仁怀茅台机场地面风场的特征分析

1仁怀茅台机场地面风场的特征分析孙青（贵州省遵义县人工影响天气办公室，贵州遵义县，564500 ）摘 要：利用仁怀市高大坪乡银水村大坪子茅台机场临时观测站 2005 年 1 月 1 日2009 年 12 月 31日人工气象站的地面风观测资料，分析了茅台机场选址地区地面风的月变化、季变化及年变化等，并对地面风与雾、冻雨、降雪等对飞行有影响的气象要素之间的关系以及对飞机起降的影响进行了探讨。关键词：茅台机场；地面风；盛行风；变化规律1 引言气象条件不会决定一个机场能否飞的起来，但可以决定一个机场能否飞的安全高效。所以气象条件是机场建设中必不可少的因素。根据国际民航事故报告，近 20 年来，电子设备有了显著改进，特别是自动着陆系统普遍应用后，在世界航空业务中，事故率总的趋势在减少，但因气象原因造成的飞行事故却有增无减。从 19701989 年的 20 年中，世界民航因气象原因造成的飞行事故占总飞行事故的 30%。而从 19911994 年 4 年统计看，因气象原因造成的飞行事故已经上升到 32%。4 年上升了两个百分点。从而使因气象原因造成的飞行事故将近占总飞行事故的 1/3。为确保飞行安全，对机场所在地的气象要素的研究相当重要。地面风场对飞行很重要，逆风可以缩短飞机的滑行距离，增加飞机的爬升率、稳定性和可操纵性。顺风会使飞机产生倾斜力矩和转弯力矩，增加飞机的操纵难度。因此，飞机起飞、降落和停放机坪都受到地面风，尤其是地面侧风的影响很大。大风天气会给飞行造成安全隐患。地面风场状况与雾、冻雨、降雪等重要天气息息相关。因此，弄清机场地面风场的地方性气候特征和季节性变化规律显得尤为重要。茅台机场飞行区等级为 4C。4C 级机场一般只能起降空客 A320 系列、 波音 737 等双发中程窄体客机和波音 733、ERJ、ARJ、CRJ 等中短程客机。这些中小型飞机相对于大型客机来说抗风能力较差，为确保飞行安全，对茅台机场地面风的研究非常迫切。本文利用茅台机场观测站 2005 年 1 月 1 日2009 年 12 月 31 日人工气象站地面 10m高度的风资料（每日 08、14、20 时定时观测值） ，对地面风场的季节平均季变化、年际变化和年变化与趋势进行多角度分析，力求揭示地面风的气候特征，以增进对茅台机场地面风的了解，为提高机场利用率提供依据，同时也为机型的选择以及飞行安全提供资料。2 茅台机场临时观测站概况和资料选取2.1 茅台机场临时观测站概况仁怀市茅台机场临时观测站位于仁怀国家基本气象站以北 21 公里的高大坪乡银水村大坪子林场，地处 10643E，2797N，海拔高度为 1298m，属亚热带季风气候。周围以山地为主，海拔在 7001300m 之间，平均海拔 1000m。东南部还有银水水库，茅台河的支流五岔河也自南向北从其东部流过。从 2005 年 1 月 1 日起开始观测，为机场建设提供资料。表 1 风向与符号对照2.2 资料选取茅台机场临时观测站地面风的观测项目较少，每日 08 时、14 时、20 时用 EL 型风向风速计指示器读取 2min 风向风速。按照地面气象观测规范，将风向分为 16 个方位，风向及北 北东北 东北 东东北 东 东东南 东南 南东南 南 南西南 西南 西 西西北 西北 北西北 静风N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW W WNW NW NNW C2相应的符号详见表 1。按我国的气候分类法，35 月为春季，68 月为夏季，911 月为秋季，12 月2 月为冬季。一个地方的风场分布与该地区大气环流、天气系统、地形特征、水体分布等因素有关，特别是地面风场的变化将直接受地形的制约。3 地面风场的年际变化和年变化图 1 2005-2009 年茅台机场地面风玫瑰图（单位：%）对静风以外的各风向作风玫瑰图，结果如图 1 所示。茅台机场盛行风向稳定，年变化差异较小，主要受东南风、西北风和正南风影响，主导风向为东南风和西北风。2005-2009年各个风向均有出现，主要风向有东南风、西北风、南风、南东南风，出现频率分别为19.8%、17.4%、9.8%、5.1%。由此可见，机场地区主要受东南风、西北风和南风影响，这可能与影响本地的冷空气主要从西北方向入侵、而暖湿气流主要从东南方向输送及本地地形等因素有直接关系。茅台机场地处黔北高原，大娄山脉向赤水河谷过渡地带，西南、北、东北、东部均有较高山脉环绕，由于山脉的阻挡作用，机场的地面风速较小。对这 5 年各风向出现的风速进行平均，结果如图 2 所示。由图 2 可见，各年各风向上的平均风速变化趋势很相似，各年的最大风速都出现在南方向，此方向上 5 年的平均风速为 3.8m/s.较大的风速还出现在东南与西北方向，5 年的平均风速均超过了 3.1m/s.可见，各年大风出现的风向较为一致，主要集中在偏南、东南和西北方向，且最大风速集中在偏南方向。此外，由于山脉的阻挡作用，各年的最小风速都集中于西西南方向，各年风速均4m/s）及温度层结不很稳定时，垂直混合又太强，上下层空气交换很快，流动也大，气温不易降低很多，则难于达到过饱和状态，不利于雾的形成。图6 2005-2009年茅台机场大雾出现时地面风向玫瑰图（单位：%）通过对这5年大雾发生时各风向的统计，所得风向玫瑰图如图6所示。就地面风向而言，地面上的风向主要为静风，占大雾总发生频率的29.9%，其次为西北风，占总发生频率的26.7%，再次为东南风，占总发生频率的12.2%，其它风向的发生频率都小于10%。从风力上看，地面风速小于3m/s 的频率占大雾总次数的88%以上，平均风速为1.45m/s。其中当风速6小于2.0m/s 而又不是静风时雾日出现的频率最高，为30.1%，其次为静风时，为29.9%，在2.0m/s-3.0m/s 之间的频率为28%。图7 茅台机场每月平均雾日数与静风微风频率的关系 从图7可以看出，茅台机场冬季的12月、1月出现雾日数是最多的，其次为秋季的10月，最少的时段在夏季的8月与7月。这是由于冬季北方冷气团活动频繁，而且受到茅台机场东部山脉的阻挡更容易与东南暖湿气团相结合，产生静止锋，造成多雾的天气。其次由于冬季夜长，而且出现无云风小的机会较多，地面散热较夏天更迅速，以致使地面温度急剧下降，这样就使得近地面空气中的水汽，容易在后半夜到早晨达到饱和而凝结成小水珠，形成雾。各月微风的出现频率基本上与雾日数相近，而静风的频率与雾日数则有差异。图8 茅台机场每月平均雾日数与微风频率的相关性图9 茅台机场每月平均雾日数与静风频率的相关性7从图8与图9可以看出，茅台机场的微风、静风频率与雾日数都是程正相关。但静风的相关系数比较低，相关性不如微风强。可见茅台机场的雾日数与微风的关系更密切。近年来微风的频率有增加的趋势，2005年静风出现的频率为50.2%，2006年为58.3%，2007年为61.4%,2008年为65.9%.2009年为72.1%，表明茅台机场的微风频率高。而且多集中在冬季，也预示的未来冬季的雾将更加频繁。5 各种条件下的风速对飞行的影响风速对飞行的影响至关重要，由于大风的破坏力极强，一旦出现便会严重影响飞行安全，甚至会破坏机场的地面设施。气象上大风指瞬时风速17m/s 的天气现象。对这5年的瞬时大风进行统计，发现茅台机场均未出现大风天气，最大风速为13.8m/s。大风现象主要是由于地形和冷空气活动影响的结果。可见，受地形的阻挡作用，茅台机场受冷空气影响较小。虽然茅台机场目前没有出现大风天气，但不同的跑道条件，起飞与降落等对风速的要求都不相同。表2 不同跑道与风向条件下对波音737的风速限制（单位：m/s)跑道条件 起飞侧风 着陆侧风 起飞、着陆顺风 起飞、着陆顶风干跑道 18 15 5 25湿跑道 10 15 5 10积水/半融雪 7 10 5 10雪未融化 9 10 5 10冰未融化 3 8 5 10污染跑道 雪、冰已经开始融化不得起飞 不得着陆 5 10注：干跑道无任何潮气存在。湿跑道道面完全湿透，外观反光，积水深度3毫米。污染跑道供使用的道面25%以上有3毫米的积水或冰、雪、雪浆等覆盖。积水或雪浆超过13毫米或雪的深度超过104毫米时，飞机不得起飞。图10 茅台机场重要天气平均每月出现日数从表6可以看出，决定风速限制的天气现象主要有雨、冻雨、雪。根据图3所示，茅台机场全年每月的平均风速都在3.5m/s 以下，20052009年总共有21次风速在11-14m/s 的范围内,频率为0.4%，8-10m/s 范围内的风频为1.4%，6-7m/s 范围内的风频为4.8%，,4-5m/s范围内的风频为15.8%。且较大的风速都集中在春季与夏季。由图10可见，由于春夏季主要是强降雨或者连阴雨造成湿跑道与污染跑道。强降雨时往往会伴有瞬时大风，所以在春季8夏季下暴雨时会造成对航班的延误。冬季虽然平均风速较低，但冬季出现因为冻雨，降雪造成的污染跑道后，飞机起降风速的上限也低，最低上限风速为跑道结冰时的3m/s。由于茅台机场海拔较高，冬季平均最低气温仅有-5.4，绝对最低气温仅有-6.1。一旦出现冻雨就会结冰，出现降雪也容易积雪结冰，而风速超过3m/s 的次数非常多，所以对冬季重要天气现象的影响不容小视。8 结论利用茅台机场5年的地面风场资料，得到了以下结论：8.1 茅台机场盛行风向比较稳定，年变化差异较小，主要受东南风、西北风、南风影响。主导风向为东南风。平均风速小，微风和静风频率高，且微风频率高于静风频率。全年大风主要出现在春季与夏季，初春和初夏风速较大，机场方面应引起注意。8.2 各风向上风速的季节变化和年变化一致，即各风向的变化趋势相似，机场偏南、东南、西北方向风速较大，西西南方向风速较小。风速较大的地面风主要来自于冷空气的入侵和东南暖湿气流的影响，且东南暖湿气流的影响最为显著。除了春季外，其余三个季节均盛行东南风，冬季东南风的频率最大。8.3 冬季