大兴机场低能见度变化特征分析

蒋金亮 崔梦兰

（1.中国民用航空华北地区空中交通管理局，北京 102600；2.北京维艾思气象信息科技有限公司，北京 100089）

0 引言

能见度指视力正常的人在当时天气条件下，能从天空背景中看到和辨认出目标物（黑色、大小适度）轮廓的最大水平距离；夜间能看到和确定一定强度灯光的发光点的最大水平距离[1]。据相关统计，1951—1998年中国发生的飞行事故中，有245次与气象因子有关，其中19.2%是由低能见度造成的[2]。因此分析低能见度的变化特征，对机场各单位协调配合，保障本场飞机起降安全以及塔台进近管制部门采取相应的措施，以便更合理地制作与安排飞行计划，是很有意义的。大兴国际机场从2019年秋季开航到2022年8月已经运行了3年，这三年内出现过几十次低能见度天气，比同属北京市的首都机场出现低能见度天气的频次高。该文用大兴机场2019年7月—2022年07月的观测资料，对大兴机场的能见度进行统计，掌握其规律及特点，能更好地服务民航及通航飞行，保障飞行安全。

1 资料与方法

大兴国际机场位于116°23′26″E、39°29′10″N，隶属于中国北京市大兴区榆垡镇、礼贤镇和河北省廊坊市广阳区之间，地处太行山东部大雾带边缘，靠近平原腹地，只有一面靠山，其余方向地势平坦。该文采用 24h人工观测资料的数据格式。采用统计分析的方法对大兴机场能见度变化规律及其影响因素进行分析。

2 能见度的特征分析

2.1 主导能见度的月变化

将能见度的数据和能见度≤1500的数据按月平均在进行数据拟合，发现当使用傅里叶级数进行拟合时拟合效果最好，其变化规律基本符合实际数据走势情况，呈现波动起伏趋势。

当使用3个正余弦函数对月平均能见度进行拟合时拟合效果最好，R-square值为0.953，函数表达式为f（x）=a0+a1*cos（x*w）+b1*sin（x*w）+a2*cos（2*x*w）+b2*sin（2*x*w）+a3*cos（3*x*w）+b3*sin（3*x*w）（系数95%置信区间a0=8024（7867，8180），a1=-63.53（-322.1，195），b1=-81.87（-297.5，133.8），a2=302.1（-41.98，646.2），b2=-408.9（-691.8，-126.1），a3=-466.2（-856.3，-76.04），b3=-313.8（-780.5，153），w=0.74（0.6942，0.7858））。

当使用3个正余弦函数对能见度≤1500m的月平均值进行拟合时拟合效果最好，R-square值为0.8797，函数表达式为f（x）=a0+a1*cos（x*w）+b1*sin（x*w）+a2*cos（2*x*w）+b2*sin（2*x*w）+a3*cos（3*x*w）+b3*sin（3*x*w）（系数95%置信区间a0=1087（946.3，1228），a1=-195（-436.8，46.69），b1=-210.9（-433.8，11.92），a2=74.01（-150.5，298.5），b2=-92.03（-288.7，104.6），a3=-7.877（-324.1，308.4），b3=138.8（-48.09，325.7），w=0.6551（0.5499，0.7604））。

由图1（a）可看出，月平均能见度变化呈波动趋势，能见度分布表现为W型。1月~4月整体呈现增长趋势，4月~6月为迅速下降阶段，6月~7月中旬为稳步增长阶段，7月中下旬~9月又为迅速下降阶段，9月~12月整体也呈现增长趋势，月平均能见度最低出现在6月和9月，最高出现在4月中旬和7月中旬月，其余月份能见度变化较为稳定。

由图1（b）可看出，能见度≤1500的月平均变化仍呈现波动趋势，能见度分布表现为M型。1月~2月呈现缓慢下降趋势，2月~4月为迅速上升阶段，4月~6月为缓慢下降阶段，下降速度与1月~2月相似，6月~8月波动不大形势较为稳定，8月~12月为阶梯式下降阶段。月平均能见度≤1500m最低出现在2月、11月中旬，高值出现在4月，其余月份介于高低值之间，5月~8月低能见度变化较为稳定，与实际低能见度出现月份基本吻合，说明用傅里叶级数对其进行拟合能够较好看出能见度≤1500m的月平均值变化趋势。

图1 （a）和（b）分别是月平均能见度和能见度≤1500m的傅里叶级数拟合

2.2 低能见度的月变化

图2是大兴机场2019年7月~2022年6月间各月能见度≤1500m的出现天数统计图。由图2可看出大兴机场春天和夏天两季节出现次数较少，分别大约是10.34天与11天；秋天温度下降后以及冬天气层稳定时候低能见度现象出现得较为频繁，出现低能见度的天数分别大约是16.33天和15.99天；从整体来看，低能见度由1月~6月趋向好转，而从6月~12月能见度较差，除秋季能见度最差外，12月、1月、2月的能见度数值也整体偏低，此时正是冬季大气环流转换过程中的过渡季节，因此在每年的秋冬季节换季前后对低能见度的预报和观测应该特别留意。

不难看出秋季出现低能见度的天数与冬季差不多，但是冬季出现的低能见度现象整体偏差，通常能见度会低于500 m 且维持时间较长，多达半天有时候甚至会出现全天能见度都没有好转的情况； 而秋季的低能见度现象，一般来说，会在日出后 1h~2 h 内消散（表1）。春季和夏季的低能见度现象持续时间较短，很少超过2h。由图2还可以看出，大兴机场年均出现低能见度现象的天数为53.66天，其中3月大兴机场低能见度现象出现的最频繁，平均出现天数大概是7.67天。低能见度现象出现次数第二多的月份是1月和11月，都是6.33天。相对而言，在4月份和5、6月份出现低能见度现象的次数很低，只有0.67天和2天，而其余月份出现低能见度现象的天数变化不大。

图2 大兴机场各月低能见度平均日数

2.3 低能见度的日变化

对大兴机场2019年7月—2022年6月不同时次低能见度出现次数进行统计（图3），由图3可以看出低能见度≤1500 m每日的逐小时变化相对平缓，基本呈单峰型，并且所有时次都出现过能见度较低的情况。每日的后半夜（3h）起是低能见度出现次数的频发时段，其中3 h~11 h是低能见度的高发时段，而下午（15 h）出现低能见度的次数则相对较低。北京时间07h（下同）出现次数达到峰值99次，随后次数开始降至22h出现次数达到低谷的16次，然后出现次数持续上升。低能见度的日变化趋势与本场辐射雾易发有密切的联系，大兴机场的低能见度现象大多数是由雾造成的（表2），其中主要影响能见度的就是辐射雾，主要出现在晴朗、风力不大（一般风速为1 m/s~3 m/s）的夜间或清晨，日出后气温升高湿度降低雾便逐渐消散，所以，在秋末和初冬时节，当本场前一天晚上满足以下条件：天气晴朗，天空无云，依稀能看到空中的星星并且相对湿度在 80% 以上，瞬时风速在 1 m/s~3 m/s时的天气条件下且基础能见度小于3 km时，容易出现具有一定厚度的辐射雾[3]。所以，观测员值班时在日出前后就要特别注意本场能见度的变化，尤其是当清晨风速小于 3 m/s 时，一定要注意本场能见度的变化。

图3 大兴机场各时次低能见度出现次数

2.4 低能见度的持续时间

表1反映了大兴机场低能见度现象持续时间的基本特征。由于采用的是主导能见度24h的逐分钟数据，其中在统计过程中低能见度出现持续时间不足10min的忽略不计。从统计结果看，大兴国际机场的年平均出现低能见度的次数大概为44.1次。按照持续时间来分级，低能见度（本场出现轻雾导致能见度较差）持续时间少于1 h的次数最多，年平均出现10.8次；其次为（部分碎片雾影响导致本场局部能见度较差）持续时间在 2h~4h 的，年平均出现 9.7 次；再次为（积攒的水汽扩散不了导致平流雾弥漫本场）持续时间6h~16h ，年平均出现次数是8.9 次；持续时间在 1h~2h 、4h~6h和≥16h 的低能见度现象出现次数最少，分别为4.8次、4.9次和5次。

表1 大兴机场各月不同持续时间低能见度出现次数

从月份上来看4月份出现低能见度的次数最少，其次是5月、6月、7月；8、9、103个月低能见度出现次数较多但是持续时间较短几乎在4h以下；值得注意的是在季节过渡月份低能见度变化趋势出现波动，如11月份秋冬过渡月份，可见低能见度持续时间从4月~10月份的几乎在6h前后向持续时间大于16h变化；还有3月~4月从持续时间6h左右向持续时间2 h左右变化，故应该注意大尺度环流背景的变化对低能见度持续时间的影响。

2.5 影响大兴机场低能见度的主要因子

通过对大兴机场2019年7月~2022年6月能见度≤1500m的天气日数及造成低能见度的对应天气要素进行统计分析（表2），由表2可以看出：2019年7月~2022年6月间能见度小于等于1500m的天数共有166天，占总天数的15%。大兴机场低能见度天气现象主要是由雾造成的，因雾产生的低能见度现象的天数为127天，占76.5%，且全年各月都有分布，主要集中在秋冬季节；因降水现象产生的低能见度现象的天数为37天，占总低能见度天数的22.28%，除4月、5月外各月都有分布；而风沙现象占不足1%且持续时间短。故可看出雾是影响大兴机场航班起飞降落的首要因素。

表2 2019年7月~2022年6月影响大兴机场能见度≤1500m的天气现象

3 结论与讨论

该文通过分析大兴机场低能见度变化特征，得到以下3个结论：1）用傅里叶级数（3个正余弦函数相加）对月平均能见度和能见度≤1500 m的月平均值进行拟合，拟合效果最好，R-square值分别为0.953和0.8797。月平均能见度的月变化表现为W型，高值出现在4月中旬和7月中旬，低值出现在6月和9月；能见度≤1500m的月平均能见度的月变化表现为M型，高值出现在4月和7月中旬，4月过后整体呈现阶梯性下降趋势；低值出现在12月和2月，2月过后整体呈现缓慢爬升阶段。2）低能见度的月变化：大兴机场年均出现低能见度现象的天数为53.66天，3月是大兴机场出现低能见度现象最频繁的月份，平均出现天数是7.67天。大兴机场秋冬两季低能见度现象出现得较为频繁，低能见度出现的天数分别是16.33天和15.99天；春夏两季节出现次数较少，分别是10.34天与11天。3）低能见度的日变化：表现为单峰型，出现次数的高值在07h（北京时，下同），低值在22h；后半夜是低能见度出现次数的频发时段，而下午出现低能见度的次数则相对较低；这一变化趋势与大兴机场辐射雾易发密切相关。4）低能见度持续时间少于1 h的次数最多，持续时间在1h~2h、4h~6h和≥16 h 的低能见度现象出现次数最少；秋冬季是低能见度频率出现次数较多的季节，其中冬季后半夜气温下降快湿度大低能见度现象的持续时间较长，秋季昼夜温差大日出前后气温升降迅速低能见度现象的持续时间就较短。5）雾（辐射雾、碎片雾、平流雾）是造成大兴机场低能见度天气的主要天气现象。