速平均小于0.5m/s的風稱為靜風，當靜風時，風向記為“C”；定義在觀測時距內風向變化大于或等于180°，或當風向變化大于或等于60°且小于180°，平均風速小于2m/s時，稱為風向不定，風向不定時記為“VRB”[6]。

如圖4所示，145次大霧發生前主要風向為360°～60°，共出現54次，占37.2%，次要風向是靜風(C)和60°～120°，分別占17.2%和15.9%，主要風向和次要風向占總風向的70.3%，而在西北風和西南風的影響下生成大霧的次數各為4次，僅占2.8%，影響微弱。說明廈門機場影響大霧生成的主要風向為360°～60°，次要風向為靜風(C)，廈門機場23號跑道靠海，當風向為東北風時，海面的暖濕氣流正好由23號跑道吹向內陸的05號跑道，從而造成低能見度現象。

4.2 風速

圖5選取了大霧生成前正點的風速，結果表明，大霧發生前的風速主要集中在1～2m/s，分別為52次和46次，占風速出現次數的35.9%和31.7%，其次靜風時大霧出現了25次，占17.2%，風速大于或等于3m/s的次數只占15.2%，說明影響廈門機場大霧的風速較小，主要集中在0～2m/s，太大的風速不利于大霧的形成和維持。

4.3 氣溫

由圖5可知，廈門機場大霧形成前的溫度趨勢隨溫度增高呈現驟升驟降，其中最高溫度為25℃，說明溫度過高不利于水汽的冷卻；主要溫度出現范圍在16～19℃，總次數達56次，占38.6%，此時溫度適中，利于冷卻和蒸發，其次溫度范圍分別為19～22℃及13～16℃，當溫度小于或等于13℃時，大霧出現次數僅有8次，占5.5%。因此溫度過低及溫度過高都不利于廈門機場大霧的形成。

圖5 廈門機場2002—2020年大霧發生前整點風速、氣溫、海壓和相對濕度出現次數統計圖

4.4 濕度

充足的水汽是大霧形成的必要條件，相對濕度越高，說明空氣越潮濕。從圖5中可知，廈門機場大霧出現前的相對濕度均大于90%，說明相對濕度不足90%時幾乎難以形成大霧。

4.5 氣壓

為了研究氣壓對大霧生成的影響，圖5將大霧出現前一個整點的氣壓按4hPa的間隔范圍進行統計，結果表明，氣壓的分布趨勢與溫度趨勢相近，其中1012～1016hPa范圍內的大霧出現次數最多，多達60次，占41.4%，其次出現范圍在1008～1012hPa之間，占31.0%，而氣壓小于1004hPa和大于1020hPa的次數總和僅為5次，說明適當的氣壓范圍容易引起低層氣壓輻合，從而有利于水汽凝結，進而形成大霧。

5 大霧類型

廈門機場出現的大霧主要以平流霧為主，混合霧和輻射霧為輔，其他類型霧較少出現。平流霧一般層結較穩定，日變化不明顯，只要條件適合，一日中任何時刻都可以出現，條件變化后，也會迅速消散，形成和消失受風的影響較大，春季出現較多[1]。而輻射霧主要出現在夜間和清晨，一般天氣晴好，微風，生消時間較有規律性，日出后溫度的升高快慢會影響它的消散，冬季出現較多[1]。廈門出現的混合霧常以平流霧為主混合了輻射霧，它與輻射霧均有低空逆溫層結，與平流霧的近地面均為弱風速，因此觀測大霧的類型成為了一個難點，并且對1990—2020年出現的大霧類型無法直接統計，若要判斷31a間大霧類型，還需結合當日天氣形勢進行分析。

6 結論

①1990—2020年間廈門機場共出現338個大霧日，年平均大霧日數達到10.9d，主要出現在1990—1996年和2002—2012年，年際變化差異較大，其中2010年大霧日最多，共26d，2020年最少，只有1d，2016年后，大霧日數整體呈現下降趨勢。

②廈門機場大霧具有季節性變化，主要出現在春季，共213d，占總數的63.2%，其次為冬季，共116d，占34.4%；廈門機場大霧月變化呈單峰單谷型，峰值主要集中在12月—次年5月，其中3月、4月頻次最多，分別為93d和92d，占27.6%和27.3%，而7月—10月無大霧生成。

③大霧呈現明顯的日變化，主要在21-23時生成，共64次，占生成總次數的26%，在00-01時消散，累計45次，占消散總次數的18.3%，其中07-08時沒有大霧生成，08-09時沒有大霧消散；大霧主要呈現短時波動，持續時間多為0～3h，其中0～1h的頻次最多，共94次，占總數的38.2%。

④影響廈門機場大霧生成的氣象要素中，主要風向為360°～60°時，大霧共出現54次，占總數的37.2%；風速為1～2m/s時，共出現98次，占67.6%；氣溫在16～19℃時，大霧共出現56次，占38.6%；當相對濕度達到100%時，大霧生成次數有62次，占42.8%；氣壓在1012～1016hPa時，大霧生成的頻次最多，多達60次，占41.4%。