新疆沙塵天氣統(tǒng)計分析及其對航空運行的影響

摘 要：選用烏魯木齊地窩堡國際機場數(shù)據(jù)1991—2023年逐月沙塵暴日數(shù)、揚沙日數(shù)資料，使用線性傾向估計法和滑動平均法統(tǒng)計分析全疆沙塵暴災(zāi)害特征。結(jié)果表明：（1）1991—2023年新疆平均年沙塵暴日數(shù)為1.5 d，整體呈下降趨勢，研究時段內(nèi)r值為0.101 5，未通過顯著性水平檢驗，這說明新疆沙塵暴下降趨勢極不顯著。新疆沙塵暴具有明顯的季節(jié)性變化特征，其中春季出現(xiàn)頻率最高，其次是夏季，秋季相對較低，而冬季沒有沙塵暴天氣出現(xiàn)。（2）1991—2023年新疆平均年揚沙日數(shù)為21.3 d，整體呈增加趨勢，變化傾向率為2.106 d/10年，r值為0.290 5，未通過顯著性水平檢驗，這說明新疆揚沙日數(shù)增加趨勢極不顯著。新疆年內(nèi)揚沙日數(shù)呈單峰型變化特征，表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化特征。（3）沙塵天氣的出現(xiàn)會對航空運行、飛機姿態(tài)和飛機性能產(chǎn)生影響，航空部門應(yīng)加大預(yù)防力度，實時監(jiān)控大風(fēng)等惡劣氣候，做好飛機安全飛行管制工作，以便將沙塵暴對航空運行的影響減至最低。

關(guān)鍵詞：沙塵暴；揚沙；航空運行；新疆

中圖分類號：P445.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–0-03

沙塵天氣是一種常見的氣象現(xiàn)象，主要由地表塵土被風(fēng)力攜帶至大氣層而形成。根據(jù)沙塵天氣的不同特征和形成原因?qū)ζ溥M(jìn)行分類，其中沙塵暴是沙塵天氣中最嚴(yán)重、影響范圍最大的類型之一，通常發(fā)生在干旱或半干旱地區(qū)，主要因為地表水分減少，大風(fēng)刮動地表塵土，形成漫天飛舞的沙塵[1-2]。沙塵暴的特點之一是能見度急劇下降，有時甚至降至零。這種天氣不僅會對交通和生產(chǎn)造成巨大影響，還會威脅人體健康。此外，相較于沙塵暴，揚沙天氣的塵土濃度較低，但也會影響能見度，其形成原因主要是地表塵土被風(fēng)力揚起，但并不需要地區(qū)處于干旱狀態(tài)。揚沙天氣時，大氣中彌漫著一層薄薄的塵霧，能見度輕微下降。

因新疆位于歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，氣候干燥、降水稀少，四周高山環(huán)繞，干燥的氣候及沙漠為當(dāng)?shù)厣硥m暴天氣的形成提供了良好條件[3-4]。頻繁出現(xiàn)的沙塵天氣在影響地面交通安全的同時，還嚴(yán)重威脅著航空飛行安全。

1 研究資料和方法

選用烏魯木齊地窩堡國際機場數(shù)據(jù)1991—2023年逐月沙塵暴、揚沙日數(shù)資料，選用線性傾向估計法和滑動平均法統(tǒng)計分析全疆沙塵暴災(zāi)害特征。季節(jié)劃分采用常規(guī)劃分標(biāo)準(zhǔn)：春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季則為12月至翌年2月。

2 新疆沙塵天氣統(tǒng)計分析

2.1 沙塵暴

2.1.1 年際變化

1991—2023年新疆共出現(xiàn)沙塵暴50 d，平均年沙塵暴日數(shù)為1.5 d，其中年沙塵暴日數(shù)的最大值出現(xiàn)在2001年（高達(dá)7.0 d），而1991年、1993年、2002年、2003年、2004年、2005年、2016年、2017年、2019年共有9年沒有沙塵天氣出現(xiàn)，占27.2%，大部分年份的沙塵暴日數(shù)為2.0～3.0 d，只有極個別年份的沙塵暴日數(shù)在4.0 d以上。

從圖1可以看出，近33年新疆地區(qū)年沙塵暴日數(shù)整體呈下降趨勢，變化傾向率為-0.164 d/10年，研究時段內(nèi)共減少5.412 d，r值為0.101 5，未通過顯著性水平檢驗，說明新疆地區(qū)沙塵暴下降趨勢極不顯著。結(jié)合滑動平均曲線，1991—2001年新疆沙塵暴日數(shù)以波動增加趨勢為主，且2001年沙塵暴日數(shù)最多；2001—2007年新疆沙塵暴日數(shù)呈波動下降趨勢；2007—2013年繼續(xù)以波動增加趨勢為主，只是這種變化并不顯著；2013—2023年，沙塵暴日數(shù)則呈“下降—增加—下降”趨勢。

2.1.2 月、季變化

分析1991—2023年新疆年內(nèi)各月沙塵暴日數(shù)變化情況（圖2），除每年的12月到翌年3月新疆沒有沙塵暴天氣出現(xiàn)外，其余各月均有可能出現(xiàn)沙塵暴天氣，只是出現(xiàn)頻率存在差異。每年的4—6月新疆沙塵暴天氣出現(xiàn)頻率最高，這段時間的沙塵暴日數(shù)共有40 d，占所有沙塵暴日數(shù)的80%；每年7—11月出現(xiàn)沙塵暴天氣的頻率較低，月沙塵暴日數(shù)在5 d以下，尤其是9—11月的沙塵暴日數(shù)共有3 d，幾乎大部分年份在該時間段內(nèi)很少出現(xiàn)沙塵暴天氣。分析新疆四季沙塵暴日數(shù)，發(fā)現(xiàn)春季沙塵暴日數(shù)共有26 d，占52%，以5月（15 d）出現(xiàn)頻率最高，是春季沙塵暴日數(shù)的57.7%；夏季沙塵暴日數(shù)共有21 d，占42%，其中6月（14 d）出現(xiàn)頻率最高，占夏季沙塵暴日數(shù)的66.7%；秋季沙塵暴日數(shù)共有3 d，占6%，且各月出現(xiàn)頻率相當(dāng)。由此可見，新疆沙塵暴具有明顯的季節(jié)性變化特征，其中春季出現(xiàn)頻率最高，其次是夏季，秋季相對較低，而冬季沒有出現(xiàn)沙塵暴天氣。

2.2 揚沙

2.2.1 年際變化

1991—2023年新疆平均年揚沙日數(shù)為21.3 d，其中年揚沙日數(shù)的高值為37 d（2023年），低值為9 d（2016年、2017年），高值是低值的4倍多，說明新疆地區(qū)揚沙日數(shù)年際變化波動幅度較大。圖3是1991—2023年新疆揚沙日數(shù)年際變化趨勢圖，可見近33年新疆年揚沙日數(shù)整體呈增加趨勢，變化傾向率為2.106 d/10a，研究時段內(nèi)共增加69.498 d，r值為0.290 5，未通過顯著性水平檢驗，這說明新疆揚沙日數(shù)增加趨勢極不顯著。

結(jié)合平均值曲線，新疆地區(qū)有16年的揚沙日數(shù)在多年平均值以下，占48.5%；剩余17年的揚沙日數(shù)則在多年平均值曲線以上，占51.5%。結(jié)合圖3，2001年之前，新疆年揚沙日數(shù)呈波動增加趨勢，且后期增幅高于前期；2001—2003年快速下降，降幅達(dá)到24 d；

2003—2008年揚沙日數(shù)波動增加；2008—2017年揚沙日數(shù)繼續(xù)波動下降，但下降幅度沒有前期明顯；2017

—2023年新疆揚沙日數(shù)繼續(xù)快速上升。

2.2.2 月、季變化

通過分析新疆地區(qū)1991—2023年年內(nèi)各月?lián)P沙日數(shù)變化情況（圖4），除了每年的12月到次年1月未出現(xiàn)揚沙天氣外，新疆其余各月均有可能出現(xiàn)揚沙天氣，且呈先增加后下降的趨勢，單峰型變化特征顯著，峰值出現(xiàn)在每年的5月，揚沙日數(shù)共有129 d，占18.3%，谷值出現(xiàn)在1月，揚沙日數(shù)共有1 d，占0.1%。

新疆揚沙天氣主要出現(xiàn)在每年的3—10月，這段時間的揚沙日數(shù)共有693 d，占98.6%，尤以每年的4—6月最為集中，月?lián)P沙日數(shù)超過了115 d，該階段揚沙日數(shù)共368 d，占52.3%。新疆揚沙日數(shù)具有明顯的季節(jié)性變化特征，年內(nèi)揚沙天氣主要集中在夏季，揚沙日數(shù)共有310 d，占44.1%；春季，揚沙日數(shù)共有274 d，占39.0%；秋季，揚沙日數(shù)共有118 d，占16.8%；冬季揚沙天氣出現(xiàn)頻率最低，近33年共出現(xiàn)1 d，占0.1%。

3 新疆沙塵天氣對航空運行的影響

3.1 能見度惡劣影響航空運行

對于飛行員來說，在航空運行中能見度是重要的天氣指標(biāo)，也是決定機場能否開放的重要依據(jù)。沙塵暴天氣造成的能見度下降是影響航空飛行的主要障礙，嚴(yán)重影響飛機起飛著陸安全。在這種惡劣天氣條件下，飛行員使用現(xiàn)代化的儀表設(shè)備著陸也難以對準(zhǔn)跑道位置，還需要輔助目視操縱。能見度偏低引起的目視困難，直接影響飛機起飛著陸中的安全性水平。

3.2 強風(fēng)（大側(cè)風(fēng)）影響飛機姿態(tài)

在沙塵暴天氣出現(xiàn)的過程中往往伴隨大風(fēng)天氣，導(dǎo)致風(fēng)速超標(biāo)，直接增加了飛行員操縱飛機的難度。飛機在地面上滑行時受大風(fēng)天氣的影響也較大，尤其是在飛機落地時突然出現(xiàn)風(fēng)速增大的情況，將導(dǎo)致飛機無法正常滑行，需要使用拖車將其拖入停機位。針對地面停放的小飛機來說，盡管做好固定工作，但強風(fēng)天氣的出現(xiàn)仍可以將其吹離原位，嚴(yán)重情況下會直接吹翻飛機。

3.3 沙塵天氣對飛機性能的影響

第一，熔解飛機結(jié)構(gòu)。沙塵的主要組成部分為二氧化硅和其他多種礦物質(zhì)，這些成分均會在一定程度上熔解飛機結(jié)構(gòu)，特別是相對速度極快時，沙塵與飛機部件之間的摩擦作用會導(dǎo)致溫度上升，進(jìn)而增強這種物理和化學(xué)程序上的溶解作用。第二，產(chǎn)生靜電。若是航空飛行中遇到沙塵天氣，飛機與沙塵間會出現(xiàn)靜電和靜電釋放的現(xiàn)象，直接影響飛機通信、導(dǎo)航和發(fā)動機燃油系統(tǒng)安全。第三，增強黏附作用。沙塵與飛機表面會產(chǎn)生機械摩擦，使得沙塵與飛機表面間的溫度快速升高，沙塵的黏附作用極易造成皮托管和靜壓口堵塞，最終影響這些設(shè)備測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第四，影響空調(diào)系統(tǒng)。沙塵天氣對空調(diào)熱交換器的影響最明顯，因熱交換器冷卻選用冷凝水，一旦熱交換器被沙塵堵塞，潮濕的環(huán)境很容易吸附沙塵顆粒，降低空調(diào)熱交換效率，使空調(diào)系統(tǒng)溫度升高，當(dāng)溫度超過閾值時就會出現(xiàn)空調(diào)過熱自動關(guān)閉問題。

4 沙塵天氣的應(yīng)對措施

4.1 預(yù)防并監(jiān)控大風(fēng)等惡劣氣候

完善惡劣天氣監(jiān)測體系，通過引入動態(tài)化監(jiān)測技術(shù)和智能預(yù)警系統(tǒng)，將自動氣象站、雷達(dá)、氣象衛(wèi)星等監(jiān)測設(shè)備結(jié)合起來，監(jiān)測對沙塵暴天氣的具體形成、發(fā)展形勢和傳播特點，同時加強跟蹤監(jiān)測工作，及時記錄監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息。建立質(zhì)量檔案信息庫，整合應(yīng)用以往的天氣學(xué)方法和當(dāng)前最具代表性的數(shù)值預(yù)報方法，以便提前預(yù)測大風(fēng)天氣，并在第一時間告知管制單位、機場、航空公司及其他單位，從而制定出完善的應(yīng)對方案[5-7]。

4.2 做好飛機安全飛行管制工作

首先，在飛機未進(jìn)入沙塵暴影響區(qū)域前，相關(guān)部門需重點研究天氣預(yù)報和系統(tǒng)天氣形勢圖，根據(jù)雷達(dá)觀測和衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)信息，全面分析未來沙塵暴性質(zhì)、影響范圍、發(fā)展趨勢、移動方向和速度，制定有效規(guī)避沙塵暴天氣的航空路線，及時警示并指揮飛行人員安全飛行、正常著陸及飛向備降場。其次，管理人員要掌握所降區(qū)域與接近管制區(qū)域內(nèi)部備降機場的接收能力，結(jié)合空中航空器以及公司所簽派的飛行任務(wù)，科學(xué)規(guī)劃備降工作。最后，飛機航行過程中遇到沙塵天氣后，管制人員應(yīng)做好以下幾個方面工作，如將相關(guān)管制室和其他各個航空器通信的波段與航空器及時關(guān)聯(lián)，并利用通信波段持續(xù)發(fā)出飛機航行區(qū)域的天氣情況與交通情報。

5 結(jié)論

（1）1991—2023年新疆共出現(xiàn)沙塵暴50 d，平均年沙塵暴日數(shù)為1.5 d，整體呈下降趨勢，變化傾向率為

-0.164 d/10 a，研究時段內(nèi)共減少5.412 d，r值為0.101 5，

未通過顯著性水平檢驗，這說明新疆沙塵暴下降趨勢極不顯著。除每年的12月到翌年3月新疆沒有沙塵暴天氣出現(xiàn)外，其余各月均有可能出現(xiàn)沙塵暴天氣，且具有明顯的季節(jié)性變化特征，其中春季出現(xiàn)頻率最高，其次是夏季，秋季相對較低，而冬季沒有出現(xiàn)沙塵暴天氣。

（2）1991—2023年新疆平均年揚沙日數(shù)為21.3 d，整體呈增加趨勢，變化傾向率為2.106 d/10年，研究時段內(nèi)共增加69.498 d，r值為0.290 5，未通過顯著性水平檢驗，這說明新疆揚沙日數(shù)增加趨勢極不顯著。新疆年內(nèi)揚沙日數(shù)呈單峰型變化特征，主要出現(xiàn)在每年的3—10月，尤以4—6月最集中，同時表現(xiàn)出顯著的季節(jié)性變化特征。

（3）沙塵天氣的出現(xiàn)會對航空運行、飛機姿態(tài)和飛機性能產(chǎn)生影響，航空部門應(yīng)加大預(yù)防力度，實時監(jiān)控大風(fēng)等惡劣氣候，做好飛機安全飛行管制工作，以便將沙塵天氣對航空運行的影響減至最低。

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收稿日期：2024-09-13

作者簡介：劉昊峰（1998—），男，山東榮成人，助理工程師，研究方向為氣象觀測。