廣州白云國際機(jī)場(chǎng)近10年地面風(fēng)的特征分析

林璇?袁帥?何鈺清?范秀玲?林紹軍

摘 要：利用廣州白云國際機(jī)場(chǎng)2013—2022年氣象地面觀測(cè)資料，統(tǒng)計(jì)分析了近10年的地面風(fēng)特征。結(jié)果表明：（1）白云機(jī)場(chǎng)近10年年均大風(fēng)日數(shù)為9.5 d，76.9%的大風(fēng)天氣出現(xiàn)于春、夏季，87.4%的大風(fēng)天氣伴隨著雷雨天氣一并出現(xiàn)。（2）白云機(jī)場(chǎng)盛行風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)（E），對(duì)本場(chǎng)影響最大的3個(gè)風(fēng)向?yàn)镋、N和NEN，本場(chǎng)近10年最大平均風(fēng)速為4.49 m/s，風(fēng)向是NEN和N。（3）冬季是白云機(jī)場(chǎng)一年中平均風(fēng)速最大的季節(jié)，最大的小時(shí)平均風(fēng)速為11.08 m/s。（4）近10年的地面風(fēng)速變化呈現(xiàn)出“一峰一谷”的大陸型特征，即白天風(fēng)速大、夜間風(fēng)速小，午后湍流旺盛時(shí)段也是平均風(fēng)速最大時(shí)段，最大平均風(fēng)速出現(xiàn)在17：00（北京時(shí)間），最小平均風(fēng)速出現(xiàn)在日出前后。

關(guān)鍵詞：地面風(fēng)；變化特征；白云機(jī)場(chǎng)；大風(fēng)天氣

中圖分類號(hào)：P425 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）01–0-03

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球近一半的飛行事故發(fā)生在惡劣的天氣情況下，超過80%的航班延誤與天氣影響有關(guān)。在影響航空安全的天氣中，風(fēng)的影響尤為突出[1-3]。

逆風(fēng)、順風(fēng)、側(cè)風(fēng)及風(fēng)切變都會(huì)對(duì)飛行造成影響，如側(cè)風(fēng)過大會(huì)使飛機(jī)起降階段偏離跑道中線，一定等級(jí)的低空風(fēng)切變帶來的湍流則會(huì)給飛行安全帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)[4-6]。業(yè)內(nèi)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，發(fā)生在進(jìn)近著陸或起飛爬升階段的低空風(fēng)切變?cè)斐傻暮桨鄰?fù)飛情況較為嚴(yán)重，會(huì)給民航運(yùn)行帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失和安全風(fēng)險(xiǎn)[7-9]。據(jù)悉，年均旅客吞吐量200余萬人次的九寨黃龍機(jī)場(chǎng)2005—2010年因不正常航班造成的經(jīng)濟(jì)損失就超5 000萬元，其中超55%是由于受到風(fēng)的影響造成的后果。廣州白云國際機(jī)場(chǎng)（以下簡稱白云機(jī)場(chǎng)）是全球最繁忙的機(jī)場(chǎng)之一，2020年更是以4 376.8萬人次的旅客吞吐量，超越曾經(jīng)的世界客流量“頂流”美國亞特拉大國際機(jī)場(chǎng)，問鼎全球第一。因此，了解和掌握其地面風(fēng)變化特征，不僅能一定程度為相關(guān)民航企業(yè)挽回經(jīng)濟(jì)損失，還能為民航安全運(yùn)行保障和后續(xù)氣象科學(xué)研究提供參考。

根據(jù)民航氣象觀測(cè)規(guī)范中的定義，民航氣象中的大風(fēng)定義為瞬時(shí)風(fēng)速≥17 m/s（或目測(cè)估計(jì)風(fēng)力≥8級(jí)）的風(fēng)。以北京時(shí)00：00作為日界，每日觀測(cè)記錄中只要出現(xiàn)大風(fēng)天氣，無論當(dāng)日大風(fēng)天氣出現(xiàn)的時(shí)間長短及頻次多少，當(dāng)日記為1個(gè)大風(fēng)日。

1 資料和方法

使用的資料來源為民航中南空管局氣象中心2013—2022年的氣象地面觀測(cè)資料，該資料由自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)記錄與人工觀測(cè)記錄結(jié)合，記錄連續(xù)、完整、可信度高。利用2013—2022年白云機(jī)場(chǎng)逐小時(shí)風(fēng)速、風(fēng)向資料統(tǒng)計(jì)了10年平均風(fēng)速的日變化、月變化、季節(jié)特征，并繪制了風(fēng)玫瑰圖，分析了白云機(jī)場(chǎng)的地面風(fēng)特征。利用白云機(jī)場(chǎng)大風(fēng)資料及對(duì)應(yīng)的天氣現(xiàn)象資料研究了2013—2022年白云機(jī)場(chǎng)大風(fēng)天氣特征。

2 白云機(jī)場(chǎng)大風(fēng)天氣特征

2.1 大風(fēng)天氣的年際變化特征

據(jù)統(tǒng)計(jì)，白云機(jī)場(chǎng)2013—2022年年平均大風(fēng)日數(shù)為9.5 d，其中，2013年大風(fēng)日數(shù)達(dá)到23 d，為近10年最多；而2015、2022年僅有4 d出現(xiàn)大風(fēng)，為近10年最少。從圖1可以看出，盡管白云機(jī)場(chǎng)近年來大風(fēng)日數(shù)呈下降趨勢(shì)，但年際變化波動(dòng)較大，有2個(gè)明顯的波峰（2013、2016年），且其與相近年份的大風(fēng)日在數(shù)量上差異較大，主要原因是當(dāng)年均有超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)登陸廣東，對(duì)本場(chǎng)天氣造成嚴(yán)重影響，如2013年的19號(hào)臺(tái)風(fēng)“天兔”（9月22日）和2016年的4號(hào)臺(tái)風(fēng)“妮妲”（8月2日）登陸時(shí)白云機(jī)場(chǎng)均記錄到了大風(fēng)天氣，且與臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)間一致。

2.2 大風(fēng)天氣的月際變化特征

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2013—2022年大風(fēng)天氣的月際變化特征，發(fā)現(xiàn)夏季（6—8月）為白云機(jī)場(chǎng)大風(fēng)天氣出現(xiàn)最為頻繁的季節(jié)，大風(fēng)天氣占全年比例為40%，其次為春季（3—5月）36.9%、秋季（9—11月）14.7%、冬季（12—翌年2月）8.4%（圖2）。可以看出，近10年來白云機(jī)場(chǎng)的大風(fēng)天氣主要集中在雷雨、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)最為頻繁的春、夏季，也是華南地區(qū)雷雨日數(shù)最多的2個(gè)季節(jié)。曾有研究指出，華南地區(qū)的雷暴大風(fēng)一般發(fā)生在不穩(wěn)定的大氣環(huán)境中，春季雷暴的動(dòng)力條件優(yōu)于夏季，而夏季的熱力強(qiáng)迫作用大于春季，一年中絕大多數(shù)雷暴都發(fā)生在這2個(gè)季節(jié)。

2.3 大風(fēng)天氣伴隨的其他天氣現(xiàn)象

從表1可以看出，白云機(jī)場(chǎng)大風(fēng)天氣主要伴隨2種天氣現(xiàn)象，其中雷雨（TSRA）占87.4%，無雷暴（TS）的降水天氣占12.6%。雷雨天氣是對(duì)飛行影響最大的極端天氣之一，白云機(jī)場(chǎng)2019—2020全年雷雨天數(shù)分別為80、68 d，連續(xù)兩年成為全國雷雨日數(shù)最多的機(jī)場(chǎng)。雷雨伴隨大風(fēng)形成的極端天氣，往往會(huì)帶來顛簸、風(fēng)切變、下?lián)舯┝骱偷湍芤姸鹊扔绊戯w行安全的負(fù)面因子，對(duì)飛行安全造成嚴(yán)重威脅。

3 白云機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)的向風(fēng)速特征

3.1 盛行風(fēng)特征

利用白云機(jī)場(chǎng)2013—2022年的平均地面風(fēng)數(shù)據(jù)對(duì)各風(fēng)向作風(fēng)玫瑰圖，白云機(jī)場(chǎng)近10年的盛行風(fēng)向是東風(fēng)（E），頻率為11.4%（圖3）。對(duì)白云機(jī)場(chǎng)影響最大的3個(gè)風(fēng)向分別為E、N和NEN，占全部風(fēng)向的比例為31.7%。白云機(jī)場(chǎng)西面為01跑道，東面為02L、02R兩條跑道，東風(fēng)風(fēng)速較高時(shí)可能會(huì)造成02L、02R跑道側(cè)風(fēng)超標(biāo)，影響起降安全，應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。

從風(fēng)速上來看，最大風(fēng)速出現(xiàn)的風(fēng)向是NEN和N（兩者僅小數(shù)點(diǎn)后第4位不同），取小數(shù)點(diǎn)后兩位，最大平均風(fēng)速均為4.49 m/s，出現(xiàn)頻率為20.3%；其次為NWN，最大風(fēng)速為4.3 m/s。這是因?yàn)榘自茩C(jī)場(chǎng)處于南嶺山脈的南緣地區(qū)，在冬、春季，強(qiáng)冷空氣自北方南下，冷空氣越過南嶺后處于下山峰的狀態(tài)，風(fēng)速往往會(huì)急劇增大。

3.2 地面風(fēng)的季節(jié)變化特征

通過對(duì)白云機(jī)場(chǎng)2013—2022年的地面風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行季節(jié)分析，白云機(jī)場(chǎng)春冬季節(jié)近10年均以偏北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，而夏秋季節(jié)以偏東風(fēng)為主，其次為偏南風(fēng)。

春季（3—5月），本場(chǎng)受北方冷空氣與南支槽的疊加影響，天氣變化顯著，常有低溫陰雨、低云低能見度等天氣出現(xiàn)，其在主導(dǎo)風(fēng)向上仍以偏北風(fēng)為主（N、NEN、NWN），占所有風(fēng)向的33.7%；其次為偏東風(fēng)，為本場(chǎng)的對(duì)流天氣提供水汽條件。此季節(jié)應(yīng)著重關(guān)注低云低能見度給飛行帶來的不利影響。

夏季（6—8月），本場(chǎng)受鋒面低槽、熱帶氣旋、季風(fēng)云團(tuán)等天氣系統(tǒng)的影響，暴雨、雷暴、臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)，主導(dǎo)風(fēng)向以偏東風(fēng)和偏南風(fēng)為主，占所有風(fēng)向的50.6%，但平均風(fēng)速較小。雖然夏季本場(chǎng)平均風(fēng)速不大，但雷暴大風(fēng)、強(qiáng)降水等極端天氣出現(xiàn)概率是一年中最高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本場(chǎng)近10年大風(fēng)天氣有40%出現(xiàn)在夏季，高于其他3個(gè)季節(jié)。

秋季（9—11月），本場(chǎng)常以高溫晴好天氣為主，有時(shí)因處于副高邊緣或北風(fēng)弱冷空氣南下，也會(huì)出現(xiàn)陣雨、雷陣雨等天氣。主導(dǎo)風(fēng)向以東風(fēng)為主，占比17.1%。

冬季（當(dāng)年12月—翌年2月），受自北向南的強(qiáng)冷空氣影響，本場(chǎng)平均氣溫會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急劇下降達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)。強(qiáng)冷空氣翻過本場(chǎng)北部的南嶺后處于下山峰狀態(tài)，因此，近10年本場(chǎng)冬季主導(dǎo)風(fēng)為偏北風(fēng)（N、NEN、NWN），占49.1%，且平均風(fēng)速為一年四季中最大，小時(shí)平均風(fēng)速最大值為11.08 m/s。根據(jù)《中國民用航空空中交通管理規(guī)則》要求，航空器應(yīng)逆風(fēng)起降。若確實(shí)需采用順風(fēng)起降，風(fēng)速原則上不得超過3 m/s。因此，空管氣象部門在冬季應(yīng)加強(qiáng)與管制部門、航司的溝通協(xié)調(diào)，及時(shí)切換為向北運(yùn)行。

3.3 地面風(fēng)的日變化特征

將白云機(jī)場(chǎng)2013—2022年平均逐小時(shí)風(fēng)速的日變化特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，白云機(jī)場(chǎng)地面平均風(fēng)速出現(xiàn)“一峰一谷”的顯著變化特征，即日間風(fēng)速較大、夜間風(fēng)速較小，風(fēng)速自08：00（北京時(shí)間）開始隨著氣溫逐步升高，大氣層結(jié)逐漸變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)，上下層的動(dòng)量增強(qiáng)交換導(dǎo)致地面風(fēng)速也隨之增大；午后湍流最旺盛的時(shí)段同時(shí)也是本場(chǎng)地面平均風(fēng)速最大的時(shí)段，12：00至18：00（北京時(shí)間）平均風(fēng)速均超過3 m/s，最大值出現(xiàn)在17：00（北京時(shí)間），為3.37 m/s；夜間隨著氣溫的逐漸降低，大氣層結(jié)越來越穩(wěn)定，上下層動(dòng)量交換減少，地面風(fēng)速也隨之減弱，最小風(fēng)速出現(xiàn)在06：00和07：00（北京時(shí)間），即每天日出前后。

4 結(jié)論

通過對(duì)廣州白云國際機(jī)場(chǎng)2013—2022年氣象觀測(cè)資料的地面風(fēng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，從年月日等不同時(shí)間維度討論了白云機(jī)場(chǎng)近10年大風(fēng)天氣、地面風(fēng)特征及其伴隨天氣，主要得出以下結(jié)論：

（1）白云機(jī)場(chǎng)近10年的年均大風(fēng)日數(shù)為9.5 d，盡管大風(fēng)日數(shù)整體呈下降趨勢(shì)但年際差異較大，最高一年出現(xiàn)了23 d，最少一年僅有4 d。從月際變化上看，白云機(jī)場(chǎng)的大風(fēng)天氣主要出現(xiàn)于夏季，其次為春季，春夏季節(jié)的大風(fēng)日數(shù)占全年的76.9%。

（2）白云機(jī)場(chǎng)近10年87.4%的大風(fēng)天氣出現(xiàn)均伴隨著雷雨天氣，且大風(fēng)天氣主要出現(xiàn)的春夏季節(jié)同時(shí)也是華南地區(qū)雷雨、臺(tái)風(fēng)活動(dòng)最為頻繁的季節(jié)，此時(shí)要格外關(guān)注雷雨大風(fēng)天氣帶來的顛簸、風(fēng)切變、下?lián)舯┝骱偷湍芤姸鹊扔绊戯w行安全的不利因子。

（3）從風(fēng)向上來看，白云機(jī)場(chǎng)近10年的盛行風(fēng)向是東風(fēng)（E），本場(chǎng)出現(xiàn)頻率最高的3個(gè)風(fēng)向是E、N和NEN。白云機(jī)場(chǎng)東面現(xiàn)有02L、02R兩條跑道，起降時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注是否會(huì)出現(xiàn)側(cè)風(fēng)超標(biāo)的情況。從風(fēng)速上看，白云機(jī)場(chǎng)近10年最大平均風(fēng)速為4.49 m/s，風(fēng)向?yàn)镹EN和N，主要是因?yàn)楸緢?chǎng)處于南嶺山脈的南緣地區(qū)，冷空氣南下后越過南嶺時(shí)處于下山峰的狀態(tài)導(dǎo)致風(fēng)速急劇增大。該情況多出現(xiàn)于冬春季節(jié)，此時(shí)要注意加強(qiáng)與管制部門、航司的溝通協(xié)調(diào)，及時(shí)通報(bào)相關(guān)信息，避免出現(xiàn)順風(fēng)超標(biāo)的情況。

（4）白云機(jī)場(chǎng)受亞熱帶季風(fēng)性氣候的影響，四季風(fēng)向均有顯著特征。白云機(jī)場(chǎng)近10年春冬季節(jié)均以偏北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，夏秋季節(jié)則以偏東風(fēng)為主，其次為偏南風(fēng)。不同季節(jié)天氣均會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，春季需關(guān)注低云低能見度，夏季需提防雷暴大風(fēng)、強(qiáng)降水天氣，秋季弱冷空氣帶來的小擾動(dòng)也會(huì)對(duì)飛機(jī)飛行造成影響。冬季風(fēng)速較大，易超過3 m/s，起降時(shí)應(yīng)及時(shí)切換為向北運(yùn)行。

（5）白云機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)速變化呈現(xiàn)出“一峰一谷”的大陸型特征，白天隨著氣溫升高、上下層動(dòng)量交換增強(qiáng)，風(fēng)速也逐步增大，最大風(fēng)速出現(xiàn)在17：00（北京時(shí)間），最大平均風(fēng)速為3.37 m/s；夜間隨著氣溫降低，大氣層結(jié)越來越穩(wěn)定，風(fēng)速也逐漸減弱，最小平均風(fēng)速出現(xiàn)在日出前后，即06：00和07：00（北京時(shí)間）。本場(chǎng)午后湍流最旺盛的時(shí)段同時(shí)也是地面平均風(fēng)速最大的時(shí)段（12：00～18：00），平均風(fēng)速均＞3 m/s。

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