王 躍，谷思雨，徐 暢

（民航氣象中心，北京100020）

北京位于太行山和燕山山脈腳下的華北平原北端，平原地區(qū)西、北和東北向環(huán)山，山脊連成平均海拔一千米左右的弧形屏障，地形呈簸箕狀，這種獨(dú)特的地形使大氣流動(dòng)受到阻擋，常處于靜穩(wěn)天氣，造成持續(xù)的低能見(jiàn)度天氣[1]。北京的特殊地形對(duì)風(fēng)向風(fēng)速的變化相當(dāng)顯著，早晨以偏北或偏西北的風(fēng)向占多數(shù)，午后則比較零亂，但西南方向風(fēng)的頻率較大，這主要是因?yàn)榈匦巫兓鸬纳斤L(fēng)谷風(fēng)，早晨的山風(fēng)來(lái)自西北，下午的谷風(fēng)來(lái)自東南[2]。冬春季節(jié)的大氣環(huán)流在北京的主要風(fēng)向是西北，壓制了地方性的谷風(fēng)，所以大多數(shù)都是西北風(fēng)，而早晨近地面因夜間輻射降低，穩(wěn)定度增加，高空氣流的影響小，地方性的西風(fēng)山風(fēng)也特別明顯[3]。

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于北京市大興區(qū)和河北省廊坊市交界處，北距天安門46千米、北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)67千米，處于太行山、燕山山坳的半盆地之中，大氣自然環(huán)境同時(shí)受山系地形、山坳半盆地及西風(fēng)帶天氣的影響。2019年9月25日大興機(jī)場(chǎng)正式通航，在全國(guó)第一個(gè)實(shí)現(xiàn)開(kāi)航即具備儀表著陸（也稱盲降）三類B運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，即在跑道視程（RVR）低至75米的情況下，滿足ILS CATIIIB運(yùn)行能力的飛機(jī)可以正常著陸；也是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)HUD（平視顯示器）RVR（跑道視程）75米起飛，即裝有平視顯示器的飛機(jī)在跑道視程低至75米的情況下就可以起飛[4]。目前大興機(jī)場(chǎng)共有四條跑道，其中僅01L號(hào)跑道設(shè)IIIB類精密進(jìn)近燈光系統(tǒng)，35L號(hào)跑道設(shè)II類精密進(jìn)近燈光系統(tǒng)，17R、19R、29R、17L/35R號(hào)跑道均設(shè)I類精密進(jìn)近燈光系統(tǒng)，11L號(hào)跑道為起飛跑道。而隨著大興機(jī)場(chǎng)航班量的逐漸增加，因此當(dāng)遇到持續(xù)的低能見(jiàn)度天氣時(shí)仍會(huì)導(dǎo)致大面積航班的延誤和返航備降。

1 天氣實(shí)況

2020年12月12日凌晨至中午大興機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)了一次持續(xù)的低能見(jiàn)度天氣。如圖1所示，12日00：36開(kāi)始，01L跑道端RVR開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨后其他跑道端RVR也開(kāi)始降低。01L跑道端RVR在01：07降低到1000米以下。01：18RVR從800米迅速降到450米，01：32RVR降低到225米，僅14分鐘的時(shí)間從一類降低到不滿足二類運(yùn)行。10：30RVR一直維持在150-225米之間，所有跑道端RVR在10：34左右回升至375米，10：44左右上升至600米以上，滿足一類運(yùn)行。除01L跑道端外，其他跑道端RVR均在10：38左右逐漸恢復(fù)至運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)之上。01L跑道端在10：55又下降至550米以下，出現(xiàn)短暫波動(dòng)，12：40以后才穩(wěn)定在550米以上，這次低能見(jiàn)度天氣過(guò)程才完全結(jié)束。

這次低能見(jiàn)度天氣過(guò)程有三個(gè)特點(diǎn)，其一RVR值在短時(shí)間內(nèi)迅速降低，在12日01：02至01：32的半個(gè)小時(shí)內(nèi)，RVR從1100米降低至225米；其二持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，長(zhǎng)達(dá)11個(gè)小時(shí)；其三RVR最小值偏低且穩(wěn)定，最低RVR值150米的水平維持了5個(gè)小時(shí)。

2 氣象條件分析

2.1 地面氣象要素分析

地面的氣象要素特征對(duì)能見(jiàn)度變化有著非常重要的影響，圖1是利用大興機(jī)場(chǎng)跑道自觀數(shù)據(jù)分析了12月11日00：00-14：00相關(guān)氣象要素的變化情況。如圖所示，在RVR降低之前大興機(jī)場(chǎng)持續(xù)吹偏南風(fēng)，并且風(fēng)速持續(xù)增大，最大可達(dá)3.6米/秒。從而使得大興機(jī)場(chǎng)南側(cè)的霧區(qū)（由圖2可見(jiàn)）向北輸送，并伴隨暖濕氣流在大興機(jī)場(chǎng)區(qū)域匯聚。從溫度和相對(duì)濕度的變化曲線也可以看出，隨著暖濕氣流的輸送，大興機(jī)場(chǎng)的溫度和相對(duì)濕度都有所增高。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到98%時(shí)，RVR也達(dá)到了最低值150米，而在整個(gè)過(guò)程中相對(duì)濕度都保持在95%左右，為這次低能見(jiàn)度天氣的長(zhǎng)時(shí)間維持提供了有利的水汽條件[5]。

圖1 大興機(jī)場(chǎng)相對(duì)濕度和溫度、風(fēng)向和風(fēng)速及RVR變化曲線

圖2 2020年12月12日00時(shí)全國(guó)能見(jiàn)度實(shí)況圖

從風(fēng)向風(fēng)速變化曲線可以看出，當(dāng)大興機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)低能見(jiàn)度后，風(fēng)速開(kāi)始逐漸減小。整個(gè)低能見(jiàn)度持續(xù)過(guò)程中，風(fēng)速一直小于2米/秒，風(fēng)向也由持續(xù)的偏南風(fēng)變?yōu)轱L(fēng)向不定。這種持續(xù)的微風(fēng)條件，是導(dǎo)致此次低能見(jiàn)度天氣長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的最直接氣象因素[6]。而整個(gè)過(guò)程結(jié)束的關(guān)鍵點(diǎn)也是由于風(fēng)向和風(fēng)速的變化，09：10大興機(jī)場(chǎng)的風(fēng)向轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，由于風(fēng)速仍然較小，所以能見(jiàn)度并沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)好，但RVR已經(jīng)出現(xiàn)上升趨勢(shì)。11：00之后隨著風(fēng)速增大，持續(xù)的偏北風(fēng)使得RVR迅速轉(zhuǎn)好，并穩(wěn)定在550米以上。

2.2 環(huán)流形勢(shì)分析

如圖3所示，從11日20時(shí)500hPa的高空?qǐng)D上可以看出，華北南部處于槽后的西北氣帶控制，大氣運(yùn)動(dòng)在垂直方向上是輻散下沉的；700hPa天氣圖中，華北南部也主要以冷平流為主，前期的冷平流使得地面持續(xù)降溫從而形成冷的下墊面，為平流霧的生成提供了有利的溫度條件；同時(shí)在850hPa的天氣圖中，華北南部處于氣壓梯度很小的均壓地區(qū)，等壓線比較稀疏，風(fēng)速較小。而從地面形勢(shì)場(chǎng)中可以看出，華北南部存在一個(gè)弱的輻合區(qū)，大量的水汽在此匯集，為后面平流霧的生成提供了充足的水汽條件，是此次低能見(jiàn)度天氣產(chǎn)生和維持的一個(gè)主要原因[7]。

綜上所述，在大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣爆發(fā)之前，我國(guó)中東部地區(qū)高層處于槽后的下沉氣流區(qū)，地面維持弱氣壓場(chǎng)形勢(shì)。華北南部整體處于靜穩(wěn)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有系統(tǒng)波動(dòng)，天氣條件不利于大氣擴(kuò)散，區(qū)域性低能見(jiàn)度天氣易發(fā)生并且維持[8]。

圖3 11日20時(shí)（a）500hPa、（b）700hPa、（c）850hPa和（d）地面形勢(shì)場(chǎng)

3 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品分析

如圖4所示，由11日08時(shí)起報(bào)的EC預(yù)報(bào)資料可以看出，12日02時(shí)和08時(shí)大興機(jī)場(chǎng)均處于低濕度區(qū)，并且地面風(fēng)向以東北風(fēng)為主，按照一般預(yù)報(bào)大霧的經(jīng)驗(yàn)，較難有持續(xù)性濃霧產(chǎn)生[9]。但實(shí)際上次日凌晨，地面風(fēng)向短時(shí)間內(nèi)迅速轉(zhuǎn)為持續(xù)性偏南風(fēng)，所以數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)于大興本場(chǎng)風(fēng)向的預(yù)測(cè)存在嚴(yán)重偏差，這也是導(dǎo)致此次大霧前期預(yù)報(bào)樂(lè)觀的一個(gè)主要原因。

通常來(lái)說(shuō)，平流霧的發(fā)生往往很突然，需綜合考慮霧區(qū)的相對(duì)位置和風(fēng)向，抓住風(fēng)向的突變[10]。此次過(guò)程大興機(jī)場(chǎng)位于霧區(qū)的北邊界，風(fēng)向轉(zhuǎn)變?yōu)槠巷L(fēng)后，能見(jiàn)度迅速降低。分析本次預(yù)報(bào)失誤原因，一方面由于目前平流霧的探測(cè)資料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，對(duì)于平流霧的移動(dòng)缺乏足夠的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段；另一方面，相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)平流霧產(chǎn)生和消散的時(shí)間考慮過(guò)于樂(lè)觀，而過(guò)度依賴于水汽或相對(duì)濕度的觀測(cè)和預(yù)報(bào)是本次預(yù)報(bào)失敗的根本原因。因此，在平流霧過(guò)程中，近地層風(fēng)向和水汽變化迅猛，技術(shù)上很難把握，預(yù)報(bào)平流霧是否會(huì)發(fā)生，必須綜合考慮包括風(fēng)場(chǎng)在內(nèi)的近地層各物理量場(chǎng)的環(huán)流形勢(shì)、變化規(guī)律以及輻合輻散等演變特征。

4 服務(wù)保障情況

此次大興機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣過(guò)程前期預(yù)報(bào)樂(lè)觀，11日夜間民航氣象部門的預(yù)報(bào)沒(méi)有考慮大興機(jī)場(chǎng)次日的低能見(jiàn)度天氣，僅考慮12日凌晨01-09時(shí)有霜，大興機(jī)場(chǎng)早間能見(jiàn)度維持在3公里以上。11日20時(shí)大興運(yùn)管委聯(lián)合會(huì)商結(jié)論也是大興機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)低能見(jiàn)度風(fēng)險(xiǎn)較小。12日00：45大興機(jī)場(chǎng)氣象人員觀測(cè)到跑道RVR開(kāi)始下降后立即發(fā)布大霧警報(bào)：目前大興機(jī)場(chǎng)主導(dǎo)能見(jiàn)度4000米，呈下降趨勢(shì)，預(yù)計(jì)02時(shí)后主導(dǎo)能見(jiàn)度下降至1-2公里，04時(shí)后主導(dǎo)能見(jiàn)度下降至600-800米，部分跑道RVR最低125米，09時(shí)后主導(dǎo)能見(jiàn)度上升至800米以上；12日04時(shí)氣象預(yù)報(bào)員考慮07時(shí)能見(jiàn)度回升至600米，09時(shí)后主導(dǎo)能見(jiàn)度上升至800米以上，所有跑道RVR上升至550米以上；08時(shí)氣象預(yù)報(bào)員根據(jù)最新資料預(yù)計(jì)大興機(jī)場(chǎng)10時(shí)后能見(jiàn)度好轉(zhuǎn)至300-600米，RVR300-550米，12時(shí)后能見(jiàn)度回升至800米以上，RVR回升至550米以上。

圖4 11日08時(shí)起報(bào)（a）12日02時(shí)和（b）12日08時(shí)的2米風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度

12日凌晨大興機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)低能見(jiàn)度天氣后，民航氣象部門及時(shí)發(fā)布重要天氣提示并啟動(dòng)大霧天氣黃色預(yù)警，立即通知管制、機(jī)場(chǎng)和航空公司等用戶目前華北區(qū)域的大范圍低能見(jiàn)度天氣，并預(yù)測(cè)大興機(jī)場(chǎng)于10時(shí)后RVR將上升至550米以上。上午9：30民航氣象系統(tǒng)會(huì)商時(shí)，華北氣象中心給出最新結(jié)論：大興機(jī)場(chǎng)13時(shí)前維持大霧天氣，能見(jiàn)度500-800米；在隨后的10時(shí)民航系統(tǒng)視頻協(xié)調(diào)會(huì)上，民航氣象中心通報(bào)了大興機(jī)場(chǎng)最新的低能見(jiàn)度天氣趨勢(shì)，并提醒管制用戶大興機(jī)場(chǎng)的部分跑道RVR目前已有上升趨勢(shì)。

華北管制中心通報(bào)目前大興機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行情況，由于低能見(jiàn)度天氣，大興機(jī)場(chǎng)的出港航班均采取調(diào)時(shí)和取消措施，目前空中盤(pán)旋的飛機(jī)架次已超過(guò)管制運(yùn)行最大容量，不能再接收盤(pán)旋等待。空管局運(yùn)行中心根據(jù)氣象的預(yù)報(bào)結(jié)論和華北管制中心通報(bào)的大興機(jī)場(chǎng)目前的運(yùn)行情況，及時(shí)進(jìn)行跨區(qū)域航班備降調(diào)控，將華東、中南和西南等區(qū)域飛往大興機(jī)場(chǎng)的航班進(jìn)行提前跨區(qū)域備降，以緩解大興機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行壓力。10：31民航氣象中心及時(shí)通報(bào)大興機(jī)場(chǎng)最新天氣情況和趨勢(shì)，并告知管制部門11時(shí)后大興機(jī)場(chǎng)的RVR將整體恢復(fù)至I類運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行中心確定最新的轉(zhuǎn)好天氣結(jié)論后，根據(jù)之前的戰(zhàn)略部署進(jìn)行再一次調(diào)控配置，此時(shí)大興機(jī)場(chǎng)通報(bào)第一架飛機(jī)成功著陸，大興機(jī)場(chǎng)逐漸恢復(fù)正常運(yùn)行。

在大興機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)低能見(jiàn)度天氣后的更新預(yù)報(bào)中，民航氣象部門的預(yù)測(cè)整體較為準(zhǔn)確，但預(yù)測(cè)好轉(zhuǎn)時(shí)間偏早，導(dǎo)致出現(xiàn)航班備降，預(yù)測(cè)影響時(shí)間為02-10時(shí)，實(shí)際影響時(shí)間為01：30-10：30。在整個(gè)大霧過(guò)程中，值班人員利用多源氣象預(yù)警平臺(tái)，做到對(duì)天氣實(shí)況和趨勢(shì)的及時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)布和調(diào)整預(yù)報(bào)結(jié)論。

總體而言，本次低能見(jiàn)度天氣過(guò)程發(fā)生突然，RVR下降迅速，超出了民航氣象部門的預(yù)計(jì)。但當(dāng)?shù)湍芤?jiàn)度天氣發(fā)生時(shí)，民航氣象部門及時(shí)發(fā)布機(jī)場(chǎng)警報(bào)、機(jī)場(chǎng)預(yù)報(bào)修訂報(bào)、重要天氣提示和啟動(dòng)大霧天氣黃色預(yù)警，并通過(guò)電話和視頻會(huì)的方式通知管制用戶，確保了氣象預(yù)報(bào)結(jié)論的實(shí)時(shí)更新和溝通順暢。各運(yùn)行管制部門根據(jù)氣象部門最新的實(shí)況和預(yù)報(bào)結(jié)論及時(shí)安排部署、運(yùn)行調(diào)控，最大程度上保證了航班的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)于航空氣象部門，當(dāng)有大范圍危險(xiǎn)天氣發(fā)生、發(fā)展或結(jié)論改變時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知管制用戶并發(fā)布?xì)庀箢A(yù)警產(chǎn)品，為航班提前決策調(diào)整提供有力的支持。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)2020年12月12日大興機(jī)場(chǎng)一次低能見(jiàn)度天氣進(jìn)行了分析，闡述了低能見(jiàn)度天氣發(fā)生的整個(gè)過(guò)程，通過(guò)對(duì)地面氣象要素變化、大氣環(huán)流形勢(shì)和數(shù)值預(yù)報(bào)的深入研究，揭示了此次低能見(jiàn)度天氣的成因、持續(xù)和消散機(jī)制，并對(duì)這次低能見(jiàn)度天氣的氣象服務(wù)保障和管制運(yùn)行決策過(guò)程進(jìn)行了描述，其結(jié)果表明：

（1）本次低能見(jiàn)度天氣發(fā)生主要是由于12日凌晨至白天持續(xù)偏南風(fēng)，將南部的霧區(qū)向北輸送，并伴隨暖濕氣流在大興機(jī)場(chǎng)區(qū)域匯聚。

（2）低能見(jiàn)度天氣發(fā)生后地面的弱氣壓場(chǎng)和持續(xù)的微風(fēng)條件，是導(dǎo)致此次低能見(jiàn)度天氣長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)最直接的氣象因素。

（3）數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)于大興本場(chǎng)風(fēng)向預(yù)測(cè)存在的偏差，是導(dǎo)致此次低能見(jiàn)度天氣前期沒(méi)有預(yù)報(bào)出來(lái)的一個(gè)重要原因。

（4）民航氣象部門密切監(jiān)視天氣變化，及時(shí)通知運(yùn)行管制部門和發(fā)布預(yù)警信息，管制部門根據(jù)最新的天氣結(jié)論調(diào)控部署。氣象與管制部門的緊密協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，為航班提前決策調(diào)整提供了有力的支持和幫助。