机场地面风特殊变化的监测与分析
DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.150
摘 要：该文对沈阳桃仙国际机场自动气象观测系统记录的风向、风速进行统计分析，结合航空器关于风切变的报告、航空地面气象观测月总簿及观测员关于风的特殊天气报告等资料，分析在观测员发出的各种气象要素特殊天气报告中，关于风的特殊天气报告较少的原因，提出了增加短时平均值风特殊变化通报并设立相关告警值，同时利用地面自动观测数据监测低空风切变的方法，以更好的保障飞行安全。
关键词：飞行安全 风 风切变 统计分析
中图分类号：P425.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（b）-0150-02
民航气象用户对风向、风速及风的特殊变化是非常关心的[1]。而风的特殊变化包括风速的突然加大、变小，风向的突然改变等[2]。笔者对机场特殊天气记录进行查阅，发现风的特殊报告记录很少，这与实际的大气运动状态极不相符，而对近1年机场自动气象观测数据中的瞬时风速的变化进行统计，发现瞬时风速大于5 m/s， 且1 min内变化大于5 m/s的风速变化出现了174次。因此，笔者对自动气象观测数据中风的变化进行了进一步的统计分析，依据统计结果对风特殊变化发布情况进行了探讨，对建立告警提示等给出了建议。
1 方法与资料
1.1 统计资料
统计采用2013年6月―2014年5月期间沈阳桃仙国际机场的气象资料，包括以下几个方面。
（1）自动观测系统风向、风速记录。
（2）风特殊报告记录。
（3）航空器空中报告风切变记录。
（4）航空地面气象观测月总簿。
1.2 分析方法
对2013年6月―2014年5月自动气象观测系统在机场跑道西南方向（飞机的主用方向）的风向、风速记录进行统计，找出瞬时风速大于5 m/s且1 min变化大于5 m/s的风出现的次数及对应时间，并找出相应时间内2 min平均、10 min平均风速发生同样变化的次数，结合观测员关于风特殊报告的记录，结合对风特殊通报发布标准进行分析，探讨在观测员发出的各种气象要素特殊天气报告中，关于风的特殊天气报告较少的原因。
查阅航空地面气象观测月总簿记录，统计发生风特殊变化时间对应发生的天气现象，统计航空器空中报告中关于风切变的记录，并统计出对应时间自动观测系统记录的跑道两端及中点处的风变化数据，通过统计结果分析风变化与低空风切变的关系。
2 统计分析与探讨
2.1 风特殊变化统计分析及风特殊通报标准探讨
观测员特殊天气观测通报记录簿中，上述一年时段内风特殊通报记录共出现2次，全部出现在整点或半点观测时段内，且是由自动观测设备自动采集到的，也就是说没有人工主动发布的通报。
民用航空气象观测工作中，风的特殊天气报告标准规定为以下几方面。
（1）当平均地面风向比最近报告中的风向相比有大于或等于60°的变化，且平均风速在变化前或后大于或等于5 min/s时。
（2）当平均地面风速与最近报告中的风速相比有大于或等于5 min/s的变化时。
其中，平均地面风向、风速规定以10 min的平均值作为基准[3]。
在近1年自动观测数据风的记录中，以瞬时值作为基准，风的变化超过特殊报告规定的次数为174次，而以2 min平均值和10 min平均值作为基准时，相应的次数分别为17次和0次。从统计结果很容易看出，瞬时风速较大，且发生较剧烈变化的次数多，这符合大气的运动状态[4]，2 min平均后出现次数明显减少，10 min平均后风的这种突然变化就显现不出来了。也就是说10 min的平均值并不能客观地、真实地反应大气短时内的剧烈的变化。
在记录的17次2 min平均风速突变（平均风大于5 m/s且每分钟变化大于5 m/s）中，有9次受雷暴、降水等天气影响，但有8次是没有天气现象影响的晴空下发生的。按照现有的规定，气象观测人员是不需要向用户通报风的这种短时突变的，但是风的这种短时突变必然会对飞行造成影响。所以，有必要对风变化通报的阈值进行进一步的探讨，根据需要细化风的短时突变报警阈值，并进行有效监控、通报。
2.2 风变化与低空风切变的关联
低空风切变在弱雷暴、锋面和积雨云中，甚至在晴天都可能产生[5]。它具有变化时间短（只有几秒）、范围小、强度大，探测难、预测难的特点，飞行员一旦遇到，会对操纵飞机带来较大的困难[6]。目前还没有十分可靠的低空风切变探测仪器和预报方法。
美国机场低空风切变报警系统在机场平面有6个测风站，即中央站和5个分站，各分站距中央站平均约为3 km左右。系统规定任一分站与中央站的风向风速向量差达到7.7 m/s以上时即发生报警信号。所以，上述情况中相当的风水平切变值每公里2.6 m/s，可作为能对飞行构成危害的强度标准。
桃仙机场的自动观测系统在机场跑道两端及中间安装了测风系统，能够得到同一水平线上相隔1.2 km的3个点的风的数据。
笔者对近1年的航空器空中报告中及其发生时间对应的自动观测系统3个方向上的2 min平均最大风向、风速进行了统计，从统计结果可以看出，在近1年内仅有的6次航空器风切变报告中，自动观测系统记录的近地面风2 min平均最大风速矢量差均超过了2 m/s，而超过2.6 m/s的共出现4次，尤其是2014年5月5日13时50分风速矢量差达到20 m/s，风向变差200°左右。因此，可以尝试借鉴美国机场低空风切变报警系统，对自动观测系统提供的3个位置的风向、风速进行横向比较，规定一个合理报警阈值，通过对跑道地面风地监测进行跑道低空风切变的监测，并通报提醒用户。
3 建议及总结
（1）在观测员发出的关于风的特殊天气报告较少的原因是现行标准规定的用于确定平均地面风速和风向的10 min平均值不能全面的反映风的特殊变化，建议补充风短时突变特殊通报。
（2）该场出现低空风切变时，自动观测系统3个方位的测风数据会有一定的变化，建议对数据进行监控，设立阈值并进行通报。
4 结语
从现有的风特殊变化发布标准的规定可以看出，现有标准侧重向用户通报大气运动受天气系统的影响在一段时间内发生的明显改变，而该文阐述的将风在短时间、小范围内发生的突变向用户通报，是对现有标准进行补充，可大大减少这种短时的突变对飞行造成的影响。
对于低空风切变这种尚无准确预报和观测手段的特殊气象现象，如果可以通过间接观测的方法对用户发出警示，对飞行安全也是大有益处。
参考文献
[1] 崔维军，向焱，陈亚兰，等.公众气象服务支付意愿影响因素研究[J].气象与环境学报，2014，30（1）：100-107.
[2] 朱东升，王天奎，杨绍翼.桃仙机场低空风切变的分析[J].气象与环境学报，1999，15（4）：15-16.
[3] 赵树海.航空气象学[M].北京：气象出版社，1993.
[4] 胡姝，孙立尹，李英.热带气旋结构和强度变化研究进展[J].气象与环境学报，2014，30（4）：91-98.
[5] 吕明华，闫江雨，姚仁太.风向的统计方法研究[J].气象与环境学报，2012，28（3）：83-89.
[6] 王朝霞.低空风切变对飞机起飞及着陆的影响[J].陕西气象，2001，20（4）：9-11.