摘要: 基于贵阳机场自观数据，分析贵阳机场2014~2023年共75个辐射浓雾个例起雾前期不同时间的降温、增湿、降速及前12 h平均温度、平均相对湿度、平均风速、平均总云量的变化情况。结果表明：(1) 01号跑道和19号跑道起雾前期各气象要素整体差异不大；(2) 起雾前12 h至前1 h降温、增湿、降速逐渐递减，且越接近起雾时间，降温、增湿、降速均越小，起雾前3 h内温度、相对湿度、风速几乎不变；(3) 不同季节起雾前12 h平均温度差异较大，春季最低为7℃、最高为21℃、平均为13.4℃；夏季最低为17℃、最高为24℃，平均为21.4℃；秋季最低为3℃、最高为21℃，平均为13.6℃；冬季最低为2℃、最高为13℃，平均为5.6℃；(4) 起雾前12 h平均相对湿度77%~98%，平均为87%；前12 h平均风速小于2 m/s，平均总云量小于5个量。
Abstract: Based on self-observed data from Guiyang Airport, this paper analyzes the changes in temperature, humidity, and speed during the early stages of 75 cases of radiation induced dense fog at Guiyang Airport from 2014 to 2023, as well as the average temperature, average relative humidity, average wind speed, and average total cloud cover in the first 12 hours. The results indicate that: (1) There is not much overall difference in meteorological elements between runway 01 and runway 19 during the early stage of fog formation; (2) The cooling, humidification, and deceleration gradually decrease from 12 hours to 1 hour before fogging, and the closer to the fogging time, the smaller the cooling, humidification, and deceleration. The temperature, relative humidity, and wind speed remain almost unchanged within 3 hours before fogging; (3) There is a significant difference in the average temperature 12 hours before fogging in different seasons, with the lowest being 7˚C, the highest being 21˚C, and the average being 13.4˚C in spring; The lowest temperature in summer is 17˚C, the highest is 24˚C, and the average is 21.4˚C; The lowest temperature in autumn is 3˚C, the highest is 21˚C, and the average is 13.6˚C; The lowest temperature in winter is 2˚C, the highest is 13˚C, and the average is 5.6˚C; (4) The average relative humidity 12 hours before fogging is 77%~98%, with an average of 87%; The average wind speed in the first 12 hours is less than 2 m/s, and the average total cloud cover is less than 5 clouds.
1. 引言
能见度是指大气的透明程度，通常可用目标物的能见距离来衡量。能见度与飞行安全紧密相关，是直接影响飞行任务是否正常执行、机场是否开放的一个重要气象条件。跑道视程(Runway Visual Range以下简称RVR)是器测值，指在跑道中线上，航空器上的飞行员能看到跑道面上的标志或跑道边界灯或中线灯的距离[1]。RVR与大气光学透明度、跑道灯光强度、背景光亮度等因素有关，是为飞行员、空中交通管制员及其他部门提供的跑道能见度，为空中交通管制员指挥飞机起降以及飞行员进行目视飞行提供可靠的能见度依据。
近地面的大气受辐射降温而形成的雾定义为辐射雾。辐射雾产生的条件是晴夜、微风、存在逆温层、近地面水汽充沛[2]。由于辐射雾多发生在夜晨，正值航班进出航早高峰，易导致大面积航班延误，严重影响机场正常运行及旅客出行[3]。相比其他复杂天气，辐射雾预报准确率相对较低，辐射雾预报被认为是民航气象中的难点和重点。
近年来，辐射雾受到不少专家学者的广泛关注[4] [5]。梁卫等[6]研究了南昌机场各类雾的特征，发现南昌机场的雾与空气质量指数相关性较好，其辐射雾多发生在每年深秋至次年早春，常在雨后云层打开后的早晨生成，日出后逐渐消散，且逆温层底越高持续时间越长，雾生成前地面湿度递增。邵振平等[7]研究郑州机场能见度变化特征及雾的成因分析，发现郑州机场持续时间在1 h以内的雾在秋季最多，持续时间大于1 h的雾在冬季出现最多，夏季雾一般在2 h以内，郑州机场辐射雾发生频率高于平流雾。韩磊等[8]分析了乌鲁木齐持续双低浓雾天气的特征，发现其双低浓雾多出现在冬季，高空多为高压脊控制，地面多以蒙古冷高压后部为主。罗喜平等[9] [10]研究了贵州区域性辐射大雾的时空特征及形成条件，发现贵州区域性辐射大雾主要集中在仲秋至隆冬，呈“东多西少”分布，地面常为均压场，地面风速较小、湿度较大、夜间辐射降温显著、近地层有逆温。刘开宇等[11] [12]利用多元回归方法，构建了贵阳机场辐射雾的预报模型。刘贵萍等[13] [14]对贵阳机场一次辐射大雾演变期间各要素进行分析，发现起雾期间温、压、湿、风吻合较好。宋媛等[15] [16]研究了贵阳机场低能见度和低跑道视程特征，发现低能见度和低跑道视程多发生在夜间至早晨(北京时间05~09时出现最多)，出现时气温主要分布在10℃~20℃、相对湿度一般在95%以上、风向为东北风或偏北风、风速在2 m/s以下。
以往有关贵阳机场辐射雾方面的研究主要关注于起雾的环流形势、辐射雾期间气象要素变化分析或典型个例对比分析，而就辐射雾尤其是辐射浓雾起雾前期气象要素的变化研究相对较少。当机场出现大范围辐射雾时，RVR一般较低。若主导能见度达不到条件时，应当以RVR作为航空器起降标准，因此RVR的预报尤为重要。贵阳机场在低能见度条件下可实施I类和II类运行。
本文重点对机场运行影响较大的RVR低于550 m，且持续时间1小时以上的辐射浓雾形成前期的气象要素特征进行分析，总结辐射浓雾预报阈值，探寻贵阳机场辐射浓雾的预报思路和预报着眼点，以期为贵阳机场今后的辐射浓雾预报提供一定的参考。
2. 资料和方法
所用资料为2014~2023年贵阳龙洞堡机场01号跑道及19号跑道的AWOS逐分钟自动观测数据，主要包括RVR、温度、相对湿度、风向风速、云量等。
当RVR小于550 m时，对运行的影响较大。本文将贵阳机场跑道任意一端的RVR小于550 m、持续时间大于1 h，且无降水的低能见度过程定义为一次辐射浓雾过程。
使用方法主要为统计和频率分析方法。降温、增湿、降速是通过计算不同时间间隔的气温、相对湿度、风速差值得来的。例如某次辐射浓雾个例起雾前10 h降温为该个例起雾前10 h时刻对应的温度与起雾时刻温度之差，起雾前10 h增湿为该个例起雾前10 h时刻对应的相对湿度与起雾时刻相对湿度之差，起雾前10 h降速为该个例起雾前10 h时刻对应的风速与起雾时刻风速之差。
3. 贵阳机场辐射浓雾分布
2014~2023年贵阳机场共出现75次辐射浓雾过程(剔除了无自观数据的案例)。如图1所示，贵阳机场辐射浓雾在1~12月均可能发生，8月~12月出现次数较多(占比51%)，2月出现次数最少(占比4%)。
4. 辐射浓雾起雾前气象要素变化
4.1. 降温及平均温度
不同季节辐射浓雾起雾前降温情况差异不大，01号跑道和19号跑道差异也不大。越接近起雾时间，降温幅度越小。如图2所示，春季起雾前1 h平均降温为0.2℃；前2 h平均降温为0.6℃；前3 h平均降温为1.1℃；前4 h平均降温为1.5℃；前5 h平均降温为2.0℃；前6 h平均降温为2.4℃；前7 h平均降温为3.1℃；前8 h平均降温为4.5℃；前9 h平均降温为5.4℃；前10 h平均降温为6.4℃；前11 h平均降温为7.1℃；前12 h平均降温为7.4℃。
如图3所示，夏季起雾前1 h平均降温为0.4℃；前2 h平均降温为0.7℃；前3 h平均降温为1.0℃；前4 h平均降温为1.4℃；前5 h平均降温为1.7℃；前6 h平均降温为2.0℃；前7 h平均降温为2.5℃；前8 h平均降温为3.1℃；前9 h平均降温为4.0℃；前10 h平均降温为5.5℃；前11 h平均降温为6.3℃；前12 h平均降温为6.5℃。
Figure 1. Scatter plot of radiation dense fog cases at Guiyang Airport from 2014 to 2023
图1. 2014~2023年贵阳机场辐射浓雾个例散点图
Figure 2. Cooling at different times before the onset of spring radiation dense fog (a) Runway 01, (b) Runway 19
图2. 春季辐射浓雾起雾前不同时间降温(a) 01号跑道，(b) 19号跑道
Figure 3. Cooling at different times before the onset of summer radiation dense fog (a) Runway 01, (b) Runway 19
图3. 夏季辐射浓雾起雾前不同时间降温(a) 01号跑道，(b) 19号跑道
如图4所示，秋季起雾前1 h平均降温为0.2℃；前2 h平均降温为0.6℃；前3 h平均降温为1.1℃；前4 h平均降温为1.7℃；前5 h平均降温为2.4℃；前6 h平均降温为2.8℃；前7 h平均降温为3.5℃；前8 h平均降温为4.2℃；前9 h平均降温为5.1℃；前10 h平均降温为6.0℃；前11 h平均降温为6.8℃；前12 h平均降温为7.4℃。
Figure 4. Cooling at different times before the onset of autumn radiation dense fog (a) Runway 01, (b) Runway 19
图4. 秋季辐射浓雾起雾前不同时间降温(a) 01号跑道，(b) 19号跑道
如图5所示，冬季起雾前1 h平均降温为0.3℃；前2 h平均降温为0.7℃；前3 h平均降温为1.4℃；前4 h平均降温为2.0℃；前5 h平均降温为2.8℃；前6 h平均降温为4.0℃；前7 h平均降温为4.9℃；前8 h平均降温为6.2℃；前9 h平均降温为7.0℃；前10 h平均降温为7.3℃；前11 h平均降温为7.6℃；前12 h平均降温为7.7℃。
Figure 5. Cooling at different times before the onset of winter radiation dense fog (a) Runway 01, (b) Runway 19
图5. 冬季辐射浓雾起雾前不同时间降温(a) 01号跑道，(b) 19号跑道
不同季节起雾前12 h平均温度差异均较大，同一季节01号跑道和19号跑道前12 h平均温度差异较小。如图6所示，2014~2023年春季贵阳机场共出现18次辐射浓雾，起雾前12 h平均温度最低为7℃、最高为21℃，平均为13.4℃；夏季共出现20次辐射浓雾，起雾前12 h平均温度最低为17℃、最高为24℃，平均为21.4℃；秋季共出现26次辐射浓雾，起雾前12 h平均温度最低为3℃、最高为21℃，平均为13.6℃；冬季共出现11次辐射浓雾，起雾前12 h平均温度最低为2℃、最高为13℃，平均为5.6℃。
Figure 6. Average temperature distribution 12 hours before fogging (a) in spring, (b) in summer, (c) in autumn, (d) in winter
图6. 起雾前12 h平均温度分布(a) 春季，(b) 夏季，(c) 秋季，(d) 冬季
4.2. 增湿及平均相对湿度
当近地面水汽充沛时，地面辐射降温会使水汽凝结，相对湿度越大，越有利于形成雾。如图7(a)、图7(b)所示，贵阳机场辐射浓雾形成前不同时间增湿差异较大，辐射浓雾形成前同一时间01号跑道和19号跑道增湿差异较小。越接近辐射浓雾形成时间增湿越小。辐射浓雾形成前1 h平均增湿仅为0.4%、前2 h平均增湿为0.9%，说明辐射浓雾形成前2 h近地面水汽已达到饱和状态。辐射浓雾形成前3 h平均增湿为2%、前4 h为3.6%、前5 h为5%、前6 h为7.5%、前7 h为11%、前8 h为15%、前9 h为20%、前10 h为25%、前11 h为27%、前12 h为28%。如图7(c)所示，辐射浓雾起雾前12 h平均相对湿度整体波动较大。01号跑道起雾前12 h平均相对湿度最小为77%、最大为97%、平均为87.3%；19号跑道最小为78%、最大为98%、平均为87.9%。同一个例01号跑道与19号跑道差异不大，19号跑道整体略高于01号跑道。这与贵阳机场的地理位置有很大关系。19号跑道位于贵阳机场北头，有丰富的植被覆盖，雾大多会在北头生成平流至机场南头(01号跑道)。因此，贵阳机场雾大多呈跑道北头先变差后变好，跑道南头后变差先变好的态势分布。跑道北头、南头具体起雾的时间及雾浓度差异目前尚不能定量判断，需在后续的工作中进一步研究。
Figure 7. Moisturize runway 01 (a) and runway 19 (b) at different times before fogging up; (c) Average relative humidity distribution 12 hours before fogging
图7. 起雾前不同时间增湿(a) 01号跑道、(b) 19号跑道；(c) 起雾前12 h平均相对湿度分布
4.3. 降速及平均风速
如图8(a)、图8(b)所示，贵阳机场辐射浓雾形成前不同时间降速差异不大，辐射浓雾形成前同一时间01号跑道和19号跑道增湿差异较小。越接近辐射浓雾形成时间降速越小。辐射浓雾起雾前1 h至前4 h风速降速均很小，起雾前4 h内风速几乎没有变化。前1 h平均风速降速为−0.1 m/s，前2 h、前3 h均为0.0 m/s，前4 h为0.1 m/s，前5 h为0.2 m/s，前6 h为0.3 m/s，前7 h为0.6 m/s，前8 h为0.9 m/s，前9 h为1.2 m/s，前10 h、前11 h为1.5 m/s，前12 h为1.6 m/s。如图8(c)所示，辐射浓雾起雾前12 h平均风速整体波动较大，大多在2 m/s以内。01号跑道起雾前12 h平均风速最小为0.7 m/s、最大为2.8 m/s、平均为1.5 m/s；19号跑道最小为0.7 m/s、最大为3.4 m/s、平均为1.5 m/s。大多个例01号跑道前12 h平均风速与19号跑道一致，部分个例01号跑道前12小时平均风速略大于19号跑道平均风速。
Figure 8. Reduce speed at different times before fogging (a) runway 01, (b) runway 19; (c) Distribution of average wind speed 12 hours before fogging
图8. 起雾前不同时间降速(a) 01号跑道、(b) 19号跑道；(c) 起雾前12 h平均风速分布
Figure 9. Distribution of average total cloud cover 12 hours before fogging
图9. 起雾前12 h平均总云量分布
晴朗的夜间，地面辐射降温，有利于水汽凝结形成雾。如图9所示，贵阳机场辐射浓雾形成前12 h平均总云量差异较大，同一个例01号跑道和19号跑道起雾前12 h平均总云量差异较小。起雾前12 h平均总云量几乎都在5个量以下。说明在起雾前，天空已经打开，转为多云或少云天气。多云天气有利于地面辐射降温，有利于辐射雾的形成。在民航气象中，云量是人工观测的项目之一，自观数据可作为参考。在实际业务运行中，以人工观测为准，不区分01号跑道或19号跑道。
5. 结论
前人对贵阳机场辐射雾的环流形势、辐射雾期间气象要素变化分析或典型个例对比分析做了大量研究，而就辐射浓雾起雾前期气象要素的变化研究相对较少。本文通过分析了贵阳机场2014~2023年共75个辐射浓雾个例起雾前期各气象要素的变化情况，总结了辐射浓雾的预报阈值，对贵阳机场今后的辐射浓雾预报有一定的参考意义。结论如下：
(1) 01号跑道和19号跑道起雾前期各气象要素整体差异不大。
(2) 起雾前12 h至前1 h降温、增湿、降速逐渐递减，且越接近起雾时间，降温、增湿、降速均越小，起雾前3 h内温度、相对湿度、风速几乎不变。
(3) 不同季节起雾前12 h平均温度差异较大，春季最低为7℃、最高为21℃、平均为13.4℃；夏季最低为17℃、最高为24℃，平均为21.4℃；秋季最低为3℃、最高为21℃，平均为13.6℃；冬季最低为2℃、最高为13℃，平均为5.6℃。
(4) 起雾前12 h平均相对湿度77%~98%，平均为87%；前12 h平均风速小于2 m/s；平均总云量小于5个量。