大理机场周边环境改变对飞行气象条件的影响

高 兵，王周鹤，赵建伟，毕 波

(云南机场集团公司大理机场，云南 大理 671000)



大理机场周边环境改变对飞行气象条件的影响

高 兵，王周鹤，赵建伟，毕 波

(云南机场集团公司大理机场，云南 大理 671000)

利用2013—2014年大理机场周边区域的实地观测数据，分析了不同环境改变类型对气象要素的影响特征，同时基于2007—2013年大理机场与大理市气象站各种气象要素对比分析了机场飞行气象条件的变化趋势。结果显示，城市化发展造成的环境变化对大理机场的飞行气象条件在气温、地面风、降水和部分天气现象上有较明显的影响，预期气温升高、风向偏转、平均风速增大、降水减少、能见度趋好，雷暴、强降水等极端性天气更为显著。

飞行气象条件；环境变化；城市化；变化趋势

1 引言

机场的飞行气象条件，是指机场及其周边区域的风、能见度、温度、湿度、气压、云、天气现象等对飞行有直接影响的气象要素。机场的飞行气象条件具有明显的局地气候特征：范围小，差别大，变化快，日变化剧烈，极易因环境的变化而改变。

我国规定在城市规划、新建工程项目前必须作环境影响评价，并进行气候可行性论证。在新建机场的选址阶段，气象条件也是重要的决定因素，需要通过收集、分析气象资料确定机场的飞行气象条件。但一个机场建成后至少要使用几十年的时间，在这期间，机场周围环境的变化是必然的，局地气候及飞行气象条件也会随之改变。目前的研究多局限于机场现有气象资料变化规律的分析总结，被动地去适应改变后的飞行气象条件，使飞行气象服务工作存在很大的滞后性，也带来了极大的安全隐患。因此，有必要密切关注机场周边环境的变化，同步研究环境变化与机场飞行气象条件的相关性，预估飞行气象条件的变化趋势。

云南大理机场局地气候特点明显，各种气象要素受地形、地貌影响较大，从 2011年起，随着大理市工业发展和城市化建设快速推进，大理机场周边环境发生较大改变，研究大理机场周边环境正在发生的改变对飞行气象条件的影响，具有较好的代表性和迫切的现实意义。

2 环境改变对飞行气象条件影响分析

2.1 大理机场气候概况

大理机场为典型的高原山地机场，地处滇西北横断山脉最南端，洱海盆地南部，区域内地形总势西北高、东南低，全区山势陡峭挺拔、河谷纵横深切其间，海拔悬殊较大。机场场址位于大理市洱海东南岸、南北走向的一小山丘上，东靠群山，西邻洱海、点苍山。

大理机场主要受高原季风气候影响，属低纬高原季风气候区。气候特点主要表现为四季不明显、冬无严寒、夏无酷暑，受季风环流影响，全年分为干季、雨季两个自然天气季节，干凉同季、雨热同季，干雨季分明。干季(11月—次年4月)主要受来自南亚的暖干大陆性气团控制，在南支西风气流影响下，多晴朗少云天气，能见度较好，雷暴、强降水、降雪等天气较少出现，但大风日数多。雨季(5—10月)受来自孟加拉湾西南暖湿气流和太平洋副热带高压外围暖湿气流影响，风速较小，降水多，多雷暴、短时强降水等强对流天气，低云低能见度天气相对较多。

2.2 机场下垫面变化情况

大理机场原处于城市郊区山峦地带，距离市区8 km，东、北两侧为山区林地，西侧约3 km处间隔丘陵山地是洱海，南面为湖盆农田。近几年随着大理城市化发展使机场的周边自然环境产生了巨大变化，对比2013年与2011年以前的机场周边区域卫星地图，湖滨的满江片区已呈现城市雏形，地貌变化最明显的是机场东北侧的工业园区和北面的海东新区，大面积山地被开挖平整，而凤仪工业区变化相对较小。

图1 2013年与2011年以前机场周边区域卫星地图对比

根据规划，2025年大理机场周边的城市化建设规划总面积将达到80 km2，机场周边原有的村庄农田和丘陵林地逐步被城市建筑所替代，将彻底改变下垫面的物理性质，城市气候的特点也将在机场飞行气象条件中逐步显现。根据机场周边环境近3 a的变化历程，通过查阅多方资料，整理出各片区2011—2013年逐年各类城市化建设情况(表1)。

表1 各片区逐年城市化建设情况

综合分析上表，按照农田被平整、农田建设为城市建筑、山地被平整、山地建设为城市建筑等4种类型分类，得到4个区域的地貌改变情况(表2)。根据目前完成进度，到2025年全部区域按规划建成，还需要按照不低于近3 a的开发速度进行城市化建设，也就是环境的改变程度仍将持续，对机场气候的影响也具有持久性。

表2 地貌逐年改变情况

2.3 周边环境实地观测分析

在机场周边选取有代表性的6个主要观测点(表3)，从2013—2014年上半年分季节对气温、湿度、地面风等气象要素进行连续一周的实地观测，并选取了12个观测点对农田、山林、城镇、开挖平整地面等不同环境做实地观测，观测点主要集中在主降跑道两端及环境变化较大的东侧(图2)，使用气象测量设备为长春产便携式气象仪。

图2 实地观测地点

表3 主要观测点

根据实地观测结果的对比分析，统计出机场周边环境改变的4种类型环境变化前后的年平均气温、湿度差异(表4)。数据显示，农田、山地被平整后气温上升、湿度下降，其变化幅度要比成为建筑后更明显，分析认为平整硬化后的土壤地面增温效应明显、保水性差，而现代城市规划中对绿化有严格的要求，草坪、景观植物的种植能够有效缓解增温、降湿效应；并且农田环境的植被要好于山地环境，因此农田环境改变后引起的气温、湿度变化，要大于山地环境的改变。对地面风的观测显示，机场周边的山地被开挖平整为大片台地后，风速要大于原有地形，并且沿机场东南侧有逆时针的风向绕流现象。

表4 不同环境变化气温、湿度差异表

2.4 机场近年飞行气象条件变化特点分析

近年来大理机场各种气象要素出现了新的特点，选取机场气象资料(观测点位于跑道北端)比较完整的2007—2013年，以前4 a(2007—2010年)和后3 a(2011—2013年)的气象资料代表环境变化前后的情况，分析近年来大理机场飞行气象条件各要素的变化特点。

对比大理机场平均风向频率玫瑰图(图3)，机场最多风向由东南偏南风转为东南风，平均风向有向东偏转的趋势，分析认为这是由于机场东侧山地平整后加强了气流的逆时针绕流作用而造成的。

同时，平整后的下垫面摩擦作用减小，使平均风速较原来有所增大，而风的阵性特征减弱，大风现象相对减少。经对比分析后，得到机场其他气象要素的变化情况归纳为表5。

分析2007—2013年逐年总云量和低云量的变化情况表明，大理机场近3 a的总云量与均值相差不大，低云量与均值基本相当。

2.5 大理机场与大理市气象站气象要素对比分析

大理市气象站属于国家基本气象站，与大理机场同处洱海盆地隔湖相望，相距15 km，位于城郊农田间，气象探测环境保护较好，大理市气象站的气象要素只受气候环流背景的影响，因此对比分析同期大理机场和大理市气象站的气象要素，可以分析出大理机场气象要素因周边环境的改变产生的变化。

图3 大理机场 2007—2010年(a)与2011—2013(b)年平均风向频率玫瑰图(单位：%)

表5 本场气象要素变化情况

机场与气象站分别位于洱海盆地的东西两侧，受地形影响，年平均风向频率差别较大，大理市气象站盛行风向接近于东西轴向分布，其他风向出现概率较小。对比大理市气象站2007—2010年与2011—2013年平均风向频率玫瑰图(图4)，平均风向频率没有出现明显变化，说明机场平均风向偏转是由机场附近下垫面改变后引起的局地小气候变化造成的。

图4 大理市气象站 2007—2010年(a)与2011—2013年(b)平均风向频率玫瑰图(单位：%)

大理机场2007—2013年机场累年平均风速为5.2 m/s，气象站为2.3 m/s，同比分析显示机场风速有相对增大的趋势；2012年以前两地的历年年平均气温变化趋势基本一致，有0.4～0.6 ℃的温差(气象站气温高)，这种山地气温低于坝区气温的现象是符合正常规律的，但2013年机场年平均气温反超0.5℃，相对升温；机场气温日较差与气象站数据基本为同步变化，机场气温年较差相对升高；2007—2013年机场累年年平均湿度为60.1%，气象站为63.7%，比机场高3.6%，两者基本呈同步变化；2007—2013年机场累年年平均降水量为712.1 mm，气象站为974.2 mm，比机场多262.1 mm，在连续5 a(2009—2013年)干旱的天气背景下，机场与气象站年降水量都呈下降趋势，机场年降水量一般为大理站的70%～80%，但2009年和2013年则仅为65%、67%，机场降雨量相对减少；气象站与机场年平均气压差值在15.1～15.5 hPa间，差值年际变化不明显，两地气压基本为同步变化。

2.6 机场气象要素异常分析

使用2007—2013年逐月的大理机场与大理市气象站风速、降水量、气温、气温日较差、湿度等可比性较好的气象要素的差值，形成样本量为84的5组气候变量作变化趋势和突变分析，如果变化趋势显著，则可以认为环境变化引起了机场气象要素的改变。

2.6.1 变化趋势

2.6.1.1 月平均风速差值线性倾向估计 分析大理机场与大理市气象站逐月平均风速差值线性趋势(图5)，月平均风速差值呈上升趋势，上升幅度为每月0.008 8 m/s，相关系数通过a=0.005显著性相关检验，表明月平均风速差值上升趋势显著，大理机场风速相对于大理市气象站呈明显增大趋势。

图5 逐月平均风速差值线性趋势

2.6.1.2 月合计降水量差值线性倾向估计 通过大理机场与大理市气象站逐月合计降水量差值线性趋势分析(图6)，月合计降水量差值呈下降趋势，其幅度为每月-0.087 8 mm，相关系数通过a=0.005显著性相关检验，表明月合计降水量差值呈减少的趋势显著，大理机场降水量相对于大理市气象站呈明显减少趋势。

图6 逐月平均降水量差值线性趋势

2.6.1.3 月平均气温差值线性倾向估计 分析大理机场与大理市气象站逐月平均气温差值线性趋势(图7)，月平均气温差值呈上升趋势，上升幅度为0.009 38℃/月，相关系数通过a=0.001显著性相关检验，表明月平均气温差值上升趋势显著，大理机场平均气温相对于大理市气象站呈明显的增温趋势。

图7 逐月平均气温差值线性趋势

线性趋势分析显示，月平均气温日较差差值和月平均湿度差值都呈下降趋势，但下降趋势均不显著。

2.6.2 突变检验2.6.2.1 平均风速差值突变检验 使用M-K方法对大理机场与大理市气象站逐月平均风速差值做突变检验(图8)，从UF线可见，从第33月(2009年9月)后 UF线逐渐上升，UF值始终大于0，并在第61月(2012年1月)超过显著性水平0.05的临界值，说明大理机场风速相对大理气象站有显著的增大趋势；UF线和UB线的交点出现2009年10月，并且处于临界线之间，说明风速差值的变化在这一时间段出现了增大突变。进一步分析逐月平均风速差值突变前后的变化特征，突变前2007年1月—2009年9月的平均差值为2.6 m/s，突变后2009年10月—2013年12月的平均差值为3.1 m/s，上升了0.5 m/s。

图8 大理机场与大理市气象站逐月平均风速差值突变检验

2.6.2.2 月合计降水量差值突变检验 使用M-K方法对大理机场与大理市气象站逐月合计降水量差值做突变检验(图9)，从UF线可见，从第36月(2009年12月)起 UF线逐渐下降，UF值始终小于0，并在第72月(2012年12月)超过显著性水平0.05的临界值，说明大理机场降水量相对大理气象站有减少的显著趋势；UF线和UB线的交点出现在第57月(2011年9月)，并且处于临界线之间，说明了降水量差值的变化在这一时间段出现了突变减少。进一步分析逐月合计降水量差值突变前后的变化特征，突变前2007年1月—2011年9月的平均差值为-27 mm，突变后2011年10月—2013年12月的平均差值为-32 mm，下降了5 mm。

图9 大理机场与大理市气象站逐月合计降水量差值突变检验

2.6.2.3 月平均气温差值突变检验 使用M-K方法对大理机场与大理市气象站逐月平均气温差值做突变检验(图10)，从UF线可见，UF值在第70月(2012年10月)前呈有规律的上下起伏，与夏秋季大理机场气温明显低于大理气象站气温，而冬春季温差不明显或反超的规律相符；从第71月(2012年11月)起 UF线逐渐上升，UF值>0，并超过显著性水平0.05的临界值，说明大理机场气温在2012年10月后增温显著，该趋势一直维持到2013年底；UF线和UB线的交点出现在2012年9月，并且处于临界线之间，说明了气温差值的变化在这一时间段出现了突变。进一步分析逐月平均气温差值突变前后的变化特征，突变前2007年1月—2012年9月的平均差值为-0.5℃，突变后2012年10月—2013年12月的平均差值为0.5℃，上升了1.0℃。突变检验结果显示，月平均气温日较差差值和月平均湿度差值的变化突变不显著。

图10 大理机场与大理市气象站逐月平均气温差值突变检验

2.7 大理机场飞行气象条件变化预期及影响分析

根据以上分析结果预期飞行气象条件的变化趋势，并结合大理机场的飞行保障实际情况，分析飞行气象条件的变化对航班飞行和机场运行的影响，综合为表6。

表6 飞行气象条件的变化预期及影响分析

3 结论与讨论

本文通过统计大理机场周边环境变化相关数据，结合实地调查和气象观测，分析不同性质和程度的环境变化对气象要素影响的特征，选取大理市气象站数据作对比分析，检验机场与气象站相关气象要素差值变化趋势的倾向性和异常突变特征，分析了机场飞行气象条件的变化预期及影响，主要结论如下：

① 实地观测分析显示，农田、山地被平整后气温上升、湿度下降，其变化幅度要比成为建筑后更明显，并且农田环境改变后引起的气温、湿度变化，要大于山地环境的改变；机场周边的山地被开挖平整为台地后，风速增大，并且出现风向偏转。

② 机场与大理市气象站气象要素差值线性趋势分析表明，月平均气温呈上升趋势，相关系数通过a=0.001显著性相关检验，月平均风速呈上升趋势，月合计降水量呈下降趋势，相关系数均通过a=0.005显著性相关检验；差值突变检验显示，从2011年机场周边环境出现明显变化后，月合计降水量在2011年9月出现突变减少，月平均气温在2012年9月出现突变增温。

③ 城市化发展造成的环境变化对大理机场的飞行气象条件有明显影响，气温升高、风向偏转、平均风速增大、降水减少、能见度趋好，雷暴、强降水等极端性天气更为突出；飞行气象条件变化后，虽然有利于机场扩容和加密航班，但大风、雷暴、强降水等天气对航班飞行的安全正常存在着一定影响，机场需要通过改善气象服务、航行指挥、运行协调等工作，并配置相关安全保障设施设备，以减弱不利气象条件的影响。

气候的变化是一个相对长时间的过程，在本次研究中由于本场气象资料时间序列较短，仅对气温、降水量和风速等气象要素进行了初步的分析，还需在以后的工作中，继续分析更长时间的气象要素变化情况。并且，对环境变化的研究应“早准备、早介入”，在对周边环境做实地气象观测时，有的观测点因原有地形地貌已发生改变，只有选取相同高度、相似地貌的地点代表其改变前的状况，数据的可比性降低，因此有必要在定期对机场周边环境进行调查的同时，对机场周边有代表性的地点进行实地气象观测。

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Effect of environmental change round Dali Airport on flight meteorological conditions

GAO Bing，WANG Zhouhe，ZHAO Jianwei，BI Bo

(Dali Airport of Yunnan Airport Group Company，Dali，671000)

Using the observation data in 2013—2014 in the surrounding area of Dali airport, analysis of different types of environmental change characteristics of meteorological elements, based on 2007—2013 Dali airport and Dali City Meteorological Station of various meteorological elements, analyzed the variation trend of the airport meteorological conditions. The results show that: Environmental changes caused by urbanization have to Dali airport flight meteorological conditions on the air temperature, surface wind, precipitation and some weather phenomenon is more obvious effect, expected temperatures, wind deflector, the average wind speed increases, reduced precipitation, visibility trends well, thunderstorms and heavy rainfall and other extreme weather is more significant.

flight weather condition；environmental change；urbanization；variation trend

2015-05-21

高兵(1976—)，男，工程师，主要从事民航气象预报与研究工作。

云南机场集团有限责任公司创新项目(2013JC012)；气象行业专项(GYHY201306023，GYHY201206013)；大渡河公司项目(PBG-QT-2013-026，DGS-QT-2013-035)。

1003-6598(2015)06-0006-07

P49

A