張序

（1 中國(guó)國(guó)際航空股份有限公司運(yùn)行控制中心西南分控中心，成都 610202；2 中國(guó)民航飛行學(xué)院航空運(yùn)行專業(yè)技術(shù)及人才培養(yǎng)研究所，廣漢 618307）

0 引言

昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)”）多次因大霧造成航班大面積不正常而引發(fā)旅客群體事件，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)地理環(huán)境與大霧天氣的聯(lián)系成為眾多學(xué)者研究的課題。徐海等[1]分析了大霧天氣過程出現(xiàn)的天氣背景和氣象要素特征，指出了昆明準(zhǔn)靜止鋒影響下長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧天氣特征。馬艷等[2]分析長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧天氣的特點(diǎn)，從機(jī)場(chǎng)相關(guān)部門的角度對(duì)大霧天氣下如何更好地進(jìn)行機(jī)場(chǎng)運(yùn)行提出了建議。普銳等[3]從地面觀測(cè)資料特征、探空資料特征、天氣形勢(shì)入手，提出了長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)輻射霧觀測(cè)工作中的應(yīng)對(duì)方法和技巧。楊依瑩[4]用WRF數(shù)值模式模擬機(jī)場(chǎng)2015年12月24—26日大霧天氣的整個(gè)過程，為民航運(yùn)行和機(jī)場(chǎng)選址中的應(yīng)用提供了新的途徑和思路。

本研究通過對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間段氣象元素的統(tǒng)計(jì)，開展天氣事件研究，分析、總結(jié)長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)形成大霧的原因，梳理出長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧天氣情況下航班安全運(yùn)行及應(yīng)對(duì)措施，有利于提升民航運(yùn)輸?shù)男屎桶踩浴?/p>

1 數(shù)據(jù)與方法

使用1951—2010年昆明地面氣象觀測(cè)站溫度、降水、能見度和風(fēng)向風(fēng)速的數(shù)據(jù)?？紤]到昆明市基本地面氣象觀測(cè)站的天氣代表性與昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)略有差異，大霧造成的低能見度天氣對(duì)民航航班運(yùn)行影響方面的氣象數(shù)據(jù)則來(lái)源于長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)的航空例行天氣報(bào)告（METAR）及終端機(jī)場(chǎng)天氣預(yù)報(bào)（TAF）。

本研究使用的統(tǒng)計(jì)方法主要為普通線性回歸分析，以及利用Mann-Kendall檢驗(yàn)法進(jìn)行了突變檢驗(yàn)。Mann-Kendall檢驗(yàn)不需要數(shù)據(jù)遵從一定的分布規(guī)律，是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法。

2 昆明市天氣事件研究

2.1 昆明市降水事件研究

統(tǒng)計(jì)昆明市1951—2010年每年的降水事件發(fā)生頻次，剔除為0的數(shù)據(jù)，得到23092條有效數(shù)據(jù)。經(jīng)Excel統(tǒng)計(jì)得出降水事件發(fā)生頻次的變化（圖1），可以發(fā)現(xiàn)，在1951—2010年，降水最多的年份可達(dá)到1400 mm以上，最低時(shí)小于600 mm，年降水總量超過1200 mm的有13年，平均每4～5年會(huì)發(fā)生一次。

圖1 昆明市1951—2010年年降水量統(tǒng)計(jì)Fig. 1 Precipitation in Kunming between 1951 and 2010

圖2為昆明市1951—2010年月平均降水量的分布，6—8月昆明市月平均降水量明顯較多，這3個(gè)月集中了全年大部分降水。從9月開始呈下降趨勢(shì)，表現(xiàn)出夏秋季降水豐富，冬春季降水少的季節(jié)性特點(diǎn)。

圖2 昆明市1951—2010年月平均降水量分布Fig. 2 The average precipitation in Kunming between 1951 and 2010

使用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對(duì)昆明市1951—2010年降水次數(shù)趨勢(shì)進(jìn)行了分析（圖3），可以看出，1951—1987年呈現(xiàn)出一個(gè)緩慢上升的趨勢(shì)，1987—2001年呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的下降趨勢(shì)，并且通過了顯著性檢驗(yàn)，在1965，1967，1980和1986年多次達(dá)到顯著水平，1995和1988年達(dá)到極顯著水平。

2.2 昆明市氣溫變化特征

昆明市1951—2010年的年平均氣溫呈現(xiàn)出一個(gè)上升的趨勢(shì)，從時(shí)間段來(lái)看，在1990年以后上升趨勢(shì)明顯（圖4）。

圖4 昆明市1951—2010年年平均氣溫統(tǒng)計(jì)Fig. 4 The average temperature in Kunming between 1951 and 2010

圖5是使用Mann-Kendall法對(duì)昆明市1951—2010年年平均氣溫進(jìn)行趨勢(shì)分析和突變檢驗(yàn)所繪得的曲線，可以看出，1951—1968年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且通過了顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到了極顯著水平，1980—1985年又一次達(dá)到極顯著水平，減小的趨勢(shì)直到1991年結(jié)束，1992年開始出現(xiàn)上升趨勢(shì)，在1997年達(dá)到顯著水平，1999年達(dá)到極顯著水平。

圖5 昆明市1951—2010年年平均氣溫Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量曲線圖Fig. 5 The temperature in “Mann-Kendall” in Kunming between 1951 and 2010

3 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)天氣背景下大霧天氣航班安全運(yùn)行影響研究

大霧形成的低能見度天氣一直是影響民航航班安全飛行的天氣原因之一，從近15年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)很多因大霧天氣造成的空難，如：2003年1月8日土耳其航空公司634號(hào)班機(jī)在迪亞巴克爾機(jī)場(chǎng)失事就是因?yàn)闄C(jī)場(chǎng)區(qū)域濃霧造成的[5]；2010年4月10日波蘭總統(tǒng)的專機(jī)在俄羅斯斯摩棱斯克北部一軍用機(jī)場(chǎng)降落時(shí)失事，主要原因是航班在低能見度的惡劣天氣條件下降落[6]；2010年8月24日發(fā)生的河南航空有限公司8387班機(jī)伊春墜機(jī)事故就是在能見度低于公司最低運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的情況下，仍然實(shí)施運(yùn)行造成的[7]；2010年7月28日巴基斯坦藍(lán)色航空202號(hào)班機(jī)在降落前墜毀于伊斯蘭堡北部，大雨、多霧天氣被認(rèn)為是墜機(jī)發(fā)生的主要原因[8]；2014年7月23日傍晚復(fù)興航空222號(hào)班機(jī)降落時(shí)墜毀[9]，事故報(bào)告證實(shí)失事飛機(jī)在下降過程中能見度突然變差，進(jìn)近的軌跡偏離航道4°所導(dǎo)致的，所以關(guān)注大霧天氣對(duì)航班安全飛行的意義非常重要。

3.1 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)在極端天氣條件下大霧形成原因分析

霧按照形成原理分為輻射霧、平流霧、蒸汽霧、鋒面霧、上坡霧、谷霧、冰霧、低霧等。結(jié)合出現(xiàn)大霧天氣情況下的風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫和露點(diǎn)溫度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)14次大霧過程中，有12次地面為東北風(fēng)（1～7 m/s），為冷空氣影響，屬于鋒面霧；2次為西南風(fēng)（4～7 m/s），為輻射霧（晴空或少云），出現(xiàn)在日出前后。可見，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧主要是鋒面霧，其次為輻射霧，風(fēng)向和風(fēng)速對(duì)霧的形成有很重要的作用。輻射霧是因輻射冷卻空氣達(dá)到過飽和而形成的，隨著日出之后氣溫升高而逐漸消散。

從前面的分析可以看到，昆明市的降水事件近幾年呈上升趨勢(shì)，氣溫也呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，這樣容易造成區(qū)域空氣濕度的增加。如果地面熱量散失，溫度下降，空氣潮濕，當(dāng)冷卻到一定的程度時(shí)，空氣中的一部分水汽就會(huì)凝結(jié)出來(lái)，變成很多的小水滴，懸浮在近地面的空氣層中，容易形成霧。鋒面霧是經(jīng)常發(fā)生在冷暖空氣交界的鋒面附近，鋒前霧是由于鋒面上面暖空氣云層中的雨滴落入地面冷空氣內(nèi)，經(jīng)蒸發(fā)使空氣達(dá)到過飽和而凝結(jié)形成，而鋒后霧則由暖濕空氣移至原來(lái)被暖鋒前冷空氣占據(jù)過的地區(qū)，經(jīng)冷卻達(dá)到過飽和而形成的。

分析長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)2013年1月3日發(fā)生的長(zhǎng)時(shí)間的大霧過程發(fā)現(xiàn)，從當(dāng)天的重要天氣圖和高空風(fēng)預(yù)報(bào)圖上得出在昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)附近的區(qū)域內(nèi)，高空500～700 hPa為南支槽前西南暖濕氣流控制的形勢(shì)，地面受靜止鋒影響，冷空氣自東向西逐漸控制本場(chǎng)。在3日11—23時(shí)長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)區(qū)域維持在一個(gè)由高空西南氣流和低層弱冷空氣配合控制中，所以此次大霧的形成過程是高空槽、靜止鋒、冷空氣共同影響的結(jié)果。在日常的簽派放行工作中需要關(guān)注靜止鋒、高空槽和冷空氣預(yù)報(bào)，靜止鋒預(yù)報(bào)需要注意對(duì)靜止鋒生消、加強(qiáng)或減弱、維持或移動(dòng)的預(yù)報(bào)；高空槽的預(yù)報(bào)重點(diǎn)關(guān)注高空槽的維持或過境，是水汽和低云維持的標(biāo)志，當(dāng)高空槽過境時(shí)，低云往往消失，大霧消散；冷空氣的預(yù)報(bào)主要關(guān)注冷空氣過境的情況，這個(gè)是水蒸氣凝結(jié)的重要因素之一。

另外，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)所處的獨(dú)特地理位置對(duì)大霧天氣的形成有促進(jìn)作用，一是機(jī)場(chǎng)選址在半山腰，按照冷空氣爬升在半山腰會(huì)出現(xiàn)霧天的規(guī)律，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)選址半山腰，當(dāng)然機(jī)場(chǎng)附近是出現(xiàn)大霧天氣最合適不過的地方。其二，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)處在一個(gè)小洼地，機(jī)場(chǎng)比附近地勢(shì)相對(duì)又較低，被周邊起伏的山巒包圍著，機(jī)場(chǎng)西部、西北部的最高點(diǎn)海拔約2200 m，東部、東南部海拔達(dá)到2500 m。在冬季晴朗的夜間，輻射冷卻較強(qiáng)，加上新機(jī)場(chǎng)北側(cè)的海拔較低，從而在潮濕的盆地內(nèi)容易形成冷氣團(tuán)。不斷積累的冷空氣團(tuán)平流到新機(jī)場(chǎng)北側(cè)的山坡并爬升，從而導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)跑道附近上空形成多云狀況。隨著此云層向南飄移，新機(jī)場(chǎng)逐漸被霧所覆蓋。這就像是給機(jī)場(chǎng)上空蓋上了一層“被子”，形成了一層保護(hù)膜，不利于空氣的流動(dòng)，導(dǎo)致霧氣難以散去。而當(dāng)冷空氣入侵且相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，大霧短時(shí)間就不容易散去。最后就是長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)位于云南冷空氣的入口，又是昆明準(zhǔn)靜止鋒常影響的區(qū)域，所以一旦有西南暖濕氣流配合，大霧天氣相對(duì)巫家壩機(jī)場(chǎng)多。

3.2 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)與原巫家壩機(jī)場(chǎng)大霧天氣特點(diǎn)對(duì)比分析

圖6 昆明機(jī)場(chǎng)低能見度天氣發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)圖Fig. 6 The frequency of low visibility at the Kunming Airport

統(tǒng)計(jì)昆明機(jī)場(chǎng)近10年出現(xiàn)大霧天氣的年頻次（圖6），發(fā)現(xiàn)2012年是發(fā)生突變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)源于航班運(yùn)行由原巫家壩機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)場(chǎng)到長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)后地理環(huán)境變化所導(dǎo)致。在2011年之前極少出現(xiàn)大霧天氣，從2012年開始大霧天氣發(fā)生頻率開始增大，在2013年達(dá)到一個(gè)頻次近百次的峰值，之后大霧天氣頻次雖然有所下降，依舊是遠(yuǎn)高于原巫家壩機(jī)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)。

圖7是一個(gè)日歷年內(nèi)長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)每月出現(xiàn)大霧天氣的對(duì)比，分析得到長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)霧的天氣主要從7月開始遞增，到10月達(dá)到峰值（約180次）。11月—次年1月同樣處于多發(fā)季節(jié)，2—6月處于低值，變化不大，穩(wěn)定在40次上下，這與降水天氣事件和溫度天氣事件發(fā)生的趨勢(shì)吻合。

圖7 長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)霧天氣對(duì)比圖Fig. 7 The comparison of foggy conditions at the Changshui Airport and the Wujiaba Airport

從所有的有效數(shù)據(jù)中整理出長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)24 h內(nèi)出現(xiàn)大霧天氣的對(duì)比情況（圖8），分析得出長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)霧的時(shí)間多在夜間20時(shí)—次日02時(shí)。從03時(shí)開始處于較低水平，在中午12時(shí)出現(xiàn)霧的次數(shù)相對(duì)較多。通過對(duì)比兩機(jī)場(chǎng)24 h出現(xiàn)霧次數(shù)，從總數(shù)來(lái)看，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)霧的次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原巫家壩機(jī)場(chǎng)。

圖8 長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)24 h出現(xiàn)霧天氣次數(shù)對(duì)比圖Fig. 8 A comparison of the fog weather occurrence within 24 hours between the Changshui Airport and the Wujiaba Airport

3.3 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧天氣對(duì)航班運(yùn)行影響研究

從整體航班量占比來(lái)看，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的飛機(jī)以C類和D類飛機(jī)為主，由長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)起降過程主用的21/22號(hào)跑道對(duì)外公布并使用的標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)近圖、II類飛行進(jìn)近圖和機(jī)場(chǎng)圖得到長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)的起降標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

基于2012年6月27日機(jī)場(chǎng)搬遷前后長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)和原巫家壩機(jī)場(chǎng)能見度不滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在不滿足精密進(jìn)近的次數(shù)、非精密進(jìn)近次數(shù)、目視盤旋次數(shù)和各類飛機(jī)起飛的次數(shù)上，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原巫家壩機(jī)場(chǎng)，特別是不滿足起飛標(biāo)準(zhǔn)情況出現(xiàn)的概率，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)為1.39%，遠(yuǎn)高于原巫家壩機(jī)場(chǎng)的0.015%，其他幾項(xiàng)都高于5倍以上。能見度運(yùn)行的情況，原巫家壩滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)占98.5%，長(zhǎng)水占統(tǒng)計(jì)量的88%。

由于大氣的不斷運(yùn)動(dòng)變化，產(chǎn)生了各種天氣現(xiàn)象和天氣變化，如顛簸、風(fēng)切變、雷雨、積冰、低云、低能見度等危險(xiǎn)天氣，對(duì)飛行安全均構(gòu)成極大威脅。在近13年國(guó)際民航事故氣象原因分類表中，與低能見度有關(guān)的飛行事故占到了17%。大霧這類低能見度天氣對(duì)飛行的影響具體表現(xiàn)在低空空域時(shí)常會(huì)存在明顯的低能見度天氣，且機(jī)場(chǎng)跑道由于跑道視程受到影響，會(huì)在地面對(duì)航空器的起飛或者落地安全造成重要的影響。多年來(lái)各機(jī)場(chǎng)因大霧所造成的航空器返航備降、機(jī)場(chǎng)關(guān)閉等情況時(shí)有發(fā)生，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)飛機(jī)在低能見度條件下著陸時(shí)，容易造成飛機(jī)偏離跑道、在跑道外接地，甚至可能發(fā)生輪胎破裂和起落架折斷等事故。

從能見度對(duì)航班安全順暢運(yùn)行的影響來(lái)看，原巫家壩機(jī)場(chǎng)的能見度條件優(yōu)于昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)。受到長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)獨(dú)特地形的影響，大霧造成的低能見度天氣在長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)更明顯，11月—次年1月的早晨到中午經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣，對(duì)進(jìn)港航班的安全飛行有顯著的影響。

4 昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧條件下航班運(yùn)行保障的措施和建議

針對(duì)大霧等天氣造成的低能見度天氣下的安全運(yùn)行，本研究認(rèn)為需要航空公司各部門的通力協(xié)作，在長(zhǎng)期航班保障的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧條件下航班運(yùn)行保障的提出以下3點(diǎn)措施和建議：

1）做好昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)進(jìn)港航班備份燃油和可靠備降場(chǎng)的選擇。在昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)附近可作為備降場(chǎng)使用的機(jī)場(chǎng)包括貴陽(yáng)、成都、重慶、南寧、西安、綿陽(yáng)、蘭州，在簽派放行飛往昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)航班的過程中應(yīng)該合理地選擇備降場(chǎng)，充分考慮備降場(chǎng)的保證能力，避免備降場(chǎng)集中選擇的情況出現(xiàn)，充分考慮航班空中等待的時(shí)間增加，適當(dāng)增加航班空中飛行的備份燃油，避免低油量落地情況的發(fā)生。

2）推進(jìn)低能見度情況下起飛和著陸過程中先進(jìn)技術(shù)的使用。II類飛行、低能見度起飛程序的投入使用，使昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)在保證安全的情況下可以采用更低的能見度標(biāo)準(zhǔn)起飛、落地，針對(duì)低能見度起飛中國(guó)民用航空局近期還引入了平視顯示器（HUD）的概念，飛行員在使用時(shí)會(huì)感覺到精確度大大提高，對(duì)航班運(yùn)行的順暢作用顯著，提升在復(fù)雜天氣條件下低能見度起飛的能力。

表1 長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)常用跑道起降標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The standard of runway of departure and arrival in Kunming Changshui Airport

3）引入并完善系統(tǒng)決策系統(tǒng)（CDM）。通過空管、氣象、航空公司三方協(xié)同決策的方式，加強(qiáng)氣象信息與空管、航空公司運(yùn)行信息的融合，提高昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)低能見度天氣條件下的運(yùn)行效率。啟用CDM系統(tǒng)后，長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)出港航班進(jìn)入了西南區(qū)域統(tǒng)放航班放行排序，通過CDM系統(tǒng)能及時(shí)得到航班出港時(shí)間，組織旅客登機(jī)，旅客在機(jī)上等待時(shí)間大大減少，提升旅客在機(jī)場(chǎng)的航空出行體驗(yàn)。