论文-高原机场的复杂天气与飞行气象服务.pdf

164 高原机场的复杂天气与飞行气象服务 高原机场的复杂天气与飞行气象服务 许培贞 民航总局空管局气象处 北京 100022 摘要 根据高原机场飞行大气环境较为恶劣的实际情况及复杂天气对航班正常和飞行安全的影响 阐述了高 原地区主要的航空天气气候特征 分析了高原机场目前气象服务工作的难点和重点 从高原机场气象的运 行管理 业务标准 设施配置 技术支持 飞行服务等若干方面 提出了加强和改进高原机场飞行气象服 务的建议 关键词 高原机场 飞行天气 气象服务 1 引言 高原机场 尤其是青藏高原的机场 坐落在高原山地或崇山峻岭之中 青藏高原复杂的 地形地理环境 以及印度季风与亚洲大陆季风在高原东部的交汇 构成了高原机场复杂多变 的天气气候的背景因素 青藏高原地区复杂的大气环境 极大的增加了航空安全飞行的难度 备受国内外民航界的关注 中国民航 年成功试航拉萨高原机场 年正式开 航成都 拉萨航线 并保持了克服恶劣气象条件的高原机场安全飞行的记录 但是 高原地 区客观存在的复杂天气一直是航空飞行的难点 近几年来 随着西部大开发战略的实施 高 原机场的数量增加 飞行量大幅度增长 在净空条件较差的高原机场 飞行大气环境也较为 恶劣 地面大风 低云 低能见度 雷暴 空中颠簸 积冰及低空风切变等复杂天气对航班 正常和飞行安全的影响日益凸显 天气原因造成的航班不正常情况十分突出 例如 拉萨机 场 2004 年 1 4 月份因天气原因造成的航班延误 取消或返航的航班不正常率为 19 因此 充分认识高原机场天气的复杂性 努力为航空公司和高原机场创造安全飞行的条件 加强和 改进高原机场气象服务工作是非常重要的 2 高原机场的地形地理特征 青藏高原占我国领土四分之一 平均海拔高度 4000 余米 是世界上海拔最高 范围最 大的高原大地形 喜玛拉雅山 唐古拉山 巴颜喀拉山 横断山等大型山脉以及无数山系横 垣于高原之上 许多海拔 6000 7000 米的山峰耸立在大气对流层中部 崇山峻岭 沟壑纵横 地理状况异常复杂 我国的高原机场基本坐落于青藏高原及青藏高原比邻的高原地区 有些机场分布于高大 山脉之间的河谷或谷地地带 如西藏拉萨机场 云南丽江机场和已经建成的西藏林芝机场 有些机场则基本修建在填平的山坡或削平的山头上 如四川攀枝花机场及云南大理机场 部 分机场则兼有高原机场 山区机场 河谷机场或峡谷机场的地理特征 截至到 2003 年底 中国民航颁发航班运营证的且海拔高度超过 1500 米的高原机场 16 个 其中海拔高度超过 2560 米的高高原机场 5 个 分别是西藏昌都邦达机场海拔4334米 西藏拉萨贡嘎机场海拔3568 米 四川九寨黄龙机场海拔 3448 米 云南迪庆中甸机场海拔3288米和青海格尔木机场海拔 2842 米 例如 九寨黄龙机场坐落于青藏高原东侧 秦岭山脉西端的岷山山脉的中部山区 位于 四川省阿坝地区松潘县川主寺镇东北方向 15 公里处 海拔高度 5588 米的岷山主峰雪宝顶位 于机场 143 度 25 公里处 机场修建在一座较缓的山坡上 山坡有起伏不平 错落不一的七 条冲沟冲向场区 机场跑道的西侧和北头都有深沟 深约 500 米 宽约 2 公里 岷江则从机 场的西侧 4 6 公里为岷江河谷流过 机场四周山峦叠嶂 周围 50 公里范围内有高山 57 注 原文在中国民用航空总局 航空安全 2004 年第 6 期刊登 本次投稿前作了部分修改 165 座 平均高出机场跑道面大约 900 米左右 是地形地理特征比较复杂的高原山地机场 高原机场复杂的地理特征增加了大气运动的复杂性 严重地影响着高原机场的天气 3 高原地区主要的航空天气气候特征 3 1 扰动气流和空中颠簸频繁 我国高原机场扰动气流及高原地区的空中颠簸的机率比平原地区发生的要多 强度也较 强 高原地区的高空强风 复杂地形引起的紊乱气流以及对流活动是造成高原空中颠簸的主 要因素 3 1 1 高空强风活动 在一定天气形势下 伴有高空急流的天气系统活跃于高原地区时 高空急流附近的空中 颠簸十分显著 无论是春季印度西南季风影响高原 还是冬季西伯利亚寒流侵袭高原 活跃 的强风在高原山地大地形作用下 都易于形成大型山地波 引发高原航线或高原机场的空中 颠簸 冬 春季节 在南支急流活跃时 高原航路上中度以上颠簸频繁 拉萨 大理 迪庆 丽 江等机场的大风或大角度的侧风时常造成飞机颠簸 3 1 2 山区气流扰动 在高原山区或山地 复杂的地形引起气流的运动复杂多变 气流越山 绕山时 被迫发 生方向或速度的改变 1 尤其是在强气流情况下 气流被迫翻山越岭造成的山地波更为明 显 山峦 山谷引发气流场变形 导致大范围气流产生波动 扰动 也导致小范围山地气流 的湍流活动 特别是中午 下午 热力湍流很容易发展 湍流活动比平原地区强烈 3 1 3 热力对流活跃 高原地区复杂地表状态和地理特征 导致地表辐射增温的显著不均 造成了高原地区活 跃的热力对流 特别是夏季的白天午后 对流云或扰动云层发展较快 且早于平原地区 多山 地区一般中午时分对流云已十分旺盛 空中颠簸也比较明显 3 2 地面风场复杂 高原机场复杂的地面风除受大气环流 天气系统的影响外 还受到地形特征 地理条件 以及高原山地太阳辐射增温等因素的制约 高原地区地面大风日数较多 有的可达 150 天以 上 是我国同纬度平原地区的 10 多倍 位于山区或峡谷地带的高原机场 不但地面大风多 而且风的变化也较为复杂 3 2 1 地面风的季节变化和日变化显著 高原机场西南季风的进退及大气环流的季节性变化 导致机场地面盛行风的季节变化 高原地区显著的辐射增温作用 以及山地 河谷 沟壑 向阳坡 背阴坡等处辐射加热的不 均匀性 引起水平温度场的日变化 进而造成地面风的日变化 高原地区地面风的日变化要 比平原地区显著得多 3 2 2 地面大风多 由于高原机场海拔较高 机场地面接近大气层中层 在空中层结不稳定的情况下 高空 强风常向地面传递 引起地面动量下传大风 高原机场在冬春季节最容易出现此类大风 有 时甚至连续出现数日 且非常强劲 甚至引发风沙和吹雪天气 3 2 3 风的地方性明显 由于高原山地复杂的地形作用 气流翻越山岭 穿越山谷 绕过山峰 易于形成峡谷风 漫坡风以及山谷风等小尺度环流的地方性风 表现了高原地区地面风显著的地方性特点 例 166 如 拉萨 大理 丽江 迪庆 西昌及九寨黄龙等机场时常出现风向及风速在短时间内有大 幅度变化的现象 3 2 4 风的阵性强 高原机场地面风时常出现风向突变或风速突变的现象 表现为明显的阵风 在一定的天 气系统活动下 受地形或障碍物的影响 山区及河谷地区气流紊乱 风向突变或风速突变现 象明显 风的阵性及扰动气流很强 一般伴有明显的低空风切变 这种情况在拉萨 昆明 大理 丽江 迪庆 西昌 九寨黄龙等高原机场时常出现 并多次造成飞机的复飞或备降 不仅影响航班正常 也严重影响了飞行安全 3 3 高原山地云系特殊 高原地区的云主要是积状云 其次是波状云和卷云 夏季 高原大部分地区对流云出现 频率高达 90 以上 高原地区的积雨云出现的频率比印度热带地区和同纬度的平原要多得 多 高原地区的云 不仅与天气系统活动有关 与气象要素的日变化有关 还与复杂的地形及 气流活动有关 因此 高原地区一部分云的外形特征一般也比较奇特 云的外形特征愈奇特 一般也表明空中的气流运动比较复杂 3 3 1 笼罩山峰的云 包括系统性的层状云或波状云 还有非系统性的地形云 时常出现云团盘居山腰 漫布 山野 笼罩山峰或云层覆盖山区 山峦时隐时现的情况 高原的 5 9 月份 一般情况下 云层时常笼罩在山峰上 云底高度只有几百米 在九寨黄龙机场 时常有云雾覆盖跑道的现 象 云在低于机场高度的山腰或沟壑处形成 抬升并移向机场 在跑道上形成大雾 而且 来去匆匆 有时在几个小时内反复出现多次 3 3 2 山地对流云 热力作用形成的对流性积状云 包括积雨云和积云 其外形有时多呈絮状特征 一般也 不如平原地区的对流性积状云那样典型 3 3 3 山区特殊云 动力作用形成的具有显著特征的特殊云 常在高原地区出现 滚轴状云是在强气流翻 越山岭后形成的 帽状云则像顶帽子似的罩在山顶上 荚状云则像豆荚似的悬在空中 云的 特殊外形 是气流复杂运动的表现 3 4 太阳辐射较强 高原地区空气稀薄 水汽和杂质少 太阳总辐射较同纬度其它地区要强 由于辐射的因素 导致高原地区气温日变化最为明显 高原地区下垫面白天的非绝热加热及夜间的辐射降温显 著 是高原天气日变化明显的主要因素之一 3 4 1 辐射作用导致气温变化幅度较大 高原地区白天阳光充足 太阳直接辐射强 增温快 午后温度较高 夜间地面散热快 地面 气温降低较快 在高原地区 气温在一天之内的变化幅度较大 也就是说 气温日较差大 白天 局地辐射增温的差异 导致热对流环流加强 容易引起不稳定的热对流发展 午后高原 地区对流云发展旺盛是主要例证 3 4 2 辐射加热的不平衡导致气流的变化 由于高原地区复杂的地表状态和地理特征的差异 导致辐射加热的不平衡以及气温日较 差大 局地温度场的变化 又反过来影响空气流场的变化 不均匀的辐射加热 引起气温差 异以及气温的日变化 又导致局地空气流场的变化或局地环流加强 进而引起白天地面风的 增大 高原机场天气的复杂多变 早晨容易出现雾和低云 午后和傍晚容易出现较大风速的 侧风 雷雨 湍流颠簸和风切变等危险天气 也与辐射加热的不平衡有关 3 5 雷暴和冰雹较多 167 雷暴和冰雹出现次数多 是高原天气的显著特征之一 高原地区雷暴和冰雹一般主要集 中出现在 6 9 月份 占全年雷暴日数的 85 90 夏季 印度西南季风携带大量水汽侵 入高原 为高原地区强对流云发展准备了条件 再加上高原地区午后热对流活动旺盛 下午 至傍晚积雨云 雷暴和冰雹等天气出现频次很高 青藏高原地区的年雷暴日数多在 60 天以 上 最多地区超过 90 天 在昌都等地区雷暴日达 100 天以上 2 比同纬度平原地区多几倍 4 高原机场气象服务的难点和重点 民航气象 飞行和航管人员在几十年的高原机场保障和飞行工作中 逐步了解和认识 了高原机场气象服务的难点和重点 4 1 高原机场气象服务的难点 4 1 1 实际气象探测资料少 由于地理环境等原因 国家气象局在高原地区布设的气象观测 探测 站稀少 实际 观测和探测的气象资料十分有限 稀疏的高原气象资料在空间和时间的分布上 都不足以 比较客观地描述高原大气的运动状况 难以捕捉在高原地区活动的天气系统 4 1 2 气象人员力量薄弱 多数高原机场气象人员不但数量严重不足 业务技术素质相对偏弱 而且专业骨干及 业务培训平均偏少 与复杂的高原气象条件相比 与飞行气象服务要求相比 相应的人员 业务素质应当更高 但是 实际的差距甚大 4 1 3 气象基础设施较落后 多数高原机场气象设备设施比较落后 配置不够合理 特别是开航较早的部分航站 气象设备设施老旧 没有在机场起降地带设置气象遥测站或自动观测系统 影响了气象资 料的收集及气象信息的传递 不能满足空中交通管制及飞行部门的需求 4 1 4 短时天气预报十分困难 高原天气受高原大地形及高原山地的地形 地理因素影响非常明显 大多数高原机场 又坐落于山区 丘陵或河谷地带 中小尺度天气系统十分活跃 却难以掌握 因此 以目 前的天气学预报方法 预报高原机场地面风 低云 降雪 雷暴等天气的短时变化是十分 困难的 由于高原山地下垫面的复杂性 由于大气自身运动与高原地形影响等多种因素的 叠加 现代数值天气预报技术尚不能解决高原山地中小尺度天气预报问题 也就是说 高 原机场短时天气的客观预报仍将是一个复杂的难题 4 1 5 天气受地形影响太大 高原山区机场的地理环境是固定的 不易被改变的 而运动着的空气时刻都在变化 飞行实践表明 高原机场周围地形环境愈复杂 地形对机场天气的影响也愈大 高原机场 包括地面风及低空风切变在内的各种天气复杂多变 是高原山区机场气象服务的难点 也 是航空飞行的难点 4 2 高原机场气象服务的重点 4 2 1 加强机场特殊天气的观测和报告 高原机场除进行日常航空气象观测和报告外 应重点加强机场特殊天气的观测和报告 高原机场通过侧风 低能见度 低云及雷暴等特殊天气的观测 既如实记录了机场天气的复 杂多变 又可以及时地将机场天气突变的情况传递报告给空中交通管制单位 飞行机组或 有关部门 特别是增加是否适合于飞行的临界天气条件的报告 便于使用部门对安全飞行或 机场运行的决策 4 2 2 注重机场重要天气过程的预报 168 高原机场天气变幻无常 其短时预报更是十分困难的 但是 应集中精力加强宏观天气 的把握 比如重要天气过程的预报 机场的复杂天气 重要天气或恶劣天气 往往是和某些 天气过程相伴出现的 注意把握天气形势的调整 注意把握天气系统的演变 注意把握天气 形势调整期间的天气过程对本机场的影响 先着力捕捉重要天气过程影响本机场的时段 再对可能出现的重要天气作进一步的具体分析研究 4 2 3 改进为飞行机组的气象服务 高原机场复杂的大气环境 增加了航空飞行的难度 飞行机组在飞行前需要了解飞行区 域的气象情况 掌握目的地机场和备降机场的气象信息 气象部门应为飞行机组提供简明扼 要的咨询讲解服务 对可能影响飞行的气象条件给予分析说明 必要时提供更多的气象资 料或图形产品 便于机组掌握安全飞行的主动权 4 2 4 加强机场气象警报服务 机场气象部门除按规定发布机场气象警报外 还应按协议主动为航空公司 空中交通管 制单位和机场有关部门提供气象警报服务 利用机场已有的气象警报信息 充分发挥气象 警报在飞行安全及机场设施设备安全中的作用 各单位同心协力 减少恶劣天气带来的损 失 同时 机场气象部门针对高原山地机场的特点 应增加进近着陆区域或起飞爬升区域 特殊天气的观测 并随时向有关部门报告 4 2 5 加强气象信息资源的应用 高原地区实时气象探测资料非常稀少 加强实有气象资料的应用就显得更为重要 气 象部门应尽可能多的观测 记录和收集气象信息 必要时 应尽快提供给有关部门 机场 管制塔台 航空公司签派等部门应同步引接机场实时气象情报 还应加强气象知识的培训 以及气象信息的理解 解读和应用 气象信息的提供者和使用者应加强相互之间的研讨与 交流 从各方面直接的经验和体会中进一步丰富高原机场复杂天气的认识 把气象信息资 源的应用经验转化为共同保障安全飞行的前提 5 加强高原机场飞行气象服务的建议 加强高原机场飞行气象服务 需要全面认识高原地区大气环境的特殊性 实际分析高原 山区气象条件的复杂性 客观评估高原机场航空飞行的困难性 加强高原机场飞行气象服务 需要在科学发展观的指导下 打破传统观念的束缚 以新的思路和新的观念 审视和总结过 去 开拓和服务未来 加强高原机场飞行气象服务 需要针对高原机场的特定环境和航空飞 行的特殊需求 对有关高原机场气象的运行管理 业务标准 设施配置 技术支持 飞行服 务等相关工作或规定 加以改进和调整 5 1 认真总结高原机场航空气象安全保障的经验 民航人参加高原飞行的气象保障工作几十年 在高原地区气象资料稀少 天气变化无 常的情况下 不仅逐步了解了高原机场的航空气象特点 气象 飞行和航管人员也积累了 高原机场复杂天气条件下的飞行保障经验 特别是航空公司飞行队在长期的飞行实践中 利用高原地区有利的气象条件 避开复杂不利的气象条件 实现安全飞行的经验 是非常 宝贵的财富 值得认真总结 5 2 增加适应高原机场安全运行的管理规定 从高原地区特殊飞行环境 特定气象条件以及保障飞行安全的需要出发 转变观念 因地制宜 认识和研究复杂气象因素对高原机场安全管理 安全运行的影响 增加实用高 原机场的技术政策 运行标准和设施建设的特殊规定 5 3 加强高原机场基础气象设施建设 引进新的技术设备 更新机场气象设施 实施高端的设施配置 加快现代新技术设备 在西部经济建设及高原机场的应用 在高原机场的基础建设中增加自动气象探测设施的建 设 提升机场气象观测 探测 预警 预报 服务等设施的配置 建立机场小型气象数据 169 库和气象工作站 增加气象卫星资料分析处理 气象数值天气预报产品接收应用 气象情 报接收和传递等网络终端设施 同时 建议增加对机场临近地区友邻单位共享气象信息的 引接或联网 5 4 增加高原机场人力资源和气象科技方面的投入 目前 多数高原机场气象人员数量严重不足 技术素质相对偏弱 专业培训平均偏少 机场气象台实行 供航服务 工作 即在机场有飞行任务期间提供气象服务这种现状亟待 改变 大家知道 天气在一刻不停地变化着 并非因为飞行任务的结束而停滞 更何况千 变万化的高原天气 改变 供航服务 办法 需要加大高原机场人力资源 气象科技和专 业培训方面的成本投入 建立高原机场气象服务及高原天气分析研究于一体的运行服务机 制 同时 鉴于高原机场天气较强的地方性特点以及积累机场地区地方性天气的预报经验 应改变机场气象预报员短期轮换的方式 建立稳定机场气象预报员队伍的用人模式 5 5 加密高原机场天气的连续观测 根据高原机场的特点环境 适当加密观测时次 增加气象观测和探测的方法 不仅在 高原机场起降地带增加地面风的多点观测 还应建立空中风的观测机制 建立必要的低空 风切变预警系统 全方位 连续地观测和记录机场天气的演变情况 存储宝贵的第一手原 始气象资料 有利于客观 完整地分析认识天气变化的来龙去脉 有利于高原机场天气的 规律的分析研究 对于新建的高原机场 在建设期间包括建设前期应搜集气象资料 并连 续观测记录机场场址的天气情况 5 6 加强对高原机场天气的分析研究和经验总结 民航气象工作者要加强对高原机场天气变化规律的了解 加强高原机场天气气候演变 背景的研究 将气象学 天气学 气候学的专业理论及基础理论与高原基本特点相结合 强化对高原机场天气其及复杂变化特点的认识 要分析研究高原机场天气演变与亚欧地区 大尺度环流调整或大尺度天气系统活动的背景 要分析研究高原机场重要天气的季节变化 及日变化的特点 要分析研究影响飞行的航空气象要素与天气系统的关系 要分析研究高 原机场近地面天气的变化与高空天气系统的关系 要分析研究高原机场的天气气候特征和 航空