天津濱海國際機場大風天氣特征分析

摘要：利用2005—2022年天津濱海國際機場METAR報文資料和ERA5數據，對機場大風天氣特征進行統計分析。結果表明：天津機場最盛行的風向是N風，風向頻率季節差異明顯；0—11時平均風速呈先增大后減小趨勢，11時以后變化不明顯，主導風向出現更替；2010年以來，大風日數呈現減小的趨勢，春季是大風活動最頻繁的季節。大風發生時多無伴隨天氣現象（占73.3%），沙塵和降雨分別占15.6%和8.2%，形成大風的天氣系統以春季冷空氣南下為主。

關鍵詞：大風；盛行風；特征分析；濱海國際機場

隨著民航事業的持續快速發展，天氣因素已成為影響航班正常性的最主要原因［1］。由氣象災害造成的飛行事故在持續增加，約占總事故的1/3［23］。風是航空飛行的重要指標，對飛機起飛和著陸有重要影響。飛機的起飛和著陸通常要求在逆風條件下進行，在有側風尤其是側風分量較大時，飛機起飛和著陸操縱會變得比較復雜［4］。研究并掌握機場大風特征對保障飛行安全及提高航班正常率至關重要。蔣興文等［5］研究發現九寨黃龍機場近地面大風主要表現為西北風，均出現在白天，大風出現最多的季節是冬季，其形成與中高緯大氣環流的調整密切相關。吳寶軍等［6］研究發現云南地區大風春季最為顯著，寧蒗和昆明兩地為春季大風日數高值區且均呈增多趨勢。田軍等［7］研究發現鄭州機場1998—2005年的年平均大風日數為15.6日，最多（少）的年份有19（8）個大風日，春季出現大風的次數最多。陳猛［8］研究發現對飛行比較有影響的地面風、大風一般出現在2—4月，時段主要在11：00—18：00。張智超［9］研究發現福州長樂國際機場大風活動期主要為夏、秋兩季，大風出現日變化不明顯，本場產生大風的天氣形勢主要為臺風和強冷空氣或者冷臺結合型。

天津濱海國際機場（簡稱天津機場）為4F級民用國際機場，《京津冀協同發展規劃綱要》對天津機場定位為區域樞紐機場和我國國際航空物流中心。研究天津機場地面風特征，大風天氣的發生、發展及演變規律，在有助于保障航班安全運行的同時也能提高效率，促進經濟社會的高質量發展。

1數據與方法

本文使用的資料：（1）2005—2022年天津機場METAR報文資料。（2）歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）提供的ERA5再分析資料，包括水平風和位勢高度，水平分辨率0.25°×0.25°。根據《民用航空氣象地面觀測規范》定義，大風是指瞬間風速≥17m/s（或目測估計風力≥8級）的風。本文將平均風速或陣風≥17m/s定義為大風。一日中出現至少一次大風，記為1個大風日，跨日界的大風過程，次日同樣也記為大風日。以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—次年2月為冬季。

除靜風外，將風向分為16個方位，風向不定時記為VRB。本文所涉及的時間，均采用世界協調時（UTC）。

2地面風基本特征

圖1給出了2005—2022年天津機場地面風風向頻率和平均風速分布。天津機場盛行風向為N風，頻率為11.5%，平均風速3.3m/s。NNW風的頻率為8.8%，平均風速最大，為5.1m/s。SSE、S、SSW、SW、WSW五個風向的頻率也很高，高于平均值（虛線），總頻率為37.3%，平均風速均在3m/s左右。E風的頻率也高于平均值，為7.1%，平均風速3.5m/s。進一步對各季節內的地面風場進行統計發現（圖略），春季SW風的頻率最高（9.5%），S、SSW、WSW、N風的頻率也很高，均在9%左右；夏季受西北太平洋副熱帶高氣壓帶西側影響，盛行偏南風，SSE、S風的頻率超過了10%，E風的頻率也很高，為9.4%；秋季N風和NNW風的頻率分別為13.6%和9.1%，S、SSW、SW、WSW風的頻率也很高，總頻率為32.4%；冬季受蒙古高壓控制或氣旋過境，帶來偏北風，N風和NNW風的頻率分別為16.1%和15%，其他各風向頻率均低于7%。

圖2給出了2005—2022年天津機場地面風最大風向頻率和平均風速日變化。在春季，19時—次日07時最大風向在SW、WSW、N之間變動，并且頻率均在10%左右。08—11時最大風向為SSE，10—11時頻率可達16%，12—18時盛行S風或偏西南風（SSW、SW、WSW）。在夏季，00—06時最大風向為E，頻率在11%—12%左右，07時開始最大風向轉變為SSE，并且頻率持續增加，在11時達到最大，約為26%，而后頻率逐漸減小。18—23時的最大風向為N，這些與游春華等［10］分析2004年8月逐時低層大氣流場結果一致，夏季受晝夜循環的山谷風、海陸風影響明顯，主導風向出現更替，下午至上半夜主導風向為偏南風，下半夜至上午為偏北風。在秋季，14時至次日08時，最大風向均為N，并且呈現先增加后減小的趨勢，09—10時，11—13時的最大風向分別為SSE和S。在冬季，最大風向在NNW和N之間變動，并且作為主導風的作用越來越小，到11時，最大風向為S，12—23時，最大風向為N，并且頻率呈增加趨勢。四個季節平均風速日變化均表現為0—11時呈先增大后減小趨勢，11時以后變化不明顯。

3地面大風特征分析

圖3為2005—2022年天津機場大風日數的年和月變化趨勢。天津機場累計大風日平均為14.9天，年際變化大。最多大風日數為2010年，可達31天，最少大風日數為2008和2022年，為7天。但要注意的是2008年6月19日及以前的METAR報文數據間隔時間為一小時，其后的為半小時，會導致2008年及以前的年份的大風日數偏低。2010年以來，大風日數呈現減小的趨勢，這與徐靈芝等［11］的結果一致，徐靈芝等［11］利用天津1981—2017年氣象觀測站資料，發現沿海地區大風的日數在減少。春季是大風活動最頻繁的季節，研究表明，春季的大風主要是冷鋒后偏北大風，鋒后有強冷空氣活動。

由表1可見，NNW風出現大風的頻率最高，可達57.3%。NW風和N風分別占21.5%和12.9%，NNW、NW和N風合計為91.7%。E風和ESE風分別占2.5%和1.3%，剩余風向均低于1%。N風時的平均風速最大，ESE雖然占比少，但是平均風速和中位值均較大。NNW風由于頻率最高，并且最大陣風平均值和最大值均最大，是危害飛行安全最大的風向。

總體來看，大風發生時無伴隨天氣現象占73.3%，沙塵天氣占15.6%，降雨和雷暴分別占比8.2%和6.6%。沙塵會影響能見度，并且對通信、儀器設備都有影響。降雨會導致跑道濕滑從而致使跑道摩擦力減少，航空器剎車距離增大而沖出跑道的風險。雷暴常伴隨著強降水、閃電、冰雹、風切變等天氣現象，嚴重威脅飛行安全。

由圖3（b）可以看出，天津機場大風活動最頻繁的季節是春季。圖4（a）給出了3—5月平均的850hPa風場和500hPa位勢高度場。氣候平均態下3—5月等高線比較平直，東亞大槽較弱，天津機場受西北風影響，但風速較小。挑選持續時間5小時以上的6次春季大風過程合成的850hPa風場和500hPa位勢高度場（圖4b）可以看出，大風天氣過程的環流形勢與平均狀況存在明顯的不同，東亞大槽加深，天津機場受槽后強勁的西北風影響。

4結論

（1）天津機場最盛行的風向是N風，可達11.5%，NNW、SSE、S、SSW、SW、WSW、E風的頻率高于平均值。風向頻率季節差異明顯，春季SW風的頻率最高（9.5%），夏季盛行偏南風，秋季N風頻率最高（13.6%），冬季盛行偏北風。

（2）春、夏、秋、冬季平均風速日變化均表現為0—11時呈先增大后減小趨勢，11時以后變化不明顯。夏季風向頻率日變化比其他三個季節更明顯，這可能是由于夏季受晝夜循環的山谷風、海陸風影響明顯，主導風向出現更替。

（3）2010年以來，大風日數呈現減小的趨勢。春季是大風活動最頻繁的季節，5月是春季大風天氣出現最多的月份。

（4）大風發生時無伴隨天氣現象占73.3%，沙塵和降雨分別占15.6%和8.2%。形成大風的天氣系統以春季冷空氣南下為主。

參考文獻：

［1］蘇艷華.民航氣象服務的現狀與展望［J］.氣象科技進展，2017，7（1）：9094.

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［4］傅寧，李克南，潘麗麗.航空氣象學（第二版）［M］.北京：中國民航出版社，2023.

［5］蔣興文，李躍清，黃儀方.九寨黃龍機場近地面大風淺析［J］.高原山地氣象研究，2012，32（1）：2228.

［6］吳寶軍，陳明升，宋敏紅，等.影響云南航空安全的四類氣象要素分析［J/OL］.高原氣象，114［2024-09-26］.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/62.1061.P.20231107.1111.004.html.

［7］田軍，張云謹，劉開宇，等.鄭州機場冬春季大風的分析預報［J］.云南大學學報（自然科學版），2007（S1）：173176+182.

［8］陳猛.機場地面風和大風的特征分析及其對飛行的影響［J］.氣象水文海洋儀器，2011，28（4）：4446+52.

［9］張智超，程巍.福州長樂國際機場大風天氣特征分析［J］.海峽科學，2021（3）：1113+31.

［10］游春華，蔡旭暉，宋宇，等.京津地區夏季大氣局地環流背景研究［J］.北京大學學報（自然科學版），2006（6）：779783.

［11］徐靈芝，卜清軍，許長義，等.天津沿海氣候特征及災害性天氣影響［J］.天津科技，2018，45（9）：109113.

資助項目：天津市大學生創新創業訓練計劃項目（202310059122）

作者簡介：韋春林（2003—），女，漢族，廣西南寧人，本科在讀，研究方向：航空氣象。

*通訊作者：楊朝虹。