天津滨海国际机场大风天气特征分析

摘要：利用2005—2022年天津滨海国际机场METAR报文资料和ERA5数据，对机场大风天气特征进行统计分析。结果表明：天津机场最盛行的风向是N风，风向频率季节差异明显；0—11时平均风速呈先增大后减小趋势，11时以后变化不明显，主导风向出现更替；2010年以来，大风日数呈现减小的趋势，春季是大风活动最频繁的季节。大风发生时多无伴随天气现象（占73.3%），沙尘和降雨分别占15.6%和8.2%，形成大风的天气系统以春季冷空气南下为主。

关键词：大风；盛行风；特征分析；滨海国际机场

随着民航事业的持续快速发展，天气因素已成为影响航班正常性的最主要原因［1］。由气象灾害造成的飞行事故在持续增加，约占总事故的1/3［23］。风是航空飞行的重要指标，对飞机起飞和着陆有重要影响。飞机的起飞和着陆通常要求在逆风条件下进行，在有侧风尤其是侧风分量较大时，飞机起飞和着陆操纵会变得比较复杂［4］。研究并掌握机场大风特征对保障飞行安全及提高航班正常率至关重要。蒋兴文等［5］研究发现九寨黄龙机场近地面大风主要表现为西北风，均出现在白天，大风出现最多的季节是冬季，其形成与中高纬大气环流的调整密切相关。吴宝军等［6］研究发现云南地区大风春季最为显著，宁蒗和昆明两地为春季大风日数高值区且均呈增多趋势。田军等［7］研究发现郑州机场1998—2005年的年平均大风日数为15.6日，最多（少）的年份有19（8）个大风日，春季出现大风的次数最多。陈猛［8］研究发现对飞行比较有影响的地面风、大风一般出现在2—4月，时段主要在11：00—18：00。张智超［9］研究发现福州长乐国际机场大风活动期主要为夏、秋两季，大风出现日变化不明显，本场产生大风的天气形势主要为台风和强冷空气或者冷台结合型。

天津滨海国际机场（简称天津机场）为4F级民用国际机场，《京津冀协同发展规划纲要》对天津机场定位为区域枢纽机场和我国国际航空物流中心。研究天津机场地面风特征，大风天气的发生、发展及演变规律，在有助于保障航班安全运行的同时也能提高效率，促进经济社会的高质量发展。

1数据与方法

本文使用的资料：（1）2005—2022年天津机场METAR报文资料。（2）欧洲中期天气预报中心（ECMWF）提供的ERA5再分析资料，包括水平风和位势高度，水平分辨率0.25°×0.25°。根据《民用航空气象地面观测规范》定义，大风是指瞬间风速≥17m/s（或目测估计风力≥8级）的风。本文将平均风速或阵风≥17m/s定义为大风。一日中出现至少一次大风，记为1个大风日，跨日界的大风过程，次日同样也记为大风日。以3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月—次年2月为冬季。

除静风外，将风向分为16个方位，风向不定时记为VRB。本文所涉及的时间，均采用世界协调时（UTC）。

2地面风基本特征

图1给出了2005—2022年天津机场地面风风向频率和平均风速分布。天津机场盛行风向为N风，频率为11.5%，平均风速3.3m/s。NNW风的频率为8.8%，平均风速最大，为5.1m/s。SSE、S、SSW、SW、WSW五个风向的频率也很高，高于平均值（虚线），总频率为37.3%，平均风速均在3m/s左右。E风的频率也高于平均值，为7.1%，平均风速3.5m/s。进一步对各季节内的地面风场进行统计发现（图略），春季SW风的频率最高（9.5%），S、SSW、WSW、N风的频率也很高，均在9%左右；夏季受西北太平洋副热带高气压带西侧影响，盛行偏南风，SSE、S风的频率超过了10%，E风的频率也很高，为9.4%；秋季N风和NNW风的频率分别为13.6%和9.1%，S、SSW、SW、WSW风的频率也很高，总频率为32.4%；冬季受蒙古高压控制或气旋过境，带来偏北风，N风和NNW风的频率分别为16.1%和15%，其他各风向频率均低于7%。

图2给出了2005—2022年天津机场地面风最大风向频率和平均风速日变化。在春季，19时—次日07时最大风向在SW、WSW、N之间变动，并且频率均在10%左右。08—11时最大风向为SSE，10—11时频率可达16%，12—18时盛行S风或偏西南风（SSW、SW、WSW）。在夏季，00—06时最大风向为E，频率在11%—12%左右，07时开始最大风向转变为SSE，并且频率持续增加，在11时达到最大，约为26%，而后频率逐渐减小。18—23时的最大风向为N，这些与游春华等［10］分析2004年8月逐时低层大气流场结果一致，夏季受昼夜循环的山谷风、海陆风影响明显，主导风向出现更替，下午至上半夜主导风向为偏南风，下半夜至上午为偏北风。在秋季，14时至次日08时，最大风向均为N，并且呈现先增加后减小的趋势，09—10时，11—13时的最大风向分别为SSE和S。在冬季，最大风向在NNW和N之间变动，并且作为主导风的作用越来越小，到11时，最大风向为S，12—23时，最大风向为N，并且频率呈增加趋势。四个季节平均风速日变化均表现为0—11时呈先增大后减小趋势，11时以后变化不明显。

3地面大风特征分析

图3为2005—2022年天津机场大风日数的年和月变化趋势。天津机场累计大风日平均为14.9天，年际变化大。最多大风日数为2010年，可达31天，最少大风日数为2008和2022年，为7天。但要注意的是2008年6月19日及以前的METAR报文数据间隔时间为一小时，其后的为半小时，会导致2008年及以前的年份的大风日数偏低。2010年以来，大风日数呈现减小的趋势，这与徐灵芝等［11］的结果一致，徐灵芝等［11］利用天津1981—2017年气象观测站资料，发现沿海地区大风的日数在减少。春季是大风活动最频繁的季节，研究表明，春季的大风主要是冷锋后偏北大风，锋后有强冷空气活动。

由表1可见，NNW风出现大风的频率最高，可达57.3%。NW风和N风分别占21.5%和12.9%，NNW、NW和N风合计为91.7%。E风和ESE风分别占2.5%和1.3%，剩余风向均低于1%。N风时的平均风速最大，ESE虽然占比少，但是平均风速和中位值均较大。NNW风由于频率最高，并且最大阵风平均值和最大值均最大，是危害飞行安全最大的风向。

总体来看，大风发生时无伴随天气现象占73.3%，沙尘天气占15.6%，降雨和雷暴分别占比8.2%和6.6%。沙尘会影响能见度，并且对通信、仪器设备都有影响。降雨会导致跑道湿滑从而致使跑道摩擦力减少，航空器刹车距离增大而冲出跑道的风险。雷暴常伴随着强降水、闪电、冰雹、风切变等天气现象，严重威胁飞行安全。

由图3（b）可以看出，天津机场大风活动最频繁的季节是春季。图4（a）给出了3—5月平均的850hPa风场和500hPa位势高度场。气候平均态下3—5月等高线比较平直，东亚大槽较弱，天津机场受西北风影响，但风速较小。挑选持续时间5小时以上的6次春季大风过程合成的850hPa风场和500hPa位势高度场（图4b）可以看出，大风天气过程的环流形势与平均状况存在明显的不同，东亚大槽加深，天津机场受槽后强劲的西北风影响。

4结论

（1）天津机场最盛行的风向是N风，可达11.5%，NNW、SSE、S、SSW、SW、WSW、E风的频率高于平均值。风向频率季节差异明显，春季SW风的频率最高（9.5%），夏季盛行偏南风，秋季N风频率最高（13.6%），冬季盛行偏北风。

（2）春、夏、秋、冬季平均风速日变化均表现为0—11时呈先增大后减小趋势，11时以后变化不明显。夏季风向频率日变化比其他三个季节更明显，这可能是由于夏季受昼夜循环的山谷风、海陆风影响明显，主导风向出现更替。

（3）2010年以来，大风日数呈现减小的趋势。春季是大风活动最频繁的季节，5月是春季大风天气出现最多的月份。

（4）大风发生时无伴随天气现象占73.3%，沙尘和降雨分别占15.6%和8.2%。形成大风的天气系统以春季冷空气南下为主。

参考文献：

［1］苏艳华.民航气象服务的现状与展望［J］.气象科技进展，2017，7（1）：9094.

［2］NOAANWS.2014.Nationalweatherservicereport［R］.WashingtonDC：NOAA，2017.

［3］黄斌，朱伟军，红梅，等.基于临界条件的中国航空气象危险要素区域分布与风险区划［J］.气象科学，2016，36（4）：466473.

［4］傅宁，李克南，潘丽丽.航空气象学（第二版）［M］.北京：中国民航出版社，2023.

［5］蒋兴文，李跃清，黄仪方.九寨黄龙机场近地面大风浅析［J］.高原山地气象研究，2012，32（1）：2228.

［6］吴宝军，陈明升，宋敏红，等.影响云南航空安全的四类气象要素分析［J/OL］.高原气象，114［2024-09-26］.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/62.1061.P.20231107.1111.004.html.

［7］田军，张云谨，刘开宇，等.郑州机场冬春季大风的分析预报［J］.云南大学学报（自然科学版），2007（S1）：173176+182.

［8］陈猛.机场地面风和大风的特征分析及其对飞行的影响［J］.气象水文海洋仪器，2011，28（4）：4446+52.

［9］张智超，程巍.福州长乐国际机场大风天气特征分析［J］.海峡科学，2021（3）：1113+31.

［10］游春华，蔡旭晖，宋宇，等.京津地区夏季大气局地环流背景研究［J］.北京大学学报（自然科学版），2006（6）：779783.

［11］徐灵芝，卜清军，许长义，等.天津沿海气候特征及灾害性天气影响［J］.天津科技，2018，45（9）：109113.

资助项目：天津市大学生创新创业训练计划项目（202310059122）

作者简介：韦春林（2003—），女，汉族，广西南宁人，本科在读，研究方向：航空气象。

*通讯作者：杨朝虹。