德宏芒市机场一次顺风天气过程分析

宋金梅，杨建华

(1.云南机场集团有限责任公司大理机场，云南 大理 671000；2.云南机场集团有限责任公司德宏芒市机场，云南 德宏 678400)

0 引言

近年来，随着民航运输业的快速发展，为保证航空运输的安全、正常运行和效率，飞行对航空气象要素的要求也越来越高。风与飞行活动密切相关，是影响飞机运行的重要因素之一，近地面的风向、风速变化，对飞机起飞爬升和下滑进近阶段时的安全有直接影响。风相对于飞行方向有顺风、逆风、侧风。民航要求飞机的起飞和着陆尽量在逆风条件下进行，可以缩短飞机滑跑距离，减小离地和着陆速度，但风速超过一定限度也可以使飞机操作困难，使着陆下滑角和下滑率增大，有可能使飞机在跑道头提前接地；顺风起降将增大滑跑距离，减少飞机上升率和下滑率，当风速超过规定值时，飞机有可能冲出跑道或撞击障碍物；当飞机在侧风中起降时，飞机除向前运动外，还顺着侧风方向移动，如不及时修正就会偏离跑道方向，飞机在滑跑过程中，侧风对飞机垂直尾翼的侧压力，会使机头向侧风方向偏转，有可能造成飞机打地转等不良后果[1]。近年来，多个机场对风这个气象要素的研究较多[1-5]，得到了地面风研究成果，但对机场顺风天气研究较少。黄仪方等[6]在对航班延误的气象因素分析中指出，顺风超标造成的航班延误和取消仅次于低云，是影响航班运行的一个重要气象因素。因此，本文选取德宏芒市机场一次顺风天气过程，利用传统天气学方法，分析天气形势和风场水平及垂直特征，为今后机场顺风天气的监测预警和相关研究提供参考。

1 德宏芒市机场概况及资料来源

德宏芒市机场位于青藏高原以南，横断山脉、高黎贡山以西，24°24′05″N，98°31′55″E，处于群山中间的一个坝子里，地势东北高西南低，平均海拔高度仅为877 m。《德宏芒市机场气候志》[7]指出德宏芒市机场常年受西南季风及孟加拉湾西南暖湿气流影响，全年盛行西南风，风向稳定，风速小，年平均风速为1 m/s。但有强天气系统过境或较强北风持续时，会出现东北风。德宏芒市机场跑道呈东北—西南向，东北向45°，西南向225°。根据中国民航机场跑道命名规则，东北端为23号，西南端为05号。在民航飞行中，用飞机起降使用的跑道来确定顺风，由于全年盛行西南风，德宏芒市机场主用东北端(23号跑道)起降，所以23号的东北风为顺风。持续顺风超标会严重影响机场航班的正常运行。根据《民用航空空中交通管理规则》(CCAR-93TM-R5)[8]规定，在跑道长度、净空等条件允许时，航空器可以在顺风分量风速不大于2.5 m/s时起降，在着陆跑道接地地带或起飞跑道离地端装有风速仪，航空器可以在顺风分量风速大于2.5 m/s但不大于3.5 m/s时起降；顺风的风向与跑道方向的夹角有±30°的限制，本文所指的顺风超标为风向20°～80°，且风速≥3 m/s的地面风。

本文利用德宏芒市机场地面气象自动观测系统采集的距地面10m高度上的逐分钟和逐小时10 min平均风，风向的分辨率为10°，风速的分辨率为1 m/s；距地面1.5m高度上的逐小时温度，精度为1位小数；人工观测的天空总云量，精度为整数，民航气象中云量采用8分量制，天空总云量0为无云或云量不足1个量，1～2个量为少云，3～4个量为疏云，5～7个量为多云，8个量为满天云；ECMWF0.75°×0.75°再分析资料，利用传统天气学分析法，研究德宏芒市机场2017年11月3—4日的顺风天气过程。

2 天气实况

2017年11月3—4日德宏芒市机场出现一次顺风超标天气过程。11月3日为多云伴有降水天气，11月4日凌晨转为晴天少云。由11月3—4日风向、风速的逐小时演变结果(图1)及逐分钟变化情况(图略)可知，德宏芒市机场3日16时29分—20时51分、20时56分—21时14分、21时20分—28分、21时45分—23时19分、23时47分—4日00时25分、00时42分—01时53分、02时15分—55分、02时59分—03时21分、03时50分—04时07分分别出现风速≥3 m/s的东北顺风，期间10 min平均风速的逐分钟值为3～6 m/s，极大风速达9 m/s；4日04时08分—11时00分德宏芒市机场普遍为2～3 m/s的东南风，11时02分—15时18分、15时34分—42分、15时46分—59分、16时10分—35分、16时45分—52分、17时09分—15分、17时31分—57分、18时08分—20分、18时44分—48分、19时02分—20分时段均为东北顺风，期间10 min平均风速的逐分钟值为3～7 m/s，极大风速达11 m/s。此次顺风天气过程导致德宏芒市机场3日有6个航班取消，4日有13个航班取消，给德宏芒市机场的航班运行带来极大的影响。

图1 11月3—4日逐小时平均风向、风速变化趋势Fig.1 Hourly average wind direction and wind speed variation trend on November 3 to 4

3 天气形势和环流背景

3.1 高空环流背景

2日20时，500 hPa上(图2a)，中高纬地区受一槽一脊控制，高压脊位于巴尔喀什湖以东、贝加尔湖以西，贝加尔湖以东有低压槽发展，并出现闭合环流中心，呈东北—西南走向，槽底向南发展可伸展到重庆，槽后西北气流强劲；中高纬地区温度槽与低压槽叠加，低压中心附近有接近-41 ℃的冷中心；中低纬青藏高原南侧有南支槽，位相落后于中高纬低压槽，孟加拉湾上空受弱高压系统影响，云南西部受南支槽前部的西南气流控制，南支槽前部的西南气流与中高纬低压槽后部的西北气流交汇，造成德宏芒市地区出现多云有降水天气。由图2a还可以看出，南海热带低压系统发展，即为2017年第23号台风“达维”，副热带高压主体位于台湾以东的西太平洋海面上。700 hPa上(图2b)，中高纬地区低压槽形势明显，温度槽落后于高度槽，新疆以西均由高压控制；台风“达维”外围的偏东气流以及孟加拉湾的偏南气流为德宏芒市地区带来水汽。高低层系统有效配合，造成德宏芒市地区多云有降水。

3日14时，500 hPa上(图2c)，中高纬的低压环流中心向东南方向移动，低压槽底部曲率增大，槽加深，低槽仍呈东北—西南向；高压脊向东移动,由经向型转为纬向型；云南仍处于南支槽前的西南气流中，孟加拉湾高压范围增大，北部已伸至20°N附近，破坏了南支槽的结构，导致云南西部的西南风风速明显减小，且台风“达维”向西移动。700 hPa上(图2d)，中高纬低压环流维持，并向东移动；中高纬高压向东南移动，云南处于高压外围的东风气流中；台风“达维”西移，其北部的偏东气流与高压南部的偏东气流汇合，导致云南上空的偏东风加强。

4日08时(图略)，500 hPa中高纬低压环流中心继续向东南方向移动，横槽转竖；高压脊向东移动，台风“达维”西移在柬埔寨登陆，并与孟加拉湾高压外围汇合；700 hPa高压脊和低压环流均东移减弱，云南主要受高压外围的东风气流控制。4日14时，500 hPa上(图2e)，中高纬低压环流中心明显向东南方向移动入海；高压脊向东减弱移动，台风“达维”登陆柬埔寨后强度减弱，其外围东北气流与孟加拉湾高压外东北气流汇合后，造成高压增强，孟加拉湾高压继续北抬，云南西部处于弱西南气流中。700 hPa上(图2f)，中国大部被高压控制，云南处于偏东—东北气流中；低压东移，环流中心减弱消失。由图2a-2f还可以看出，2日20时、3日14时、4日14时的500 hPa和700 hPa均显示出云南西部温度线与风场基本平行，无明显交角，且低压槽主要沿偏东路径移动，因此可知，德宏芒市地区温度平流不明显。

图2 500 hPa 2日20时(a)、3日14时(c)、4日14时(e)和700 hPa 2日20时(b)、3日14时(d)、4日14时(f)高空风场(风羽，单位：m/s)和温度场分布(等值线，单位：K)(黑圆点位置为德宏芒市机场，下文同)Fig.2 The distribution of wind (barb,unit:m/s)and temperature (contour,unit:K)is 500 hPa at 20∶00 on November 2 (a)、at 14∶00 on November 3 (c)、at 14∶00 on November 4 (e)and 700 hPa at 20∶00 on November 2 (b)、at 14∶00 on November 3 (d)、at 14∶00 on November 4 (f)(The position of the black dot is Dehong Mangshi airport,hereinafter the same)

3.2 地面形势

由地面形势可以看出，3日08时(图3a)，蒙古高原上冷高压强度达1 037.5 hPa，随着高空低槽东南移，蒙古高原上的冷高压也不断南移，3日14时(图略)，冷高压中心移到内蒙古，中国中东部地区均受其外围气流控制。冷高压快速移动，4日08时(图3b)，冷高压中心已到达黄淮流域。冷空气沿冷高压东部偏东路径迅速南下影响中国中东部地区。4日14时(图略)，冷高中心逐渐减弱东移。

图3 3日08时(a)和4日08(b)时地面形势场(等值线，单位：hPa)Fig.3 The ground situation field at 08:∶00 on November 3 (a)and on November 4 (b)(contour,unit:hPa)

结合高空环流形势和地面形势可以看出，此次顺风天气过程为横槽转竖，冷空气向东南移动影响中国中东部地区。云南从3日开始处于冷高压外围的偏东北气流中，虽然500 hPa上受西南气流控制，但强度较弱，不足以引导地面的环流形势，地面主要受冷高压外围的东北风影响，冷高压南下导致了德宏芒市机场东北顺风的持续，并且冷高压东移南下过程中强度有所减弱，加上德宏芒市受高耸的哀牢山、无量山阻挡，冷空气难以到达。所以，德宏芒市地区的冷平流不明显，温度变化不大。

4 水平风场U、V分量分析

由于3—4日德宏芒市机场的东北顺风风速分别从3日16时、4日11时开始增大，故选择3日20时、4日14时850 hPa高度上水平风场的东西分量和南北分量进行分析。

从3日20时水平风场的东西分量(图4a)看出，德宏芒市以东风分量为主，风速达5 m/s，云南东南部至华南地区均为东风控制，南海西部东风分量最大，其风速达20 m/s，由图2可知，偏东风是由台风“达维”西移引起的；从南北分量(图4b)看出，德宏芒市以北风分量为主，风速在0～5 m/s之间，中国东北到东南沿海地区均受北风影响，其最大风速达15 m/s，偏北风是由冷空气南下影响造成的。从4日14时水平风场的东西分量(图4c)看出，德宏芒市仍以东风分量为主，风速在0～5 m/s之间，南海东部东风分量最大，其风速达20 m/s；从南北分量(图4d)看出，德宏芒市以北风分量为主，风速在0～5 m/s之间，中国东北到东南沿海的北风最大风速比3日20时偏小，其最大风速为12 m/s。在此次顺风超标过程中，地面风的东西分量表现为东风占主导地位，其风速为5 m/s，南北分量表现为北风占主导地位，风速在0～5 m/s之间，北风分量相对东风分量偏小。总之，德宏芒市机场3～4日的顺风过程偏东风占主要地位，是由冷高压外围偏东气流和台风“达维”外围偏东气流汇合、加强所致，与700 hPa上云南上空偏东风气流加强相对应。

图4 850 hPa水平风场u分量3日20时(a)、4日14时(c)和v分量3日20时(b)、4日14时(d)分布(单位:m/s，负值为东风或北风)Fig.4 The u component of the horizontal wind on 850 hPa at 20∶00 on November 3 (a)and at 14∶00 on November 4 (c)、The v component of the horizontai wind on 850 hPa at 20∶00 on November 3 (b)and at 14∶00 on November 4 (d)(unit:m/s,negative value is east wind or north wind)

5 风场垂直结构分析

孙建明等[9]指出动量下传大风一般发生在冷空气南下后的1～2 d，天气转晴的当天中午到傍晚，其通过高空干冷空气南压下沉来实现。邬仲勋等[10]指出在冷空气大风过程中，受高空系统引导会出现动量下传，高空槽是造成动量下传的主要原因。

利用ECMWF资料沿24°N做垂直速度剖面分析(图5)。3日20时(图5a)，德宏芒市地区98°E上空除600～400 hPa为弱上升运动外，其余各层以下沉运动为主，并且在850 hPa附近下沉速度最大，即0.4 Pa/s，相应地德宏芒市机场东北风风速开始增大；4日02时(图5b)，德宏芒市以西(95°E)和以东(105°E)从近地面到400 hPa均为上升运动，而德宏芒市(98°E)上空均为下沉运动，以850 hPa附近的0.3 Pa/s为最大，且德宏芒市机场一直为东北顺风；4日08时(图5c)，德宏芒市以西、以东仍为上升运动，德宏芒市上空仍为下沉运动，且最大下沉速度位置不变，但最大下沉速度已增大到0.6 Pa/s，德宏芒市4日凌晨由多云转晴，08时温度不高，比3日08时降低了3 ℃，多云转晴的天气引起辐射降温，造成空气对流运动不强，不能引起地面风速增大，此时德宏芒市机场东北风速还未增大；4日14时(图5d)，德宏芒市上空除600～700 hPa外，对流层中低层仍以下沉运动为主，最大下沉速度为0.2 Pa/s，德宏芒市机场从4日09时开始升温较快，引起空气对流运动加强，从而造成高低空能量交换，引导地面风速逐渐增大，到14时东北风速已迅速增大。综上所述，德宏芒市机场3日东北顺风增大过程与冷空气南下造成的动量下传和台风西移有关；4日东北顺风增大过程除了与冷空气南下造成的动量下传和台风西移有关外，还与局地温度升高引起的对流运动有关。

由图5还可以看出，在昆明及其东部(102°E以东)3日20时—4日14时从低层至300 hPa一直为下沉运动，通过查阅昆明机场的逐时风向风速数据可知，昆明机场11月2日02时—4日15时为持续东北风，风速为3～9 m/s。

图5 沿24°N作2017年3日20时(a)、4日02时(b)、4日08时(c)、4日14时(d)时垂直速度剖面(单位:Pa/s)Fig.5 The vertical velocity profile along 24°N at 20∶00 on November 3 (a)and at 02∶00 (b)、at 08∶00 (c)、at 14∶00 (d)on November 4 (unit:Pa/s)

6 结论

通过上述分析，得出以下结论：

①德宏芒市机场3日顺风天气过程是由冷空气南下和南海台风西移共同影响造成的，4日顺风天气过程除了与冷空气南下造成动量下传和台风西移有关外，还与局地温度升高引起的对流运动有关；并表现为与以往的对流天气引起的顺风不同，其呈现出风速大，持续时间长的特点。

②此次顺风过程中，冷暖平流在德宏芒市表现不明显，对顺风过程影响较小。台风“达维”外围的东风气流与地面冷高压南部外围的东北气流汇合使德宏芒市偏东风加强，而孟加拉湾高压对南支槽结构的破坏造成德宏芒市西南风减弱，这种配置对德宏芒市机场东北顺风的维持起到促进作用。

③此次冷空气过程中动量下传对地面风速的增大有一定促进作用，但因其下沉运动和最大下沉速度的高度离地面较高，高空动量传输到地面较小，造成的风速变化小；另外，德宏芒市因处于云南西部，地理位置偏西，加上高山的阻挡，常年受冷空气影响较小，随着冷空气东移南下伴有动量下传时，其上空的动量下传也减小，引起的风速变化并不大，主要为风向的转变，因此德宏芒市机场东北顺风虽然持续时间长，但没有到达大风标准。

④在冷空气东移南下影响过程中，云南中东部地区受的影响较大，昆明机场先于德宏芒市机场出现大范围的东北风。因此在冷空气南下过程中，当昆明及云南东部机场出现一致的东北风时，德宏芒市机场出现东北顺风超标的可能性较大，可以借用昆明及云南东部机场的风向风速作为一个参考依据。