上海浦東機(jī)場(chǎng)風(fēng)向日變化特征分析

趙京華，秦婷，張勇，房云龍

上海浦東機(jī)場(chǎng)風(fēng)向日變化特征分析

趙京華1，秦婷2，張勇1，房云龍1

（1.民航青島空管站，山東 青島 266100；2.民航華東空管局，上海 200335）

利用2010—2019年上海浦東機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)場(chǎng)逐時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了不同季節(jié)各風(fēng)向段出現(xiàn)頻率日變化特征，結(jié)果表明，浦東機(jī)場(chǎng)東風(fēng)（80°～110°）、東南風(fēng)（120°～150°）日變化規(guī)律顯著。各季節(jié)東南風(fēng)頻率曲線呈準(zhǔn)正弦波型，春夏季日較差、極大值均高于秋冬季，頻率極大值、極小值出現(xiàn)時(shí)間四季基本相同。東風(fēng)出現(xiàn)頻率在各季節(jié)均呈“單峰”型日變化特點(diǎn)，夏季東風(fēng)頻率日較差最大，秋季和春季次之，冬季最小，夏季日變化規(guī)律最顯著；頻率極大值、極小值出現(xiàn)時(shí)間四季基本相同。南支海風(fēng)環(huán)流和東支海風(fēng)環(huán)流均可能影響浦東機(jī)場(chǎng)，最可能影響時(shí)間為15：00—19：00和10：00—13：00，各季節(jié)略有差異。

上海浦東機(jī)場(chǎng)；風(fēng)向日變化；海風(fēng)環(huán)流；成因

1 引言

風(fēng)通常指空氣運(yùn)動(dòng)的水平分量，包括方向和大小，即風(fēng)向和風(fēng)速，按高度又分為高空風(fēng)和地面風(fēng)，對(duì)于航空飛行來(lái)說(shuō)，高空和地面風(fēng)同樣重要，既有可利用一面，也要防范它可能造成的危害。飛機(jī)起飛時(shí)，適宜的風(fēng)向和風(fēng)速，有助于飛機(jī)在較短的滑行距離內(nèi)獲得足夠的升力；降落時(shí)，適宜的風(fēng)速和風(fēng)向也有助于縮短滑行的距離；高空飛行時(shí)，順風(fēng)飛行，可以大大節(jié)省燃料和縮短飛行時(shí)間[1-3]。徐照岳等[4]通過(guò)分析下降風(fēng)對(duì)飛行的影響，發(fā)現(xiàn)下降風(fēng)可以增加飛機(jī)能量損耗。側(cè)風(fēng)或者側(cè)風(fēng)分量很大時(shí)，飛機(jī)的起飛和著陸會(huì)變得很復(fù)雜，當(dāng)飛機(jī)在側(cè)風(fēng)中起降時(shí)，飛機(jī)除向前運(yùn)動(dòng)以外，還順著側(cè)風(fēng)方向移動(dòng)，如不及時(shí)修正，就會(huì)偏離跑道方向[5-6]。此外，受地形的影響，風(fēng)向和風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)，飛機(jī)的性能和航跡可能會(huì)發(fā)生變化[7-8]。

風(fēng)向轉(zhuǎn)換可能引發(fā)低空風(fēng)切變，對(duì)飛行安全有很大的威脅[9-11]，若風(fēng)速超過(guò)民航閾值，則跑道也需隨風(fēng)向轉(zhuǎn)換。目前隨民航航班量的飛速增長(zhǎng)，各機(jī)場(chǎng)對(duì)風(fēng)向轉(zhuǎn)換預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的要求越來(lái)越高，若風(fēng)向轉(zhuǎn)換預(yù)報(bào)時(shí)間提前量較小，則會(huì)大大增加空中交通管制的工作量[12-14]。

目前，很多前輩對(duì)風(fēng)向的變化已有一些研究。江瀅等[15-19]研究了全國(guó)或省市大范圍的風(fēng)向變化特征；閆凱麗等[20]和陳猛[21]分析了機(jī)場(chǎng)范圍內(nèi)風(fēng)的變化特征，主要側(cè)重于大風(fēng)及對(duì)飛行的影響；孫絲雨[22]利用首都機(jī)場(chǎng)2000—2014年自動(dòng)氣象站的地面風(fēng)觀測(cè)資料，分析了首都機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)向風(fēng)速的年變化、日變化和大風(fēng)特征，指出風(fēng)向的日變化明顯，白天南風(fēng)為主，夜間北風(fēng)為主；畢波等[23]利用大理機(jī)場(chǎng)近5年自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)資料，對(duì)平均風(fēng)向、風(fēng)速以及大風(fēng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)大理機(jī)場(chǎng)全年盛行偏南風(fēng)，夜間到上午風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，午后風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，傍晚轉(zhuǎn)為東南風(fēng)；房云龍等[24]利用青島機(jī)場(chǎng)2008—2016年逐時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料分析各季節(jié)風(fēng)向日變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)有兩支海風(fēng)環(huán)流影響青島機(jī)場(chǎng)，一支是西支海風(fēng)，風(fēng)向（210°～230°），一般上午影響機(jī)場(chǎng)，午后發(fā)展至最強(qiáng)，下午消失；另一支為南支海風(fēng)，風(fēng)向（150°～170°），午后影響機(jī)場(chǎng)，下午取代西支海風(fēng)，傍晚發(fā)展至最強(qiáng)，夜間逐漸減弱消失。

目前，上海地區(qū)風(fēng)向日變化的研究主要利用數(shù)值模擬或統(tǒng)計(jì)方法，實(shí)況資料主要來(lái)自氣象局各站點(diǎn)，而利用機(jī)場(chǎng)的風(fēng)場(chǎng)實(shí)況資料來(lái)研究風(fēng)向日變化規(guī)律的工作較少，本文采用2010-01-01—2019-12-31浦東機(jī)場(chǎng)逐時(shí)風(fēng)場(chǎng)資料，研究風(fēng)向日變化特征，并對(duì)其成因做初步探討。

2 風(fēng)向日變化特征

2.1 風(fēng)向段選取依據(jù)

對(duì)不同風(fēng)向進(jìn)行出現(xiàn)頻率分析發(fā)現(xiàn)，按40°對(duì)風(fēng)向進(jìn)行分段最能體現(xiàn)不同風(fēng)向段的日變化特征，因此本文將所有風(fēng)向按40°分段，根據(jù)不同季節(jié)統(tǒng)計(jì)風(fēng)向出現(xiàn)頻率日較差，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，東風(fēng)（80°～110°）、東南風(fēng)（120°～150°）兩個(gè)風(fēng)向段對(duì)于四個(gè)季節(jié)均表現(xiàn)出比較顯著的日變化特征，其他風(fēng)向段日變化規(guī)律相對(duì)較弱。因此本文選取東南風(fēng)和東風(fēng)兩個(gè)風(fēng)向段分析浦東機(jī)場(chǎng)風(fēng)向日變化特點(diǎn)。

2.2 浦東機(jī)場(chǎng)風(fēng)向日變化特征

浦東機(jī)場(chǎng)東南風(fēng)和東風(fēng)出現(xiàn)頻率日變化分布曲線如圖1所示。如圖1（a）示，東南風(fēng)在春夏季和秋冬季呈現(xiàn)出明顯的差異。春夏季東南風(fēng)日變化規(guī)律顯著，頻率日較差分別為14.8%和17.1%，日變化曲線為呈準(zhǔn)正弦波型，春夏季波峰分別為29.3%和35.2%，均出現(xiàn)于20：00；波谷分別為14.4%和18.0%，出現(xiàn)于13：00和12：00，春季比夏季偏晚1 h。秋冬季東南風(fēng)頻率日較差為7.2%和4.6%，頻率極大值分別為13.2%和8.9%，日較差和頻率極大值均顯著低于春夏季。秋冬季東南風(fēng)頻率曲線依然呈現(xiàn)出一定的日變化特征，整體偏弱，但極值出現(xiàn)時(shí)間與春夏季基本一致。

東風(fēng)（80°～110°）的日變化規(guī)律如圖1（b）所示，東風(fēng)出現(xiàn)頻率在各季節(jié)均呈“單峰”型日變化特點(diǎn)。夏季東風(fēng)日變化規(guī)律顯著，頻率日較差為12.3%，秋季和春季次之，分別為10.0%和9.7%，冬季全年最小，只有6.6%。極值呈相似規(guī)律，均為夏季最高，春季和秋季次之，冬季最小，出現(xiàn)時(shí)間也較為接近，極大值出現(xiàn)在午后14：00—16：00時(shí)段內(nèi)，極小值出現(xiàn)在后半夜01：00—05：00時(shí)段內(nèi)。

兩個(gè)風(fēng)向段相比，春夏季東風(fēng)出現(xiàn)頻率日較差小于東南風(fēng)，而秋冬季大于東南風(fēng)，這說(shuō)明春夏季東風(fēng)日變化特征比東南風(fēng)弱，而秋冬季反之。東風(fēng)出現(xiàn)頻率各季差異顯著低于東南風(fēng)。四個(gè)季節(jié)東風(fēng)頻率極大值出現(xiàn)時(shí)間比東南風(fēng)提前2～4 h，極小值出現(xiàn)時(shí)間差別顯著，東風(fēng)出現(xiàn)于后半夜，而東南風(fēng)出現(xiàn)于中午前后。

浦東機(jī)場(chǎng)各季節(jié)東南風(fēng)風(fēng)向段頻率日較差、極值及出現(xiàn)時(shí)間如表1所示。浦東機(jī)場(chǎng)各季節(jié)東風(fēng)風(fēng)向段頻率日較差、極值及出現(xiàn)時(shí)間如表2所示。

圖1 浦東機(jī)場(chǎng)東南風(fēng)（120°～150°）和東風(fēng)（80°～110°）出現(xiàn)頻率日變化

表1 浦東機(jī)場(chǎng)各季節(jié)東南風(fēng)風(fēng)向段頻率日較差、極值及出現(xiàn)時(shí)間

日較差/（%）極大值/（%）出現(xiàn)時(shí)間極小值/（%）出現(xiàn)時(shí)間 春季14.829.320：0014.413：00 夏季17.135.220：0018.012：00 秋季7.213.220：006.010：00 冬季4.68.920：004.313：00

表2 浦東機(jī)場(chǎng)各季節(jié)東風(fēng)風(fēng)向段頻率日較差、極值及出現(xiàn)時(shí)間

日較差/（%）極大值/（%）出現(xiàn)時(shí)間極小值/（%）出現(xiàn)時(shí)間 春季9.719.814：0010.203：00 夏季12.324.216：0011.801：00 秋季10.017.815：007.802：00 冬季6.611.516：005.005：00

3 風(fēng)向日變化成因分析

理論研究和實(shí)際觀測(cè)已經(jīng)證實(shí)，對(duì)于非均一下墊面（例如山地或沿海），地面風(fēng)向日變化受地形熱力狀況影響顯 著[25]，在沿海地區(qū)，海陸風(fēng)是造成地面風(fēng)向日變化的主要原因[24，26-27]。上海地區(qū)東臨東海，西臨太湖，南北分別為長(zhǎng)江口和杭州灣，海陸溫差明顯。同時(shí)超大城市的城市熱島效應(yīng)十分顯著，進(jìn)一步加劇了上海沿岸海陸溫度梯度。有研究指出，上海沿岸在白天存在著兩支海風(fēng)環(huán)流，一支為從長(zhǎng)江口登陸的東支海風(fēng)環(huán)流，另一支為從杭州灣登陸的南支海風(fēng)環(huán)流[28-31]。由于長(zhǎng)江入?？诿娣e較小，使得東支海風(fēng)方向主要為東風(fēng)，一般上午開(kāi)始影響上海浦東沿岸，午后至傍晚達(dá)到最強(qiáng)，之后減弱消失；南支海風(fēng)方向?yàn)闁|南風(fēng)，一般于中午開(kāi)始影響上海南匯、奉賢一帶，并逐漸向西北深入上海其他地區(qū)，如圖2所示。根據(jù)前文分析，浦東機(jī)場(chǎng)東南風(fēng)和東風(fēng)在四個(gè)季節(jié)均呈現(xiàn)不同程度的日變化規(guī)律，因此兩支海風(fēng)環(huán)流均可以在一定條件下影響浦東機(jī)場(chǎng)。

圖2 上海地區(qū)南支和東支海風(fēng)示意圖

為研究東支環(huán)流和南支環(huán)流是最可能影響浦東機(jī)場(chǎng)的時(shí)間，分析了風(fēng)向頻率變率的日變化特征，如圖3所示。

圖3 浦東機(jī)場(chǎng)東南風(fēng)、東風(fēng)頻率變率日變化

如圖3（a）所示，15：00—19：00，東南風(fēng)頻率變率均明顯高于其他時(shí)間，表明這段時(shí)間是東南風(fēng)頻率增加最集中時(shí)段，即南支環(huán)流最可能影響浦東機(jī)場(chǎng)的時(shí)間，各季節(jié)南支環(huán)流影響時(shí)間略有不同。春夏季頻率變率高于秋冬季，表明春夏季南支環(huán)流比秋冬季更可能影響浦東機(jī)場(chǎng)。同理，東支環(huán)流于10：00—13：00最可能影響浦東機(jī)場(chǎng)，與南支環(huán)流相比，東支環(huán)流影響機(jī)場(chǎng)時(shí)間的季節(jié)性變化特征不如南支環(huán)流明顯。

4 結(jié)論

本文利用2010—2019年上海浦東機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)場(chǎng)逐時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了不同季節(jié)各風(fēng)向段出現(xiàn)頻率日變化特征，得出如下結(jié)論：浦東機(jī)場(chǎng)東風(fēng)（80°～110°）、東南風(fēng)（120°～150°）日變化規(guī)律顯著；各季節(jié)東南風(fēng)頻率曲線呈準(zhǔn)正弦波型，春夏季日較差、極大值均高于秋冬季，頻率極大值、極小值出現(xiàn)時(shí)間四季基本相同；東風(fēng)出現(xiàn)頻率在各季節(jié)均呈“單峰”型日變化特點(diǎn)，夏季東風(fēng)頻率日較差最大，秋季和春季次之，冬季最小，夏季日變化規(guī)律最顯著，頻率極大值、極小值出現(xiàn)時(shí)間四季基本相同；南支海風(fēng)環(huán)流和東支海風(fēng)環(huán)流均可能影響浦東機(jī)場(chǎng)，最可能影響時(shí)間為15：00— 19：00和10：00—13：00，各季節(jié)略有差異，這說(shuō)明，浦東機(jī)場(chǎng)中午至傍晚可能由東風(fēng)順轉(zhuǎn)為東南風(fēng)。

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2095－6835（2020）24－0045－03

V321

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.014

趙京華（1981—），男，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)槎虝r(shí)臨近預(yù)報(bào)、氣候統(tǒng)計(jì)分析。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕