哈爾濱太平國際機(jī)場近20 a沙塵天氣特征統(tǒng)計(jì)

張欣慰，何佳宇

(民航黑龍江空管分局，黑龍江 哈爾濱150079)

1 引言

沙塵天氣是指大量的沙塵被風(fēng)吹起漂浮在空中，使能見度變壞的現(xiàn)象。根據(jù)氣象觀測規(guī)范定義，浮塵、揚(yáng)沙和沙塵暴統(tǒng)稱為沙塵天氣，其中沙塵暴是沙暴和塵暴兩者兼有的總稱。沙塵天氣是影響飛行安全的災(zāi)害性天氣之一，揚(yáng)起的風(fēng)沙會(huì)導(dǎo)致能見度降低，易造成迷航、著陸困難；沙粒間及沙粒與機(jī)表摩擦產(chǎn)生的靜電還會(huì)干擾無線電羅盤和通訊；此外，沙粒不僅會(huì)磨損機(jī)表和機(jī)窗玻璃，沙粒進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)體內(nèi)部還會(huì)造成機(jī)件磨損、油路堵塞、儀表失準(zhǔn)等故障。

哈爾濱太平國際機(jī)場地處歐亞大陸東部中高緯度地區(qū)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，所在區(qū)域地形呈馬蹄形，在季風(fēng)氣候和特殊地形的狹管效應(yīng)的綜合影響下，機(jī)場在春秋季節(jié)多風(fēng)沙天氣。隨著哈爾濱國際航空樞紐的確認(rèn)和建設(shè)，航班量快速增加，沙塵天氣對飛機(jī)的起降和機(jī)場地面運(yùn)行保障將造成更多不利的影響，開展對這種惡劣天氣的研究顯得十分重要。本文應(yīng)用近20 a的沙塵天氣地面觀測資料，對沙塵天氣的年際變化、月際變化、日變化、強(qiáng)度特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，旨在認(rèn)識沙塵天氣的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，為沙塵天氣的預(yù)報(bào)預(yù)測以及危害防御等提供科學(xué)依據(jù)。

2 沙塵天氣的年際變化特征

應(yīng)用民航黑龍江空管分局氣象臺(tái)地面觀測資料，以00時(shí)（北京時(shí)）為日界，提取浮塵、揚(yáng)沙、沙暴或塵暴的觀測記錄。每日觀測記錄中如出現(xiàn)相應(yīng)的沙塵天氣現(xiàn)象，則無論該現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間長短以及同一日出現(xiàn)地沙塵天氣種類多少，均記作1個(gè)沙塵日。累年年平均沙塵日數(shù)為11.05 d，最多為2001年，沙塵日數(shù)達(dá)21 d，最少為2000年和2007年，沙塵日數(shù)僅為3 d。如圖1所示，近20 a，哈爾濱太平機(jī)場的沙塵日數(shù)整體變化趨勢并不顯著，為微上升趨勢，增加速率不足0.1 d/a。年沙塵日數(shù)變化曲線呈波動(dòng)變化，表現(xiàn)為三波峰形態(tài)，峰值分別位于2001、2012和2018年。

圖1 2000-2019年哈爾濱太平機(jī)場逐年沙塵日數(shù)變化圖

3 沙塵天氣的月際變化特征

統(tǒng)計(jì)2000－2019年各季節(jié)的平均沙塵日數(shù)，春季（3－5 月）、夏季（6－8 月）、秋季（9－11 月）、冬季（12－2月）四季沙塵天氣所占的比例分別為84%、4%、9%、3%，春季為沙塵天氣出現(xiàn)頻率最高的季節(jié)，其次為秋季。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，4月份是沙塵天氣出現(xiàn)頻率最高的月份，其次為5月和3月，均為春季，這與哈爾濱地區(qū)的春季氣候和區(qū)域特征相吻合，春季哈爾濱地區(qū)下墊面植被覆蓋度較低，且干燥少雨，影響區(qū)域的主要天氣系統(tǒng)所表現(xiàn)的天氣主要為大風(fēng)天氣，風(fēng)速亦是各季節(jié)中的最大，達(dá)4.0 m/s，這些特征均有利于沙塵天氣的出現(xiàn)。1月、7月和8月在歷年中均沒有出現(xiàn)過沙塵天氣，這是因?yàn)?月份地表的沙塵大面積被積雪覆蓋，沙塵不易被揚(yáng)起，7月、8月是降雨多發(fā)月份，幾乎集中了哈爾濱機(jī)場全年降水量的50%，相對濕度大，上游及本區(qū)域下墊面植被豐富，且平均風(fēng)速值處于全年谷值區(qū)，8月為全年平均風(fēng)速最小的月份，僅為2.3 m/s，各氣象條件與沙塵天氣發(fā)生的條件相悖，不利于沙塵天氣的出現(xiàn)。

圖2 哈爾濱太平機(jī)場累年逐月平均沙塵日數(shù)變化圖

4 沙塵天氣的日變化特征

民航黑龍江空管分局氣象臺(tái)地面觀測資料中天氣現(xiàn)象自2000年起為24 h人工觀測記錄，記錄連續(xù)、完整、可信度高。選取近20 a共計(jì)193次沙塵過程的觀測資料，對哈爾濱市太平機(jī)場的沙塵天氣的日變化特征進(jìn)行分析。為體現(xiàn)沙塵天氣過程的完整性，定義2種沙塵現(xiàn)象連續(xù)出現(xiàn)，無論時(shí)間是否跨越日界均記為同1次沙塵天氣過程；1日出現(xiàn)多次間斷的沙塵現(xiàn)象，如果間隔時(shí)間＜1 h則按照1次過程記錄生效時(shí)刻，除去間隔時(shí)間計(jì)算該次過程持續(xù)時(shí)間，如果間隔時(shí)間≥1 h則記為不同過程分別記錄生效時(shí)刻。

4.1 沙塵天氣生消時(shí)間的變化規(guī)律

圖3 哈爾濱太平機(jī)場沙塵天氣生消時(shí)間頻率逐時(shí)變化圖

如圖3所示，沙塵天氣發(fā)生的峰值時(shí)間是在07－14時(shí)，8個(gè)時(shí)次內(nèi)開始的沙塵天氣占所有沙塵天氣的54.92%，在24 h內(nèi)，08時(shí)開始出現(xiàn)沙塵天氣的頻率最高為12.95%，03－05時(shí)的頻率均不足2%，這與哈爾濱機(jī)場地面風(fēng)的日變化特征相吻合，日出前的大氣層結(jié)比較靜穩(wěn)，風(fēng)速較小，08時(shí)開始，隨著太陽高度角的抬升，地表開始升溫，累年各時(shí)次的平均風(fēng)速逐漸增大到下午達(dá)到最大，之后隨太陽高度角的變化風(fēng)速逐漸減小。沙塵天氣的結(jié)束時(shí)間無明顯特征，各時(shí)次均有可能發(fā)生，結(jié)束時(shí)間的峰值區(qū)間為12－19時(shí)，8個(gè)時(shí)次內(nèi)結(jié)束的沙塵天氣占所有沙塵天氣的44.56%。

4.2 沙塵天氣持續(xù)時(shí)間的變化規(guī)律

將沙塵天氣持續(xù)時(shí)間以12 h為間隔劃分為0－12、12－24、24－36、36－48 共 4 個(gè)等級。分析圖 4 可以發(fā)現(xiàn)，沙塵天氣的持續(xù)時(shí)間越長，其出現(xiàn)的頻率越低，持續(xù)時(shí)間在0－12 h的沙塵天氣占比為80.31%，持續(xù)時(shí)間最短只有10 min，分別出現(xiàn)在2011年5月28日和2016年6月18日；持續(xù)時(shí)間在12－24 h的沙塵天氣占比為15.54%；持續(xù)時(shí)間在24－36 h和36－48 h的沙塵天氣占比均只有2.07%，其中持續(xù)時(shí)間最長為47 h10 min，出現(xiàn)在2015年3月26－28日。

圖4 哈爾濱太平機(jī)場沙塵天氣持續(xù)時(shí)間頻率變化圖

5 沙塵天氣的強(qiáng)度特征

沙塵天氣的強(qiáng)度越大，造成的能見度也就越低，對飛行安全的影響也越大。近20 a，因沙塵天氣造成能見度＜2000 m的過程共計(jì)25次，占比12.95%，其中能見度＜1000 m的沙塵過程，即沙暴、塵暴過程，共計(jì)8次，占比4.15%，未出現(xiàn)過能見度＜500 m的沙塵過程。其中，約70%的沙塵天氣伴有西南大風(fēng)或偏南大風(fēng)出現(xiàn)。分析表1能見度＜1000 m的沙塵天氣資料，可以發(fā)現(xiàn)，沙暴、塵暴過程均發(fā)生在春季，多出現(xiàn)在中午至傍晚時(shí)段，早間及夜間分別有1次記錄，午夜未出現(xiàn)過。

表1 哈爾濱太平機(jī)場能見度＜1000 m的沙塵天氣記錄表

6 結(jié)論

（1）近20 a，哈爾濱太平機(jī)場的沙塵日數(shù)呈不明顯上升趨勢，增加速率不足0.1 d/a。

（2）春季為沙塵天氣出現(xiàn)頻率最高的季節(jié)，其次為秋季。4月份是沙塵天氣出現(xiàn)頻率最高的月份，其次為5月和3月，1月、7月和8月在歷年中均沒有出現(xiàn)過沙塵天氣。

（3）沙塵天氣發(fā)生的峰值時(shí)間是在07－14時(shí)，占比54.92%；結(jié)束的峰值時(shí)間是在12－19時(shí)，占比44.56%。

（4）沙塵天氣的持續(xù)時(shí)間越長，其出現(xiàn)的頻率越低，80%的沙塵過程持續(xù)時(shí)間不足12 h。

（5）沙暴、塵暴天氣出現(xiàn)的頻率僅為4.15%，且均發(fā)生在春季，多出現(xiàn)在中午至傍晚時(shí)段。