張 瑩 ，倪洪波 ，倪 萍，張 蕾

(1.中國飛行試驗(yàn)研究院場務(wù)部氣象臺，西安 710089；2.閻良區(qū)氣象局，西安 710089)

夏季是閻良機(jī)場試飛的黃金季節(jié)，具有較豐富的雨刷功能、濕跑道、高溫和機(jī)載氣象雷達(dá)探測性能試飛(以下簡稱探測試飛)天氣條件[1]。型號飛機(jī)的雨刷功能科目試飛，要求參試飛機(jī)在小雨(不包括零星小雨)、中雨和大雨天氣條件下飛行，驗(yàn)證最新研制飛機(jī)的雨刷功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，滿足使用需求。型號飛機(jī)的濕跑道科目試飛，要求在小雨(不包括零星小雨)和中雨天氣背景下，跑道上形成不同程度的積水，驗(yàn)證飛機(jī)在起飛和著陸構(gòu)型的滑行速度。型號飛機(jī)的高溫科目試飛，要求環(huán)境溫度分別為>30 ℃、>35 ℃和>40 ℃條件下，驗(yàn)證飛機(jī)相關(guān)系統(tǒng)功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求及性能是否滿足使用需求。探測試飛是以空中真實(shí)的典型氣象目標(biāo)(雷暴或強(qiáng)降水)為探測對象，利用新研機(jī)載氣象雷達(dá)進(jìn)行探測，并與臨近的地基天氣雷達(dá)探測數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證新研機(jī)載氣象雷達(dá)的探測性能。

強(qiáng)對流天氣會(huì)對試飛質(zhì)量、效率、進(jìn)度和安全產(chǎn)生影響。近年來，試飛任務(wù) “急、難、險(xiǎn)、重、散、新”的特點(diǎn)日益凸顯，對航空器在復(fù)雜嚴(yán)苛的氣象條件下開展性能和品質(zhì)驗(yàn)證的要求越來越高。試飛氣象保障也從傳統(tǒng)的“幕后”輔助性工作逐漸走到“前臺”，成為參與型號研制的主要力量之一。為協(xié)助型號飛機(jī)雨刷功能、濕跑道、高溫科目試驗(yàn)選擇適宜的試飛“窗口”，統(tǒng)計(jì)分析2008—2017年閻良機(jī)場夏季降水和氣溫資料，得到夏季降水、高溫天氣分布特征，為多個(gè)型號飛機(jī)在2018—2020年開展上述科目試飛提供了依據(jù)。利用2008—2017年閻良機(jī)場地面氣象觀測和西安、寶雞、延安多普勒天氣雷達(dá)探測資料，統(tǒng)計(jì)分析閻良機(jī)場及空域雷暴天氣的特征，結(jié)合試飛保障實(shí)踐，提煉形成對流天氣背景試飛氣象保障對策，在2018—2020年夏季試飛氣象保障中推廣應(yīng)用，未發(fā)生因雷暴天氣過程導(dǎo)致試飛事故或癥候的情況，最大限度保障了試飛安全。

1 資料及方法

分析使用2008—2017年閻良機(jī)場24 h地面氣象觀測資料和西安、寶雞、延安多普勒天氣雷達(dá)探測資料。季節(jié)劃分采用自然季節(jié)劃分法，6—8月為夏季[2]。降水量等級采用24 h降水量[3]，即<0.1 mm為微量降雨(零星小雨)，0.1～9.9 mm為小雨，10.0～24.9 mm為中雨，25.0～49.9 mm為大雨，50.0～99.9 mm為暴雨。閻良機(jī)場的日平均氣溫統(tǒng)計(jì)是將每日02、08、14、20時(shí)的氣溫相加取平均值。雷暴次數(shù)統(tǒng)計(jì)方法：雷暴持續(xù)時(shí)間跨過日界，但未停止的，記為一次雷暴；同一日發(fā)生多次雷暴，凡兩次雷暴間隔時(shí)間不大于2 h，或間隔期間陣性降水持續(xù)，或有積雨云存在，則記為一次雷暴，否則，記為2次雷暴。

2 夏季天氣特征及氣象保障建議

2.1 降水

2.1.1 年際和月變化特征 閻良機(jī)場2008—2017年夏季降水量年際變化較大，10 a平均降水量為230.2 mm。2008年最多為463.2 mm，達(dá)到閻良機(jī)場年平均降水量550 mm的84.2%，為夏季平均降水量的2倍多；2011年最少僅有140.3 mm，為夏季平均降水量的60.9%。閻良機(jī)場10 a夏季月平均降水量為76.8 mm，逐月月平均降水量自6月至8月呈逐漸增加的趨勢，其中，6月月平均降水量較夏季月平均降水量少20 mm，7月和8月月平均降水量均較夏季月平均降水量多。統(tǒng)計(jì)結(jié)果與李紅梅等[4]對陜西關(guān)中地區(qū)夏季降水量變化特征的研究相符。10 a中閻良機(jī)場6月有4個(gè)月、7月有4個(gè)月、8月有5個(gè)月的降水量，分別大于10 a年當(dāng)月月平均降水量(表1)。因此，從閻良機(jī)場夏季月平均降水量分布角度講，是具有適宜的雨刷功能和濕跑道科目試飛天氣條件的，且10 a夏季平均逐月可飛天氣日數(shù)是逐月增加的。

表1 閻良機(jī)場2008—2017年夏季月降水量統(tǒng)計(jì) 單位：mm

2.1.2 各等級降水日數(shù) 閻良機(jī)場10 a夏季降水日合計(jì)371 d，占夏季總?cè)諗?shù)的40.3%。降水量出現(xiàn)最多的是小雨，有176 d，其次是零星小雨，有119 d，分別占降水總?cè)諗?shù)的47.4%和32.1%。出現(xiàn)中雨49 d和大雨25 d，分別占降水總?cè)諗?shù)的13.2%和6.7%。10 a中夏季共發(fā)生暴雨2次，出現(xiàn)在2008年7月19日和2017年8月20日，降水量分別為75.6 mm和95.2 mm。

夏季各月各等級降水出現(xiàn)日數(shù)：零星小雨6月、7月較多，分別為43 d和42 d，8月較少為34 d；小雨7月最多，為71 d，6月和8月分別為52 d和53 d；中雨也是7月最多為19 d，8月次之為16 d，6月最少為14 d；大雨8月最多為13 d，6月和7月接近，分別為7 d和5 d(圖1)。分析表明，閻良機(jī)場在夏季開展雨刷功能和濕跑道科目試飛均有適宜的天氣條件，可試飛日數(shù)均為7月最多，其次是8月和6月。

圖1 閻良機(jī)場2008—2017年夏季各降水等級日數(shù)

2.1.3 月最大日降水量 閻良機(jī)場10 a夏季30個(gè)月中，各月的最大日降水量均達(dá)到中雨等級。月最大日降水量達(dá)到大雨等級以上的有21個(gè)月，占月總數(shù)的70.0%。其中， 有2個(gè)月的月最大日降水量達(dá)到暴雨等級，分別為2008年7月19日和2017年8月20日。逐月對比可以看出，6月和7月月最大日降水量的最大值與最小值之差分別為33.3 mm和42.0 mm。8月的月最大日降水量的最大值與最小值差異僅為24.6 mm，但是，10 a中8月的最大日降水量普遍較大(圖2)。因此，雨刷功能、濕跑道科目試飛在6月和7月實(shí)施，安全風(fēng)險(xiǎn)相對較低，但效率也相對較低；反之，在8月實(shí)施的安全風(fēng)險(xiǎn)相對較高，效率也相對較高。

圖2 閻良機(jī)場2008—2017年夏季各月最大日降水量

2.2 氣溫

2.2.1 日最高氣溫日數(shù)的年分布 2008—2017年閻良機(jī)場夏季日最高氣溫>30.0 ℃的年日數(shù)在59～81 d之間，其中6月在17～32 d之間，7月在22～29 d，8月在15～28 d，每月均有一半以上的可飛日數(shù)(表2)。10 a閻良機(jī)場夏季日最高氣溫>35.0 ℃的年日數(shù)在11～38 d之間，其中，6月在6～17 d之間，7月為3～21 d，8月為0～13 d，6月、7月的可飛日數(shù)較多，8月最少。10 a閻良機(jī)場夏季日最高氣溫>40.0 ℃的年日數(shù)在0～9 d之間，2017年最多為9 d，均出現(xiàn)在7月；2009年和2014年各有2 d，分別出現(xiàn)在6月和7月；2011年和2013年各有1 d，分別出現(xiàn)在7月和6月；其余5 a均未出現(xiàn)日最高氣溫>40.0 ℃的天氣(表略)。以上特征與程肖俠等[5-7]關(guān)于陜西地區(qū)高溫隨時(shí)間變化的研究結(jié)論相一致?？梢?，閻良機(jī)場夏季具有適宜開展氣溫>30.0 ℃和>35.0 ℃高溫科目試飛的天氣條件，開展氣溫>40.0 ℃高溫科目試飛的天氣條件規(guī)律性較差，宜在6月和7月實(shí)施，8月沒有可試飛天氣條件。

表2 閻良機(jī)場2008—2017年夏季日最高氣溫>30.0 ℃和>35.0 ℃日數(shù)的年變化 單位：d

2.2.2 日最高氣溫日數(shù)的區(qū)間分布 閻良機(jī)場10 a夏季日最高氣溫>30.0 ℃的日數(shù)共有693 d，占夏季日歷總?cè)諗?shù)的75.3%。其中，30.1～35.0 ℃的區(qū)間出現(xiàn)日數(shù)最多，為410 d；其次是35.1～40.0 ℃的區(qū)間，有268 d；>40.0 ℃的區(qū)間僅有15 d，分別占夏季日歷總?cè)諗?shù)的44.6%、29.1%和1.6%。

閻良機(jī)場的日最高氣溫的月分布日數(shù)，在30.1～35.0 ℃的區(qū)間，8月最多，達(dá)到150 d；7月次之，有135 d；6月最少，為125 d。在35.1～40.0 ℃的區(qū)間，6月和7月均有109 d；8月較少，為50 d。在>40.0 ℃的區(qū)間，7月最多，為12 d，6月有3 d，8月沒有(表3)。因此，在高溫科目試飛中，較高溫度條件的試飛任務(wù)，應(yīng)優(yōu)先抓取7月和6月的試飛“窗口”，較低溫度條件的試飛任務(wù)，夏季各月均有充裕的試飛天氣條件。

表3 閻良機(jī)場2008—2017年夏季月高溫日數(shù) 單位：d

2.2.3 日平均氣溫日數(shù)分布 閻良機(jī)場10 a夏季日平均氣溫>30.0 ℃的日數(shù)共有141 d，占夏季日歷總?cè)諗?shù)的15.3%，且均出現(xiàn)在30.1～35.0 ℃的區(qū)間。其中，7月最多，達(dá)到了66 d；8月次之，為41 d；6月最少，有34 d。日平均氣溫≥35.1 ℃的日數(shù)為0(表3)。

綜上，閻良機(jī)場具有>30.0 ℃、>35.0 ℃和>40.0 ℃高溫科目試飛的天氣條件，但是開展>35.0 ℃和>40.0 ℃高溫科目試飛天氣條件相對稀缺，實(shí)施過程中需要準(zhǔn)確抓取可試飛時(shí)段。

2.3 雷暴

2.3.1 雷暴與不穩(wěn)定天氣的關(guān)系 閻良機(jī)場2008—2017年夏季發(fā)生雷暴97次，觀測到積雨云、陣雨169次，即僅有57.4%的不穩(wěn)定天氣過程出現(xiàn)雷暴，有42.6%的不穩(wěn)定天氣過程未出現(xiàn)雷暴，如2014年這一比例高達(dá)56.3%(圖3)。因此，在試飛過程中，試飛氣象保障不僅要捕捉以雷暴為代表的強(qiáng)對流天氣，以保障完成探測試飛任務(wù)，還需謹(jǐn)防未出現(xiàn)雷暴的不穩(wěn)定天氣過程對試飛質(zhì)量、效率、進(jìn)度和安全的影響[8-10]，即當(dāng)有不穩(wěn)定天氣潛勢時(shí)，氣象保障預(yù)警的時(shí)間和對策，不能僅以是否出現(xiàn)雷暴為依據(jù)。

圖3 閻良機(jī)場2008—2017年不穩(wěn)定天氣發(fā)生雷暴占比

2.3.2 雷暴次數(shù)的年和月分布 閻良機(jī)場10 a夏季發(fā)生雷暴的年總次數(shù)在7～12次之間，年際變化不大。夏季年雷暴次數(shù)各月分布不均，總體呈現(xiàn)出某個(gè)月偏多，另外兩個(gè)月偏少的特點(diǎn)。例如，2010年6月發(fā)生雷暴2次，7月未發(fā)生，8月共發(fā)生9次；2015年6月未發(fā)生雷暴，7月發(fā)生3次，8月發(fā)生5次。夏季各月雷暴次數(shù)分布的另一個(gè)特點(diǎn)是，夏季3個(gè)月雷暴發(fā)生次數(shù)均較少，且比較接近，例如2013年6、7、8月分別發(fā)生雷暴2、4、4次，2017年夏季各月發(fā)生雷暴3、3、2次。

從夏季各月雷暴發(fā)生次數(shù)的年際變化(圖4)可以看出，年分布差異較大。其中，8月雷暴發(fā)生次數(shù)最多年(2010年)與最少年(2014年)相差8次，變化最大。7月雷暴發(fā)生次數(shù)最多年(2011年)與最少年(2010年)相差7次，變化次之。6月雷暴發(fā)生次數(shù)最多年(2008年、2016年)與最少年(2015年)相差6次。

圖4 閻良機(jī)場2008—2017年夏季雷暴次數(shù)月分布

因此，夏季閻良機(jī)場有開展探測試飛的天氣條件，但實(shí)施探測試飛的天氣條件在不同月份的優(yōu)勢并不明顯。

2.3.3 雷暴次數(shù)日分布 閻良機(jī)場10 a夏季雷暴發(fā)生時(shí)間相對比較集中。以2 h為區(qū)間統(tǒng)計(jì)夏季各時(shí)段雷暴發(fā)生次數(shù)可以看出，16—22時(shí)為雷暴的高發(fā)時(shí)段，該時(shí)段10 a夏季共發(fā)生雷暴57次，其中，在夜航試飛主要時(shí)段的18—22時(shí)，10 a共發(fā)生雷暴42次。另外，00—02時(shí)為夏季雷暴的又一個(gè)高發(fā)時(shí)段。06—16時(shí)為雷暴少發(fā)時(shí)段，10 a夏季僅發(fā)生雷暴14次，其中，10—14時(shí)發(fā)生雷暴2次(圖5)，與李萍云等[11]學(xué)者對陜西地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果相一致。從保證探測試飛效率、質(zhì)量和進(jìn)度的角度來講，探測試飛宜選擇在午后時(shí)段實(shí)施，但同時(shí)，試飛安全保障的難度亦會(huì)顯著增加。

圖5 閻良機(jī)場2008—2017年夏季各時(shí)段發(fā)生雷暴次數(shù)

2.3.4 雷暴始發(fā)方位 閻良機(jī)場2008—2017年夏季雷暴始發(fā)方位有明顯的規(guī)律。10 a中夏季自西南順時(shí)針方向至東北的5個(gè)方位雷暴出現(xiàn)78次，占夏季全部雷暴總次數(shù)的80.4%。其中，自西南和西部始發(fā)34次，占10 a夏季雷暴總次數(shù)的35.1%；自北部和東北部始發(fā)的雷暴29次，占29.9%。東部、東南和南部雷暴起始發(fā)生次數(shù)均少于10次(圖6)。

圖6 閻良機(jī)場2008—2017年夏季各方位雷暴始發(fā)次數(shù)

因此，探測試飛航線和空域規(guī)劃及申報(bào)，應(yīng)以西南-西和北-東北方向?yàn)橹?。?dāng)然，試飛氣象安全保障的重點(diǎn)，也應(yīng)該放在與之相應(yīng)的方位。

2.3.5 雷暴持續(xù)時(shí)間 閻良機(jī)場10 a夏季雷暴持續(xù)時(shí)間差別比較大，時(shí)間最短的僅聞雷一聲，例如2013年8月7日；最長的可達(dá)341 min，出現(xiàn)在2012年6月19日。統(tǒng)計(jì)雷暴持續(xù)時(shí)間在不同區(qū)間出現(xiàn)次數(shù)發(fā)現(xiàn)，閻良機(jī)場10 a夏季雷暴持續(xù)時(shí)間≤60 min的有44次，占總次數(shù)的45.3%；在61～120 min的30次，占總次數(shù)的30.9%；超過120 min的23次，占總次數(shù)的23.7%(表4)?？紤]探測試飛的飛行程序、數(shù)據(jù)采集時(shí)長和參試飛機(jī)留空有效時(shí)間等因素，雷暴持續(xù)時(shí)間介于31～120 min的對流天氣，較適宜作為探測試飛的天氣目標(biāo)。也就是說，閻良機(jī)場夏季有52.5%的雷暴天氣可以滿足探測試飛的天氣條件。

表4 閻良機(jī)場2008—2017年夏季雷暴持續(xù)時(shí)間分段統(tǒng)計(jì)

2.3.6 雷暴大風(fēng) 閻良機(jī)場10 a夏季共發(fā)生平均風(fēng)速≥8 m/s的雷暴大風(fēng)15次，占夏季雷暴總次數(shù)的15.5%，其中，有2次為45°側(cè)風(fēng)，有8次為90°側(cè)風(fēng)。雷暴大風(fēng)平均最大風(fēng)速≥12 m/s的有9次，其中，有2次平均最大風(fēng)速≥15 m/s；瞬時(shí)最大風(fēng)速≥17 m/s有6次，其中，有4次瞬時(shí)最大風(fēng)速≥20 m/s。雷暴大風(fēng)持續(xù)時(shí)間規(guī)律性較差，最長的持續(xù)時(shí)間長達(dá)209 min，出現(xiàn)在2016年8月25日；最短的為瞬時(shí)大風(fēng)，出現(xiàn)在2016年6月4日、6月5日和6月13日(表5—表7)。因此，在探測試飛過程中，氣象保障同時(shí)需防范雷暴大風(fēng)及側(cè)風(fēng)對試飛質(zhì)量、效率、進(jìn)度和安全的影響。

表5 閻良機(jī)場2008—2017年夏季雷暴大風(fēng)各等級風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)

表6 閻良機(jī)場2008—2017年夏季雷暴大風(fēng)各風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)

表7 閻良機(jī)場2008—2017年夏季雷暴大風(fēng)持續(xù)時(shí)間的出現(xiàn)次數(shù)

2.3.7 雷暴天氣監(jiān)測預(yù)警 雷暴天氣一方面會(huì)對試飛安全、質(zhì)量、效率和進(jìn)度產(chǎn)生威脅和影響，另一方面，又是難得的試飛天氣條件[1]。通過對10 a閻良機(jī)場地面氣象觀測和西安、寶雞、延安多普勒天氣雷達(dá)探測資料分析總結(jié)[12]，形成了閻良機(jī)場試飛準(zhǔn)備和試飛實(shí)施階段雷暴天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警對策(表8)，在2018—2020年夏季試飛氣象保障中，發(fā)揮了重要作用。

表8 閻良機(jī)場試飛準(zhǔn)備及實(shí)施階段雷暴天氣多普勒天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警對策

3 結(jié)論與討論

(1)閻良機(jī)場2008—2017年夏季月平均降水量為76.8 mm，6月月平均降水量較夏季月平均降水量少20 mm， 7月和8月月平均降水量均較夏季月平均降水量多，即逐月月平均降水量呈增加的趨勢。從閻良機(jī)場夏季月平均降雨量分布角度講，具有適宜的雨刷功能和濕跑道科目試飛天氣條件，平均可飛天氣條件逐月增加。

(2)閻良機(jī)場2008—2017年夏季降水日共計(jì)371 d，占夏季總?cè)諗?shù)的40.3%。其中：小雨占降水總?cè)諗?shù)的47.4%，7月最多， 6月和8月相近；中雨占降水總?cè)諗?shù)的13.2%，7月最多，8月次之，6月最少；大雨占降水總?cè)諗?shù)的6.7%，8月最多，6月和7月接近。因此，閻良機(jī)場在夏季開展雨刷功能和濕跑道科目試飛均有適宜的天氣條件，可試飛日數(shù)均為7月最多，6月和8月次之。

(3)閻良機(jī)場夏季具有一定的開展氣溫>30 ℃、>35.0 ℃和>40.0 ℃高溫科目試飛的天氣條件，可以作為高溫科目試飛的場址，其中，7月的可試飛日數(shù)最多，6月次之，8月相對較少。開展氣溫>35.0 ℃和>40.0 ℃的高溫科目試飛天氣條件相對稀缺，應(yīng)優(yōu)先抓取7月和6月的試飛“窗口”，實(shí)施過程中需要準(zhǔn)確抓取可試飛時(shí)段。

(4)閻良機(jī)場2008—2017年夏季有57.4%的不穩(wěn)定天氣過程出現(xiàn)雷暴。因此，在試飛過程中，試飛氣象保障不僅要捕捉以雷暴為代表的強(qiáng)對流天氣，以保障完成探測試飛任務(wù)；同時(shí)，還需防范未出現(xiàn)雷暴的不穩(wěn)定天氣過程對試飛質(zhì)量、效率、進(jìn)度和安全的影響。

(5)閻良機(jī)場夏季雷暴天氣的始發(fā)高峰時(shí)段在16—22時(shí)，探測試飛宜安排在午后至傍晚時(shí)段實(shí)施；探測試飛航線和空域規(guī)劃及申報(bào)，應(yīng)以雷暴始發(fā)次數(shù)相對較多的西南-西和北-東北方向?yàn)橹?；試飛氣象安全保障的重點(diǎn)，也應(yīng)該放在與之相應(yīng)的時(shí)段和方位，同時(shí)要防范雷暴大風(fēng)及側(cè)風(fēng)對試飛質(zhì)量、效率、進(jìn)度和安全的影響。

(6)通過分析總結(jié)閻良機(jī)場夏季地面氣象觀測和西安、寶雞、延安多普勒天氣雷達(dá)探測資料，形成了試飛準(zhǔn)備和實(shí)施階段雷暴天氣多普勒天氣雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警對策，在2018—2020年夏季試飛氣象保障中，發(fā)揮了重要作用。面向夏季試飛任務(wù)對氣象條件的需求，以及試飛氣象保障面臨的挑戰(zhàn)，氣象保障部門按照規(guī)范的流程作業(yè)，是確保試飛安全、保證試飛質(zhì)量、提升試飛效率、保障試飛進(jìn)度的基礎(chǔ)。