南極中山站地區(qū)航空飛行的天氣條件

許淙，孟上，李永生，孫啟振

（國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

南極中山站地區(qū)航空飛行的天氣條件

許淙，孟上，李永生，孫啟振

（國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

隨著中國南極考察事業(yè)的不斷發(fā)展，科考工作進(jìn)一步深入，南極地區(qū)不同機(jī)型的各類飛行活動(dòng)將日益增多。開展南極航空氣象服務(wù)是確保飛行安全，提高科考效率的迫切需求。南極冰雪高原的地形復(fù)雜，天氣多變且局地性強(qiáng)，但是航路和場站的氣象資料積累很少，航空氣象服務(wù)的困難較大。本文對南極中山站地區(qū)影響飛行安全的主要天氣現(xiàn)象，中山站地區(qū)的適航時(shí)間，天氣條件等進(jìn)行了初步探討。

中山站；天氣條件；航空氣象服務(wù)

1 引言

南極冰雪高原看似廣闊無垠，但地形復(fù)雜，天氣多變，冰裂隙交錯(cuò)縱橫，陸路交通耗時(shí)長，路途艱險(xiǎn)。中國南極昆侖站距海岸一千多千米，每年前去該站的運(yùn)輸車隊(duì)所經(jīng)歷的危險(xiǎn)和困難是眾所周知的。多年來我國在南極考察中已使用直升機(jī)進(jìn)行多種空中飛行作業(yè)，直升機(jī)以其機(jī)動(dòng)、快速的特點(diǎn)在南極考察中發(fā)揮了重要的作用。隨著中國南極科考工作的進(jìn)一步深入展開，考察項(xiàng)目日漸增多，考察的地理范圍不斷擴(kuò)大并向南極大陸縱深擴(kuò)展，許多研究項(xiàng)目需要在冰架，內(nèi)陸高原設(shè)立觀測點(diǎn)，需要長距離運(yùn)送人員、設(shè)備；有些科考項(xiàng)目需要用飛機(jī)搭載探測儀器進(jìn)行高空探測，這些都迫切需要固定翼飛機(jī)的支持。2012年南極中山站將開始小型飛機(jī)飛行，并將會(huì)逐步擴(kuò)大飛行范圍和飛行時(shí)次。同時(shí)中山站機(jī)場建設(shè)也正在籌備中，為今后的大型飛機(jī)飛行作準(zhǔn)備。隨著南極飛行活動(dòng)的日益增多，研究南極地區(qū)危險(xiǎn)飛行天氣、完善氣象監(jiān)測、開展南極地區(qū)航空氣象服務(wù)、確保安全高效航空飛行將是今后南極氣象工作的重點(diǎn)之一。為此我們對南極適航天氣，航空天氣預(yù)報(bào)，中山站機(jī)場天氣監(jiān)測等問題進(jìn)行了一些研究分析。僅以本文為始，首先對南極中山站地區(qū)航空飛行的天氣條件進(jìn)行初步討論。

2 航空氣象服務(wù)和影響南極中山站地區(qū)飛行安全的主要天氣

顧名思義，航空氣象服務(wù)就是為航空活動(dòng)探測，分析氣象資料，準(zhǔn)確地提供飛行活動(dòng)需要的航空氣象產(chǎn)品，保障飛行的安全和高效。

南極大陸是一冰雪高原，海拔高，氣溫低，天氣惡劣且變化快，有許多獨(dú)特的天氣現(xiàn)象。南極沒有商業(yè)航線，除去直升飛機(jī)的短途飛行,在南極半島和南極沿岸一些考察站附近有不同型號的固定翼飛機(jī)的飛行活動(dòng)，這些飛行大多集中在夏季，向內(nèi)陸縱深的飛行較少。因此南極地區(qū)的航路氣象歷史資料稀少，機(jī)場多是建立在冰蓋上的簡易機(jī)場，場站氣象資料也不全，這些情況使在南極地區(qū)進(jìn)行航空氣象服務(wù)十分困難。

南極天氣的一個(gè)重要特點(diǎn)是局地性強(qiáng)，相鄰兩個(gè)地點(diǎn)的天氣特征會(huì)有很大不同。如海陸風(fēng)、下降風(fēng)、白化天氣等天氣現(xiàn)象的局地性都很強(qiáng)，且與地形有很大關(guān)系。在此我們僅討論南極中山站地區(qū)影響航空飛行的主要天氣現(xiàn)象及其危害。

（1）低溫。中山站年平均氣溫-9.5℃,冬季最低溫度可達(dá)-45.7℃，低溫可使飛機(jī)積冰，地面出現(xiàn)白霜和冰晶[1]。

（2）大風(fēng)。中山站地區(qū)經(jīng)常受到極地氣旋的侵?jǐn)_，氣旋在中山站可產(chǎn)生最大風(fēng)速達(dá)到43.6 m/s的大風(fēng)。氣旋大風(fēng)的破壞力大，短時(shí)間風(fēng)速、風(fēng)向會(huì)發(fā)生突變，對飛機(jī)起降和地面停泊的飛機(jī)危害極大。

（3）降雪。中山站很少有降雨記錄，但四季都可出現(xiàn)降雪。降雪可降低能見度，使跑道變得濕滑，還容易出現(xiàn)積冰現(xiàn)象[2]。如果降雪的同時(shí)風(fēng)速達(dá)到一定強(qiáng)度，還會(huì)出現(xiàn)吹雪和雪暴，嚴(yán)重時(shí)能見度可降至為零[3]。

（4）云。中山站基本上沒有對流性積云的記錄，但氣旋過境時(shí)經(jīng)常觀測到低云和中云。氣旋鋒前的西北氣流來自低緯度海洋，濕度大，因此飛機(jī)在云中飛行時(shí)容易出現(xiàn)積冰現(xiàn)象。同時(shí)中低云在飛機(jī)起降時(shí)會(huì)影響飛行員的視程。

（5）風(fēng)切變。氣旋鋒面附近的溫度場、風(fēng)場有顯著的差異，有利于產(chǎn)生湍流而出現(xiàn)顛簸和低空風(fēng)切變。另外中山站地區(qū)為丘陵地帶，海、陸表面的熱力差異大，有明顯的陣性風(fēng)現(xiàn)象。劇烈的空中顛簸和強(qiáng)低空風(fēng)切變分別對飛行和起降過程構(gòu)成嚴(yán)重威脅[4]。

（6）白化天氣。中山站霧天氣很少，但出現(xiàn)過白化天氣，記錄不詳細(xì)。白化天氣出現(xiàn)時(shí)天地混為一體，沒有遠(yuǎn)近、方向感，對低空飛行和起降十分危險(xiǎn)。

圖1 南極中山站地形圖

圖2 中山站月平均溫度變化 圖3 中山站夏季1月份氣溫日變化

圖4 多年月平均風(fēng)速圖5 1月份風(fēng)速日變化

圖6 中山站風(fēng)向統(tǒng)計(jì)

3 中山站地區(qū)主要天氣特點(diǎn)和適航時(shí)間

中國南極中山站（76°22'E，69°22'S）建于1989年，坐落在東南極普里茲灣（Prydz Bay）伊麗莎白公主地拉斯曼丘陵的維斯托登半島上，西南距艾默里冰架和查爾斯王子山脈幾百千米。離中山站不遠(yuǎn)處有澳大利亞的勞基地和俄羅斯的進(jìn)步站（見圖1）。

3.1 溫度

從近10年的平均溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（2001—2010年）可以看出中山站具有比較典型的極地天氣特點(diǎn)即夏季短暫，冬季低溫漫長且無核[5]（見圖2）。

中山站一年之中大部時(shí)間的月平均溫度都在-10℃以下,12月溫度回升到-0.4℃，1月份平均溫度0.2℃為最高，2月為-2.7℃，從3月份開始溫度開始快速下降。圖3是中山站夏季1月份的日氣溫變化曲線，可以看出日最高氣溫出現(xiàn)在當(dāng)?shù)?6時(shí)，最低氣溫一般在清晨4時(shí)。

3.2 風(fēng)速和風(fēng)向

圖4顯示最小月平均風(fēng)速值出現(xiàn)在1月份是4.8 m/s，12月次之為5.4 m/s，2月是6.4 m/s。 從平均風(fēng)速上考慮夏季是飛行的最佳時(shí)期。

圖5是中山站夏季1月份風(fēng)速的日變化。由于海陸分布和地形等原因，中山站夏季風(fēng)速有明顯的日變化。一般天氣情況下凌晨3時(shí)到次日上午風(fēng)速較大，從下午13時(shí)開始到凌晨是風(fēng)速曲線的低谷。風(fēng)速曲線變化清晰,振幅較大。我們認(rèn)為這是由于夏季海冰融化，海洋與陸地的熱力差異導(dǎo)致出現(xiàn)較強(qiáng)的海陸風(fēng)。午后的飛行氣象條件最好。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)中山站的風(fēng)向變化不大，終年70%以上出現(xiàn)的風(fēng)向都在NNE-E這一方向范圍內(nèi)。風(fēng)速越大，風(fēng)向越集中。10 m/s以上的風(fēng)向85%在ENE-E方向，14 m/s以上的風(fēng)向95%集中這一方向。反之，風(fēng)速小于4 m/s時(shí)風(fēng)向分散。風(fēng)向日變化不明顯[6]。

圖7 1月份能見度觀測結(jié)果

圖8 中山站總云量分布

圖9 夏季低云量分布

圖10 惡劣天氣的月分布

3.3 能見度

夏季中山站地區(qū)的能見度通常很好，很少有霧的記錄，僅是偶爾觀測到小范圍貼近海面的薄霧，對視程影響不大。圖7是1月份每日08時(shí)，14時(shí)，20時(shí)和02時(shí)的觀測數(shù)據(jù)，可以看出大于10 km視程的出現(xiàn)率很大。

3.4 云量

中山站年平均云量6.2成，季節(jié)性變化不大。1月份平均云量是5.7成，12月分為6.7成（見圖8）。低云量很少，圖9顯示了夏季12月，1月和2月份的低云量。1月和12月的低云量均在2成以下，通常只有受到氣旋影響時(shí)才會(huì)出現(xiàn)天空布滿低云的情況。中山站夏季以高，中云為主，低云很少，有利于飛機(jī)的起降。

3.5 惡劣天氣

中山站地區(qū)的惡劣天氣主要是降雪和極地氣旋過境時(shí)帶來的大風(fēng)、強(qiáng)吹雪。圖10是上述天氣的月分布。綜合比較夏季12月、1月和2月的天氣最為溫和，，其中1月份的大風(fēng)日、降雪日和吹雪日均為全年最少。

值得注意的是筆者在中山站曾數(shù)次在晴好天氣條件下觀測到短時(shí)的陣性大風(fēng)，大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間一般不超過30 min，我們認(rèn)為這是下降風(fēng)現(xiàn)象。由于常規(guī)觀測很難反映出下降風(fēng)的特征，這只是我們的初步認(rèn)識，確定中山站下降風(fēng)特征有賴于今后的專項(xiàng)觀測和研究。

4 結(jié)論

（1） 綜合考慮氣溫、風(fēng)、能見度、云量、降雪等氣象要素和南極的極夜、極晝現(xiàn)象，中山站地區(qū)以夏季12月、1月、2月比較適宜航空飛行，其中1月份為最佳；

（2） 夏季中山站地區(qū)風(fēng)向恒定，變化小，平均風(fēng)速較低。風(fēng)速有明顯的日變化，午后至凌晨風(fēng)速最低，有利于飛行；

（3） 夏季中山站地區(qū)以高云、中云為主，低云很少。幾乎沒有霧，視程良好；

（4） 威脅航空飛行安全的天氣現(xiàn)象大都和極地氣旋有關(guān)，因此進(jìn)行航空天氣預(yù)報(bào)時(shí)應(yīng)注意極地氣旋帶來的危險(xiǎn)天氣；

（5）下降風(fēng)和白化天氣是極地地區(qū)特有的天氣現(xiàn)象，相關(guān)的觀測記錄和研究較少，但對低空飛行和起降安全的危害性很大，今后要加強(qiáng)這方面的觀測和研究。

[1]King J C,Turner J,張占海,等譯.南極天氣和氣候[M].北京:海洋出版社,2007,99-100.

[2]周建華,航空氣象業(yè)務(wù)[M].北京:氣象出版社,2011.

[3]許淙,萬軍,呂非.南極中山站吹雪雪暴天氣分析[J].極地研究,2004,16(1):39-45.

[4]周建華.航空氣象業(yè)務(wù)[M].北京:氣象出版社,2011,2:22-37.

[5]King J C,Turner J,張占海,等譯.南極天氣和氣候.北京:海洋出版社,2007,73-78.

[6]許淙,萬軍,呂非.2002—2003年南極中山站地區(qū)風(fēng)要素變化特征[J].海洋預(yù)報(bào),2004,21(4):28-34.

The weather condition for aviation atAntarctic Zhongshan Station

XU Cong,MENG Shang,LI Yong-sheng，SUN Qi-zhen

(National Marine Environmental Forecasting Center,Beijing 100081 China)

With the development of Chinese Antarctic exploration,many kinds of aerocrafts will be used in Antarctic.So the aviation meteorological service for the security and efficiency of the flight in Antarctic become more and more important.Flight in Antarctic face more difficulties than in other area,because the geographyical condition in the ice highlands is complex and the weather changes quickly.Meanwhile,the meteorological reference data for airline and airport is limited.In this paper,the weather condition and the proper flight time in Zhongshan Station were discussed.

Zhongshan Station；weather condition；aviation meteorological service

P732

A

1003-0239（2012）01-0055-05

2011-09-14

國家南北極環(huán)境綜合考察專項(xiàng)；國家“十二五”科技支撐計(jì)劃（2011BAC03B02）；國家自然科學(xué)基金（41076128；41006115）

許淙(1957-)，男，高級工程師，主要從事南極天氣預(yù)報(bào)和研究。E-mail:xucongbeijing@qq.com