宋金梅,楊建華
(1.云南機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限責(zé)任公司大理機(jī)場(chǎng),云南 大理 671000;2.云南機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限責(zé)任公司德宏芒市機(jī)場(chǎng),云南 德宏 678400)
近年來(lái),隨著民航運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展,為保證航空運(yùn)輸?shù)陌踩?、正常運(yùn)行和效率,飛行對(duì)航空氣象要素的要求也越來(lái)越高。風(fēng)與飛行活動(dòng)密切相關(guān),是影響飛機(jī)運(yùn)行的重要因素之一,近地面的風(fēng)向、風(fēng)速變化,對(duì)飛機(jī)起飛爬升和下滑進(jìn)近階段時(shí)的安全有直接影響。風(fēng)相對(duì)于飛行方向有順風(fēng)、逆風(fēng)、側(cè)風(fēng)。民航要求飛機(jī)的起飛和著陸盡量在逆風(fēng)條件下進(jìn)行,可以縮短飛機(jī)滑跑距離,減小離地和著陸速度,但風(fēng)速超過(guò)一定限度也可以使飛機(jī)操作困難,使著陸下滑角和下滑率增大,有可能使飛機(jī)在跑道頭提前接地;順風(fēng)起降將增大滑跑距離,減少飛機(jī)上升率和下滑率,當(dāng)風(fēng)速超過(guò)規(guī)定值時(shí),飛機(jī)有可能沖出跑道或撞擊障礙物;當(dāng)飛機(jī)在側(cè)風(fēng)中起降時(shí),飛機(jī)除向前運(yùn)動(dòng)外,還順著側(cè)風(fēng)方向移動(dòng),如不及時(shí)修正就會(huì)偏離跑道方向,飛機(jī)在滑跑過(guò)程中,側(cè)風(fēng)對(duì)飛機(jī)垂直尾翼的側(cè)壓力,會(huì)使機(jī)頭向側(cè)風(fēng)方向偏轉(zhuǎn),有可能造成飛機(jī)打地轉(zhuǎn)等不良后果[1]。近年來(lái),多個(gè)機(jī)場(chǎng)對(duì)風(fēng)這個(gè)氣象要素的研究較多[1-5],得到了地面風(fēng)研究成果,但對(duì)機(jī)場(chǎng)順風(fēng)天氣研究較少。黃儀方等[6]在對(duì)航班延誤的氣象因素分析中指出,順風(fēng)超標(biāo)造成的航班延誤和取消僅次于低云,是影響航班運(yùn)行的一個(gè)重要?dú)庀笠蛩?。因此,本文選取德宏芒市機(jī)場(chǎng)一次順風(fēng)天氣過(guò)程,利用傳統(tǒng)天氣學(xué)方法,分析天氣形勢(shì)和風(fēng)場(chǎng)水平及垂直特征,為今后機(jī)場(chǎng)順風(fēng)天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警和相關(guān)研究提供參考。
德宏芒市機(jī)場(chǎng)位于青藏高原以南,橫斷山脈、高黎貢山以西,24°24′05″N,98°31′55″E,處于群山中間的一個(gè)壩子里,地勢(shì)東北高西南低,平均海拔高度僅為877 m?!兜潞昝⑹袡C(jī)場(chǎng)氣候志》[7]指出德宏芒市機(jī)場(chǎng)常年受西南季風(fēng)及孟加拉灣西南暖濕氣流影響,全年盛行西南風(fēng),風(fēng)向穩(wěn)定,風(fēng)速小,年平均風(fēng)速為1 m/s。但有強(qiáng)天氣系統(tǒng)過(guò)境或較強(qiáng)北風(fēng)持續(xù)時(shí),會(huì)出現(xiàn)東北風(fēng)。德宏芒市機(jī)場(chǎng)跑道呈東北—西南向,東北向45°,西南向225°。根據(jù)中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)跑道命名規(guī)則,東北端為23號(hào),西南端為05號(hào)。在民航飛行中,用飛機(jī)起降使用的跑道來(lái)確定順風(fēng),由于全年盛行西南風(fēng),德宏芒市機(jī)場(chǎng)主用東北端(23號(hào)跑道)起降,所以23號(hào)的東北風(fēng)為順風(fēng)。持續(xù)順風(fēng)超標(biāo)會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)場(chǎng)航班的正常運(yùn)行。根據(jù)《民用航空空中交通管理規(guī)則》(CCAR-93TM-R5)[8]規(guī)定,在跑道長(zhǎng)度、凈空等條件允許時(shí),航空器可以在順風(fēng)分量風(fēng)速不大于2.5 m/s時(shí)起降,在著陸跑道接地地帶或起飛跑道離地端裝有風(fēng)速儀,航空器可以在順風(fēng)分量風(fēng)速大于2.5 m/s但不大于3.5 m/s時(shí)起降;順風(fēng)的風(fēng)向與跑道方向的夾角有±30°的限制,本文所指的順風(fēng)超標(biāo)為風(fēng)向20°~80°,且風(fēng)速≥3 m/s的地面風(fēng)。
本文利用德宏芒市機(jī)場(chǎng)地面氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)采集的距地面10m高度上的逐分鐘和逐小時(shí)10 min平均風(fēng),風(fēng)向的分辨率為10°,風(fēng)速的分辨率為1 m/s;距地面1.5m高度上的逐小時(shí)溫度,精度為1位小數(shù);人工觀測(cè)的天空總云量,精度為整數(shù),民航氣象中云量采用8分量制,天空總云量0為無(wú)云或云量不足1個(gè)量,1~2個(gè)量為少云,3~4個(gè)量為疏云,5~7個(gè)量為多云,8個(gè)量為滿天云;ECMWF0.75°×0.75°再分析資料,利用傳統(tǒng)天氣學(xué)分析法,研究德宏芒市機(jī)場(chǎng)2017年11月3—4日的順風(fēng)天氣過(guò)程。
2017年11月3—4日德宏芒市機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)一次順風(fēng)超標(biāo)天氣過(guò)程。11月3日為多云伴有降水天氣,11月4日凌晨轉(zhuǎn)為晴天少云。由11月3—4日風(fēng)向、風(fēng)速的逐小時(shí)演變結(jié)果(圖1)及逐分鐘變化情況(圖略)可知,德宏芒市機(jī)場(chǎng)3日16時(shí)29分—20時(shí)51分、20時(shí)56分—21時(shí)14分、21時(shí)20分—28分、21時(shí)45分—23時(shí)19分、23時(shí)47分—4日00時(shí)25分、00時(shí)42分—01時(shí)53分、02時(shí)15分—55分、02時(shí)59分—03時(shí)21分、03時(shí)50分—04時(shí)07分分別出現(xiàn)風(fēng)速≥3 m/s的東北順風(fēng),期間10 min平均風(fēng)速的逐分鐘值為3~6 m/s,極大風(fēng)速達(dá)9 m/s;4日04時(shí)08分—11時(shí)00分德宏芒市機(jī)場(chǎng)普遍為2~3 m/s的東南風(fēng),11時(shí)02分—15時(shí)18分、15時(shí)34分—42分、15時(shí)46分—59分、16時(shí)10分—35分、16時(shí)45分—52分、17時(shí)09分—15分、17時(shí)31分—57分、18時(shí)08分—20分、18時(shí)44分—48分、19時(shí)02分—20分時(shí)段均為東北順風(fēng),期間10 min平均風(fēng)速的逐分鐘值為3~7 m/s,極大風(fēng)速達(dá)11 m/s。此次順風(fēng)天氣過(guò)程導(dǎo)致德宏芒市機(jī)場(chǎng)3日有6個(gè)航班取消,4日有13個(gè)航班取消,給德宏芒市機(jī)場(chǎng)的航班運(yùn)行帶來(lái)極大的影響。
圖1 11月3—4日逐小時(shí)平均風(fēng)向、風(fēng)速變化趨勢(shì)Fig.1 Hourly average wind direction and wind speed variation trend on November 3 to 4
2日20時(shí),500 hPa上(圖2a),中高緯地區(qū)受一槽一脊控制,高壓脊位于巴爾喀什湖以東、貝加爾湖以西,貝加爾湖以東有低壓槽發(fā)展,并出現(xiàn)閉合環(huán)流中心,呈東北—西南走向,槽底向南發(fā)展可伸展到重慶,槽后西北氣流強(qiáng)勁;中高緯地區(qū)溫度槽與低壓槽疊加,低壓中心附近有接近-41 ℃的冷中心;中低緯青藏高原南側(cè)有南支槽,位相落后于中高緯低壓槽,孟加拉灣上空受弱高壓系統(tǒng)影響,云南西部受南支槽前部的西南氣流控制,南支槽前部的西南氣流與中高緯低壓槽后部的西北氣流交匯,造成德宏芒市地區(qū)出現(xiàn)多云有降水天氣。由圖2a還可以看出,南海熱帶低壓系統(tǒng)發(fā)展,即為2017年第23號(hào)臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”,副熱帶高壓主體位于臺(tái)灣以東的西太平洋海面上。700 hPa上(圖2b),中高緯地區(qū)低壓槽形勢(shì)明顯,溫度槽落后于高度槽,新疆以西均由高壓控制;臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”外圍的偏東氣流以及孟加拉灣的偏南氣流為德宏芒市地區(qū)帶來(lái)水汽。高低層系統(tǒng)有效配合,造成德宏芒市地區(qū)多云有降水。
3日14時(shí),500 hPa上(圖2c),中高緯的低壓環(huán)流中心向東南方向移動(dòng),低壓槽底部曲率增大,槽加深,低槽仍呈東北—西南向;高壓脊向東移動(dòng),由經(jīng)向型轉(zhuǎn)為緯向型;云南仍處于南支槽前的西南氣流中,孟加拉灣高壓范圍增大,北部已伸至20°N附近,破壞了南支槽的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致云南西部的西南風(fēng)風(fēng)速明顯減小,且臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”向西移動(dòng)。700 hPa上(圖2d),中高緯低壓環(huán)流維持,并向東移動(dòng);中高緯高壓向東南移動(dòng),云南處于高壓外圍的東風(fēng)氣流中;臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”西移,其北部的偏東氣流與高壓南部的偏東氣流匯合,導(dǎo)致云南上空的偏東風(fēng)加強(qiáng)。
4日08時(shí)(圖略),500 hPa中高緯低壓環(huán)流中心繼續(xù)向東南方向移動(dòng),橫槽轉(zhuǎn)豎;高壓脊向東移動(dòng),臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”西移在柬埔寨登陸,并與孟加拉灣高壓外圍匯合;700 hPa高壓脊和低壓環(huán)流均東移減弱,云南主要受高壓外圍的東風(fēng)氣流控制。4日14時(shí),500 hPa上(圖2e),中高緯低壓環(huán)流中心明顯向東南方向移動(dòng)入海;高壓脊向東減弱移動(dòng),臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”登陸柬埔寨后強(qiáng)度減弱,其外圍東北氣流與孟加拉灣高壓外東北氣流匯合后,造成高壓增強(qiáng),孟加拉灣高壓繼續(xù)北抬,云南西部處于弱西南氣流中。700 hPa上(圖2f),中國(guó)大部被高壓控制,云南處于偏東—東北氣流中;低壓東移,環(huán)流中心減弱消失。由圖2a-2f還可以看出,2日20時(shí)、3日14時(shí)、4日14時(shí)的500 hPa和700 hPa均顯示出云南西部溫度線與風(fēng)場(chǎng)基本平行,無(wú)明顯交角,且低壓槽主要沿偏東路徑移動(dòng),因此可知,德宏芒市地區(qū)溫度平流不明顯。
圖2 500 hPa 2日20時(shí)(a)、3日14時(shí)(c)、4日14時(shí)(e)和700 hPa 2日20時(shí)(b)、3日14時(shí)(d)、4日14時(shí)(f)高空風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽,單位:m/s)和溫度場(chǎng)分布(等值線,單位:K)(黑圓點(diǎn)位置為德宏芒市機(jī)場(chǎng),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)
由地面形勢(shì)可以看出,3日08時(shí)(圖3a),蒙古高原上冷高壓強(qiáng)度達(dá)1 037.5 hPa,隨著高空低槽東南移,蒙古高原上的冷高壓也不斷南移,3日14時(shí)(圖略),冷高壓中心移到內(nèi)蒙古,中國(guó)中東部地區(qū)均受其外圍氣流控制。冷高壓快速移動(dòng),4日08時(shí)(圖3b),冷高壓中心已到達(dá)黃淮流域。冷空氣沿冷高壓東部偏東路徑迅速南下影響中國(guó)中東部地區(qū)。4日14時(shí)(圖略),冷高中心逐漸減弱東移。
圖3 3日08時(shí)(a)和4日08(b)時(shí)地面形勢(shì)場(chǎng)(等值線,單位:hPa)Fig.3 The ground situation field at 08:∶00 on November 3 (a)and on November 4 (b)(contour,unit:hPa)
結(jié)合高空環(huán)流形勢(shì)和地面形勢(shì)可以看出,此次順風(fēng)天氣過(guò)程為橫槽轉(zhuǎn)豎,冷空氣向東南移動(dòng)影響中國(guó)中東部地區(qū)。云南從3日開(kāi)始處于冷高壓外圍的偏東北氣流中,雖然500 hPa上受西南氣流控制,但強(qiáng)度較弱,不足以引導(dǎo)地面的環(huán)流形勢(shì),地面主要受冷高壓外圍的東北風(fēng)影響,冷高壓南下導(dǎo)致了德宏芒市機(jī)場(chǎng)東北順風(fēng)的持續(xù),并且冷高壓東移南下過(guò)程中強(qiáng)度有所減弱,加上德宏芒市受高聳的哀牢山、無(wú)量山阻擋,冷空氣難以到達(dá)。所以,德宏芒市地區(qū)的冷平流不明顯,溫度變化不大。
由于3—4日德宏芒市機(jī)場(chǎng)的東北順風(fēng)風(fēng)速分別從3日16時(shí)、4日11時(shí)開(kāi)始增大,故選擇3日20時(shí)、4日14時(shí)850 hPa高度上水平風(fēng)場(chǎng)的東西分量和南北分量進(jìn)行分析。
從3日20時(shí)水平風(fēng)場(chǎng)的東西分量(圖4a)看出,德宏芒市以東風(fēng)分量為主,風(fēng)速達(dá)5 m/s,云南東南部至華南地區(qū)均為東風(fēng)控制,南海西部東風(fēng)分量最大,其風(fēng)速達(dá)20 m/s,由圖2可知,偏東風(fēng)是由臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”西移引起的;從南北分量(圖4b)看出,德宏芒市以北風(fēng)分量為主,風(fēng)速在0~5 m/s之間,中國(guó)東北到東南沿海地區(qū)均受北風(fēng)影響,其最大風(fēng)速達(dá)15 m/s,偏北風(fēng)是由冷空氣南下影響造成的。從4日14時(shí)水平風(fēng)場(chǎng)的東西分量(圖4c)看出,德宏芒市仍以東風(fēng)分量為主,風(fēng)速在0~5 m/s之間,南海東部東風(fēng)分量最大,其風(fēng)速達(dá)20 m/s;從南北分量(圖4d)看出,德宏芒市以北風(fēng)分量為主,風(fēng)速在0~5 m/s之間,中國(guó)東北到東南沿海的北風(fēng)最大風(fēng)速比3日20時(shí)偏小,其最大風(fēng)速為12 m/s。在此次順風(fēng)超標(biāo)過(guò)程中,地面風(fēng)的東西分量表現(xiàn)為東風(fēng)占主導(dǎo)地位,其風(fēng)速為5 m/s,南北分量表現(xiàn)為北風(fēng)占主導(dǎo)地位,風(fēng)速在0~5 m/s之間,北風(fēng)分量相對(duì)東風(fēng)分量偏小??傊潞昝⑹袡C(jī)場(chǎng)3~4日的順風(fēng)過(guò)程偏東風(fēng)占主要地位,是由冷高壓外圍偏東氣流和臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”外圍偏東氣流匯合、加強(qiáng)所致,與700 hPa上云南上空偏東風(fēng)氣流加強(qiáng)相對(duì)應(yīng)。
圖4 850 hPa水平風(fēng)場(chǎng)u分量3日20時(shí)(a)、4日14時(shí)(c)和v分量3日20時(shí)(b)、4日14時(shí)(d)分布(單位:m/s,負(fù)值為東風(fēng)或北風(fēng))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)
孫建明等[9]指出動(dòng)量下傳大風(fēng)一般發(fā)生在冷空氣南下后的1~2 d,天氣轉(zhuǎn)晴的當(dāng)天中午到傍晚,其通過(guò)高空干冷空氣南壓下沉來(lái)實(shí)現(xiàn)。鄔仲勛等[10]指出在冷空氣大風(fēng)過(guò)程中,受高空系統(tǒng)引導(dǎo)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)量下傳,高空槽是造成動(dòng)量下傳的主要原因。
利用ECMWF資料沿24°N做垂直速度剖面分析(圖5)。3日20時(shí)(圖5a),德宏芒市地區(qū)98°E上空除600~400 hPa為弱上升運(yùn)動(dòng)外,其余各層以下沉運(yùn)動(dòng)為主,并且在850 hPa附近下沉速度最大,即0.4 Pa/s,相應(yīng)地德宏芒市機(jī)場(chǎng)東北風(fēng)風(fēng)速開(kāi)始增大;4日02時(shí)(圖5b),德宏芒市以西(95°E)和以東(105°E)從近地面到400 hPa均為上升運(yùn)動(dòng),而德宏芒市(98°E)上空均為下沉運(yùn)動(dòng),以850 hPa附近的0.3 Pa/s為最大,且德宏芒市機(jī)場(chǎng)一直為東北順風(fēng);4日08時(shí)(圖5c),德宏芒市以西、以東仍為上升運(yùn)動(dòng),德宏芒市上空仍為下沉運(yùn)動(dòng),且最大下沉速度位置不變,但最大下沉速度已增大到0.6 Pa/s,德宏芒市4日凌晨由多云轉(zhuǎn)晴,08時(shí)溫度不高,比3日08時(shí)降低了3 ℃,多云轉(zhuǎn)晴的天氣引起輻射降溫,造成空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)不強(qiáng),不能引起地面風(fēng)速增大,此時(shí)德宏芒市機(jī)場(chǎng)東北風(fēng)速還未增大;4日14時(shí)(圖5d),德宏芒市上空除600~700 hPa外,對(duì)流層中低層仍以下沉運(yùn)動(dòng)為主,最大下沉速度為0.2 Pa/s,德宏芒市機(jī)場(chǎng)從4日09時(shí)開(kāi)始升溫較快,引起空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),從而造成高低空能量交換,引導(dǎo)地面風(fēng)速逐漸增大,到14時(shí)東北風(fēng)速已迅速增大。綜上所述,德宏芒市機(jī)場(chǎng)3日東北順風(fēng)增大過(guò)程與冷空氣南下造成的動(dòng)量下傳和臺(tái)風(fēng)西移有關(guān);4日東北順風(fēng)增大過(guò)程除了與冷空氣南下造成的動(dòng)量下傳和臺(tái)風(fēng)西移有關(guān)外,還與局地溫度升高引起的對(duì)流運(yùn)動(dòng)有關(guān)。
由圖5還可以看出,在昆明及其東部(102°E以東)3日20時(shí)—4日14時(shí)從低層至300 hPa一直為下沉運(yùn)動(dòng),通過(guò)查閱昆明機(jī)場(chǎng)的逐時(shí)風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)可知,昆明機(jī)場(chǎng)11月2日02時(shí)—4日15時(shí)為持續(xù)東北風(fēng),風(fēng)速為3~9 m/s。
圖5 沿24°N作2017年3日20時(shí)(a)、4日02時(shí)(b)、4日08時(shí)(c)、4日14時(shí)(d)時(shí)垂直速度剖面(單位: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)
通過(guò)上述分析,得出以下結(jié)論:
①德宏芒市機(jī)場(chǎng)3日順風(fēng)天氣過(guò)程是由冷空氣南下和南海臺(tái)風(fēng)西移共同影響造成的,4日順風(fēng)天氣過(guò)程除了與冷空氣南下造成動(dòng)量下傳和臺(tái)風(fēng)西移有關(guān)外,還與局地溫度升高引起的對(duì)流運(yùn)動(dòng)有關(guān);并表現(xiàn)為與以往的對(duì)流天氣引起的順風(fēng)不同,其呈現(xiàn)出風(fēng)速大,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。
②此次順風(fēng)過(guò)程中,冷暖平流在德宏芒市表現(xiàn)不明顯,對(duì)順風(fēng)過(guò)程影響較小。臺(tái)風(fēng)“達(dá)維”外圍的東風(fēng)氣流與地面冷高壓南部外圍的東北氣流匯合使德宏芒市偏東風(fēng)加強(qiáng),而孟加拉灣高壓對(duì)南支槽結(jié)構(gòu)的破壞造成德宏芒市西南風(fēng)減弱,這種配置對(duì)德宏芒市機(jī)場(chǎng)東北順風(fēng)的維持起到促進(jìn)作用。
③此次冷空氣過(guò)程中動(dòng)量下傳對(duì)地面風(fēng)速的增大有一定促進(jìn)作用,但因其下沉運(yùn)動(dòng)和最大下沉速度的高度離地面較高,高空動(dòng)量傳輸?shù)降孛孑^小,造成的風(fēng)速變化?。涣硗?,德宏芒市因處于云南西部,地理位置偏西,加上高山的阻擋,常年受冷空氣影響較小,隨著冷空氣東移南下伴有動(dòng)量下傳時(shí),其上空的動(dòng)量下傳也減小,引起的風(fēng)速變化并不大,主要為風(fēng)向的轉(zhuǎn)變,因此德宏芒市機(jī)場(chǎng)東北順風(fēng)雖然持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),但沒(méi)有到達(dá)大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。
④在冷空氣東移南下影響過(guò)程中,云南中東部地區(qū)受的影響較大,昆明機(jī)場(chǎng)先于德宏芒市機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)大范圍的東北風(fēng)。因此在冷空氣南下過(guò)程中,當(dāng)昆明及云南東部機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)一致的東北風(fēng)時(shí),德宏芒市機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)東北順風(fēng)超標(biāo)的可能性較大,可以借用昆明及云南東部機(jī)場(chǎng)的風(fēng)向風(fēng)速作為一個(gè)參考依據(jù)。