1. 引言
低云低能见度是威胁航空运行安全的典型复杂天气，其形成受地形、天气系统、边界层等共同影响。铜仁机场受地形和云贵准静止锋共同影响，低云低能见度天气出现较多，是对铜仁机场运行造成影响最大的天气。低云低能见度天气会直接影响飞行员的目视参考，增加运行风险。
主导能见度是人工观测值，在观测点观测到的50%以上连续或非连续空间内的最大水平距离[1]。云的观测是人工观测的，包括云状、云量和云底高度，云高以机场标高为基准，观测结果应当代表机场范围内的实际云况[1]。主导能见度是飞机能否着陆、起飞的核心判断指标，云高作为辅助决策的关键参考依据[2]。
近年来，气象专家们已经取得了丰富的研究成果，包括气候统计、影响机制及预报方法等。杨彬彬[3]分析了禄口机场大雾天气变化规律，发现大雾天气发生呈明显的年际递减趋势，主要集中在冬季。宋媛等[4]分析了贵阳机场低能见度和低RVR特征，发现两者变化趋势比较一致。蒋金亮[5]等对大兴机场低能见度变化特征进行了分析，发现持续时间较长，主要出现在秋冬季节，峰值为北京时间07时。肖称根[6]等对南宁机场低RVR与低能见度特征进行了统计分析；刘季秋[7]等分析了浦东机场能见度变化规律；宋媛[8]对贵阳机场低能见度与低RVR之间的相关性进行了分析；王钦[9]对广汉机场冬季低能见度的变化规律进行了研究；冯汉中[10]等探究了双流机场低能见度天气的预报技术手段；张荣智[11]等对浦东机场低能见度和低RVR的变化特征进行了分析研究。然而，针对铜仁机场这类山地机场的低云低能见度研究仍较为匮乏，其形成机制和演变规律尚不十分清楚，其独特的地形可能导致低云低能见度的特征与平原机场存在显著差异。作为航空气象预报中最具挑战性的天气现象之一，低云低能见度的预报准确率最低、难度最大，已成为制约铜仁机场安全和发展的影响因素之一。
本文为落实民航局“五早”原则和气象用户越来越高要求的精准度和提前量，基于铜仁机场自动观测数据，系统分析铜仁机场低云低能见度的多尺度变化特征，以期为铜仁机场低云低能见度的预报提供一定的科学依据，提高航空气象服务能力。
2. 地理环境和自然环境
铜仁机场位于贵州省东北边缘与湖南西部接壤的山区丘陵地带，地势由西北向东南降低，相对周边位势较高，丘陵群山作用显著，平均海拔704.4米，正西面是海拔2500米的梵净山。位于云贵准静止锋的活跃地带，机场周边水体众多，安井村柳堰水库、石板桥水库、唐家桥水库、牛堰水库、塘家桥水库等多个水体分别位于机场跑道周边(图1)，其中最近的石板桥水库距离跑道南端仅有100米，为铜仁机场的天气演变提供了一定水汽条件。
Figure 1. Tongren Airport 8 km topographic map
图1. 铜仁机场8公里地形图
3. 资料与方法
本文基于2016~2024年铜仁机场自动观测数据进行统计分析。其中，RVR、风向、风速为自观数据(整点10分钟平均值)，主导能见度和云高以人工观测为主。本文所用时间均为北京时。定义春季为3至5月、夏季为6至8月、秋季为9至11月、冬季为12月至次年2月。定义低云低能见度为主导能见度 < 1000米且云高 < 90米(包含垂直能见度)。
主要使用频率分析方法。其中频率f定义为某一事件在总次数中出现的次数比例。如在总观测样本量n中(如低云低能见度天气出现总日数)，目标事件发生了m次(如低云低能见度天气冬季出现日数)，公式如下：
4. 低云低能见度变化特征
4.1. 低云低能见度年际、季节变化
如图2所示，2016~2024年铜仁机场低云低能见度年际变化特征明显，呈多峰型分布。年平均出现日数为65天。其中，2020年出现日数最多，达85天；2022年出现日数最少，为33天。2022年前低云低能见度日数整体较多(除2019年外，均高于平均值)，2022年后相对较少(均低于年平均值)。原因尚不清楚，有待后续深入研究。
Figure 2. Interannual variation of occurrence days of low cloud and low visibility
图2. 低云低能见度发生日数年际变化
Figure 3. Seasonal variation of occurrence days of low cloud and low visibility
图3. 低云低能见度发生日数季节变化
如图3所示，铜仁机场四季均可出现低云低能见度天气。季节变化特征为：冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季。峰值为冬季，年平均日数为21天(占33%)；春季次之，年平均日数为17天(占26%)；夏季出现最少，占20%；秋季占比21%。
铜仁机场冬季强冷空气频繁南下与暖湿气流对峙多形成云贵准静止锋，易出现锋面雾天气。春季暖湿气流加强，但仍有冷空气残余势力，冷暖交汇也易形成准静止锋，在静止锋影响下铜仁机场受地形作用也易出现阴雨和锋面雾天气。因此铜仁机场冬季出现低云低能见度日数最多，春季次之。铜仁机场秋季前期易出现辐射雾，后期偶尔受云贵准静止锋影响出现锋面雾。夏季雷雨较多，雨量集中，大到暴雨天气常有发生，多集中在夜间，清晨消失，为低云低能见度提供了充沛的水汽条件，夜间至早晨多出现低云低能见度天气。因此铜仁机场秋季出现低云低能见度日数和夏季相当。铜仁机场低云低能见度主要由雾天气引起。
4.2. 低云低能见度的年变化
如图4所示，铜仁机场低云低能见度全年均可出现。其中，1月出现日数最多，月平均为10.3天(占15.6%)；2月次之，月平均日数为6.8天(占10.4%)。铜仁机场1月、2月受云贵准静止锋影响多阴雨天气，加之机场周边植被覆盖较好、水体较多，提供了有利的水汽条件，常年盛行西南气流，有充足暖湿空气补充，在近地面形成上暖下冷的状态，多出现锋面雾天气，受锋面雾影响易出现低云低能见度天气。5月也较多，月平均日数为6.6天(占10.1%)。5月铜仁机场雷雨天气频发，水汽充沛，夜间至早晨因地形和地理环境影响多出现低云低能见度天气。8月出现最少，仅为2.7天(占4.1%)。
Figure 4. Annual variation of occurrence days of low cloud and low visibility
图4. 低云低能见度发生日数年变化
4.3. 低云低能见度的日变化
如图5(a)所示，铜仁机场低云低能见度全天均可出现，呈M型分布。在北京时间06时出现频率最高，共215次(占7.3%)；13时频率最低，共63次(占2.1%)。高峰时段为03~09时，共1255次(占42.3%)。其中，06~07时频率最高，占14.3%。夜间次高峰出现在19~22时，占17.5%。11~17时频率最低，共524次，分别占比为2.1~2.9%，共占比17.7%。
如图5(b)所示，低云低能见度春、夏、秋、冬四个季节的日变化趋势比较一致。春季峰值为06-07时(占7.8%)，夏季峰值为06时(占14.4%)，秋季峰值为08时(占6.7%)，冬季峰值为19时(占5.8%)。春、夏、秋、冬均主要出现在03~09时(分别占44.5%、68.3%、39.6%、31.8%)。10~21时，出现频率特征为：冬季 > 秋季 > 春季 > 夏季(占比分别为49.4%、39%、31.6%、11.6%)。其中，在12~16时低云低能见度出现次数均很少(分别占比16.7%、11.6%、9.3%、2.8%)。其中，在夏季10~22时，低云低能见度在该时段可能发生，但频率很低，仅为13.4%，这是因为，午后热雷暴带来的短时强降水导致此时段内发生低云低能见度天气。
Figure 5. (a) Diurnal variation of the number of occurrences of low cloud and low visibility, (b) Diurnal variation of the number of occurrences of low cloud and low visibility in each season
图5. (a) 低云低能见度发生次数日变化、(b) 低云低能见度各季节发生次数日变化
4.4. 低云低能见度的持续时间
低云低能见度持续时间与出现次数大致成反比。如图6所示，低云低能见度持续时间在2 h内次数
Figure 6. Duration distribution of low cloud and low visibility
图6. 低云低能见度持续时间分布
最多，累年总次数为173次(占28.9%)；持续时间在2~4 h次之，累年总次数为149次(占24.9%)；主要出现在6 h内，占比71.2%；10~12 h出现较少，占比4%；24 h (含)以上出现最少，累年总次数13次(占2.2%)；12 h (含)以上占比8.9%。最长持续时间为61小时，出现在2016年11月16日~18日。
铜仁机场低云低能见度天气主要是由辐射雾、锋面雾、平流雾等引起的。辐射雾影响相对较小，一般凌晨开始，早晨消散，多见于秋冬季节。平流雾影响较大，具有非日变化特性，一天之内任何时间都可能出现，在春夏季节出现较多，而在秋冬季节相对较少，其持续时间存在显著差异，短则不足2小时，长则可达一天之久。锋面雾的影响尤为显著，当云贵静止锋在贵州中北部区域来回摆动时，铜仁机场容易出现由锋面雾引发的低云低能见度天气。锋面雾可能在一天之内的任何时间出现，持续时间相对较长，雾较浓，使得能见度急剧下降，严重时可能降至仅50米，给飞行员的视线造成极大的困扰。同时，跑道视程(RVR)也受到严重影响，最低时可能仅为125米，导致飞机无法起降。若冷空气势力增强，使得整层变冷变干、锋面南压，或暖平流加强导致静止锋北抬，铜仁机场锋面雾将逐渐消散。中或大的降水引发的低云低能见度天气现象具有突发性特征，持续时间一般不超过30分钟，且与降水强度密切相关，降水越强，天气状况越恶劣。
5. 2020年1月5日~1月7日锋面雾天气分析
5.1. 实况回顾
2020年1月4日18:57~1月7日23:00铜仁机场出现长时间锋面雾天气。4日16:25开始出现持续性小雨天气，其中6日23:18~23:56出现中或大的降水。期间4日16:25后累积降水量0.8 mm，最低能见度250米，最低RVR 750米，气温3.0℃~4.6℃；5日累积降水量0.5 mm，能见度最低100米，最高800米，RVR最低200米，最高900米，气温3.4℃~5.7℃；6日累积降水量13.0 mm，能见度最低50米，最高1400米，RVR最低150米，最高P2000米，气温4.7℃~6.2℃；7日累积降水量1.0 mm，能见度最低50米，最高1500米，RVR最低200米，最高P2000米，气温4.0℃~6.0℃。期间最低云高维持45~60米。
此次锋面雾持续时间长、浓度大，共造成60架次航班取消，3个航班备降。其中1月5日~1月7日铜仁机场没有航班起降。
5.2. 环流形势分析
大雾发生前，500 hPa在孟加拉湾存在一南支槽，贵州处于槽前强盛的西南急流区，至大雾发生期间，南支槽逐渐东移。6日08时大槽移至云南西部，7日08时南支槽东移过境，铜仁机场转槽后西北气流(图7)。
700 hPa云贵高原位于槽前西南急流，大雾发生时，西南急流加强，并逐渐东移，6日08时槽移至河套至云南中部一带，7日08时槽东移过境，铜仁机场转槽后西北气流(图8)。
大雾发生时，850 hPa在四川盆地形成西南低涡，其东南侧的西南暖湿急流从南海延伸至贵州东南部，铜仁位于急流出口区，形成水汽辐合中心，5日08时风速加大，急流加强，在过程中，低涡切变线逐渐东移南压过境，触发弱降水，6日08时，低涡进入贵州遵义边界，7日08时转为切变后西北气流(图9)。
地面蒙古冷高压中心气压达1050 hPa以上，冷空气分股南下，其中一股弱冷空气经秦岭进入贵州，冷锋于1月3日夜间抵达贵州中部。大雾发生前，铜仁机场位于冷锋后，由冷高压控制，4日午后昆明热低压逐渐加强北抬，锋面逐渐北推至贵州东北部。至大雾发生期间，不断有弱冷空气从东北方向补充与西南暖湿气流势力在铜仁一带对峙，形成静止锋，武陵山脉(梵净山)阻挡暖湿空气北推，锋面滞留在铜仁西南部，利于锋面雾长时间维持，6日夜间冷空气从东北开始南下，7日08时铜仁转锋后冷区，7日夜间强冷空气从西北路径南下，彻底破坏逆温层(图10)。
Figure 7. (a) At 08:00 on January 5, 2020, (b) At 08:00 on January 6, 2020, 500 hPa isobaric line (yellow solid line), isothermal line (red dotted line), trough line (brown solid line) and wind field distribution
图7. (a) 2020年1月5日08时、(b) 2020年1月6日08时500 hPa等压线(黄色实线)、等温线(红色虚线)、槽线(棕色实线)及风场实况分布
Figure 8. (a) At 08: 00 on January 5, 2020, (b) At 08:00 on January 6, 2020, 700 hPa isobaric line (yellow solid line), isothermal line (red solid line, dotted line), trough line (brown solid line) and wind field distribution
图8. (a) 2020年1月5日08时、(b) 2020年1月6日08时700 hPa等压线(黄色实线)、等温线(红色实线、虚线)、槽线(棕色实线)及风场实况分布
综上，冷锋抵达贵州中部后，南支槽前西南急流、850 hPa低涡急流带、地面热低压北抬三者叠加，形成“南海—孟加拉湾—贵州”水汽输送通道，850~500 hPa持续稳定的西南气流和低空急流作用下，地面热低压得以发展，东北方向不断有弱冷平流渗透，加之云贵高原特殊地形的影响，充足的动力和热力条件使得冷暖空气在贵州东北部地区汇合并长时间维持，从而形成云贵准静止锋。随着静止锋北抬、高空槽低空切变线的东移南压触发弱上升运动，以及急流出口区辐合的共同作用，弱降水不断，也造成了近地面空气接近饱和，促使水汽凝结成雾，导致铜仁机场出现锋面雾天气。且850 hPa以下近地面逆温层稳定存在，强度2℃~3℃/100m，抑制垂直扩散，利于水汽聚集，进而维持锋面雾的持续性、稳定性和浓度。高空槽低空切变线东移过境时，带来对流性较强降水，雾短时消散；降水过后，水汽更加充沛、湿度持续饱和，在近地面逆温层的作用下，雾再次出现。高空槽低空切变线东移过境后，转为西北气流，静止锋转为弱冷锋，能见度稍有抬升，但因冷空气太弱，机场周边水体众多，水汽充沛，逆温层虽有所减弱，但未完全消散，能见度波动较大，7日夜间强冷空气从西北南下，逆温层彻底被破坏，雾完全消散。
Figure 9. (a) At 08:00 on January 5, 2020, (b) At 08:00 on January 6, 2020, 850 hPa isobaric line (yellow solid line), isothermal line (red solid line, dotted line), shear line (brown solid line) and wind field distribution
图9. (a) 2020年1月5日08时、(b) 2020年1月6日08时850 hPa等压线(黄色实线)、等温线(红色实线、虚线)、切变线(棕色实线)及风场实况分布
Figure 10. (a) At 08:00 on January 5, 2020, (b) At 08:00 on January 6, 2020 ground contour line (purple solid line) and wind field distribution
图10. (a) 2020年1月5日08时、(b) 2020年1月6日08时地面等高线(紫色实线)及风场实况分布
5.3. 气象要素变化
5.3.1. 主导能见度
如图11所示，主导能见度1月5~6日呈“U型分布”、7日呈“多峰型分布”。4日18:00主导能见度为1500 m，19:00降至900 m，19:55骤降至250 m，后续在250~1900 m波动。5日全天维持低能见度，01:00主导能见度700 m，04:00降至200 m，04:00~20:00维持在100~300 m，其中08:00~17:00稳定维持在最低值100 m，24:00上升至800 m。6日22:00前维持低能见度，在50~450 m波动，其中04:00~17:00稳定维持在最低值50~150 m，23:00迅速抬升到1200 m，24:00达到1400 m。这是因为6日23:18-23:56出现中或大的降水天气，随着空气流动和扩散条件的改善，空气中的污染物和悬浮颗粒被稀释或带走，能见度短时得到抬升。7日01:00主导能见度1200 m，02:00下降至800 m，03:00骤降至350 m，06:00~12:00一直稳定在最低值50~150 m，14:00达1000 m，23:00前在350~1200 m波动，24:00稳定在1500 m以上。可见，此次锋面雾维持时间长、浓度大。1月5日08:00~17:00、6日04:00~17:00、7日06:00~12:00为铜仁机场浓雾时段，主导能见度 ≤ 150 m，占43%。
Figure 11. (a) January 5th, (b) January 6th, (c) January 7th time curve of dominant visibility
图11. (a) 1月5日、(b) 1月6日、(c) 1月7日主导能见度时间变化曲线
5.3.2. 跑道视程
跑道视程与主导能见度的变化趋势比较一致。当跑道视程 ≥ 2000米时，记为P2000。如图12所示，1月4日19:00跑道视程P2000 m，20:00骤降至900 m，之后在750~2000 m之间波动，跑道视程的下降与其主导能见度的下降趋于基本一致，时间相对滞后。5日07:00前跑道视程维持在450~800 m波动，呈持续下降趋势；09:00~17:00在200~275 m波动，18:00后稍有抬升，在325~450 m波动，24:00达900 m。6日07:00前跑道视程在350~400 m波动，08:00~17:00在150~250 m波动，18:00~22:00回升至400~500 m波动，与主导能见度抬升趋势一致；23:00快速抬升至1300 m，24:00达P2000 m。7日02:00前跑道视程P2000 m，03:00骤降至400 m，07:00前350~650 m波动，08:00~11:00在最低值200~300 m波动，跑道视程与其主导能见度的抬升基本一致，时间相对提前，13:00跑道视程抬升至600 m，23:00前在500~2000 m大幅波动，24:00稳定在P2000 m。
可见，此次锋面雾过程跑道视程一般高于其主导能见度。跑道视程与主导能见度变化趋势基本一致，跑道视程下降相对滞后，抬升相对提前。1月5日08:00~23:00、1月6日00:00~22:00、1月7日05:00~12:00跑道视程 < 550 m，占64%。
Figure 12. (a) January 5th, (b) January 6th, (c) January 7th time curve of runway visual range
图12. (a) 1月5日、(b) 1月6日、(c) 1月7日跑道视程时间变化曲线
5.3.3. 温度及相对湿度
1月5日~7日相对湿度维持在98%~100% (图略)，可见空气中的水汽含量极高，已接近或达到饱和状态。如图13所示，1月5日~7日气温均呈先降低后升高再降低的趋势。4日19:00降至3.7℃，之后维持。5日03:00降至当日最低温3.4℃，后续缓慢抬升，16:00升至当日最高温5.5℃，后续缓慢降低，一天之内气温变化不大(2.1℃)。6日06:00气温降至当日最低温4.7℃，后续缓慢抬升，15:00升至当日最高温6.1℃，后续缓慢降低，一天之内气温变化不大(1.4℃)。7日08:00气温降至4.3℃，后续缓慢抬升，15:00升至当日最高温5.6℃，后续缓慢降低，22:00气温降至当日最低温4.1℃，能见度开始抬升，一天之内气温变化不大(1.5℃)。可见，此次锋面雾过程的昼夜温差相对较小(最大2.1℃)，整个锋面雾过程的温差为2.7℃。
5.3.4. 风向风速
如图14所示，1月5日~7日风向变化范围基本一致。4日19:00起雾时主导风向为东风(90˚)，21:00
Figure 13. (a) January 5th, (b) January 6th, (c) January 7th time curve of temperature
图13. (a) 月5日、(b) 1月6日、(c) 1月7日温度时间变化曲线
Figure 14. The time curve of wind direction
图14. 风向随时间变化曲线
后为东北风(60˚~70˚)。5日主导风向维持东北到偏东风(30˚~100˚)。6日22:00前为东北到偏东风(20˚~100˚)，23:00快速转为偏北风(320˚~360˚)，直至7日01:00。这是因为6日23:18~7日01:00铜仁机场有对流云团影响。7日02:00又快速转为东北到偏东风(30˚~120˚)，其中04:00为东南风。起雾时段内，风向为东北到偏东风(30˚~120˚)。
如图15所示，1月5日~7日风速变化较大。4日19:00起雾时风速4 m/s，之后在2~4 m/s波动。5日风速在1~4 m/s波动，6日风速在2~6 m/s波动，7日风速在1~5 m/s波动，其中6日11:00为整个过程最大风速(6 m/s)，6日23:00~7日01:00风速在3~5 m/s波动，7日22:00风速维持在5 m/s及以上。起雾时段内，风速在1~6 m/s波动，风速变化较大。可见，风速6 m/s以内都可能出现锋面雾。
Figure 15. The time curve of wind speed
图15. 风速随时间变化曲线
铜仁机场1月5日~7日维持8个量低云，最低云高维持在45~60米(包含垂直能见度) (图略)，此次锋面雾过程伴随45~60米低云。
6. 结论
本文对影响铜仁机场运行的低云低能见度(能见度低于1000 m、云高低于90 m)的特征进行统计，解析了低云低能见度的年际、季节、年、日等变化规律。结合典型锋面雾过程的环流形势和要素特征诊断分析，加深了对铜仁机场低云低能见度天气的形成机制和演变规律的认识，可为铜仁机场今后低云低能见度天气的预报预警提供一定的参考。结论如下：
(1) 铜仁机场低云低能见度年际变化特征明显，呈多峰型分布，2022年后均低于年平均值。季节变化特征为：冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季，主要出现在冬春季。
(2) 年变化特征：全年均可出现，1月出现最多，2月次之，8月出现最少。
(3) 日变化特征：全天均可出现，峰值均为北京时间06时，主要出现在03~09时。
(4) 持续时间与出现次数大致成反比，主要出现在6 h以内(占71.2%)，2 h内频率最高(28.9%)，24 h (含)以上频率最低(2.2%)，12 h (含)以上出现占比为8.9%。
(5) 2020年1月5日~7日铜仁机场出现长时间锋面雾天气。近地面逆温层稳定存在，风向为东北到偏东风、风速小于6 m/s，昼夜温差小，环流形式和要素特征均有利于起雾。跑道视程与主导能见度变化趋势基本一致，跑道视程下降相对滞后，抬升相对提前。