畢 波，趙建偉，楊 航

(云南機場集團有限責任公司大理機場，云南 大理 671000)

1 引言

大理機場地處滇西北橫斷山脈最南端，金沙江與瀾滄江過渡地帶，洱海盆地南部，區(qū)域內地形總勢西北高、東南低，全區(qū)山勢陡峭挺拔、河谷縱橫深切其間，海拔懸殊較大。主要受高原季風氣候影響[1]，屬低緯高原季風氣候區(qū)，氣候特點主要表現(xiàn)為四季不明顯、冬無嚴寒、夏無酷暑，干涼同季、雨熱同季，干雨季分明。機場周圍四面環(huán)山，地形復雜，風場多變，有很多學者對大理的風場特征做了分析，并取得了一系列成果，楊澄等[2]對大理市大風天氣特征進行了統(tǒng)計及分析，指出大理大風日數(shù)存在明顯的年際變化和年代際變化，大理大風具有明顯的日變化特征,楊澄等[3]還對青藏高原東南側冬季大風進行診斷分析，分析了大風產生的天氣背景和原因。董保舉等[4]對大理邊界層風垂直變化觀測進行研究，表明大理上空100 m高度和1 000 m高度的主導風向相反，500 m高度風向由白天東南風轉為夜間西南風。針對大理機場的大風天氣，趙建偉等[5]對大理機場一次晴空大風天氣診斷分析，指出動量下傳是產生此次大風的主要原因。近年來隨著大理機場航班量的不斷增加，航班受風場的影響也在加劇，伴隨著機場周邊城市化進程的加快和環(huán)境條件的改變，風場變化也呈現(xiàn)出新的特點[6]，而機場目前缺乏專業(yè)的風場探測設備，擬通過統(tǒng)計分析歷年資料，分析出機場地面風向風速以及大風天氣的變化特征，以期為以后預報提供參考，更好地保障飛行安全、正常。

2 資料選取及說明

文中選用了大理機場2013年1月—2017年12月5 a自動觀測系統(tǒng)中的10 m高度風向和風速整點數(shù)據(jù)做為地面風分析，以及近3 a因天氣原因返航備降的航班數(shù)據(jù)，風向分辨率為10°，風速分辨率為1 m/s，平均風速為10 min內的風速平均值，瞬時風速為3 s內的平均值，大風是指瞬時風速≥17 m/s的風，文中所提到的時間均為世界協(xié)調時(UTC)，風向VRB指的是當風速≤2 m/s時風向變化大于60°且小于180°或當風速>2 m/s時，風向變化大于180°。

大理機場位于25°39′01″N，100°19′07″E，處于洱海東南岸，東靠群山，西鄰洱海、蒼山，機場周圍四面環(huán)山，地形復雜，跑道方向為磁向168～348°，跑道長2 600 m，寬45 m，機場標高2 155.4 m，主降方向是由北向南的17號跑道。

3 地面風分析

3.1 地面風向分析

表1 大理機場2013—2017年各月各風向段(30°內)出現(xiàn)頻率Tab.1 Frequency of wind sections (within 30 degrees) at Dali airport from 2013 to 2017

如表1所示，風向頻率82%集中在140～250°風向夾角內，其中風向夾角140～160°最多，占全年風向頻率41%，幾乎占到了一半，其次是200～220°和170～190°風向段，均占16%，最少為350～10°風向段，風向頻率0%。從風向頻率各月變化情況看，風向隨季節(jié)的交替變化不大，靜風在8月份出現(xiàn)頻率最大，7月次之，3月幾乎不出現(xiàn)靜風；風向VRB各月均會出現(xiàn)，且出現(xiàn)頻率在3%～13%之間，8月份出現(xiàn)頻率最大，7月次之，6月最少；140～160°風向段在各月出現(xiàn)頻率均較大， 140～160°風向段風向頻率3月最少，占24%，從3—6月逐漸增大，6月達到54%，而9月—次年3月又逐漸減小，200～220°風向段卻出現(xiàn)了相反的變化情況，也就是說，每年3—6月，風向集中在110～190°夾角范圍內，多為東南風，從8月—次年2月，風向逐漸增大，出現(xiàn)西南風的頻率增大，但最大風向角>250°的情況較少出現(xiàn)，2—7月，風向變化情況正好相反，也就是說，大理機場全年盛行偏南風，風向角度會隨著季節(jié)有所變化，但變化的幅度并不大，可以說常年風向穩(wěn)定，只有受到天氣過程或天氣系統(tǒng)影響時，風向才變化較大，這樣的風向對飛行有利。

圖1 大理機場2013—2017年盛行風向的日變化Fig.1 Daily change of prevailing wind direction in Dali airport from 2013 to 2017

圖1為各時次的盛行風向分布圖，可以看出大理機場盛行風向隨時間變化情況，夜間到上午為東南風，午間02—04UTC風向逐漸轉為西南風，到傍晚11—13UTC再轉為東南風，最大風向角出現(xiàn)在午后07—09UTC之間，一天之內盛行風向均在150～220°夾角范圍內變化，盛行風向變化的變化范圍只有70°，而大理機場的主降跑道為17號，說明盛行風向與機場跑道夾角較小，在20～50°之間，因此，正側風分量小,頂風分量大，能使離地速度和著陸速度減小，縮短滑跑距離，增大載重量，對飛機的起降比較有利。

3.2 地面風速分析

圖2 大理機場2013—2017年各月平均風速(單位：m/s)Fig.2 Average monthly wind speed of Dali airport from 2013 to 2017 (unit: m/s)

大理機場近5 a年平均風速為5.4 m/s。從年際變化看，大理機場2013—2017年的年平均風速呈先增大后減小的變化趨勢(圖略)，2013年平均風速最小為5.0 m/s，2015年平均風速最大為5.6 m/s，年平均風速最大和最小相差0.6 m/s，整體上各年年平均風速差異不大。從年變化看，各月平均風速變化情況如圖2所示，平均風速2月份最大，為6.8 m/s，3月次之，為6.4 m/s，8月份最小，為3.3 m/s，從2—8月呈現(xiàn)逐月遞減趨勢，而從8月—次年2月為遞增，無論是遞增還是遞減其間均無波動變化。12月—次年4月，平均風速較大，均大于全年平均風速5.4 m/s，這與11月以后中緯度西風帶南移，青藏高原南部南支西風氣流建立并逐漸加強有很大關系[3]，而7—10月平均風速則相對較小。

圖3 大理機場2013—2017年平均風速的日變化(單位：m/s)Fig.3 Diurnal variation of average wind speed in Dali airport from 2013 to 2017 (unit:m/s)

分析大理機場風速日變化特征，從圖3大理機場2013—2017年各時次平均風速可以看出，大理機場地面風速隨時間變化具有較強的規(guī)律性，00UTC風速最小，為4.5 m/s，午后風速逐漸增大，特別是從05—07UTC風速呈直線遞增，到08UTC最大，達到6.4 m/s，之后風速再逐漸減小，夜間13—02UTC風速平穩(wěn)，變化不大，平均風速變差小于2 m/s，可見，大理機場地面風速白天大于夜間，且白天變化大，夜間風速穩(wěn)定。

圖4 大理機場2013—2017年各風速段年平均出現(xiàn)頻率(單位：%)Fig.4 Annual average occurrence frequency of each wind speed section in Dali airport from 2013 to 2017 (unit: %)

圖4為大理機場2013—2017年各風速段年平均出現(xiàn)頻率，靜風出現(xiàn)頻率為2%，沒有包含在圖中，大理機場平均風速多出現(xiàn)在9 m/s及以下，出現(xiàn)頻率為94%，其中4～6 m/s占50%，為最多，其次是7～9 m/s和1～3 m/s，分別占24%和18%，平均風速≥10 m/s的占總出現(xiàn)頻率的6%，其中對航班起降影響較大的13～16 m/s最少，占1%。

分析大理機場風向和風速的關系發(fā)現(xiàn)，風向變化范圍與風速呈現(xiàn)反比關系，當風速較大時風向穩(wěn)定，風速較小時，風向變化相對較大，風速<3 m/s時，常會出現(xiàn)風向變化范圍>180°的情況。

風速對大理機場的飛行有重要影響，根據(jù)《民用航空空中交通管理規(guī)則》規(guī)定，航空器通常應當逆風起降，當跑道長度、坡度和凈空條件允許，航空器也可以在順風分量風速不大于2.5 m/s時起降，當使用干跑道時，側風分量風速不得大于10 m/s；當使用濕跑道時，側風分量風速不得大于7.5 m/s；管制員不得安排航空器在濕跑道上順風起降。因此，地面風是管制員選擇跑道方向的一個重要指標，如果風速超過機場運行風速限制，機場將臨時關閉，飛機無法起降。

4 大風特征分析

近3 a來，共有51個航班因本場大風或由大風引起的顛簸、低空風切變而返航備降，極端最大瞬時風速達到30 m/s，風向為西南風，出現(xiàn)在2016年4月15日。

圖5 大理機場2013—2017年各月大風年變化(單位：d)Fig.5 Annual change of monthly wind in Dali airport from 2013 to 2017 (unit: day)

將一天內出現(xiàn)一次或一次以上大風定為一個大風日，在年際變化方面，大理機場大風日數(shù)的年際差異較大，大理機場大風日數(shù)年平均為78.6 d，大風日數(shù)2014年最多，為103 d，2013年最少為67 d，相差了36 d，其他年份2015年為79 d，2016年為68 d，2017年為76 d。圖5為大理機場2013—2017年各月累計大風日數(shù)，由圖5可知，大理機場全年各月都有可能出現(xiàn)大風天氣，但大風日數(shù)各月出現(xiàn)情況差別較大，大風主要出現(xiàn)在11、12月以及次年1—4月，其中2月份出現(xiàn)大風日數(shù)最多，累計大風日數(shù)為81 d，隨著季節(jié)變化，此時青藏高壓南移，副高東退，青藏高原南部南支西風氣流建立并控制影響大理上空，在強勁的高空西風氣流引導下地面風速也隨之增大，加之大理特殊的地形影響，使氣流通過盆地入口時流速進一步加大，大風日數(shù)隨之增多[2]；每年7—10月份出現(xiàn)大風日數(shù)較少，為1～2 d，而且出現(xiàn)時多為雷暴大風，也就是當積雨云過境時產生的地面短時大風。圖中還可以發(fā)現(xiàn)，從10—12月大風日數(shù)是一個快速增長過程，呈現(xiàn)直線上升，10月份累計大風日數(shù)僅為1 d，而12月累計大風日數(shù)達到67 d，從2—6月，大風日數(shù)則是逐月減少，因此常常將每年的11月—次年4月稱為干季，這一時期多為晴好少云天氣，降水稀少，大風日數(shù)多，在保障飛行安全方面，重點考慮地面大風、顛簸、亂流和低空風切變對飛行的影響。

圖6 大理機場2013—2017年大風日變化(單位：次)Fig.6 Daily variation of strong wind in Dali airport from 2013 to 2017 (unit: time)

圖6為大風出現(xiàn)次數(shù)日變化情況，可見一整天各時段都會出現(xiàn)大風天氣，但各時段內出現(xiàn)的次數(shù)是不一樣的，從早上20UTC至中午02UTC出現(xiàn)次數(shù)相對較少，其中最少出現(xiàn)在00—02UTC，03—07UTC大風出現(xiàn)次數(shù)急劇增多，最多出現(xiàn)在08UTC，累計出現(xiàn)大風次數(shù)達到89次，大風主要出現(xiàn)在下午06—11UTC之間，11UTC后大風開始減少，日落后大風出現(xiàn)次數(shù)明顯減少?？梢姶罄頇C場大風出現(xiàn)時間具有明顯的日變化特征，白天多于夜間，且起風時間一般為中午03UTC以后。

圖7 大理機場2013—2017年大風各風向段出現(xiàn)頻率(單位：%)Fig.7 Occurrence frequency of wind sections in Dali airport from 2013 to 2017 (unit: %)

對大風出現(xiàn)時各個時次的大風風向進行了統(tǒng)計分析，并將5 a各個風向的風向頻率繪以圖7，大風風向集中出現(xiàn)在180～250°，最多風向為220 °，風向頻率達到32.8%，其次分別是230 °和210 °，風向頻率分別占22.4%和14.7%，250°風向出現(xiàn)頻率最少，占1.3%?？梢姶罄頇C場大風風向為西南風，這與700 hPa(約3 000 m)風向是一致的，在大風日數(shù)較多的干季，大理上空常受穩(wěn)定的西南風氣流控制，這一時期700 hPa風速較大，常常有低空急流存在，機場大風的產生與西南低空急流有很大關系。

大風是影響大理機場航班飛行保障的重要天氣之一，當機場出現(xiàn)大風時，機組往往申請改變飛行程序，從機場東面進場，以便避開常規(guī)飛行程序上洱海上空“三轉彎點”附近的顛簸區(qū)域。另外，大風還會產生很大的偏流，使操縱飛機發(fā)生困難，對下滑角的保持有較大影響，難以保持穩(wěn)定的飛行姿態(tài)。

5 風對飛行的影響

風與飛行的關系極為密切，飛機的起飛著陸、選擇飛行高度、領航以及計算飛機活動半徑和油料消耗等都必須考慮風的影響，飛機起降時所能承受的最大風速，取決于機型和風與跑道的夾角，逆風起降時所能承受的風速最大，正側風起降時所能承受的風速最小，這是因為近地面風由于受地表的影響，風場變化復雜，具有明顯的陣性，風速越大，陣性越強，使飛機受到無規(guī)律的影響[7]。大氣的垂直運動和亂流運動會引起飛行高度變化和飛機顛簸，低空風切變可嚴重危害飛行安全，還有飛機順風起降，將增長滑跑距離，減少上升率和下滑率，當風速超過規(guī)定時，飛機有可能沖出跑道；飛機逆風起降，將縮短滑跑距離，加大著陸下滑率和下滑角，風速過大也可能使飛機提前接地；側風對飛行也有影響，飛機會順著側風方向移動，如不及時修正就會偏離跑道，側風還會使地面飛機打地轉等[8]。風對飛行安全的影響主要來自氣流造成飛機飛行狀態(tài)的改變，在飛機起降階段，飛機飛行速度較小，風場的影響顯著[9]。

分析大理機場2015—2017年間由于天氣原因造成的航班返航備降情況可知，近3 a共有153架次因天氣原因返航備降，造成航班返航備降的天氣有強降水、雷暴、低云低能見度、大風、顛簸、低空風切變和順風。從各種天氣的出現(xiàn)頻率來看，低云低能見度最多，占46.4%，大風次之，占25.5%，其次是雷暴占12.4%，低空風切變占5.9%，強降水占4.6%，順風占3.3%，顛簸最少，占2.0%。從各種天氣造成航班返航備降的架次來看，低云低能見度71架次，大風39架次，雷暴19架次，低空風切變9架次，強降水7架次，順風5架次和顛簸3架次。值得注意的是2017年雨季期間大理機場儀表著陸系統(tǒng)升級改造停用，飛機著陸所需的能見度和云底高度標準大幅提高，低云低能見度影響突出，2017年因低云低能見度返航備降的航班達44架次；從各種天氣出現(xiàn)時間來看，大風、顛簸和低空風切變均出現(xiàn)在每年的11月—次年的4月，也就是常說的干季，強降水、雷暴、低云低能見度和順風主要出現(xiàn)在5—10月，這是因為干季中緯度西風帶南移，青藏高原南部南支西風氣流建立并控制大理地區(qū)，多為晴好少云天氣，大風日數(shù)多，在特殊地理地形影響下，大理地區(qū)存在著復雜的大氣湍流活動，地形性風明顯，機場區(qū)域內風場復雜；而5—10月，西風帶北移，受來自孟加拉灣的西南氣流和南海的東南氣流影響，水汽充沛，多雷暴、降水天氣，大理上空風速減小，低云低能見度天氣伴隨降水過程出現(xiàn)[10]。因此，大理機場航班運行受天氣影響的特征分明，干季受大風、顛簸和低空風切變影響，雨季受低云低能見度、雷暴、強降水和順風影響，大理機場極少出現(xiàn)降雪、冰雹等極端天氣，受降雪、冰雹影響不明顯。

隨著大理機場航班量增加，風對航班運行的影響日益凸顯，2014年以前由于航班少，航空公司在做冬春季航班計劃時常把航班安排在上午，以避開下午的大風時段，近年來，越來越多的航班被安排在下午，大風、顛簸和低空風切變對飛行的影響也越來越大。

6 小結

①大理機場全年盛行偏南風，每年3—7月風向多為東南風， 8月—次年2月風向逐漸增大，出現(xiàn)西南風的頻率增大；風向夜間到上午為東南風，中午02—04UTC逐漸轉為西南風，到傍晚11—13UTC再轉回東南風。

②大理機場年平均風速為5.4 m/s，平均風速2月最大，3月次之，8月最?。伙L速在00UTC最小，午后逐漸增大，到08UTC達到最大，之后再逐漸減??；白天風速大于夜間，夜間風速穩(wěn)定。

③大理機場大風天氣主要出現(xiàn)在干季，出現(xiàn)時間多集中在下午06—11UTC，白天多于夜間，起風時間一般為中午03UTC以后，風向為西南風。

④大理機場干季受大風、顛簸和低空風切變影響較大。