廈門機場地面風向年變化及日變化特征分析

肖志宇 郭煒峻 房云龍 張 勇 郭秀鳳

（1.中國民用航空青島空中交通管理站，山東 青島 266000；2.中國民用航空廈門空中交通管理站，福建 廈門 361000）

0 引言

地面風向是影響飛行運行的關鍵氣象要素。飛機起飛和著陸通常要求在逆風條件下進行，飛機在順風較大時著陸有可能沖出跑道，在側風較大時起飛和著陸時，飛機的操縱會變得比較復雜。 風向的頻繁轉換導致機場運行中跑道使用方向的變化，進而使得空中的航空器重新排隊等待，增加了地面管制員的工作量及飛機飛行時間，是影響飛行的重要因素[1-3]。

中國中東部處于東亞季風區，風向具有明顯的年變化特征。 受海陸地形影響，部分地區風向日變化特征風也非常顯著，有部分專家學者對國內一些機場的地面風進行了研究，王欽[4]等研究了廣漢機場春季地面風的變化特征，對廣漢機場的飛行訓練具有一定的參考意義。 申輝[5]等分析了四川新津機場地面風的平均日變化， 并討論了地面瞬時風與機場跑道的關系。房云龍[6]等分析了青島流亭機場各個季節地面風向日變化規律， 發現了影響青島機場的兩支海風環流，并研究了其不同季節出現的時間以及產生的影響。

廈門高崎機場（簡稱廈門機場）處于福建省西南部，廈門島的東北部，機場東北距離海岸線最近不到300 m，跑道方向為50°～230°。廈門機場是中國東南沿海最重要的民用機場之一，研究風向年變化及日變化特征對廈門機場的安全運行具有重要意義。目前針對廈門島風向年變化及海陸風的研究較多[7-11]，但針對廈門機場地面風向年變化及日變化特征的研究較少。因此， 本文利用廈門機場2010～2019 年逐小時地面10 m 風的資料， 研究分析廈門機場風向年變化及日變化特征。

1 地面風向年變化特征

大量研究發現，中國中東部起風氣候區不同風向的年變化特征具有明顯差異。為分析各風向年變化特征，采用不同方式將各風向劃分為不同風向組，檢驗劃分方式優劣的依據為:（1） 組內各風向具有相似的年變化特征。（2）組間風向年變化具有顯著差異。經過反復測試，發現將風向分為以下三個風向組能清晰的區分不同風向年變化特征，風向組Ⅰ（20°～130°）、風向組Ⅱ（140°～250°）和風向組Ⅲ（260°～10°），每個風向組風向跨度為 120°。 如圖 1 所示， 風向組Ⅰ （20°～130°） 在 9 月-次年 5 月出現頻率均＞60%，其中 10 月達到極大值88%，6～8 月是風向組Ⅰ全年出現頻率最小的 3 個月，7 月達到極小值 27%。 風向組Ⅱ（140°～250°） 在 10 月至次年 3 月出現頻率≤10%，4～5 月上升至20%～30%，6 開始迅速升高，7 月達到為全年最大值頻率60%，8 月之后，頻率迅速降低，至10 月降低至4%。風向組Ⅲ（260°～10°）全年出現頻率均在5%～15%，與風向組Ⅰ、Ⅱ相比，風向組Ⅲ沒有顯著的年變化特征。

同一風向組內各風向段具有相似的年變化規律，但組內各風向段對風向組的頻率貢獻差異比較顯著，如圖 2 所示，風向組Ⅰ（20°～130°）中，風向段 20°～40°和 50°～70°的出現頻率顯著高于風向段 80°～100°以及110°～130°。9～11 月，風向頻率最大值為 27%～40%，出現在風向段 20°～40°，12 月至次年 5 月頻率最大值為19～34%， 出現在風向段 50°～70°； 風向組Ⅱ （140°～250°）中，風向段 200°～220°出現頻率顯著高于其他 3個風向段；風向Ⅲ（260°～010°）中，各風向段出現頻率均較小，組內對比沒有風向組Ⅰ、Ⅱ明顯。

圖1 廈門機場地面風向3 個風向組風向頻率年變化

圖2 廈門機場地面風向30 度風向頻率年變化

通過以上分析發現，9 月至次年5 月， 廈門機場盛行 20°～70°的東北風，6～7 月， 盛行 200°～220°西南風，8 月是東北風和西南風的轉換季節。

2 地面風向日變化特征

圖3 為2010～2019 年廈門機場全年滑動30°風向頻率的日分布陰影圖。 如圖所示，頻率≥5%的區域大部分集中在以東北風為主的偏北到偏東方向的風向段內，小部分在西南到西北的偏西風向段內。 東北風頻率較大，大部分時間都在20%以上，部分時段超過30%，偏西風頻率較小，為5%～10%。 在中午前后，東北風和偏西風頻率減小，東南風的頻率增大。 下午到傍晚，東南風的頻率達到最大，東北風和偏西風的頻率也達到最小；傍晚到夜間，東南風的頻率減小，東北風和偏西風的頻率又增大。 從圖1 可以發現，廈門機場全年主要盛行東北風和偏西風，無論是占大多數的東北風還是占少數的偏西風，在中午前后都有向東南方向偏轉的現象， 轉為東南風為主的偏東到偏南風。東南風出現的時間不長，在傍晚到夜間，又會逐漸轉回東北或者偏西風。全年風向頻率的日分布已經出現了比較明顯的日變化，為了了解這種變化在各個季節都有怎樣的表現，下面對廈門機場地面風向頻率的日分布情況分季節進行討論。

圖 4 為 2010～2019 年廈門機場冬、春、夏、秋四個季節的風向頻率日分布情況。 如圖4a，冬季夜間到上午最多的為東北風， 極大的頻率主要集中在20°～70°的風向段內。 中午東北風頻率減小，東到東南風頻率增大，午后至傍晚東-東南風最多，極大的頻率主要集中在80°～110°的風向段內， 夜間東-東南風轉回東北風，極大頻率再度回到 20°～70°風向段內。 此外，半夜至上午，偏西風出現頻率＞5%，也具有一定的日變化特征。通過以上分析發現，夜間風向主要為東北風，在中午前后風向開始向東南方向偏轉， 午后至傍晚，東到東南風出現頻率達到最大，傍晚至夜間，風向開始向東北方向偏轉，東北風頻率極大值出現在兩個時間段，分別是 09:00～12:00 以及 21:00-次日 03:00，東-東南風頻率極大值出現時間為15:00～18:00， 西北偏西風的頻率極大值出現在06:00～09:00。

如圖4b，4d， 春季、 秋季與冬季頻率分布規律類似。 夜間至上午，東北風頻率最大，集中在風向段20°～70°，中午開始，風向向東南方向偏轉，東-東南風頻率開始增大， 午后至傍晚東-東南風頻率達到極大值，夜間之后，風向與午后相反，向東北方向偏轉。春季、秋季的西北偏西風也存在一定程度的日變化特征， 但強度顯著弱于東北風和東-東南風。 對比冬季、春季和秋季發現，三個季節東北風、東-東南風，西北偏西風日變化規律相似，極大值出現時間也基本一致，但風向頻率相差較大，秋季風向更加集中，東北風極大值在清晨和夜間＞50%，而相同時間的春季和冬季只有20%～30%。

圖3 2010～2019 年廈門機場全年地面風向頻率的日分布

廈門機場夏季地面風向日變化與其他三個季節呈現顯著差異，如圖2c 所示，夏季夜間到上午以西南風和東北風為主，風向頻率≥10%主要集中在200°～250°和20°～70°這兩個風向段內， 西南風頻率略多于東北風；中午至傍晚，西南風和東北風頻率減小，南-東南風出現頻率增大，風向極大頻率主要集中在160°～200°的風向段內；夜間，南-東南風頻率減小，西南風和東北風頻率增大。夏季東北風、西南風、南-東南風呈現明顯的日變化特征， 東北風和西南風夜間至上午出現頻率最大，午后至傍晚減小；南-東南風則相反，午后至傍晚頻率達到極大值，夜間至上午頻率比較低。

3 結論

通過研究廈門機場2010～2019 年風向年變化和日變化特征，結論如下：

（1）廈門機場 3 個風向組Ⅰ（20°～130°）、Ⅱ（140°～250°）和Ⅲ（260°～10°）具有明顯但不同的年變化特征， 風向組Ⅰ和風向組Ⅱ呈現顯著的反位相形態，對于風向頻率，9 月至次年5 月， 風向組Ⅰ＞風向組Ⅱ；6～7 月，風向組Ⅰ＜風向組Ⅱ；8 月，風向組Ⅰ、Ⅱ基本持平。 風向組Ⅲ沒有明顯的年變化特征。

（2）相同風向組組內各風向段的頻率貢獻率相差較大，風向組Ⅰ中，風向段 20°～40°和 50°～70°的頻率貢獻率最大，風向組Ⅱ主要體現在風向段200°～220°。

（3） 廈門機場地面風向存在顯著日變化特征，東北風頻率中午減小，傍晚達到極小值，夜間及次日清晨達到極大值；東南風（春、秋、東三季為東-東南風，夏季為南-東南風）頻率中午開始增大，傍晚達到極大值，夜間迅速減小；西北偏西風清晨達到極大值，上午迅速降低。

圖 4 2010～2019 年廈門機場（a）冬季（12～2 月）、（b）春季（3～5 月）、（c）夏季（6～8 月）、（d）秋季（9～11 月）地面風向頻率（單位：%）的日分布