劉 藝 王健治 鄭林曄

(1.民航廈門空管站氣象臺(tái)，福建 廈門 361006;2.福建省氣象臺(tái)，福建 福州 350007)

1 概述

在民航氣象理論中，霧是指懸浮于近地面空氣中的微小水滴或冰晶，使地面能見(jiàn)度小于1km的現(xiàn)象[1]。廈門高崎國(guó)際機(jī)場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱廈門機(jī)場(chǎng))跑道臨海，受平流霧的影響較大，在適宜的氣象要素下，大霧可在短時(shí)間內(nèi)覆蓋整個(gè)跑道，加之大霧生、消變化很快，增添了氣象觀測(cè)的難度，嚴(yán)重影響飛行安全和效率，也為航空公司及旅客帶來(lái)?yè)p失。

由于大霧導(dǎo)致的低能見(jiàn)度天氣對(duì)飛行安全有重要影響，此前在航空氣象領(lǐng)域中，有很多學(xué)者針對(duì)不同機(jī)場(chǎng)的大霧進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。陳志平[2]對(duì)溫州機(jī)場(chǎng)大霧氣候特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明溫州機(jī)場(chǎng)近10a來(lái)，大霧日數(shù)呈明顯上升趨勢(shì)，3—5月為高發(fā)期，日變化峰值區(qū)出現(xiàn)在08—10時(shí)，大霧持續(xù)時(shí)間主要集中在0～1h，夏季和秋季發(fā)生大霧的持續(xù)時(shí)間全部在2h以內(nèi)；劉金東等[3]對(duì)大霧能見(jiàn)度影響進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)大霧能見(jiàn)度的主要影響因子為氣壓、濕度、溫度和風(fēng)速，并且在一定的區(qū)域環(huán)境下，大霧能見(jiàn)度與溫度、風(fēng)速、氣壓呈正相關(guān)，與濕度呈負(fù)相關(guān)；鄭澤華等[4]對(duì)閩南沿海大霧天氣地面氣象要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，對(duì)于廈門站來(lái)說(shuō)，溫度適宜(接近17℃)、弱風(fēng)有利于低能見(jiàn)度天氣發(fā)生；王躍等[5]對(duì)大興機(jī)場(chǎng)一次低能見(jiàn)度天氣進(jìn)行分析和決策服務(wù)初探，發(fā)現(xiàn)數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)于大興機(jī)場(chǎng)風(fēng)向預(yù)測(cè)和低能見(jiàn)度持續(xù)時(shí)間存在偏差，預(yù)測(cè)好轉(zhuǎn)時(shí)間偏早，導(dǎo)致出現(xiàn)航班備降。

上述研究都是針對(duì)不同地區(qū)機(jī)場(chǎng)大霧的分析，針對(duì)廈門機(jī)場(chǎng)大霧的研究較少，如何提高廈門機(jī)場(chǎng)大霧現(xiàn)象的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率一直也是一個(gè)難點(diǎn)。本文利用廈門機(jī)場(chǎng)1990—2020年共31a的地面觀測(cè)資料，分析了大霧影響下低能見(jiàn)度現(xiàn)象的氣候特征，并對(duì)影響大霧生成、消散的部分氣象要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以期能更好地為氣象預(yù)報(bào)和飛行安全提供參考和幫助。

2 資料來(lái)源和分析方法

本文所用資料均來(lái)自廈門機(jī)場(chǎng)《中國(guó)民用航空地面氣象觀測(cè)簿》(例行)，數(shù)據(jù)包含了1990年1月1日—2020年12月31日的氣象地面觀測(cè)資料，包括主導(dǎo)能見(jiàn)度、氣溫、相對(duì)濕度、修正海平面氣壓(以下簡(jiǎn)稱氣壓)和風(fēng)向風(fēng)速。主導(dǎo)能見(jiàn)度是指觀測(cè)到的達(dá)到或超過(guò)四周一半或機(jī)場(chǎng)地面一半都能達(dá)到的最大水平能見(jiàn)距離[6]。大霧日統(tǒng)計(jì)方法：以協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)16h為界，1d中出現(xiàn)1次或多次大霧記錄，將其計(jì)為1個(gè)大霧日；跨越16h(UTC)的大霧，將其計(jì)為2個(gè)大霧日。大霧持續(xù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)以紀(jì)要欄記錄為準(zhǔn)。

由于廈門機(jī)場(chǎng)從2002年才開(kāi)始實(shí)行24h不間斷觀測(cè)，因此本文選取了2002—2020年間246個(gè)大霧過(guò)程進(jìn)行日變化分析，并從中選取了145次大霧過(guò)程進(jìn)行要素統(tǒng)計(jì)分析，這145次大霧發(fā)生時(shí)無(wú)其他天氣現(xiàn)象，并且大霧持續(xù)時(shí)間都經(jīng)過(guò)正點(diǎn)。

數(shù)據(jù)分析方法是對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和篩選，并分類、整合和統(tǒng)計(jì)，再用OriginPro 2017軟件進(jìn)行二次處理制圖，對(duì)圖表進(jìn)行描述分析。

3 大霧氣候特征分析

3.1 大霧年際變化規(guī)律

如圖1所示，1990—2020年廈門機(jī)場(chǎng)共出現(xiàn)338個(gè)大霧日，年平均大霧日為10.9d，由于廈門機(jī)場(chǎng)臨海，具備有利的水汽條件，每年均有大霧生成，其中2010年大霧日最多，共26d，2020年最少，僅有1d，兩者相差25d。廈門機(jī)場(chǎng)大霧日出現(xiàn)時(shí)間主要集中在1990—1996年和2002—2012年。由此可見(jiàn)，廈門機(jī)場(chǎng)大霧年際變化差異較大，2016年后大霧日數(shù)整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

圖1 廈門機(jī)場(chǎng)1990—2020年大霧日數(shù)年際變化

3.2 大霧月變化規(guī)律

圖2是廈門機(jī)場(chǎng)1990—2020年大霧日數(shù)月分布圖，包含了各個(gè)月份大霧日總數(shù)及月平均霧日數(shù)。由圖2分析可得，廈門機(jī)場(chǎng)并非每月都出現(xiàn)大霧，大霧月變化呈單峰單谷型，大霧主要集中在12月—次年5月，尤其是2月—4月達(dá)到高峰，共253d，占大霧日總數(shù)的75.1%，其中3月和4月的天數(shù)相近且達(dá)到波峰，分別為93d和92d，占總數(shù)的27.6%和27.3%，平均霧日數(shù)均為3.0d，2月平均霧日數(shù)2.2d，其余月平均霧日數(shù)均小于1.0d，說(shuō)明2月—4月因大霧影響出現(xiàn)的低能見(jiàn)度天氣較為頻繁；而6月和11月的霧日數(shù)總共只有8d，占總霧日數(shù)的2.4%，月平均霧日數(shù)分別為0.2d和0.1d，出現(xiàn)概率非常?。黄溆嘣路菥闯霈F(xiàn)過(guò)大霧，為波谷，此時(shí)近地面氣溫較高，雖然水汽充沛，但蒸發(fā)作用明顯，不利于近地層水汽凝結(jié)，很難生成大霧。

圖2 廈門機(jī)場(chǎng)1990—2020年大霧日數(shù)月分布圖

統(tǒng)計(jì)表明，廈門機(jī)場(chǎng)大霧過(guò)程呈明顯的季節(jié)性變化，主要出現(xiàn)在冬(12月—次年2月)、春(3—5月)兩季，春季最多，共有213d，占全年總數(shù)的63.2%，冬季次之，共116d，占34.4%，夏季(6—8月)和秋季(9—11月)次數(shù)較少，共占全年總數(shù)的2.4%。由此可見(jiàn)，每年在春季受大霧影響導(dǎo)致能見(jiàn)度低于1km的平均天數(shù)有6.9d，冬季為3.7d，而夏、秋季幾乎不受大霧影響。

3.3 大霧日變化規(guī)律

3.3.1 大霧生消時(shí)間分析

由于廈門機(jī)場(chǎng)從2002年才開(kāi)始有24h不間斷的觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此這里選取2002—2020年的地面觀測(cè)資料進(jìn)行大霧日生消時(shí)間(以下皆為協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC)變化分析。如圖3可知，大霧具有明顯的日變化特征，大霧生成時(shí)間峰值區(qū)在18-23時(shí)，這個(gè)時(shí)段占總數(shù)的55.7%，其中22-23時(shí)和21-22時(shí)達(dá)到最高次數(shù)，這兩個(gè)時(shí)段分別占總次數(shù)的13.4%和12.6%。大霧次要生成時(shí)間為12-17時(shí)，這個(gè)時(shí)段占總次數(shù)的24.0%，各個(gè)時(shí)次次數(shù)較為接近。08-16時(shí)曲線較為平緩，呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，而02-08時(shí)為谷值區(qū)，僅占總次數(shù)的6.1%，其中07-08時(shí)沒(méi)有大霧生成。21-23時(shí)的地面溫度相對(duì)較低，近地層中水汽含量充沛，常冷卻形成逆溫層，海面暖濕空氣從海上吹向跑道的冷路面，由于平流霧和輻射霧的形成條件都需要逆溫層和充足的水汽，因此兩者都可能形成。

圖3 廈門機(jī)場(chǎng)2002—2020年大霧日開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間

大霧消散時(shí)間峰值區(qū)主要在22-02時(shí)，4h總次數(shù)多達(dá)123次，占大霧消散總次數(shù)的50%，其中00-01時(shí)1h累計(jì)消散次數(shù)多達(dá)45次，為大霧主要消散時(shí)間。谷值區(qū)位于05-12時(shí)，次數(shù)均小于5次，其中08-09時(shí)沒(méi)有大霧消散，其后呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，16-22時(shí)呈現(xiàn)不穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)，21時(shí)開(kāi)始迅速上升至最高點(diǎn)。

3.3.2 大霧持續(xù)時(shí)間

選取2002—2020年24h觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)大霧持續(xù)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，持續(xù)時(shí)間0h表示持續(xù)時(shí)間在0～1h(小于1h)，依此類推。如表1所示，大霧持續(xù)時(shí)間的總次數(shù)隨著持續(xù)時(shí)間的增加而減少，持續(xù)時(shí)間在0～3h的占大多數(shù)，占69.5%，其中大霧持續(xù)時(shí)間頻率最多的為0～1h，共出現(xiàn)了94次，占38.2%；持續(xù)時(shí)間在3～6h的達(dá)51次，占20.7%；持續(xù)時(shí)間為6～9 h的有13次，占5.3%；而持續(xù)時(shí)間超過(guò)9h以上的總次數(shù)為11次，僅占4.5%，其中最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間高達(dá)21h，僅有1次。這些持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的大霧過(guò)程均出現(xiàn)在冬季和初春，雖然發(fā)生概率較低，但對(duì)飛行安全影響較大，需要引起重視。結(jié)合上文不難發(fā)現(xiàn)，廈門機(jī)場(chǎng)大霧主要出現(xiàn)在冬、春兩季，在凌晨和日出前呈現(xiàn)短時(shí)波動(dòng)，時(shí)間維持在0～3h內(nèi)，在日出后慢慢消散。

表1 廈門機(jī)場(chǎng)2002—2020年大霧持續(xù)時(shí)間的次數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 大霧氣象要素分析

為進(jìn)一步分析影響大霧生消過(guò)程的天氣要素，這里選用了2002—2020年間的145次大霧過(guò)程進(jìn)行要素統(tǒng)計(jì)分析，這145次大霧發(fā)生時(shí)無(wú)其他天氣現(xiàn)象，并且大霧持續(xù)時(shí)間都經(jīng)過(guò)正點(diǎn)，對(duì)這些大霧發(fā)生前正點(diǎn)時(shí)次的風(fēng)向風(fēng)速、氣溫、修正海平面氣壓以及相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 廈門機(jī)場(chǎng)2002—2020年大霧發(fā)生前風(fēng)向次數(shù)統(tǒng)計(jì)

4.1 風(fēng)向

在民航氣象中，定義2min或10min時(shí)距內(nèi)風(fēng)速平均小于0.5m/s的風(fēng)稱為靜風(fēng)，當(dāng)靜風(fēng)時(shí)，風(fēng)向記為“C”；定義在觀測(cè)時(shí)距內(nèi)風(fēng)向變化大于或等于180°，或當(dāng)風(fēng)向變化大于或等于60°且小于180°，平均風(fēng)速小于2m/s時(shí)，稱為風(fēng)向不定，風(fēng)向不定時(shí)記為“VRB”[6]。

如圖4所示，145次大霧發(fā)生前主要風(fēng)向?yàn)?60°～60°，共出現(xiàn)54次，占37.2%，次要風(fēng)向是靜風(fēng)(C)和60°～120°，分別占17.2%和15.9%，主要風(fēng)向和次要風(fēng)向占總風(fēng)向的70.3%，而在西北風(fēng)和西南風(fēng)的影響下生成大霧的次數(shù)各為4次，僅占2.8%，影響微弱。說(shuō)明廈門機(jī)場(chǎng)影響大霧生成的主要風(fēng)向?yàn)?60°～60°，次要風(fēng)向?yàn)殪o風(fēng)(C)，廈門機(jī)場(chǎng)23號(hào)跑道靠海，當(dāng)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)時(shí)，海面的暖濕氣流正好由23號(hào)跑道吹向內(nèi)陸的05號(hào)跑道，從而造成低能見(jiàn)度現(xiàn)象。

4.2 風(fēng)速

圖5選取了大霧生成前正點(diǎn)的風(fēng)速，結(jié)果表明，大霧發(fā)生前的風(fēng)速主要集中在1～2m/s，分別為52次和46次，占風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)的35.9%和31.7%，其次靜風(fēng)時(shí)大霧出現(xiàn)了25次，占17.2%，風(fēng)速大于或等于3m/s的次數(shù)只占15.2%，說(shuō)明影響廈門機(jī)場(chǎng)大霧的風(fēng)速較小，主要集中在0～2m/s，太大的風(fēng)速不利于大霧的形成和維持。

4.3 氣溫

由圖5可知，廈門機(jī)場(chǎng)大霧形成前的溫度趨勢(shì)隨溫度增高呈現(xiàn)驟升驟降，其中最高溫度為25℃，說(shuō)明溫度過(guò)高不利于水汽的冷卻；主要溫度出現(xiàn)范圍在16～19℃，總次數(shù)達(dá)56次，占38.6%，此時(shí)溫度適中，利于冷卻和蒸發(fā)，其次溫度范圍分別為19～22℃及13～16℃，當(dāng)溫度小于或等于13℃時(shí)，大霧出現(xiàn)次數(shù)僅有8次，占5.5%。因此溫度過(guò)低及溫度過(guò)高都不利于廈門機(jī)場(chǎng)大霧的形成。

圖5 廈門機(jī)場(chǎng)2002—2020年大霧發(fā)生前整點(diǎn)風(fēng)速、氣溫、海壓和相對(duì)濕度出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

4.4 濕度

充足的水汽是大霧形成的必要條件，相對(duì)濕度越高，說(shuō)明空氣越潮濕。從圖5中可知，廈門機(jī)場(chǎng)大霧出現(xiàn)前的相對(duì)濕度均大于90%，說(shuō)明相對(duì)濕度不足90%時(shí)幾乎難以形成大霧。

4.5 氣壓

為了研究氣壓對(duì)大霧生成的影響，圖5將大霧出現(xiàn)前一個(gè)整點(diǎn)的氣壓按4hPa的間隔范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，氣壓的分布趨勢(shì)與溫度趨勢(shì)相近，其中1012～1016hPa范圍內(nèi)的大霧出現(xiàn)次數(shù)最多，多達(dá)60次，占41.4%，其次出現(xiàn)范圍在1008～1012hPa之間，占31.0%，而氣壓小于1004hPa和大于1020hPa的次數(shù)總和僅為5次，說(shuō)明適當(dāng)?shù)臍鈮悍秶菀滓鸬蛯託鈮狠椇?，從而有利于水汽凝結(jié)，進(jìn)而形成大霧。

5 大霧類型

廈門機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)的大霧主要以平流霧為主，混合霧和輻射霧為輔，其他類型霧較少出現(xiàn)。平流霧一般層結(jié)較穩(wěn)定，日變化不明顯，只要條件適合，一日中任何時(shí)刻都可以出現(xiàn)，條件變化后，也會(huì)迅速消散，形成和消失受風(fēng)的影響較大，春季出現(xiàn)較多[1]。而輻射霧主要出現(xiàn)在夜間和清晨，一般天氣晴好，微風(fēng)，生消時(shí)間較有規(guī)律性，日出后溫度的升高快慢會(huì)影響它的消散，冬季出現(xiàn)較多[1]。廈門出現(xiàn)的混合霧常以平流霧為主混合了輻射霧，它與輻射霧均有低空逆溫層結(jié)，與平流霧的近地面均為弱風(fēng)速，因此觀測(cè)大霧的類型成為了一個(gè)難點(diǎn)，并且對(duì)1990—2020年出現(xiàn)的大霧類型無(wú)法直接統(tǒng)計(jì)，若要判斷31a間大霧類型，還需結(jié)合當(dāng)日天氣形勢(shì)進(jìn)行分析。

6 結(jié)論

①1990—2020年間廈門機(jī)場(chǎng)共出現(xiàn)338個(gè)大霧日，年平均大霧日數(shù)達(dá)到10.9d，主要出現(xiàn)在1990—1996年和2002—2012年，年際變化差異較大，其中2010年大霧日最多，共26d，2020年最少，只有1d，2016年后，大霧日數(shù)整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

②廈門機(jī)場(chǎng)大霧具有季節(jié)性變化，主要出現(xiàn)在春季，共213d，占總數(shù)的63.2%，其次為冬季，共116d，占34.4%；廈門機(jī)場(chǎng)大霧月變化呈單峰單谷型，峰值主要集中在12月—次年5月，其中3月、4月頻次最多，分別為93d和92d，占27.6%和27.3%，而7月—10月無(wú)大霧生成。

③大霧呈現(xiàn)明顯的日變化，主要在21-23時(shí)生成，共64次，占生成總次數(shù)的26%，在00-01時(shí)消散，累計(jì)45次，占消散總次數(shù)的18.3%，其中07-08時(shí)沒(méi)有大霧生成，08-09時(shí)沒(méi)有大霧消散；大霧主要呈現(xiàn)短時(shí)波動(dòng)，持續(xù)時(shí)間多為0～3h，其中0～1h的頻次最多，共94次，占總數(shù)的38.2%。

④影響廈門機(jī)場(chǎng)大霧生成的氣象要素中，主要風(fēng)向?yàn)?60°～60°時(shí)，大霧共出現(xiàn)54次，占總數(shù)的37.2%；風(fēng)速為1～2m/s時(shí)，共出現(xiàn)98次，占67.6%；氣溫在16～19℃時(shí)，大霧共出現(xiàn)56次，占38.6%；當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)，大霧生成次數(shù)有62次，占42.8%；氣壓在1012～1016hPa時(shí)，大霧生成的頻次最多，多達(dá)60次，占41.4%。