呼和浩特机场降雪天气环流形势特征分析及安全运行

张 序

(中国国际航空股份有限公司 运行控制中心西南分控中心飞行签派室，成都 610225)

0 引言

内蒙古自治区的呼和浩特/白塔机场(IATA：ZBHH，ICAO：HET，以下简称：呼和浩特机场)为民用4E级机场，是内蒙古自治区第一大航空枢纽，也是目前飞往北京两个机场的重要备降机场之一。呼和浩特机场跑道号码为08号和26号，机场可用起飞滑跑距离为3600 m，跑道道面为水泥混凝土结构。

呼和浩特气候干旱、多晴天，冬季漫长且寒冷，常有大范围的降雪。降雪天气对民航运输影响很大，容易在机场跑道和飞机表面形成积雪、积冰。近年来，降雪天气的成因、特点以及对社会经济的影响是学者研究的主要问题之一。王喜等[1]、苏亮[2]、冯景瑜等[3]、佟莎仁等[4]分别对江苏、锡林格勒、延边和科尔沁地区的降雪过程进行分析。张腾飞等[5]分析了暴雪天气对牧区生产、生活的影响，并建议通过加强雪灾预报等措施减少损失。也有学者研究了降雪天气下的积雪过程[6-7]以及除雪工作流程[8-9]，这些研究工作为降雪天气民航机场航空器的安全运营奠定了基础。

恶劣天气对民用机场安全运营的研究主要集中在低能见度天气、颠簸天气、强对流天气，对降雪天气影响的研究集中在雪情通告方面[10]，而降雪天气特别是暴雪天气的发展过程对航班安全运营的研究还偏少，为此，本文以呼和浩特机场为研究对象，通过对降雪天气形势环流分型梳理，分析其所属区域降雪时空分布特征，并整理强降雪天气对飞行安全的影响，提出安全飞行的措施。

1 降雪天气及环流形势特征分析

呼和浩特机场由东北向西南逐渐倾斜，西部地区低而东部地区高，北面以山脉为主，平原地区主要分布在机场南部以及西南部。机场所在区域呈典型的温带半干旱气候和大陆性季风气候。图1所示为内蒙古自治区降雪频次图，可见，该机场所在区域的降雪不均匀地分布在每年的10月份至次年的4月份之间。

呼和浩特机场区域内天气环流形势的统计分析发现，该区域分别受强冷空气和弱冷空气两种天气形势影响：贝加尔湖气旋低槽型、蒙古气旋低槽型和西来斜压低槽型三种天气环流形势是呼和浩特机场强冷空气类降雪天气形势；槽涡型、切变型和北槽南涡型三种天气环流形势是影响呼和浩特机场的弱冷空气类降雪天气形势[11-13]。强冷空气类降雪天气常和高空长波槽脊相联系，在地面冷锋或气旋的配合下，形成大风、吹雪和寒潮天气，其中吹雪可使机场能见度下降较快，数分钟之内就下降到安全飞行的标准之下，对飞机安全飞行的影响很大。弱冷空气类降雪天气大多和南支暖湿支槽涡或切变线遇弱的冷空气抬升相关，降雪量虽不大，但会降低跑道摩擦系数，跑道或滑行道上的积雪会影响飞行员的观察视线，存在飞机着陆偏离跑道或过早、过迟接地等安全隐患。

1.1 强冷空气降雪天气环流形势特征分析

贝加尔湖气旋低槽型降雪天气是西伯利亚的冷空气通过贝加尔湖进入蒙古高原后，形成稳定横槽。图2所示为2015年2月27日地面及高空天气环流形势场图。当冷空气集聚加强后易形成强冷空气，夏季易发生降水，冬季易发生降雪[14]。

图2 2015年2月27日地面及高空天气环流形势场

由于呼和浩特机场距离气旋中心较远，不会形成强降雪，但阵性特点突出，时大时小的降雪(雨)导致能见度变化快。2014年11月28日呼和浩特机场的降雪天气过程降雪量不足1 mm，地面积雪不明显，图3所示为该日的地面及高空天气环流形势场。

图3 2014年11月28日地面及高空天气环流形势场

蒙古气旋形成在蒙古中部和东部地区，受地形影响，有明显的季节变化[15]，降雪过程常伴随出现大风、降温天气[16]。大风形成的吹雪、吹沙易导致能见度迅速下降，扬起的沙尘还会对飞机发动机造成影响，是我国北方沙尘暴天气过程的主要影响系统。2016年3月4日—5日发生在呼伦贝尔境内的一次大范围降雪天气就受蒙古气旋的影响[17]，这种降雪天气同样具有典型的阵性特点，夜间影响程度会更强。此外，受地面河套气旋或倒槽的影响，西来斜压低槽型降雪天气的范围和强度表现出持续时间长，但强度和分布范围不均匀。2015年1月28日呼和浩特机场夜间开始的降雪天气(图4)持续了7个小时，降雪量达3.8 mm，造成多个航班取消或者延误。

图4 2015年1月28日地面及高空天气环流形势场

由图2～图4可知，呼和浩特机场所属区域在强冷空气的作用下形成的地面及高空天气环流形势场特征完全不同。此外，强冷空气背景下的降雪天气，阵性特点突出，持续时间较长，常形成大风天气，对能见度影响明显，航班运行期间还应提示机组关注颠簸和风切变对飞行安全的影响。

1.2 弱冷空气降雪天气环流形势特征分析

槽涡型环流形势是蒙古地区低涡和低槽冬移过程遇到河套以南强烈暖平流后形成的，降雪过程时间短，降雪量偏少。2010年1月3日在锡林格勒盟地区形成的降雪天气就是典型的槽涡型结构[18]，期间冷性低涡槽冬移南区，地面河套气旋东移减弱形成河套倒槽，降雪过程发生在低槽顶部偏南的位置。切变型环流形势最显著的特点就是在高空及地面天气环流形势场出现“人”字形切变，在地面倒槽的影响下，降雪时间长，范围小，变化大，当“人”字形切变逐渐转变为深槽后，降雪天气减弱[19]。北槽南涡型环流形势对降雪、降雨的形成极其有利，高空长波槽和地面低槽是主要影响系统，北支槽南压是触发大雪的热力因子[20]。虽然降雪量的大小与冷空气的强弱程度无必然联系，但弱冷空气类降雪天气不容易造成跑道积雪，阵性大风也弱于强冷空气类降雪天气，对飞行安全的影响比较小，而低温天气容易造成飞机表面积冰、积霜，飞机起飞前的除、防冰工作就很重要。

2 降雪天气及对飞行安全的影响

降雪天气特别是暴雪天气容易引发飞行的不安全事件，可导致跑道道面出现积雪、积冰的情况，使跑道道面摩擦系数变小，飞机起飞、着陆的滑跑距离会变长，飞机可用载量降低或者起飞关键速度变大。另外，暴雪天气还会导致机场区域的跑道视程下降，影响飞行员着陆进近过程的操作。有时降雪天气的低温还会使飞机表面形成明冰或雾凇等附着物，导致飞机失速临界角变小，在起飞过程中发生无告警失速，在此情况下，飞行员不易及时从失速状态改出，有坠机风险。

2.1 对机场航空器活动区的影响

呼和浩特机场地势相对平坦，在严寒干冷条件下，容易形成积雪，积雪覆盖机场跑道等航空器活动区域，造成摩擦系数变差，会影响飞行员对航空器地面标识的观察，如果持续时间较长的中到暴雪天气还会影响机场助航灯光的使用，对飞机的着陆和起飞过程的安全影响很大。

2.2 对地面飞机的影响

降雪导致在地面飞机的蒙皮上形成积雪，满足相对湿度和温度等积冰条件后，飞机表面会形成积冰(霜)，改变飞机翼面的形状及气动特性，从而影响飞机的升力，当飞机机翼左右两侧产生升力差距过大时，会影响飞机的稳定性，致使阻力增加。此外，左右两侧升力差值会使飞机起飞时沿纵轴产生额外的滚转力矩，飞机存在因失速而发生坠毁的风险。如果飞机部分设备进气口因积冰堵塞会造成飞机仪表失效，对安全飞行的影响很大。

2.3 对空中飞机的影响

降雪时，常出现积冰区，飞机穿越积冰区时，易在飞机表面形成积冰状态，甚至强积冰，飞机在空中积冰，会造成飞机升力减少、阻力增加，同时爬升性能下降、临界迎角减小、失速的速度增大，这样导致飞机的安定性和操纵性下降。飞机一旦在空中积冰，飞机的迎角探测器、空速管动静压口结冰和堵塞，造成指示不准，致使飞行员错误操纵，如空速管动压口堵塞，飞机的空速表高度表指示不准确，发动机进气道及进气部件结冰，轻者会使发动机的功率降低，重者能造成发动机的损坏，当机翼上冰块脱落，有可能会打坏后置发动机，造成更严重得事故。

2.4 对飞行员视野的影响

降雪的覆盖形成大面积的白色环境，参照物形成视觉差，飞行员判断飞机高度时容易产生错觉，进近轨迹判断偏高，造成选择的进近轨迹偏低，存在撞向较高障碍物或跑道接地两种重大飞行事故。雪花易堆积在驾驶舱挡风玻璃上，甚至形成积冰，导致驾驶舱内部光线变暗或者明暗不均匀。积冰导致风挡玻璃变厚，将影响飞行员对外界参考物高低和距离远近的判断，目视条件恶化影响飞行员起飞和着陆操作，飞机过早的接地，造成跑道外接地等不安全事件的发生。

3 降雪天气下安全飞行的应对措施

飞机在降雪天气背景下的安全飞行包括气象部门、管制部门、机场部门和航空公司等多个工作岗位相互协作，在航空公司，需要飞行员、飞行签派员、机务工程师和气象分析员协作积极应对。

3.1 加强天气会商制度，完善降雪天气预警

随着科技进步，天气预报的准确性逐年提升，降雪天气发生前在地面及高空天气环流形势场上呈典型状态，在民航业冬春航季到来之际，航空公司的飞行签派员应将呼和浩特机场作为受降雪影响的重点机场持续关注，气象分析人员应加强与呼和浩特机场气象部门的会商机制，在呼和浩特机场大概率发生冰雪天气时，应及时发布降雪天气预警，详细描述呼和浩特机场降雪天气预计发生的时间段、降雪天气发展趋势、灾害程度和影响范围。只有尽可能详细准确地描述冰雪天气对呼和浩特机场安全运行的影响程度，空管部门、航空公司和机场的工作人员才能对航班运行做出正确决策。如果遇到呼和浩特机场冰雪天气发展趋势发生改变，气象席位及时更新预警信息，值班签派员结合新的预警信息调整前期决策，确保不会影响飞行安全。降雪天气好转后，及时向签派值班席位提供新的会商结论，为后续呼和浩特机场起降航班恢复运行提供支持。

3.2 强化飞行员起降各阶段操作培训，确保满足安全飞行要求

无论行业规章还是航空公司的相关手册，对降雪天气下机组各环节操作都做出规定，如飞行前准备中做好预案、绕机检查结合除防冰工作、从飞行操作能力和心理素质提升飞行员技术。在飞行准备阶段，飞行员结合飞行签派员针对呼和浩特机场冰雪天气背景下的放行讲解，参考气象预报中呼和浩特机场降雪天气的发展趋势，做好飞机在呼和浩特机场起降过程中避开或安全通过积冰区的最佳预案，并关注飞机加温设备的使用。当呼和浩特机场区域满足积冰条件时，飞行员和机务工程师都应该严格按照规定仔细检查在呼和浩特机场停场、过站飞机的皮托管、静压孔和一些细小的传感探头等重要机件是否有积冰现象，并确保无可见积冰在飞机表面形成。当飞机表面发现有积冰后，必须认真检查飞机操纵系统工作是否正常，有无卡阻情况，严格做好飞机在呼和浩特机场的除、防冰工作。飞行员要观察飞机的加温设备是否正常，在严格落实除防冰工作的基础上，了解呼和浩特机场流量控制的情况，分析飞机在呼和浩特机场大概的地面滑行时间，做好计算，确保飞机能在除防冰工作的有效时间内起飞，避免飞机表面二次积冰。在着陆过程中，雪花和风挡形成了较薄积冰导致出现视觉误差时，飞行员要选择相信仪表，不要盲目地相信自己的判断。冬季低温条件下如使用加温设备，易导致部分设备老化或破裂，飞行员和机务工程师必须经常检查裸露的导管和接头有无泄漏、裂纹的现象，对老化的状态应引起重视。

类似于呼和浩特机场的降雪天气，几乎所以飞机在机场降雪天气背景下的起飞和着陆，对飞行员的精力分配和操作技术考验很大，航空公司可以以呼和浩特机场为典型机场，通过专题培训和模拟机训练的形式加强飞行人员的飞机技术提升，强化跑道积雪影响观察判断时飞行员的起飞和着陆操作技术，并加强飞行员在心理方面的培训，让过硬的心理素质成为支持他们冷静处理特殊天气背景下安全飞行的有力支持，也不会因为紧张或准备不足导致技术动作变形或操作迟缓，造成不安全事件发生。

3.3 灵活运用“七字诀”严格放行标准，守好安全红线

飞行签派员在呼和浩特机场降雪天气发生、发展过程中，必须灵活运用航班运行控制“摁、推、抢、保、消、捞、调”的“七字诀”确保航班安全、顺畅的飞行。在降雪发生前，结合气象部门发布的呼和浩特机场降雪天气的趋势预报及时“摁”住未起飞的航班，“推”迟起飞时刻，避开对安全飞行的影响。在呼和浩特机场降雪天气形成初期，结合恶劣天气的影响趋势和影响范围，可协助飞行员向呼和浩特机场管制部门申请航班直飞，减少空中飞行时间，“抢”出在呼和浩特机场提前落地的机会，及时避开降雪天气“峰值”期的影响。飞行签派员应结合呼和浩特机场降雪天气发展趋势展开科学评估，分批次完成呼和浩特机场起降航班的签派放行工作，关注重点航班的准备情况，确“保”航班能安全顺畅执行。对部分客座率偏低的航班，飞行签派员可果断取“消”航班飞行，及时引导旅客改签其他航班，将空出的运力用于执行延误时间较长的航班。待影响呼和浩特机场的降雪天气消散后，对有超时运行风险的航班或后续有其他保障要求的航班，协调各保障单位，在超时运行前将飞机“捞”回。最后在“大运行”的平台下，结合公司运力情况，“调”整航班计划，盘活整个航空公司在呼和浩特机场起降航班的运行动态。总的来说，就是飞行签派员灵活运用“七字诀”，提出运行建议和意见，争取外部支持，努力改善呼和浩特机场的运行环境。

4 结论

本文以呼和浩特机场为对象，分析了机场所属区域降雪天气环流形势特征，统计分析表明，该区域分别受强冷空气和弱冷空气两种形势影响，且强冷空气形势对呼和浩特机场飞行器安全运营的影响较弱冷空气的影响大。基于呼和浩特机场所属区域的天气环流特征，提出了降雪天气下呼和浩特机场安全运营的安全措施。总体而言这些安全措施包括两方面：(1)多部门，包括气象部门、管制部门、机场部门和航空公司等，多个工作岗位相互协作；(2)航空公司内部，需公司所属飞行员、飞行签派员、机务工程师和气象分析员相互协调。文中提出的安全措施也可为其他恶劣天气下安全飞行应对措施的制定提供参考与借鉴。