面向试飞任务的阎良机场夏季气象保障条件及方法研究

张 莹 ，倪洪波 ，倪 萍，张 蕾

(1.中国飞行试验研究院场务部气象台，西安 710089；2.阎良区气象局，西安 710089)

夏季是阎良机场试飞的黄金季节，具有较丰富的雨刷功能、湿跑道、高温和机载气象雷达探测性能试飞(以下简称探测试飞)天气条件[1]。型号飞机的雨刷功能科目试飞，要求参试飞机在小雨(不包括零星小雨)、中雨和大雨天气条件下飞行，验证最新研制飞机的雨刷功能是否达到设计指标，满足使用需求。型号飞机的湿跑道科目试飞，要求在小雨(不包括零星小雨)和中雨天气背景下，跑道上形成不同程度的积水，验证飞机在起飞和着陆构型的滑行速度。型号飞机的高温科目试飞，要求环境温度分别为>30 ℃、>35 ℃和>40 ℃条件下，验证飞机相关系统功能是否达到设计要求及性能是否满足使用需求。探测试飞是以空中真实的典型气象目标(雷暴或强降水)为探测对象，利用新研机载气象雷达进行探测，并与临近的地基天气雷达探测数据对比，验证新研机载气象雷达的探测性能。

强对流天气会对试飞质量、效率、进度和安全产生影响。近年来，试飞任务 “急、难、险、重、散、新”的特点日益凸显，对航空器在复杂严苛的气象条件下开展性能和品质验证的要求越来越高。试飞气象保障也从传统的“幕后”辅助性工作逐渐走到“前台”，成为参与型号研制的主要力量之一。为协助型号飞机雨刷功能、湿跑道、高温科目试验选择适宜的试飞“窗口”，统计分析2008—2017年阎良机场夏季降水和气温资料，得到夏季降水、高温天气分布特征，为多个型号飞机在2018—2020年开展上述科目试飞提供了依据。利用2008—2017年阎良机场地面气象观测和西安、宝鸡、延安多普勒天气雷达探测资料，统计分析阎良机场及空域雷暴天气的特征，结合试飞保障实践，提炼形成对流天气背景试飞气象保障对策，在2018—2020年夏季试飞气象保障中推广应用，未发生因雷暴天气过程导致试飞事故或症候的情况，最大限度保障了试飞安全。

1 资料及方法

分析使用2008—2017年阎良机场24 h地面气象观测资料和西安、宝鸡、延安多普勒天气雷达探测资料。季节划分采用自然季节划分法，6—8月为夏季[2]。降水量等级采用24 h降水量[3]，即<0.1 mm为微量降雨(零星小雨)，0.1～9.9 mm为小雨，10.0～24.9 mm为中雨，25.0～49.9 mm为大雨，50.0～99.9 mm为暴雨。阎良机场的日平均气温统计是将每日02、08、14、20时的气温相加取平均值。雷暴次数统计方法：雷暴持续时间跨过日界，但未停止的，记为一次雷暴；同一日发生多次雷暴，凡两次雷暴间隔时间不大于2 h，或间隔期间阵性降水持续，或有积雨云存在，则记为一次雷暴，否则，记为2次雷暴。

2 夏季天气特征及气象保障建议

2.1 降水

2.1.1 年际和月变化特征 阎良机场2008—2017年夏季降水量年际变化较大，10 a平均降水量为230.2 mm。2008年最多为463.2 mm，达到阎良机场年平均降水量550 mm的84.2%，为夏季平均降水量的2倍多；2011年最少仅有140.3 mm，为夏季平均降水量的60.9%。阎良机场10 a夏季月平均降水量为76.8 mm，逐月月平均降水量自6月至8月呈逐渐增加的趋势，其中，6月月平均降水量较夏季月平均降水量少20 mm，7月和8月月平均降水量均较夏季月平均降水量多。统计结果与李红梅等[4]对陕西关中地区夏季降水量变化特征的研究相符。10 a中阎良机场6月有4个月、7月有4个月、8月有5个月的降水量，分别大于10 a年当月月平均降水量(表1)。因此，从阎良机场夏季月平均降水量分布角度讲，是具有适宜的雨刷功能和湿跑道科目试飞天气条件的，且10 a夏季平均逐月可飞天气日数是逐月增加的。

表1 阎良机场2008—2017年夏季月降水量统计 单位：mm

2.1.2 各等级降水日数 阎良机场10 a夏季降水日合计371 d，占夏季总日数的40.3%。降水量出现最多的是小雨，有176 d，其次是零星小雨，有119 d，分别占降水总日数的47.4%和32.1%。出现中雨49 d和大雨25 d，分别占降水总日数的13.2%和6.7%。10 a中夏季共发生暴雨2次，出现在2008年7月19日和2017年8月20日，降水量分别为75.6 mm和95.2 mm。

夏季各月各等级降水出现日数：零星小雨6月、7月较多，分别为43 d和42 d，8月较少为34 d；小雨7月最多，为71 d，6月和8月分别为52 d和53 d；中雨也是7月最多为19 d，8月次之为16 d，6月最少为14 d；大雨8月最多为13 d，6月和7月接近，分别为7 d和5 d(图1)。分析表明，阎良机场在夏季开展雨刷功能和湿跑道科目试飞均有适宜的天气条件，可试飞日数均为7月最多，其次是8月和6月。

图1 阎良机场2008—2017年夏季各降水等级日数

2.1.3 月最大日降水量 阎良机场10 a夏季30个月中，各月的最大日降水量均达到中雨等级。月最大日降水量达到大雨等级以上的有21个月，占月总数的70.0%。其中， 有2个月的月最大日降水量达到暴雨等级，分别为2008年7月19日和2017年8月20日。逐月对比可以看出，6月和7月月最大日降水量的最大值与最小值之差分别为33.3 mm和42.0 mm。8月的月最大日降水量的最大值与最小值差异仅为24.6 mm，但是，10 a中8月的最大日降水量普遍较大(图2)。因此，雨刷功能、湿跑道科目试飞在6月和7月实施，安全风险相对较低，但效率也相对较低；反之，在8月实施的安全风险相对较高，效率也相对较高。

图2 阎良机场2008—2017年夏季各月最大日降水量

2.2 气温

2.2.1 日最高气温日数的年分布 2008—2017年阎良机场夏季日最高气温>30.0 ℃的年日数在59～81 d之间，其中6月在17～32 d之间，7月在22～29 d，8月在15～28 d，每月均有一半以上的可飞日数(表2)。10 a阎良机场夏季日最高气温>35.0 ℃的年日数在11～38 d之间，其中，6月在6～17 d之间，7月为3～21 d，8月为0～13 d，6月、7月的可飞日数较多，8月最少。10 a阎良机场夏季日最高气温>40.0 ℃的年日数在0～9 d之间，2017年最多为9 d，均出现在7月；2009年和2014年各有2 d，分别出现在6月和7月；2011年和2013年各有1 d，分别出现在7月和6月；其余5 a均未出现日最高气温>40.0 ℃的天气(表略)。以上特征与程肖侠等[5-7]关于陕西地区高温随时间变化的研究结论相一致。可见，阎良机场夏季具有适宜开展气温>30.0 ℃和>35.0 ℃高温科目试飞的天气条件，开展气温>40.0 ℃高温科目试飞的天气条件规律性较差，宜在6月和7月实施，8月没有可试飞天气条件。

表2 阎良机场2008—2017年夏季日最高气温>30.0 ℃和>35.0 ℃日数的年变化 单位：d

2.2.2 日最高气温日数的区间分布 阎良机场10 a夏季日最高气温>30.0 ℃的日数共有693 d，占夏季日历总日数的75.3%。其中，30.1～35.0 ℃的区间出现日数最多，为410 d；其次是35.1～40.0 ℃的区间，有268 d；>40.0 ℃的区间仅有15 d，分别占夏季日历总日数的44.6%、29.1%和1.6%。

阎良机场的日最高气温的月分布日数，在30.1～35.0 ℃的区间，8月最多，达到150 d；7月次之，有135 d；6月最少，为125 d。在35.1～40.0 ℃的区间，6月和7月均有109 d；8月较少，为50 d。在>40.0 ℃的区间，7月最多，为12 d，6月有3 d，8月没有(表3)。因此，在高温科目试飞中，较高温度条件的试飞任务，应优先抓取7月和6月的试飞“窗口”，较低温度条件的试飞任务，夏季各月均有充裕的试飞天气条件。

表3 阎良机场2008—2017年夏季月高温日数 单位：d

2.2.3 日平均气温日数分布 阎良机场10 a夏季日平均气温>30.0 ℃的日数共有141 d，占夏季日历总日数的15.3%，且均出现在30.1～35.0 ℃的区间。其中，7月最多，达到了66 d；8月次之，为41 d；6月最少，有34 d。日平均气温≥35.1 ℃的日数为0(表3)。

综上，阎良机场具有>30.0 ℃、>35.0 ℃和>40.0 ℃高温科目试飞的天气条件，但是开展>35.0 ℃和>40.0 ℃高温科目试飞天气条件相对稀缺，实施过程中需要准确抓取可试飞时段。

2.3 雷暴

2.3.1 雷暴与不稳定天气的关系 阎良机场2008—2017年夏季发生雷暴97次，观测到积雨云、阵雨169次，即仅有57.4%的不稳定天气过程出现雷暴，有42.6%的不稳定天气过程未出现雷暴，如2014年这一比例高达56.3%(图3)。因此，在试飞过程中，试飞气象保障不仅要捕捉以雷暴为代表的强对流天气，以保障完成探测试飞任务，还需谨防未出现雷暴的不稳定天气过程对试飞质量、效率、进度和安全的影响[8-10]，即当有不稳定天气潜势时，气象保障预警的时间和对策，不能仅以是否出现雷暴为依据。

图3 阎良机场2008—2017年不稳定天气发生雷暴占比

2.3.2 雷暴次数的年和月分布 阎良机场10 a夏季发生雷暴的年总次数在7～12次之间，年际变化不大。夏季年雷暴次数各月分布不均，总体呈现出某个月偏多，另外两个月偏少的特点。例如，2010年6月发生雷暴2次，7月未发生，8月共发生9次；2015年6月未发生雷暴，7月发生3次，8月发生5次。夏季各月雷暴次数分布的另一个特点是，夏季3个月雷暴发生次数均较少，且比较接近，例如2013年6、7、8月分别发生雷暴2、4、4次，2017年夏季各月发生雷暴3、3、2次。

从夏季各月雷暴发生次数的年际变化(图4)可以看出，年分布差异较大。其中，8月雷暴发生次数最多年(2010年)与最少年(2014年)相差8次，变化最大。7月雷暴发生次数最多年(2011年)与最少年(2010年)相差7次，变化次之。6月雷暴发生次数最多年(2008年、2016年)与最少年(2015年)相差6次。

图4 阎良机场2008—2017年夏季雷暴次数月分布

因此，夏季阎良机场有开展探测试飞的天气条件，但实施探测试飞的天气条件在不同月份的优势并不明显。

2.3.3 雷暴次数日分布 阎良机场10 a夏季雷暴发生时间相对比较集中。以2 h为区间统计夏季各时段雷暴发生次数可以看出，16—22时为雷暴的高发时段，该时段10 a夏季共发生雷暴57次，其中，在夜航试飞主要时段的18—22时，10 a共发生雷暴42次。另外，00—02时为夏季雷暴的又一个高发时段。06—16时为雷暴少发时段，10 a夏季仅发生雷暴14次，其中，10—14时发生雷暴2次(图5)，与李萍云等[11]学者对陕西地区短时强降水发生时间的统计结果相一致。从保证探测试飞效率、质量和进度的角度来讲，探测试飞宜选择在午后时段实施，但同时，试飞安全保障的难度亦会显著增加。

图5 阎良机场2008—2017年夏季各时段发生雷暴次数

2.3.4 雷暴始发方位 阎良机场2008—2017年夏季雷暴始发方位有明显的规律。10 a中夏季自西南顺时针方向至东北的5个方位雷暴出现78次，占夏季全部雷暴总次数的80.4%。其中，自西南和西部始发34次，占10 a夏季雷暴总次数的35.1%；自北部和东北部始发的雷暴29次，占29.9%。东部、东南和南部雷暴起始发生次数均少于10次(图6)。

图6 阎良机场2008—2017年夏季各方位雷暴始发次数

因此，探测试飞航线和空域规划及申报，应以西南-西和北-东北方向为主。当然，试飞气象安全保障的重点，也应该放在与之相应的方位。

2.3.5 雷暴持续时间 阎良机场10 a夏季雷暴持续时间差别比较大，时间最短的仅闻雷一声，例如2013年8月7日；最长的可达341 min，出现在2012年6月19日。统计雷暴持续时间在不同区间出现次数发现，阎良机场10 a夏季雷暴持续时间≤60 min的有44次，占总次数的45.3%；在61～120 min的30次，占总次数的30.9%；超过120 min的23次，占总次数的23.7%(表4)。考虑探测试飞的飞行程序、数据采集时长和参试飞机留空有效时间等因素，雷暴持续时间介于31～120 min的对流天气，较适宜作为探测试飞的天气目标。也就是说，阎良机场夏季有52.5%的雷暴天气可以满足探测试飞的天气条件。

表4 阎良机场2008—2017年夏季雷暴持续时间分段统计

2.3.6 雷暴大风 阎良机场10 a夏季共发生平均风速≥8 m/s的雷暴大风15次，占夏季雷暴总次数的15.5%，其中，有2次为45°侧风，有8次为90°侧风。雷暴大风平均最大风速≥12 m/s的有9次，其中，有2次平均最大风速≥15 m/s；瞬时最大风速≥17 m/s有6次，其中，有4次瞬时最大风速≥20 m/s。雷暴大风持续时间规律性较差，最长的持续时间长达209 min，出现在2016年8月25日；最短的为瞬时大风，出现在2016年6月4日、6月5日和6月13日(表5—表7)。因此，在探测试飞过程中，气象保障同时需防范雷暴大风及侧风对试飞质量、效率、进度和安全的影响。

表5 阎良机场2008—2017年夏季雷暴大风各等级风速出现次数

表6 阎良机场2008—2017年夏季雷暴大风各风向出现次数

表7 阎良机场2008—2017年夏季雷暴大风持续时间的出现次数

2.3.7 雷暴天气监测预警 雷暴天气一方面会对试飞安全、质量、效率和进度产生威胁和影响，另一方面，又是难得的试飞天气条件[1]。通过对10 a阎良机场地面气象观测和西安、宝鸡、延安多普勒天气雷达探测资料分析总结[12]，形成了阎良机场试飞准备和试飞实施阶段雷暴天气实时监测预警对策(表8)，在2018—2020年夏季试飞气象保障中，发挥了重要作用。

表8 阎良机场试飞准备及实施阶段雷暴天气多普勒天气雷达实时监测预警对策

3 结论与讨论

(1)阎良机场2008—2017年夏季月平均降水量为76.8 mm，6月月平均降水量较夏季月平均降水量少20 mm， 7月和8月月平均降水量均较夏季月平均降水量多，即逐月月平均降水量呈增加的趋势。从阎良机场夏季月平均降雨量分布角度讲，具有适宜的雨刷功能和湿跑道科目试飞天气条件，平均可飞天气条件逐月增加。

(2)阎良机场2008—2017年夏季降水日共计371 d，占夏季总日数的40.3%。其中：小雨占降水总日数的47.4%，7月最多， 6月和8月相近；中雨占降水总日数的13.2%，7月最多，8月次之，6月最少；大雨占降水总日数的6.7%，8月最多，6月和7月接近。因此，阎良机场在夏季开展雨刷功能和湿跑道科目试飞均有适宜的天气条件，可试飞日数均为7月最多，6月和8月次之。

(3)阎良机场夏季具有一定的开展气温>30 ℃、>35.0 ℃和>40.0 ℃高温科目试飞的天气条件，可以作为高温科目试飞的场址，其中，7月的可试飞日数最多，6月次之，8月相对较少。开展气温>35.0 ℃和>40.0 ℃的高温科目试飞天气条件相对稀缺，应优先抓取7月和6月的试飞“窗口”，实施过程中需要准确抓取可试飞时段。

(4)阎良机场2008—2017年夏季有57.4%的不稳定天气过程出现雷暴。因此，在试飞过程中，试飞气象保障不仅要捕捉以雷暴为代表的强对流天气，以保障完成探测试飞任务；同时，还需防范未出现雷暴的不稳定天气过程对试飞质量、效率、进度和安全的影响。

(5)阎良机场夏季雷暴天气的始发高峰时段在16—22时，探测试飞宜安排在午后至傍晚时段实施；探测试飞航线和空域规划及申报，应以雷暴始发次数相对较多的西南-西和北-东北方向为主；试飞气象安全保障的重点，也应该放在与之相应的时段和方位，同时要防范雷暴大风及侧风对试飞质量、效率、进度和安全的影响。

(6)通过分析总结阎良机场夏季地面气象观测和西安、宝鸡、延安多普勒天气雷达探测资料，形成了试飞准备和实施阶段雷暴天气多普勒天气雷达实时监测预警对策，在2018—2020年夏季试飞气象保障中，发挥了重要作用。面向夏季试飞任务对气象条件的需求，以及试飞气象保障面临的挑战，气象保障部门按照规范的流程作业，是确保试飞安全、保证试飞质量、提升试飞效率、保障试飞进度的基础。