荆州纪南通用机场预选场址气象条件分析

贺程程　邓艳君　王晓芳　陈正洪　喻雨知

摘要：利用荆州气象站1955—2016年的地面气象观测资料，采取线性趋势、对比分析等方法对荆州纪南通用机场预选场址区域的气象条件进行统计分析。结果表明，荆州纪南通用机场预选场址区域年平均风速低，月平均风速1.9～2.5 m/s;年静风频率高，为18.2%，风速等级0～5.0 m/s频率为89.99%;低能见度日数少，出现小于800 m、800～2 000 m、2 000～4 000 m的能见度天气的年平均日数分别为9.8、10.8、13.7 d;暴雨、大风、雷暴、冰雹、沙尘暴等灾害天气年平均日数分别为3.30、3.98、32.20、0.49、0.02 d;高影响天气出现几率低于武汉天河机场;气象有利条件多，不利条件少。可以通过提高预报准确率和管理及操作人员的专业素质避免不利条件对飞行的影响。

关键词：机场;预选场址;气象条件;高影响天气

中图分类号：V321.2;V351         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）04-0070-06

Abstract： Based on the ground meteorological observation data from 1955 to 2016 in Jingzhou Meteorological Station， the meteorological conditions in the preselected area of Jinan General Airport were statistically analyzed by means of linear trend， comparative analysis and other methods. The results show that pre-selected site area of Jinan General Airport has a low annual average wind speed， with an average monthly wind speed of 1.9～2.5 m/s. The annual static wind frequency is high， which is 18.2%， and the frequency of wind speed of 0～5.0 m/s is 89.99%. The airport pre-selected sites has few days with low visibility， the average days of the visibility， the annual average number of days with visibility less than 800 m， 800～2 000 m， 2 000～4 000 m is 9.8， 10.8，13.7 d， respectively. The average days of the torrential rain， strong winds， thunderstorms， hail， sand storms and other weather disasters is 3.30， 3.98， 32.20， 0.49， 0.02 d. The probability of high impact weather is lower than that of Wuhan Tianhe Airport. There are many favorable conditions and less unfavorable conditions in the pre-selection site. The influence of adverse conditions on flight can be avoided by improving the accuracy of prediction and the professional quality of management and operator.

Key words： airport; pre-selected site; meteorologic condition; high impact weather

氣象条件对机场航空安全有着至关重要的影响。20世纪30年代，美国、荷兰气象专家[1]分析研究了大雾、雷暴、复杂地区近地层风速、风向等气象要素变化对机场航空港选址的重要意义。20世纪90年代，澳大利亚[2]、英国[3]等国家的航空气象专家分析指出天气气候因素是引发机场附近一些重大航空事故的主要原因[4]。国内许多民航和气象工作者[5-9]分别对机场低能见度、低空风切变、东南大风等各种气象要素进行介绍和分析，指出其对航空安全的危害;朱国栋[10]指出机场气象要素的变化直接影响到飞行的安全和效益;邵振平[11]指出能见度与飞行的关系十分密切，是航空气象定义的复杂气象条件之一，也是直接影响飞行任务可否正常执行、机场是否开放的一个重要气象因素;大雾直接对飞行安全构成威胁，严重影响安全飞行和正常的运营秩序[12]。

通用机场虽属于民用航空机场，但承担着更多的飞行任务，比如公务出差、空中旅游、气象探测、农林喷洒、消防警巡、空中救援、森林防火、农业勘察、航拍和乡村空中旅游等特殊飞行任务。中国民用航空局近年颁布的民用航空支线机场建设标准[13]和通用机场建设规范[14]，以及中国气象局颁布的气候可行性认证管理办法[15]等相关行业规定要求对机场预选场址开展包括风场、降水、能见度等气象要素的气候评估论证工作。民航气象工作者研究指出未来机场选址中天气气候条件将会变得越来越重要[16]。

荆州是农业大市，地处江汉平原腹地，充分利用空中资源，发展通用航空，构建未来空中立体交通，对荆州农业等社会经济的发展具有十分重要的意义。荆州纪南通用机场预选址濒临长江黄金水道，距市区5 km，地势南高北低，海拔20～50 m，地理条件十分优越。荆州气象站与纪南预选场址距离不到5 km，从大尺度环流背景场来看，一年四季大气环流对两地的影响相同，在相同的大气环流背景下，两地气压、气温、湿度、降水量、云、风向、风速、能见度、天气现象等气象要素及变化特征较为接近。本研究利用荆州气象站1955—2016年地面气象观测资料，依据通用机场选址相关气象规定和要求，对纪南通用机场预选场址的气候背景和风速、风向频率、气温、降水以及低能见度、低云、雷暴、大风等影响机场选址的天气气候条件进行分析，得出纪南预选场址具备建设通用机场的有利气象条件。

1  资料与方法

选取湖北省荆州市气象站1955—2016年共62年的地面气象观测资料，包括风向、风速、气温、降水、能见度、云量，且经过质量控制，统计值日界为北京时间20：00—20：00。分析时间尺度包括日（北京时间20：00—20：00）、春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）、年（1—12月）。

采用线性趋势分析方法分析气象要素变化、气候倾向率定量描述气象要素变化趋势，并用Mann-Kendall（M-K）[17]法对其变化趋势进行显著性检验。

采用对比分析法，将荆州纪南通用机场预选场址与武汉国际天河机场影响机场营运的天气进行比较，判断其在气象上所具的优势和可行性。

2  结果与分析

2.1  预选场址区域主要气候概况

2.1.1  风速、风向  近地层风速、风向等气象要素变化对航空机场选址具有重要意义，是影响机场发生事故频次、未来能否良好运行的重要因素之一。

62年来，荆州纪南通用机场预选场址区域年平均风速为2.2 m/s，全年各月平均风速在1.9～2.5 m/s，其中，3月和7月平均风速最大，为2.5 m/s;10月最小，为1.9 m/s。从季节上来看，平均风速春季最大（2.37 m/s），夏季次之（2.15 m/s），冬季第三（2.13 m/s），秋季（2.00 m/s）是全年平均风速最小的季节。主导风向春季、秋季和冬季为北（N）风和东北偏北（NNE）风，夏季为南（S）风。全年出现频率最多为静风（18.22%），然后依次是北风（14.50%）、东北偏北风（14.30%）、南风（9.43%）。统计1955—2016年不同风向、风速等级频率（表1、图1），表明纪南通用机场区域主要盛行风向为北和东北偏北风，累计频率为28.80%;风速按照0～5.0 m/s、5.0～8.0 m/s、8.0～10.0 m/s、≥10 m/s划分等级，累计频率分别为90.00%、8.66%、0.96%、0.38%。

2.1.2  气温、降水  62年来，荆州纪南通用机场区域全年月平均气温3.9～28.1 ℃;7月气温最高，为28.1 ℃，1月最小，为3.9 ℃。极端最高、最低气温呈显著的季节性变化;高温≥35.0 ℃概率为3.42%，≥37.0 ℃概率为0.45%。极端最高气温在7、8月，为38.7 ℃，出现在2003年8月2日和2009年7月18日。≥35.0 ℃高温日数平均每年大约12.3 d，6—8月各月出现≥35.0 ℃的高温日数偏多的年份分别是1961年6月有9 d、1959年7月有18 d、1966年8月有16 d，各年6—8月合计最多高温日数出现在1961年，共计36 d，最长连续35 ℃以上高温日数出现在1995年7月15—24日，达10 d;≥37.0 ℃高温日数平均每年大约1.47 d，6—8月平均分别为0.07、0.79、0.61 d;年极端最低气温-1.9～-14.9 ℃，出现在冬季的12月2日至次年2月25日，极端最低气温极值为-14.9 ℃，出现在1977年1月30日。日间气温变化比较平稳，出现大幅度降温和增温的概率极小，24 h高温变幅≥8 ℃的概率为0.33%，≥10 ℃的概率为0.03%;24 h低温变幅≥8 ℃的概率为0.06%，≥10 ℃的概率几乎为0，62年内仅出现1次。

62年来，机场区域年平均降水量为1 093.9 mm，月平均降水量为91.2 mm。降水量季变化特征明显，冬季（12月至次年2月）平均降水量为26.5～46.5 mm，在四季中最少，其中12月最少;春、秋季（3—5月，9—11月）73.7～143.9 mm;夏季（6—8月）123.9～162.0 mm，7月最多。日最大降水量出现在1970年5月28日，为174.3 mm，3—11月均可能出现超过50 mm的日降水量，5—9月均可能出现超过100 mm的日降水量。年平均降水日数123.9 d，以   -1.67 d/10年的趋势减少。降水主要集中在6—8月，占全年降水量的41.6%。年大雨以上降水日数少，出现几率3.3%，呈减少趋势，以-0.13 d/10年的速度递减，其中，62年暴雨日數206 d，年平均暴雨日数3.3 d，出现几率0.9%。

2.1.3  能见度、云量  荆州1955—2013年（2014年开始能见度无人工观测记录）能见度4次定时观测记录中，年平均能见度各等级日数≤800 m为9.8 d，出现几率2.6%，>800 m且≤2 km为10.8 d，出现几率3.0%，>2 km且≤4 km为13.7 d，出现几率3.8%，>4 km的比例为90.6%，也就是说≤2 km的能见度出现几率为5.6%。

4次定时能见度≤800 m的次数逐月情况如图2a所示，总体呈“V”型结构，出现几率按季节来看，夏季6—8月最少，冬季12月至次年1月最多;按时次，≤800 m几率8时最大，2时、14时和20时比8时小很多。

4次定时能见度>800 m且≤2 km的次数逐月情况如图2b所示，也呈现“V”型结构，年头和年尾多，年中少，出现几率也是8时大些，7、8月能见度较其他月份好，12月至次年1月能见度差。

气象上的云量是把整个天空视野分为10成，被云遮蔽的成数称为云量。分析荆州纪南通用机场预选场址总、低云量，62年以来年平均总云量为6.7成，低云量为1.5成。各月分布如图3所示，总云量6月最多，为7.3成，8月最少，为5.8成;低云量7月最多，为1.9成，12月最少，为1.0成。从季节来看，总云量春季最多，平均为7.2成，冬季次之，秋季最少，平均为6.3成。低云量夏季最多，平均1.9成，然后依次是春季1.8成，秋季1.3成，冬季最少，为1.2成。低云量夏季较多，冬季较少，与夏季雨量多，雨强大，冬季雨量少，雨强小对应。影响飞行的3类低云状夏半年5—10月积云较多，出现几率6.7%～24.1%，8月最多;冬半年11—4月层积云较多，出现频率2.8%～6.8%，4月最多;积雨云夏季出现频率较高，为3.3%～11.8%，其中，7月出现几率最大，这是夏季出现短时强降水较多的原因。低云中层积云、积雨云、积云3类云状年平均频率分别为4.6%、1.8%、7.8%，三者累计年平均频率为14.2%。

2.1.4  其他气象要素  统计1955—2016年风速、风向、气温、能见度、云量、降水等要素以外的其他影响机场选址和飞机飞行的各月气象要素发生日数，由表2可知，平均大风日数3—5月较多，其中4月最多，为0.87 d;6—8月较少，其中6月最少，为0.11 d。雷暴主要发生在2—9月，月平均日数在0.10～6.50 d，主要集中在夏季，为6.10～6.50 d。雾日数冬半年多，夏半年少，最多发生在12月，为4.50 d，其次是11月，为4.10 d;7、8月最少，为0.90 d。同样，霾也是冬半年多，夏半年少，最多是1月，为4.80 d，其次是12月，为3.40 d;4、5、8月未出现霾。沙尘暴是各类天气现象中发生次数最少的，仅在2月出现0.02 d。冰雹是各类天气现象中发生次数最少的，仅在1、2、3、4和12月出现0.02～0.22 d，其他月份未出现。各月平均降水日数是各类天气现象中出现最多的，1月最少，为9.00 d，其次是12月，为10.00 d，其他各月均超过10.00 d，降水日数最多的是5月，为17.30 d，其次是4月，为17.20 d;3—6月的月降水日数超过半个月。

2.2  荆州纪南通用机场预选场址与武汉天河机场的高影响天气对比分析

高影响天气是指对飞机起飞、着陆、机场建设等有较大影响的天气气候现象。武汉天河机场1995年4月15日正式建成通航，因营运良好2000年被确定为国际机场。现对比分析荆州与武汉天河机场的高影响天气。

2.2.1  极端高温和极端低温  荆州和武汉≥35.0 ℃的高温天气均出现在夏半年5—9月，统计（表3）分析表明，35.0 ℃以上高温日数荆州年均12.3 d，相比武汉天河机场的年均21.2 d少近9.0 d，少72%;37.0 ℃以上高温出现月份荆州是6—8月，武汉是6—9月，荆州比武汉少1个月，即荆州少1个月的高温危害期。历年极端最高气温荆州38.7 ℃，武汉天河机场39.3 ℃，相比较而言荆州极端高温比武汉天河机场低0.6 ℃。荆州纪南预选场址高温出现几率和强度比武汉天河机场要小些。

历年极端最低气温荆州-14.9 ℃，相比武汉的最低气温-18.1 ℃，高3.2 ℃。低温强度荆州较武汉天河机场弱很多。

2.2.2  强降水和雷暴  气象上规定日降水量≥50 mm时称为暴雨。统计（表3）分析表明，年平均暴雨日数荆州3.3 d，武汉天河机场5.0 d，少近2 d;出现暴雨的月份荆州为3—11月，武汉天河机场是2—11月，荆州少1个月。最大日降水量荆州174.3 mm，比武汉天河机场317.4 mm少143.1 mm，少出现82.1%。1 h最大降水量荆州61.0 mm，较武汉天河机场102.1 mm少41.1 mm，荆州的雨强较武汉天河机场弱40.3%。雷暴日数荆州年均30.0 d，武汉天河机场33.3 d，比武汉少3.3 d。纪南预选场址强降水和雷暴出现几率和强度较武汉天河机场小些。

2.2.3  大风  统计（表3）分析表明，≥17.0 m/s的瞬时大风荆州年均1.9 d，比武汉天河机场的2.3 d少0.4 d。瞬时大风极值荆州22.8 m/s，比武汉天河机场24.0 m/s弱1.2 m/s。纪南预选场址大风出现几率和强度较武汉天河机场小些。

2.2.4  大雾  荆州纪南预选场址和武汉天河机场的大雾多发生在冬半年，其中约90%以上为辐射雾，出现时间一般在凌晨，结束时间多在中午以前。统计（表3）分析表明，年均大雾日数荆州纪南预选场址29.7 d，较武汉天河机场41.1 d少11.4 d，减少27.7%。荆州纪南预选场址大雾出现几率较武汉天河机场小些。

对比分析两处的高影响天气得出，荆州纪南预选场址出现高影响天气的几率低于武汉天河机场，说明荆州纪南预选场址在气象上更具优势和可行性。

2.3  分析与建议

2.3.1  有利气象条件

1）跑道设计和建设的有利气象条件。主导风是机场跑道设计时侧重考虑的，荆州纪南预选场址春季、秋季和冬季主导风向为北（N）风和东北偏北（NNE）风，夏季主导风向为南（S）風。四季主导风风向夹角小甚至在一条直线上，对机场跑道设计有利。

2）飞机起降和飞行的有利气象条件。①年低云频率低，且略呈减少趋势。影响飞行的层积云、积雨云、积云3类低云状累计年平均频率为14.2%。低云量总体呈减少趋势，以-0.2成/10年的速度递减。有利将来机场安全运行。②年大雨日数少，出现几率3.3%;年雨日数和大雨日数呈减少趋势。年雨日数以-1.67 d/10年速度减少。大雨以上降水日数以-0.13 d/10年的速度递减。对机场工程设计和建设及将来机场安全运行有利。③大雾日数少，呈减少趋势。年均大雾日数29.7 d，出现几率8.1%。雾日数呈减少趋势，以-3.3 d/10年的速度递减。有利于飞机安全起降。④低能度出现几率小，能见度好且呈增强趋势。年平均能见度各等级≤800 m日数为9.8 d，出现几率2.6%，>800 m且≤2 km为10.8 d，出现几率3.0%，>2 km且≤4 km为13.7 d，出现几率3.8%，>4 km为90.6%，也就是说≤2 km的能见度出现几率为5.6%。能见度以9 m/10年速度增强，且8时能见度增强更快，以30 m/10年速度增强。对将来飞机安全运行有利。⑤大风日数少，静风频率高，年平均风速低，风的季节变化规律明显。年平均大风日数3.98 d，出现几率1.1%，且呈减少趋势，以-0.03 d/10年的速度递减;静风频率18.2%;年平均风速为2.2 m/s。平均风速春季最大（2.37 m/s），夏季次之（2.15 m/s），冬季第三（2.13 m/s），秋季（2.00 m/s）是全年平均风速最小的季节。对飞机航空飞行有利。⑥灾害性天气少，且大多有减少趋势。62年暴雨日数206 d，年平均暴雨日数3.3 d，出现几率0.9%;大雾29.7 d，出现几率8.1%，以-3.3 d/10年的速度减少;大风、冰雹天气年平均日数分别为3.98、0.49 d，且均呈减少趋势，气候倾向率分别为-1.25、-0.09 d/10年;62年沙尘暴仅1 d，出现在1960年2月25日。荆州预选场址区域不易形成气象灾害，对将来飞机安全起降和飞行有利。