南極長城站地區機場氣象環境分析

孟上，劉志剛，許淙,吳麗俠

（1.國家海洋環境預報中心，北京 100081；2.河北省青龍縣氣象局，河北 秦皇島 066599）

1 引言

中國南極長城站位于南極喬治王島（62°12′S,58°57′W），距離南美大陸最南端的智利城市彭塔960多千米，是進入南極半島的重要門戶。智利南極馬爾什機場是喬治王島上可全年起降大型客貨飛機的機場，距離中國南極長城站約2 km。近年來隨著南極旅游和科學考察活動的增多，馬爾什機場的飛行活動十分頻繁，每年有很多人員乘飛機到喬治王島，也有在此轉乘其它交通工具深入南極大陸腹地。根據中國南極考察航空發展計劃，不久的將來中國的飛機也將在此執行科學考察和人員、物資運輸飛行。

南極航空氣象保障是實施中國南極飛行計劃的重要工作之一。作為航空氣象保障工作的第一步，我們分析了長城站地區對飛行至關重要的氣象要素氣溫、能見度、云、降水和大風的特征以及不同季節的飛行天氣條件。這些結論既是制定飛行計劃的依據，也是航空氣象預報的基礎。

2 長城站地區地形及氣候特點

長城站地區氣候屬極地海洋性氣候,常年低溫潮濕。緊鄰的德雷克海峽是繞極氣旋的主要通道之一，又是低緯度暖濕空氣與南極大陸冷空氣以及冷暖水團的交匯地[1]。因此，長城站地區的天氣變化比位于東南極大陸的中山站更為復雜，影響飛行的氣象要素更多[2]。

喬治王島上的馬爾什機場建在海邊（見圖1），有一條南北向的渣土跑道。機場兩面臨海，周邊多小丘陵，機場地勢相對開闊。機場距離冰蓋較遠，周邊地勢平坦，不存在產生強烈下降風的地形條件。根據長城站近30年的氣象觀測記錄，沒有雷雨等強對流天氣發生。因此，排除了強對流和下降風所產生的低空風切變現象。我們認為影響該地區航空飛行的主要氣象要素是氣溫、能見度、云、降水和大風[3]。根據南極天氣特點和長城站地區地形特點，利用長城站氣象資料分析馬爾什機場天氣氣候特點。

本文所用數據為長城站1987—2012年自動和人工氣象觀測數據。

3 真太陽時和氣溫變化

長城站有明顯的極夜極晝現象（見圖2），9月至第二年4月每日白晝時間都在10 h以上；5月至8月每日白晝時間少于10 h。最長白晝時間出現在12月，日照時間19小時43分；最短白晝時間只有4小時3分，出現于冬季的6月。可見冬、夏季的日航飛行時間相差甚多。

圖1 喬治王島上智利馬爾什機場

圖2 長城站各月最長日出至日落時間（單位：h）

圖3 長城站1987—2012年各月平均溫度變化

長城站的緯度相對較低，其月平均溫度變化特點和南極內陸站略有不同，但是“夏季短暫冬季漫長”這一特點還是很明顯的[4]。長城站年平均氣溫是-2.2℃，12月至3月的平均氣溫在0℃以上，其余月份的平均氣溫都低于0℃。1月和2月的平均溫度最高，同為1.8℃，說明夏季的天氣形勢比較穩定；7月的平均氣溫最低，為-6.5℃。10月和4月的升、降溫幅度最大，分別是1.7℃和-2.4℃（見圖3）。

圖4是夏季1月份和冬季7月份的溫度日變化。夏季1月的日最高溫度出現在午后13—16時，最低溫度出現在凌晨2—5時，日平均最大溫差是1.8℃，氣溫日變化的幅度小是夏季極晝現象、多陰雨天氣以及相對平穩的天氣形勢等因素綜合的結果。冬季7月的日平均最大溫差僅有0.3℃，溫度日變化沒有明顯的峰谷值，是極夜、多陰天和地表全部被冰雪覆蓋等因素的結果。冬季太陽輻射升溫的作用很小，氣溫變化主要是溫度平流的作用。

圖4 長城站1987—2012年日平均氣溫變化

4 能見度和海霧

喬治王島低能見度天氣是對飛行安全的最大威脅。長城站年平均出現能見度低于10 km的日數是257 d，低于1 km的日數是112 d，由此可見該地區出現低能見度天氣的頻率是很高的。冬季低能見度天氣略多于夏季（見圖5）。海霧是造成低能見度的主要原因，其次是吹雪和降雪，降雨。冬季多降雪和吹雪，夏季多海霧和降雨。

長城站地區年平均霧日143 d，夏季海霧明顯多于冬季（見圖5）。觀測記錄顯示，長城站在全天任何時間都有出霧和消霧的可能。長城站地區海霧多是平流冷卻霧，地處南大洋南極鋒的南側和繞極低壓帶的獨特地理位置決定了長城站多海霧的天氣特點，夏季更有利于海霧的產生。大氣環流形勢，氣團性質和海、氣溫差決定了霧的生成、維持和消散；海霧最主要的天氣型是“東高西低”，海霧的持續時間取決于高壓在南極半島維持時間的長短[5]。圖6是海霧持續時間的統計，大部分（51%）海霧的持續時間不超過24 h。

圖5 低能見度天氣和海霧的月平均發生天數

圖6 海霧的持續時間

圖7 各月總云量（成）、低云量（成）和晴好天氣（天）的分布（1987—2012年資料統計）

圖8 月平均降水量，降水和吹雪天數（1987—2012年資料統計）

5 云狀及云量

長城站終年為多云到陰天氣，各月的平均總云量均在8成以上。低云的比例很大,平均為7成（見圖7）。長城站地區出現的云主要是低云，并以層積云為主，云底高度約800 m。

夏季平均云量略大于冬季。一年中出現的晴好天氣（云量少于2成）平均僅有56 d，且冬季多于夏季（見圖7）。冬季雖然大風日多、風速大，但大氣底層東南風的出現率高，所攜帶的氣團來自南極大陸，寒冷干燥，高壓區內會出現少云天氣。而夏季西北氣流盛行，來自低緯度海洋的暖濕空氣產生了更多的云量。

6 降水

長城站月平均降水日數是25 d，季節差異很小，年平均降水量約為521 mm。夏季1—3月份的降水量明顯地大于其它各月（見圖8）。夏季主要是降雨或雨夾雪，從4月份開始隨著氣溫的下降，降雨減少，降雪逐漸增多，吹雪集中發生在冬季的6—10月。降水及吹雪天氣常常伴隨著低能見度，對飛機的起降安全有直接影響。

7 風向與風速

長城站年平均大風日數148 d，平均風速是7.4 m/s。月平均風速和大風日數的分布有很好的一致性，冬季各月的平均風速和大風日數均高于夏季（見圖9）。11月至2月平均風速和大風日數是低值，1月份的大風日數和平均風速分別是6 d和6.2 m/s，為全年最小值。3月份大風數日明顯增加，8月至10月的大風日數最多，均為16 d，10月份的平均風速最大是8.5 m/s。1991年6月記錄到37.7 m/s的極大風速值。長城站風速的日變化微弱，夏季1月份，日風速的高值出現在13—17時，低值出現在凌晨4—5時，冬季風速沒有明顯的日變化（見圖10）。

圖9 月平均風速和大風日數

圖10 風速的日變化

圖11 盛行風向和平均風速

長城站地區全年的第一盛行風向是西-西北，第二盛行風向是東南-東南東（見圖11a）；冬季，東南-東南東風向的出現率明顯。東-東南風向的風速高于其它風向（見圖11b）。這是因為極地高壓較副熱帶高壓更為強盛，地面低壓中心南側的東風、東南風遠比低壓中心東側和北側的北風和西風來的強烈。冬季的大氣環流形勢更有利于出現東南-東南方向的風。全年南風的出現率最低，平均風速值也是最小。

8 結論和討論

（1）長城站夏季短暫，12—3月份的平均氣溫高于0℃，氣溫日變化小，日航時間長，有利于飛行；冬季漫長，氣溫低，氣溫變化主要是溫度平流，日航時間短，不利于飛行；

（2）長城站終年多陰雨雪天氣，晴好天氣很少。低云量大，多是層積云，云底高度約800 m。對飛行起落時能見度有影響；

（3）低能見度天氣的出現率很高，是飛行安全的最大威脅。冬季低能見度天氣多于夏季。低能見度的主要成因是海霧、降水和吹雪。冬季多吹雪和降雪，夏季多海霧和降雨；

（4）12月至2月是平均風速和大風次數的低值時段，3月至10月是高值時段。風速的日變化微弱。全年西-西北風向是第一盛行風向，東南-東南東風向是第二盛行風向，東-東南方向的風速明顯高于其它風向。

與南極中山站地區比較，長城站所在的喬治王島的機場條件優越，但是氣象條件更為復雜，常因天氣原因變更或取消飛行安排。各季節均有有利和不利于飛行的氣象條件，需要根據飛行任務和不同季節的天氣氣候背景制定飛行計劃。

[1]King J C,Turner J,張占海等譯.南極天氣和氣候[M].海洋出版社.2007:215-217.

[2]許淙,孟上,李永生,等.南極中山站地區航空飛行的天氣條件[J].海洋預報.2012,29(1):58-59.

[3]周建華.航空氣象業務[M].氣象出版社.2011:10-20.

[4]King J.C.,J.Turner.張占海等譯.南極天氣和氣候[M].海洋出版社.2007:75-76.

[5]楊清華,張林,薛振和,等.南極長城站海霧特征分析[J].極地研究.2007,19(2):111-120