厦门机场1990—2020年大雾气候特征和气象要素分析

刘 艺 王健治 郑林晔

(1.民航厦门空管站气象台，福建 厦门 361006;2.福建省气象台，福建 福州 350007)

1 概述

在民航气象理论中，雾是指悬浮于近地面空气中的微小水滴或冰晶，使地面能见度小于1km的现象[1]。厦门高崎国际机场(以下简称厦门机场)跑道临海，受平流雾的影响较大，在适宜的气象要素下，大雾可在短时间内覆盖整个跑道，加之大雾生、消变化很快，增添了气象观测的难度，严重影响飞行安全和效率，也为航空公司及旅客带来损失。

由于大雾导致的低能见度天气对飞行安全有重要影响，此前在航空气象领域中，有很多学者针对不同机场的大雾进行了统计分析。陈志平[2]对温州机场大雾气候特征进行分析，结果表明温州机场近10a来，大雾日数呈明显上升趋势，3—5月为高发期，日变化峰值区出现在08—10时，大雾持续时间主要集中在0～1h，夏季和秋季发生大雾的持续时间全部在2h以内；刘金东等[3]对大雾能见度影响进行分析，发现对大雾能见度的主要影响因子为气压、湿度、温度和风速，并且在一定的区域环境下，大雾能见度与温度、风速、气压呈正相关，与湿度呈负相关；郑泽华等[4]对闽南沿海大雾天气地面气象要素进行统计分析，结果表明，对于厦门站来说，温度适宜(接近17℃)、弱风有利于低能见度天气发生；王跃等[5]对大兴机场一次低能见度天气进行分析和决策服务初探，发现数值预报对于大兴机场风向预测和低能见度持续时间存在偏差，预测好转时间偏早，导致出现航班备降。

上述研究都是针对不同地区机场大雾的分析，针对厦门机场大雾的研究较少，如何提高厦门机场大雾现象的预报准确率一直也是一个难点。本文利用厦门机场1990—2020年共31a的地面观测资料，分析了大雾影响下低能见度现象的气候特征，并对影响大雾生成、消散的部分气象要素进行统计分析，以期能更好地为气象预报和飞行安全提供参考和帮助。

2 资料来源和分析方法

本文所用资料均来自厦门机场《中国民用航空地面气象观测簿》(例行)，数据包含了1990年1月1日—2020年12月31日的气象地面观测资料，包括主导能见度、气温、相对湿度、修正海平面气压(以下简称气压)和风向风速。主导能见度是指观测到的达到或超过四周一半或机场地面一半都能达到的最大水平能见距离[6]。大雾日统计方法：以协调世界时(UTC)16h为界，1d中出现1次或多次大雾记录，将其计为1个大雾日；跨越16h(UTC)的大雾，将其计为2个大雾日。大雾持续时间的统计以纪要栏记录为准。

由于厦门机场从2002年才开始实行24h不间断观测，因此本文选取了2002—2020年间246个大雾过程进行日变化分析，并从中选取了145次大雾过程进行要素统计分析，这145次大雾发生时无其他天气现象，并且大雾持续时间都经过正点。

数据分析方法是对各项数据进行处理和筛选，并分类、整合和统计，再用OriginPro 2017软件进行二次处理制图，对图表进行描述分析。

3 大雾气候特征分析

3.1 大雾年际变化规律

如图1所示，1990—2020年厦门机场共出现338个大雾日，年平均大雾日为10.9d，由于厦门机场临海，具备有利的水汽条件，每年均有大雾生成，其中2010年大雾日最多，共26d，2020年最少，仅有1d，两者相差25d。厦门机场大雾日出现时间主要集中在1990—1996年和2002—2012年。由此可见，厦门机场大雾年际变化差异较大，2016年后大雾日数整体呈现下降的趋势。

图1 厦门机场1990—2020年大雾日数年际变化

3.2 大雾月变化规律

图2是厦门机场1990—2020年大雾日数月分布图，包含了各个月份大雾日总数及月平均雾日数。由图2分析可得，厦门机场并非每月都出现大雾，大雾月变化呈单峰单谷型，大雾主要集中在12月—次年5月，尤其是2月—4月达到高峰，共253d，占大雾日总数的75.1%，其中3月和4月的天数相近且达到波峰，分别为93d和92d，占总数的27.6%和27.3%，平均雾日数均为3.0d，2月平均雾日数2.2d，其余月平均雾日数均小于1.0d，说明2月—4月因大雾影响出现的低能见度天气较为频繁；而6月和11月的雾日数总共只有8d，占总雾日数的2.4%，月平均雾日数分别为0.2d和0.1d，出现概率非常小；其余月份均未出现过大雾，为波谷，此时近地面气温较高，虽然水汽充沛，但蒸发作用明显，不利于近地层水汽凝结，很难生成大雾。

图2 厦门机场1990—2020年大雾日数月分布图

统计表明，厦门机场大雾过程呈明显的季节性变化，主要出现在冬(12月—次年2月)、春(3—5月)两季，春季最多，共有213d，占全年总数的63.2%，冬季次之，共116d，占34.4%，夏季(6—8月)和秋季(9—11月)次数较少，共占全年总数的2.4%。由此可见，每年在春季受大雾影响导致能见度低于1km的平均天数有6.9d，冬季为3.7d，而夏、秋季几乎不受大雾影响。

3.3 大雾日变化规律

3.3.1 大雾生消时间分析

由于厦门机场从2002年才开始有24h不间断的观测数据，因此这里选取2002—2020年的地面观测资料进行大雾日生消时间(以下皆为协调世界时UTC)变化分析。如图3可知，大雾具有明显的日变化特征，大雾生成时间峰值区在18-23时，这个时段占总数的55.7%，其中22-23时和21-22时达到最高次数，这两个时段分别占总次数的13.4%和12.6%。大雾次要生成时间为12-17时，这个时段占总次数的24.0%，各个时次次数较为接近。08-16时曲线较为平缓，呈缓慢增长趋势，而02-08时为谷值区，仅占总次数的6.1%，其中07-08时没有大雾生成。21-23时的地面温度相对较低，近地层中水汽含量充沛，常冷却形成逆温层，海面暖湿空气从海上吹向跑道的冷路面，由于平流雾和辐射雾的形成条件都需要逆温层和充足的水汽，因此两者都可能形成。

图3 厦门机场2002—2020年大雾日开始时间和结束时间

大雾消散时间峰值区主要在22-02时，4h总次数多达123次，占大雾消散总次数的50%，其中00-01时1h累计消散次数多达45次，为大雾主要消散时间。谷值区位于05-12时，次数均小于5次，其中08-09时没有大雾消散，其后呈缓慢增长趋势，16-22时呈现不稳定波动状态，21时开始迅速上升至最高点。

3.3.2 大雾持续时间

选取2002—2020年24h观测数据对大雾持续时间进行统计分析，持续时间0h表示持续时间在0～1h(小于1h)，依此类推。如表1所示，大雾持续时间的总次数随着持续时间的增加而减少，持续时间在0～3h的占大多数，占69.5%，其中大雾持续时间频率最多的为0～1h，共出现了94次，占38.2%；持续时间在3～6h的达51次，占20.7%；持续时间为6～9 h的有13次，占5.3%；而持续时间超过9h以上的总次数为11次，仅占4.5%，其中最长持续时间高达21h，仅有1次。这些持续时间较长的大雾过程均出现在冬季和初春，虽然发生概率较低，但对飞行安全影响较大，需要引起重视。结合上文不难发现，厦门机场大雾主要出现在冬、春两季，在凌晨和日出前呈现短时波动，时间维持在0～3h内，在日出后慢慢消散。

表1 厦门机场2002—2020年大雾持续时间的次数统计

4 大雾气象要素分析

为进一步分析影响大雾生消过程的天气要素，这里选用了2002—2020年间的145次大雾过程进行要素统计分析，这145次大雾发生时无其他天气现象，并且大雾持续时间都经过正点，对这些大雾发生前正点时次的风向风速、气温、修正海平面气压以及相对湿度的数据进行统计分析，统计结果如图4、图5所示。

图4 厦门机场2002—2020年大雾发生前风向次数统计

4.1 风向

在民航气象中，定义2min或10min时距内风速平均小于0.5m/s的风称为静风，当静风时，风向记为“C”；定义在观测时距内风向变化大于或等于180°，或当风向变化大于或等于60°且小于180°，平均风速小于2m/s时，称为风向不定，风向不定时记为“VRB”[6]。

如图4所示，145次大雾发生前主要风向为360°～60°，共出现54次，占37.2%，次要风向是静风(C)和60°～120°，分别占17.2%和15.9%，主要风向和次要风向占总风向的70.3%，而在西北风和西南风的影响下生成大雾的次数各为4次，仅占2.8%，影响微弱。说明厦门机场影响大雾生成的主要风向为360°～60°，次要风向为静风(C)，厦门机场23号跑道靠海，当风向为东北风时，海面的暖湿气流正好由23号跑道吹向内陆的05号跑道，从而造成低能见度现象。

4.2 风速

图5选取了大雾生成前正点的风速，结果表明，大雾发生前的风速主要集中在1～2m/s，分别为52次和46次，占风速出现次数的35.9%和31.7%，其次静风时大雾出现了25次，占17.2%，风速大于或等于3m/s的次数只占15.2%，说明影响厦门机场大雾的风速较小，主要集中在0～2m/s，太大的风速不利于大雾的形成和维持。

4.3 气温

由图5可知，厦门机场大雾形成前的温度趋势随温度增高呈现骤升骤降，其中最高温度为25℃，说明温度过高不利于水汽的冷却；主要温度出现范围在16～19℃，总次数达56次，占38.6%，此时温度适中，利于冷却和蒸发，其次温度范围分别为19～22℃及13～16℃，当温度小于或等于13℃时，大雾出现次数仅有8次，占5.5%。因此温度过低及温度过高都不利于厦门机场大雾的形成。

图5 厦门机场2002—2020年大雾发生前整点风速、气温、海压和相对湿度出现次数统计图

4.4 湿度

充足的水汽是大雾形成的必要条件，相对湿度越高，说明空气越潮湿。从图5中可知，厦门机场大雾出现前的相对湿度均大于90%，说明相对湿度不足90%时几乎难以形成大雾。

4.5 气压

为了研究气压对大雾生成的影响，图5将大雾出现前一个整点的气压按4hPa的间隔范围进行统计，结果表明，气压的分布趋势与温度趋势相近，其中1012～1016hPa范围内的大雾出现次数最多，多达60次，占41.4%，其次出现范围在1008～1012hPa之间，占31.0%，而气压小于1004hPa和大于1020hPa的次数总和仅为5次，说明适当的气压范围容易引起低层气压辐合，从而有利于水汽凝结，进而形成大雾。

5 大雾类型

厦门机场出现的大雾主要以平流雾为主，混合雾和辐射雾为辅，其他类型雾较少出现。平流雾一般层结较稳定，日变化不明显，只要条件适合，一日中任何时刻都可以出现，条件变化后，也会迅速消散，形成和消失受风的影响较大，春季出现较多[1]。而辐射雾主要出现在夜间和清晨，一般天气晴好，微风，生消时间较有规律性，日出后温度的升高快慢会影响它的消散，冬季出现较多[1]。厦门出现的混合雾常以平流雾为主混合了辐射雾，它与辐射雾均有低空逆温层结，与平流雾的近地面均为弱风速，因此观测大雾的类型成为了一个难点，并且对1990—2020年出现的大雾类型无法直接统计，若要判断31a间大雾类型，还需结合当日天气形势进行分析。

6 结论

①1990—2020年间厦门机场共出现338个大雾日，年平均大雾日数达到10.9d，主要出现在1990—1996年和2002—2012年，年际变化差异较大，其中2010年大雾日最多，共26d，2020年最少，只有1d，2016年后，大雾日数整体呈现下降趋势。

②厦门机场大雾具有季节性变化，主要出现在春季，共213d，占总数的63.2%，其次为冬季，共116d，占34.4%；厦门机场大雾月变化呈单峰单谷型，峰值主要集中在12月—次年5月，其中3月、4月频次最多，分别为93d和92d，占27.6%和27.3%，而7月—10月无大雾生成。

③大雾呈现明显的日变化，主要在21-23时生成，共64次，占生成总次数的26%，在00-01时消散，累计45次，占消散总次数的18.3%，其中07-08时没有大雾生成，08-09时没有大雾消散；大雾主要呈现短时波动，持续时间多为0～3h，其中0～1h的频次最多，共94次，占总数的38.2%。

④影响厦门机场大雾生成的气象要素中，主要风向为360°～60°时，大雾共出现54次，占总数的37.2%；风速为1～2m/s时，共出现98次，占67.6%；气温在16～19℃时，大雾共出现56次，占38.6%；当相对湿度达到100%时，大雾生成次数有62次，占42.8%；气压在1012～1016hPa时，大雾生成的频次最多，多达60次，占41.4%。