湘西機(jī)場選址氣象及地理環(huán)境的條件分析

鄭福維，卿湘濤，肖 健，李 好，朱國光

(1. 湘西自治州氣象局，湖南 吉首 416000； 2. 衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421000； 3. 湖南省氣象局，湖南 長沙 410118)

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湘西機(jī)場選址氣象及地理環(huán)境的條件分析

鄭福維1，卿湘濤1，肖 健2，李 好3，朱國光1

(1. 湘西自治州氣象局，湖南 吉首 416000； 2. 衡陽市氣象局，湖南 衡陽 421000； 3. 湖南省氣象局，湖南 長沙 410118)

介紹了擬建的湘西機(jī)場對比氣象觀測站考察與建設(shè)情況，比較了周邊氣象站與對比氣象站的地理環(huán)境差異，利用相關(guān)分析與可信度檢驗(yàn)等方法分析了周邊氣象站與對比氣象站氣溫、降水、風(fēng)向風(fēng)速的相似性，分析了主要天氣現(xiàn)象、能見度，閃電中心特征，確認(rèn)了花垣站為湘西機(jī)場氣候可行性的參證站。該方法對重大項(xiàng)目的氣候可行性認(rèn)證所需要的對比氣象站的選址以及參證站的確認(rèn)具有典型的指導(dǎo)意義。

機(jī)場；氣象；環(huán)境；條件

0 前 言

湘西自治州地勢東南低、西北高，境內(nèi)群山起伏，褶皺斷裂多，海拔高度差異懸殊。總國土面積1.55萬km2，地貌形態(tài)的總體輪廓是一個(gè)以山原山地為主,兼有丘陵和小平原，并向北西突出的弧形山區(qū)地貌。湘西自治州屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，山地局地氣候明顯[1]。

湘西機(jī)場是湖南省即將動(dòng)工新建的一座民用機(jī)場，位于湖南省西北部的湘西土家族苗族自治州境內(nèi)。擬建機(jī)場為國內(nèi)民航運(yùn)輸支線機(jī)場，飛行區(qū)等級(jí)為4C，跑道長2 600 m，寬45 m，能滿足波音737、空客320飛機(jī)起降，年進(jìn)出港旅客近期規(guī)劃為30萬人次，遠(yuǎn)期規(guī)劃為150萬人次。

1 對比氣象觀測站選址與建設(shè)情況

1.1氣象觀測站選址

按照《民用機(jī)場選址報(bào)告編制內(nèi)容及深度要求》[2]要求，由湘西州政府機(jī)場辦、湘西州發(fā)改委、湘西州氣象局等單位組建了一個(gè)現(xiàn)場踏勘小組。確定3個(gè)備選站址，3個(gè)備選觀測站的站址分別是花垣縣長樂鄉(xiāng)桃花村老天坪(東經(jīng)109°32′10″、北緯28°30′42″、海拔707 m，簡稱：老天坪)、花垣縣董馬庫讓乍(東經(jīng)109°32′55″，北緯28°26′49″、海拔804 m，簡稱：董馬庫)、保靖縣復(fù)興扁槽(東經(jīng)109°35′51″、北緯28°37′35″、海拔937m，簡稱：復(fù)興)。同時(shí)選定花垣縣長樂鄉(xiāng)桃花村老天坪為短期人工氣象觀測站址，與老天坪自動(dòng)氣象站位于同一位置。對比觀測時(shí)段為2014年6月30日20時(shí)至2015年12月31日20時(shí)。

1.2觀測方式與觀測項(xiàng)目

依照《民用航空地面氣象觀測規(guī)范》[3]要求進(jìn)行觀測，采用航空觀測薄記錄，為便于分析，采用“地面氣象測報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)”對觀測資料進(jìn)行處理。

自動(dòng)觀測項(xiàng)目：氣壓、氣溫、濕度、降水、風(fēng)向、風(fēng)速、能見度等7個(gè)氣象要素，每小時(shí)觀測1次。人工觀測項(xiàng)目：云、能見度、天氣現(xiàn)象等3個(gè)氣象要素，每小時(shí)觀測1次，觀測時(shí)間為UTC 0-12H(北京時(shí)08-20H)，閃電定位觀測。

能見度儀采用 PWD20能見度儀。

2 分析方法

2.1相關(guān)性檢驗(yàn)

采用F檢驗(yàn)方法[4]，進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，選取參證站。設(shè)氣象站和候選站氣象要素的相關(guān)系數(shù)為R，樣本容量為n，統(tǒng)計(jì)量F計(jì)算公式為：

(1)

取信度α=0.01，查表得到Fα，如果Fα

2.2有效數(shù)據(jù)的完整率

有效數(shù)據(jù)完整率α應(yīng)達(dá)到95%，按下式計(jì)算：

(2)

式中t——測量次數(shù)；

q——沒有記錄到的次數(shù)；

w——確認(rèn)為不合理的次數(shù)。

3 參證氣象站的確定

參證氣象站，指與建設(shè)項(xiàng)目場址所在地地理特征、大氣環(huán)流特征相同或相似的、距離較近的、最具代表性的氣象站。

按照有關(guān)“參證站的選取方法”，計(jì)算場址與參證站符合規(guī)定條件的氣象要素的相關(guān)系數(shù)，選取相關(guān)系數(shù)最大(要求相關(guān)系數(shù)不小于0.4)；并用F函數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，能通過取信度0.01的顯著性檢驗(yàn)的氣象站，方可作為參證站。

3.1環(huán)境及觀測狀況的對比分析

考慮到機(jī)場候選地址的距離，對于參證站的選擇有3個(gè)氣象站：花垣縣國家氣象站、保靖縣國家氣象站、吉首市國家氣象站。

從對比觀測站與周圍氣象站的直線距離來看，花垣站與各對比站的直線距離最近，其次是保靖站，與吉首站相對較遠(yuǎn)(除董馬庫)。比較對比觀測站與周邊氣象站的海拔高度，花垣相差最小，其次分別是保靖、吉首。

表1 周邊氣象站與對比觀測站的直線距離及海拔比較

比較對比觀測站與周邊氣象站的直線距離、海拔高度差異、地理環(huán)境及觀測環(huán)境的相似性，花垣最適合于用作參證站。

3.2數(shù)據(jù)可靠性檢驗(yàn)

所有數(shù)據(jù)都是使用對比觀測期間(2014年6月30日21時(shí)至2015年12月31日20時(shí))的數(shù)據(jù)。

1) 完整性

利用機(jī)場對比觀測站2014年6月30日21時(shí)至2015年12月31日20時(shí)，共一個(gè)完整年以上的氣象觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行完整率統(tǒng)計(jì)。

2) 合理性

依據(jù)《地面氣象觀測規(guī)范》、《民用航空氣象地面觀測規(guī)范》相關(guān)技術(shù)指標(biāo)、地面觀測資料質(zhì)量控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)場擬建區(qū)短期氣象站觀測資料進(jìn)行了合理性判斷與檢驗(yàn)，得出各氣象要素一個(gè)完整年以上的數(shù)據(jù)均通過了合理性判斷檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)合理可信。

3) 可靠性

3個(gè)機(jī)場候選觀測站與花垣、吉首、保靖在進(jìn)行同期對比觀測期間，觀測方法、觀測規(guī)范完全相同。觀測數(shù)據(jù)完整、合理可靠，可以用于進(jìn)行機(jī)場可行性分析。

3.3相關(guān)性檢驗(yàn)與分析

3.3.1 常規(guī)觀測要素相關(guān)性檢驗(yàn)

計(jì)算機(jī)場候選站與花垣縣、吉首市、保靖縣國家氣象氣象站逐日降水量、降水等級(jí)(分無雨、小雨、中雨、大雨、暴雨)、逐日平均本站氣壓、逐日平均氣溫、逐日平均相對濕度、逐日平均2 min平均風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)，及F值。

取信度α=0.01，查表得到Fα。如果Fα

3.3.2 風(fēng)相關(guān)性分析

圖1是周邊氣象站與對比站的2 min平均風(fēng)玫瑰圖，實(shí)線為風(fēng)向再現(xiàn)頻率，虛線為風(fēng)速。

圖1 周邊氣象站與對比站的風(fēng)玫瑰

花垣站的主體風(fēng)向?yàn)镋NE(15.8%)，最大風(fēng)速(1.7 m/s)的風(fēng)向也為ENE；保靖站的主體風(fēng)向?yàn)镹(18.7%)、最大風(fēng)速(1.8 m/s)的風(fēng)向?yàn)镹E；吉首站的主體風(fēng)向?yàn)镾E(16.2%)、最大風(fēng)速(2.2 m/s)的風(fēng)向?yàn)镋NE。從風(fēng)向玫瑰圖來看，花垣站、吉首站兩個(gè)站的主體風(fēng)向有些類似，以東北風(fēng)為主，而保靖站的主體風(fēng)向略為偏北。老天坪的主體風(fēng)向?yàn)镋NE(24.1%)，最大風(fēng)速(1.9 m/s)的風(fēng)向也為ENE；董馬庫的主體風(fēng)向?yàn)镋NE(14.2%)、最大風(fēng)速(2.4 m/s)的風(fēng)向?yàn)镋NE；復(fù)興的主體風(fēng)向?yàn)镹E(19.8%)、最大風(fēng)速(4.2 m/s)的風(fēng)向?yàn)镋N與E。

表2是各對比觀測站與國家周邊氣象站2 min平均風(fēng)速、10 min平均風(fēng)速、最大風(fēng)速的16個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)的相關(guān)系數(shù)(未統(tǒng)計(jì)靜風(fēng)出現(xiàn)次數(shù))。

表2 周邊國家氣象站與對比站16個(gè)方位風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)相關(guān)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)

注：未包括靜風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)。

從表2可以看出：以花垣站與各對比站的風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大，最小值也在0.61以上，可通過取信度α=0.01的顯著性檢驗(yàn)；保靖站、吉首站無法通過顯著性檢驗(yàn)。

從周邊氣象站與對比站風(fēng)向出現(xiàn)頻率相關(guān)性檢驗(yàn)來年，對比站與周邊氣象站相關(guān)性最好的站為花垣站、其次是吉首站、保靖站。

3.4人工觀測主要天氣現(xiàn)象比較

機(jī)場對比氣象觀測站只有老天坪有人工觀測。周邊氣象站及老天坪人工觀測時(shí)間為08～20時(shí)(白天時(shí)段)，對于20～08時(shí)(夜間)出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象部分予以記錄，部分不作記錄。

3.5能見度統(tǒng)計(jì)特征

花垣站無能見度自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)。老天坪2014年9月8日才安裝自動(dòng)觀測儀。本節(jié)只分析能見度的特征，不考慮產(chǎn)生惡劣能見度的天氣原因。由于篇幅所限，只分析花垣站與老天坪的能見度人工觀測統(tǒng)計(jì)特征。

1) 自動(dòng)觀測站各時(shí)次能見度≤800 m與>1 600 m出現(xiàn)頻率

圖3(左)是3個(gè)對比觀測站能見度≤800 m各個(gè)觀測時(shí)次的出現(xiàn)頻率百分比玫瑰圖。從圖中可看出，≤800 m的出現(xiàn)頻率從高到低依次是復(fù)興(28.3%)、老天坪(18.4%)、董馬庫(12.5%)。復(fù)興從01～10時(shí)能見度相對較差，老天坪從01～08時(shí)能見度相對較差，董馬庫從23～07時(shí)能見度相對較差，見圖3(左)。需要說明的是老天坪觀測站的海拔高度低于董馬庫97 m，但其≤800 m能見度出現(xiàn)頻率高于董馬庫，說明觀測站海拔高度不是影響≤800m能見度出現(xiàn)頻率百分比高低的主要原因。

圖3 對比觀測站各時(shí)次能見度≤800 m(左)與>1 600 m(右)出現(xiàn)頻率百分比

圖3(右)是3個(gè)對比觀測站能見度>1 600 m各個(gè)觀測時(shí)次的出現(xiàn)頻率百分比玫瑰圖。從圖中可看出，>1 600 m的出現(xiàn)頻率從高到低依次是董馬庫(84.3%)、老天坪(80.0%)、復(fù)興(70.0%)。

2) 自動(dòng)觀測站各月能見度≤800 m與>1 600 m出現(xiàn)頻率

圖4 (左)是3個(gè)對比觀測站能見度各月≤800 m的出現(xiàn)頻率百分比玫瑰圖，各月能見度≤800 m出現(xiàn)頻率相差較大。各站能見度≤800 m出現(xiàn)頻率較高的月份有2，3，6，9，11月，出現(xiàn)頻率最低的月份為7，12月。

圖4 對比觀測站各月能見度≤800 m(左)與>1 600 m(右)出現(xiàn)頻率百分比

圖4 (右)是3個(gè)對比觀測站能見度各月>1 600 m的出現(xiàn)頻率百分比玫瑰圖，各月能見度>1 600 m出現(xiàn)頻率較高的月份有4，7，8，10，12月，出現(xiàn)頻率最低的月份為2，6，12月。比較不同站各月>1 600 m的出現(xiàn)頻率低高到低依次為董馬庫、老天、復(fù)興，但從1～10月，老天坪與董馬庫>1 600 m的出現(xiàn)頻率相差不大。

3.6閃電定位觀測

從各月的閃電定位統(tǒng)計(jì)來看，不同月份的閃電中心略有差別，但3個(gè)對比觀測站都不位于閃電中心。

比較3個(gè)候選站與周圍國家氣象站的相關(guān)性最好的兩個(gè)站是老天坪—花垣。花垣氣象站建于1955年9月。

4 結(jié) 語

通過對比觀測分析確認(rèn)花垣老天坪為最佳候選場址，董馬庫為第二候選場址。通過各種氣象因素的相關(guān)性分析，參證站確認(rèn)為花垣氣象站。

[1] 湘西土家族苗族自治州氣象局編. 湘西土家族苗族自治州氣象志[M]. 北京: 氣象出版社, 2014.

[2] 中國民用航空總局機(jī)場司. 民用機(jī)場選址報(bào)告編制內(nèi)容及深度要求[Z].(AP-129-CA-02)(2007年5月1日).

[3] 中國民用航空總局空中交通管理局. 民用航空氣象地面觀測規(guī)范[Z].(2006年7月1日).

[4] 魏鳳英. 現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測技術(shù)[M]. 北京: 氣象出版社, 2007.

AnAnalysisofMeteorologicalandGeographicalConditionsofXiangxiAirport

ZHENG Fuwei1, QIN Xiangtao1, XIAO Jian2, LI Hao3, ZHU Guoguang1

(1.XiangxiMeteorologicalBureau,Jishou,Hunan416000,China; 2.HengyangMeteorologicalBureau,Hengyang,Hunan421000,China; 3.HunanMeteorologicalBureau,Changsha,Hunan410118,China)

This paper tells of the investigation and construction of the proposed Xiangxi airport in contrastively meteorological observation station when it is compared with the surrounding weather stations and contrastively meteorological observation station’s differences. Using the correlation analysis and reliability test method, we made a similarity between surrounding meteorological station and contrastively meteorological station from aspect of temperature, precipitation, wind speed and wind direction to analyze main weather phenomenon, visibility and lightning characteristics. We confirmed the Huayuan station as a reference station, as is of its typical significance when we need to confirm the reference in climate feasibility of major projects.

Airport; Meteorological; Environmental; Condition

2016-08-18

湘西機(jī)場選址站氣象觀測數(shù)據(jù)對比分析(XQKJ16B086)

鄭福維(1970-)，男，湖南龍山人，工程師，研究方向：專業(yè)氣象服務(wù)工作，手機(jī)：18374391987，E-mail：519046831@qq.com.

V35

：Bdoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.031