1. 引言
库尔勒机场位于新疆塔里木盆地东北缘，地处天山南支与沙漠过渡带，复杂下垫面与区域环流共同作用，使其地面风与低能见度具有显著的年际、日际及突发性变化，直接影响航班正常运行与飞行安全[1]。近年来，随着“一带一路”空中通道运量激增，对该机场气候环境精细认知的需求日益迫切，然而，相较乌鲁木齐、喀什等干线机场，针对库尔勒机场近十年高时间分辨率地面风与低能见度气候特征的系统研究仍显薄弱，难以满足航线规划、运行标准优化及数值模式验证的需要。
新疆干旱区机场普遍受500 hPa西风气流、低涡、低槽等天气系统影响，低空风切变、大风及沙尘频发，其中地面大风与低空风切变事件多呈“西强东弱”空间分布，且与地形强迫密切相关[2] [3]。已有研究指出，库尔勒–尉犁一带是塔里木盆地强风中心之一，春季冷锋过境时瞬时风速可达20 m∙s−1以上，极易出现跑道侧风超标及风切变告警[4]，与此同时盆地内沙尘源分布广泛且相似天气形势下沙尘源地有所不同[5]，大风及热对流共同触发沙尘天气，使能见度在数十分钟内骤降至600 m以下，成为航班返航、备降的主要气象诱因[6]。
近十年，随着区域气温升高、降水格局变化，库尔勒机场风与能见度气候是否出现新的演变趋势？其低频变化与极端事件频率、强度如何响应？上述问题尚无对比研究，缺乏对运行风险关键阈值的定量刻画。因此，本文利用库尔勒机场自动气象观测系统(AWOS) 2014~2023年逐小时地面风、能见度数据，探讨近十年库尔勒机场地面风与低能见度变化趋势及特征，为机场运行标准修订、风切变预警及航班动态调度提供科学依据。
2. 资料与方法
本文所用资料为库尔勒机场自动气象观测系统(AWOS) 2011~2020年共计10年逐小时地面风向风速、能见度数据，统计平均风速与低能见度(<1000 m)变化特征。
3. 地面风向特征
3.1. 多年平均盛行风向
库尔勒机场全年盛行风向为东北偏北风(020˚~040˚)，出现频率为22%；其次是东北偏东风(050˚~070˚)，出现频率为14%；再次是VRB、东南偏南风(140˚~160˚)和西风(260˚~280˚)，出现频率均为6% (图1)。分别以1月、4月、7月和10月作为冬季、春季、夏季和秋季的代表月份，说明各季盛行风向的分布规律，春季盛行风向为东北偏北风(020˚~040˚)，频率为25% (图2(a))，夏季盛行风向为东北偏北风(020˚~040˚)，频率为22% (图2(b))，秋季盛行风向为东北偏北风(020˚~040˚)，频率为17% (图2(c))，冬季盛行风向为东北偏北风(020˚~040˚)，频率29% (图2(d))。
Figure 1. Frequency of occurrence of annual average wind direction (*10˚) at Korla Airport (%)
图1. 库尔勒机场年平均风向(*10˚)出现频率(%)
Figure 2. The frequency of prevailing wind direction (*10˚) at Korla Airport in different periods (%) ((a) January; (b) April; (c) July; (d) 10 months)
图2. 库尔勒机场各时期盛行风向(*10˚)出现频率(%) ((a) 1月；(b) 4月；(c) 7月；(d) 10月)
3.2. 各风向的风速变化情况
分析各风向段的累年平均风速，结果显示东北偏北(020˚~040˚)的风速最大，平均风速为6.3 m/s，次之为东北偏东风(50˚~70˚)，平均风速为5.1 m/s；再次为西风(260˚~280˚)，平均风速均为3.9 m/s；风速最小的风向是南风(170˚~190˚)，平均风速为2.4 m/s，其它风向的平均风速则在2.4~3.5 m/s之间(图3(a))。东北偏北风4~7月平均风速超过7.0 m/s，5月平均风速最大，达到7.9 m/s；11月和12月平均风速最小，均为4.9 m/s。东北偏东风(50˚~70˚) 5~8月平均风速超过6.0 m/s，5月平均风速最大，达到6.3 m/s；12月平均风速最小，为3.2 m/s。西风(260˚~280˚) 4~5月和10月平均风速超过4 m/s，4月平均风速最大，达到4.7 m/s (图3(b))。
Figure 3. Korla Airport (a) Annual average wind speed of each wind direction (*10˚); (b) Annual variation of mean wind speed in the main wind direction (*10˚)
图3. 库尔勒机场(a) 各风向段(*10˚)累年平均风速；(b) 主要风向段(*10˚)平均风速的年变化
3.3. 风向的日变化
库尔勒机场风向的逐时分布特征有显著的日变化，即中午至傍晚为西南风，其余时段为东北风。转风时间为05~06时和13~14时(图4)。
Figure 4. Diurnal variation of the frequency (%) of the main wind direction (*10˚) at Korla Airport
图4. 库尔勒机场主要风向段(*10˚)出现频率(%)的日变化
4. 地面风速特征
4.1. 全年及各时期的平均风速
库尔勒机场全年平均风速为3.8 m/s，季节间差异显著：春末至夏季(5~8月)风速最高，达4.6 m/s；秋季(4.5 m/s)次之，与春末夏季接近；冬季风速最低，仅3.0 m/s，显著低于其他季节。低风速段(1~3 m/s)出现频率集中在10%~12%，秋、冬季出现频率略高于春季与夏季，低风速段风向主要为不定向风(VRB)。中低风速段(4~6 m/s)频率区间为8%~12%，冬季(12%)最高，秋季(8%)最低，东北偏北风(020˚~040˚)为主导风向。中高风速段(7~9 m/s)频率为5%~8%，夏季(8%)最高，秋季(5%)最低，主导风向持续为东北偏北风(020˚~040˚)，且夏季该风速段活跃性显著高于其他季节。高风速段(10~12 m/s、13~16 m/s)两风速段均呈现春、夏季频率最高，冬季最低的特征，主导风向均稳定为东北偏北风(020˚~040˚)，体现春夏季强风事件更活跃的特点。极端风速段(17~20 m/s、>20 m/s) 17~20 m/s风速段冬季无记录，其余月份均有发生，主导风向为东北偏北风(020˚~040˚)与东北偏东风(050˚~070˚)；>20 m/s风速段仅出现在3月、6月、8月、9月、11月，频率极低，主导风向仍为东北偏北风(020˚~040˚) (图5)。
综上所述，库尔勒机场风速呈现“春末夏高、冬季低”的季节规律，除1~3 m/s低风速段以VRB为主导外，4 m/s以上各风速段均以东北偏北风(020˚~040˚)为核心主导风向，且高能级与极端风速段的活跃性集中于春夏季，冬季极端风速事件基本无发生。
Figure 5. Annual variation of wind speed distribution in each wind direction section of Korla Airport
图5. 库尔勒机场各风向段的风速分布年变化
4.2. 风速的日变化
库尔勒机场平均风速的日变化特征，最大风速出现在03时、04时、08时和09时，最小风速出现在15时；由00~04时和08~09时，风速逐渐上升，03~04时和08~09时达到峰值，风速为4.2 m/s，然后风速逐渐下降，到14时达到谷值，风速为2.9 m/s (图6)。
Figure 6. Diurnal variation of annual average wind speed at Korla Airport
图6. 库尔勒机场累年平均风速日变化
4.3. 风速的年变化
库尔勒机场各风向的平均风速年变化分布特征累年年平均风速为3.8 m/s，春末夏初(5~6月)平均风速最大，秋季次之，冬季最小，5月平均风速最大，该月平均风速为4.7 m/s，12月平均风速最小，该月平均风速为2.6 m/s (图7(a))。年平均大风日为3.9日，年最多大风日数为8日，出现在2014年。≥15 m/s的年平均有16.7日，≥20 m/s的年平均有0.7日，春末夏初(5~6月)大风最多，夏季次之，冬季最少(图7(b))。
Figure 7. Korla Airport (a) Monthly variation of annual mean wind speed; (b) Yearly variation of gale days
图7. 库尔勒机场 (a) 累年平均风速月变化；(b) 大风日数年变化
5. 主导能见度变化特征
5.1. 能见度 < 1000 m的日数及影响天气
库尔勒机场各时期能见度 < 1000 m的日数分布特征，库尔勒机场能见度 < 1000 m的年平均日数为6.0日(图8(a))，其中11~2月主要由雾和烟引起的，3~10月由沙尘暴和浮尘影响。影响库尔勒机场能见度的主要天气现象有雾、沙暴、尘暴和其它天气现象(浮尘、烟、霾)等，其出现的年总日数分别为2.6日、1.9日、0.7日和1.7日；雨和雪造成库尔勒机场能见度 < 1000 m的情况极少；而霾、毛毛雨、雨夹雪和吹雪10年间从未发生(图8(b))。
Figure 8. Korla airport (a) Monthly variation of days with visibility < 1000 m; (b) Visibility < 1000 m affects weather
图8. 库尔勒机场(a) 能见度 < 1000 m日数月变化；(b) 能见度 < 1000 m影响天气
Figure 9. Annual variation of visibility < 1000 m in different durations at Korla Airport
图9. 库尔勒机场能见度 < 1000 m的不同持续时间出现次数年变化
5.2. 能见度 < 1000 m持续时间
库尔勒机场能见度 < 1000 m的情况除8月和10月未出现，其他月份均有出现；主要出现在12月~次年4月，冬季最多，春季次之。>24 h (含)出现未出现；12 h~24 h (含)出现在4月，累年年平均次数为0.1次；6 h~12 h (含)出现在4月和12月，累年年平均次数为0.3次；4 h~6 h (含)出现在3~4月和11月，主要出现在4月，累年年平均次数分别均为0.6次；2 h~4 h (含)出现在4~5月和11~12月，主要出现4~5月，累年年平均次数分别为0.7次；1 h~2 h (含)出现在1月、3月、5~6月、9月和12月，主要出现1月和3月，累年年平均次数分别均1.3次；0 h~1 h (含)全年除8月、10月、12月外其他月份均有出现，主要出现在3月，累年年平均次数为2.6次(图9)。
6. 结论
本文基于库尔勒机场2011~2020年自动气象观测系统资料，利用统计学方法对机场地面风与低能见度进行统计分析，结论如下：
1、地面风主导风向稳定且时空差异显著，东北偏北风(020˚~040˚)是全年及四季核心主导风向，且风速最大、影响范围最广；风速季节差异突出，春夏季强风活跃，冬季极端风速事件基本无发生，可为机场跑道规划、大风预警提供明确指向。
2、风速日变化与风速段分布规律明确，风速日峰值集中在凌晨与上午(03~04时、08~09时)，午后(14时)为谷值；4 m/s以上各风速段均以东北偏北风为主导，低风速段以VRB为主，该特征可优化机场不同时段地面作业与航班调度安排。
3、低能见度事件季节集中且成因清晰，能见度 < 1000 m事件主要发生在12月~次年4月，冬季因雾、烟，春季因沙尘；夏半年(4~10月)极少，8、10月无记录，可针对不同季节成因制定差异化应对预案。
4、低能见度持续时间短且极端事件罕见，能见度 < 1000 m事件以短持续时间(0~1 h)为主，长持续时间(>6 h)事件极少；极端低能见度(如<200 m)与极端风速均为小概率事件，可通过精准监测平衡机场运行安全与效率。