張序

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

0 引言

昆明長水機場（以下簡稱“長水機場”）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，長水機場地理環(huán)境與大霧天氣的聯(lián)系成為眾多學者研究的課題。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，指出了昆明準靜止鋒影響下長水機場大霧天氣特征。馬艷等[2]分析長水機場大霧天氣的特點，從機場相關(guān)部門的角度對大霧天氣下如何更好地進行機場運行提出了建議。普銳等[3]從地面觀測資料特征、探空資料特征、天氣形勢入手，提出了長水機場輻射霧觀測工作中的應對方法和技巧。楊依瑩[4]用WRF數(shù)值模式模擬機場2015年12月24—26日大霧天氣的整個過程，為民航運行和機場選址中的應用提供了新的途徑和思路。

本研究通過對較長時間段氣象元素的統(tǒng)計，開展天氣事件研究，分析、總結(jié)長水機場形成大霧的原因，梳理出長水機場大霧天氣情況下航班安全運行及應對措施，有利于提升民航運輸?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站溫度、降水、能見度和風向風速的數(shù)據(jù)?？紤]到昆明市基本地面氣象觀測站的天氣代表性與昆明長水機場略有差異，大霧造成的低能見度天氣對民航航班運行影響方面的氣象數(shù)據(jù)則來源于長水機場和原巫家壩機場的航空例行天氣報告（METAR）及終端機場天氣預報（TAF）。

本研究使用的統(tǒng)計方法主要為普通線性回歸分析，以及利用Mann-Kendall檢驗法進行了突變檢驗。Mann-Kendall檢驗不需要數(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到1400 mm以上，最低時小于600 mm，年降水總量超過1200 mm的有13年，平均每4～5年會發(fā)生一次。

圖1 昆明市1951—2010年年降水量統(tǒng)計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個月集中了全年大部分降水。從9月開始呈下降趨勢，表現(xiàn)出夏秋季降水豐富，冬春季降水少的季節(jié)性特點。

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突變檢驗法對昆明市1951—2010年降水次數(shù)趨勢進行了分析（圖3），可以看出，1951—1987年呈現(xiàn)出一個緩慢上升的趨勢，1987—2001年呈現(xiàn)出一個明顯的下降趨勢，并且通過了顯著性檢驗，在1965，1967，1980和1986年多次達到顯著水平，1995和1988年達到極顯著水平。

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)出一個上升的趨勢，從時間段來看，在1990年以后上升趨勢明顯（圖4）。

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

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

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

3 昆明長水機場天氣背景下大霧天氣航班安全運行影響研究

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號班機在迪亞巴克爾機場失事就是因為機場區(qū)域濃霧造成的[5]；2010年4月10日波蘭總統(tǒng)的專機在俄羅斯斯摩棱斯克北部一軍用機場降落時失事，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班機伊春墜機事故就是在能見度低于公司最低運行標準的情況下，仍然實施運行造成的[7]；2010年7月28日巴基斯坦藍色航空202號班機在降落前墜毀于伊斯蘭堡北部，大雨、多霧天氣被認為是墜機發(fā)生的主要原因[8]；2014年7月23日傍晚復興航空222號班機降落時墜毀[9]，事故報告證實失事飛機在下降過程中能見度突然變差，進近的軌跡偏離航道4°所導致的，所以關(guān)注大霧天氣對航班安全飛行的意義非常重要。

3.1 昆明長水機場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向、風速、氣溫和露點溫度進行分析，發(fā)現(xiàn)昆明長水機場14次大霧過程中，有12次地面為東北風（1～7 m/s），為冷空氣影響，屬于鋒面霧；2次為西南風（4～7 m/s），為輻射霧（晴空或少云），出現(xiàn)在日出前后?？梢?，長水機場大霧主要是鋒面霧，其次為輻射霧，風向和風速對霧的形成有很重要的作用。輻射霧是因輻射冷卻空氣達到過飽和而形成的，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，氣溫也呈現(xiàn)出上升趨勢，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，當冷卻到一定的程度時，空氣中的一部分水汽就會凝結(jié)出來，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)使空氣達到過飽和而凝結(jié)形成，而鋒后霧則由暖濕空氣移至原來被暖鋒前冷空氣占據(jù)過的地區(qū)，經(jīng)冷卻達到過飽和而形成的。

分析長水機場2013年1月3日發(fā)生的長時間的大霧過程發(fā)現(xiàn)，從當天的重要天氣圖和高空風預報圖上得出在昆明長水機場附近的區(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，地面受靜止鋒影響，冷空氣自東向西逐漸控制本場。在3日11—23時長水機場區(qū)域維持在一個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、高空槽和冷空氣預報，靜止鋒預報需要注意對靜止鋒生消、加強或減弱、維持或移動的預報；高空槽的預報重點關(guān)注高空槽的維持或過境，是水汽和低云維持的標志，當高空槽過境時，低云往往消失，大霧消散；冷空氣的預報主要關(guān)注冷空氣過境的情況，這個是水蒸氣凝結(jié)的重要因素之一。

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

3.2 昆明長水機場與原巫家壩機場大霧天氣特點對比分析

圖6 昆明機場低能見度天氣發(fā)生頻次統(tǒng)計圖Fig. 6 The frequency of low visibility at the Kunming Airport

統(tǒng)計昆明機場近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，這個轉(zhuǎn)折點源于航班運行由原巫家壩機場轉(zhuǎn)場到長水機場后地理環(huán)境變化所導致。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年達到一個頻次近百次的峰值，之后大霧天氣頻次雖然有所下降，依舊是遠高于原巫家壩機場的態(tài)勢。

圖7是一個日歷年內(nèi)長水機場和原巫家壩機場每月出現(xiàn)大霧天氣的對比，分析得到長水機場出現(xiàn)霧的天氣主要從7月開始遞增，到10月達到峰值（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)生的趨勢吻合。

圖7 長水機場和原巫家壩機場出現(xiàn)霧天氣對比圖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)中整理出長水機場和原巫家壩機場24 h內(nèi)出現(xiàn)大霧天氣的對比情況（圖8），分析得出長水機場出現(xiàn)霧的時間多在夜間20時—次日02時。從03時開始處于較低水平，在中午12時出現(xiàn)霧的次數(shù)相對較多。通過對比兩機場24 h出現(xiàn)霧次數(shù)，從總數(shù)來看，長水機場出現(xiàn)霧的次數(shù)遠遠高于原巫家壩機場。

圖8 長水機場和原巫家壩機場24 h出現(xiàn)霧天氣次數(shù)對比圖Fig. 8 A comparison of the fog weather occurrence within 24 hours between the Changshui Airport and the Wujiaba Airport

3.3 昆明長水機場大霧天氣對航班運行影響研究

從整體航班量占比來看，長水機場運行的飛機以C類和D類飛機為主，由長水機場起降過程主用的21/22號跑道對外公布并使用的標準儀表進近圖、II類飛行進近圖和機場圖得到長水機場的起降標準（表1）。

基于2012年6月27日機場搬遷前后長水機場和原巫家壩機場能見度不滿足運行標準的對比，發(fā)現(xiàn)在不滿足精密進近的次數(shù)、非精密進近次數(shù)、目視盤旋次數(shù)和各類飛機起飛的次數(shù)上，長水機場遠遠高于原巫家壩機場，特別是不滿足起飛標準情況出現(xiàn)的概率，長水機場為1.39%，遠高于原巫家壩機場的0.015%，其他幾項都高于5倍以上。能見度運行的情況，原巫家壩滿足運行標準占98.5%，長水占統(tǒng)計量的88%。

由于大氣的不斷運動變化，產(chǎn)生了各種天氣現(xiàn)象和天氣變化，如顛簸、風切變、雷雨、積冰、低云、低能見度等危險天氣，對飛行安全均構(gòu)成極大威脅。在近13年國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飛行的影響具體表現(xiàn)在低空空域時常會存在明顯的低能見度天氣，且機場跑道由于跑道視程受到影響，會在地面對航空器的起飛或者落地安全造成重要的影響。多年來各機場因大霧所造成的航空器返航備降、機場關(guān)閉等情況時有發(fā)生，造成了很大的經(jīng)濟損失。同時飛機在低能見度條件下著陸時，容易造成飛機偏離跑道、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。

從能見度對航班安全順暢運行的影響來看，原巫家壩機場的能見度條件優(yōu)于昆明長水機場。受到長水機場獨特地形的影響，大霧造成的低能見度天氣在長水機場更明顯，11月—次年1月的早晨到中午經(jīng)常出現(xiàn)大霧天氣，對進港航班的安全飛行有顯著的影響。

4 昆明長水機場大霧條件下航班運行保障的措施和建議

針對大霧等天氣造成的低能見度天氣下的安全運行，本研究認為需要航空公司各部門的通力協(xié)作，在長期航班保障的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，對昆明長水機場大霧條件下航班運行保障的提出以下3點措施和建議：

1）做好昆明長水機場進港航班備份燃油和可靠備降場的選擇。在昆明長水機場附近可作為備降場使用的機場包括貴陽、成都、重慶、南寧、西安、綿陽、蘭州，在簽派放行飛往昆明長水機場航班的過程中應該合理地選擇備降場，充分考慮備降場的保證能力，避免備降場集中選擇的情況出現(xiàn)，充分考慮航班空中等待的時間增加，適當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）推進低能見度情況下起飛和著陸過程中先進技術(shù)的使用。II類飛行、低能見度起飛程序的投入使用，使昆明長水機場在保證安全的情況下可以采用更低的能見度標準起飛、落地，針對低能見度起飛中國民用航空局近期還引入了平視顯示器（HUD）的概念，飛行員在使用時會感覺到精確度大大提高，對航班運行的順暢作用顯著，提升在復雜天氣條件下低能見度起飛的能力。

表1 長水機場常用跑道起降標準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，加強氣象信息與空管、航空公司運行信息的融合，提高昆明長水機場低能見度天氣條件下的運行效率。啟用CDM系統(tǒng)后，長水機場出港航班進入了西南區(qū)域統(tǒng)放航班放行排序，通過CDM系統(tǒng)能及時得到航班出港時間，組織旅客登機，旅客在機上等待時間大大減少，提升旅客在機場的航空出行體驗。