厦门机场地面风向年变化及日变化特征分析

肖志宇 郭炜峻 房云龙 张 勇 郭秀凤

（1.中国民用航空青岛空中交通管理站，山东 青岛 266000；2.中国民用航空厦门空中交通管理站，福建 厦门 361000）

0 引言

地面风向是影响飞行运行的关键气象要素。飞机起飞和着陆通常要求在逆风条件下进行，飞机在顺风较大时着陆有可能冲出跑道，在侧风较大时起飞和着陆时，飞机的操纵会变得比较复杂。 风向的频繁转换导致机场运行中跑道使用方向的变化，进而使得空中的航空器重新排队等待，增加了地面管制员的工作量及飞机飞行时间，是影响飞行的重要因素[1-3]。

中国中东部处于东亚季风区，风向具有明显的年变化特征。 受海陆地形影响，部分地区风向日变化特征风也非常显著，有部分专家学者对国内一些机场的地面风进行了研究，王钦[4]等研究了广汉机场春季地面风的变化特征，对广汉机场的飞行训练具有一定的参考意义。 申辉[5]等分析了四川新津机场地面风的平均日变化， 并讨论了地面瞬时风与机场跑道的关系。房云龙[6]等分析了青岛流亭机场各个季节地面风向日变化规律， 发现了影响青岛机场的两支海风环流，并研究了其不同季节出现的时间以及产生的影响。

厦门高崎机场（简称厦门机场）处于福建省西南部，厦门岛的东北部，机场东北距离海岸线最近不到300 m，跑道方向为50°～230°。厦门机场是中国东南沿海最重要的民用机场之一，研究风向年变化及日变化特征对厦门机场的安全运行具有重要意义。目前针对厦门岛风向年变化及海陆风的研究较多[7-11]，但针对厦门机场地面风向年变化及日变化特征的研究较少。因此， 本文利用厦门机场2010～2019 年逐小时地面10 m 风的资料， 研究分析厦门机场风向年变化及日变化特征。

1 地面风向年变化特征

大量研究发现，中国中东部起风气候区不同风向的年变化特征具有明显差异。为分析各风向年变化特征，采用不同方式将各风向划分为不同风向组，检验划分方式优劣的依据为:（1） 组内各风向具有相似的年变化特征。（2）组间风向年变化具有显著差异。经过反复测试，发现将风向分为以下三个风向组能清晰的区分不同风向年变化特征，风向组Ⅰ（20°～130°）、风向组Ⅱ（140°～250°）和风向组Ⅲ（260°～10°），每个风向组风向跨度为 120°。 如图 1 所示， 风向组Ⅰ （20°～130°） 在 9 月-次年 5 月出现频率均＞60%，其中 10 月达到极大值88%，6～8 月是风向组Ⅰ全年出现频率最小的 3 个月，7 月达到极小值 27%。 风向组Ⅱ（140°～250°） 在 10 月至次年 3 月出现频率≤10%，4～5 月上升至20%～30%，6 开始迅速升高，7 月达到为全年最大值频率60%，8 月之后，频率迅速降低，至10 月降低至4%。风向组Ⅲ（260°～10°）全年出现频率均在5%～15%，与风向组Ⅰ、Ⅱ相比，风向组Ⅲ没有显著的年变化特征。

同一风向组内各风向段具有相似的年变化规律，但组内各风向段对风向组的频率贡献差异比较显著，如图 2 所示，风向组Ⅰ（20°～130°）中，风向段 20°～40°和 50°～70°的出现频率显著高于风向段 80°～100°以及110°～130°。9～11 月，风向频率最大值为 27%～40%，出现在风向段 20°～40°，12 月至次年 5 月频率最大值为19～34%， 出现在风向段 50°～70°； 风向组Ⅱ （140°～250°）中，风向段 200°～220°出现频率显著高于其他 3个风向段；风向Ⅲ（260°～010°）中，各风向段出现频率均较小，组内对比没有风向组Ⅰ、Ⅱ明显。

图1 厦门机场地面风向3 个风向组风向频率年变化

图2 厦门机场地面风向30 度风向频率年变化

通过以上分析发现，9 月至次年5 月， 厦门机场盛行 20°～70°的东北风，6～7 月， 盛行 200°～220°西南风，8 月是东北风和西南风的转换季节。

2 地面风向日变化特征

图3 为2010～2019 年厦门机场全年滑动30°风向频率的日分布阴影图。 如图所示，频率≥5%的区域大部分集中在以东北风为主的偏北到偏东方向的风向段内，小部分在西南到西北的偏西风向段内。 东北风频率较大，大部分时间都在20%以上，部分时段超过30%，偏西风频率较小，为5%～10%。 在中午前后，东北风和偏西风频率减小，东南风的频率增大。 下午到傍晚，东南风的频率达到最大，东北风和偏西风的频率也达到最小；傍晚到夜间，东南风的频率减小，东北风和偏西风的频率又增大。 从图1 可以发现，厦门机场全年主要盛行东北风和偏西风，无论是占大多数的东北风还是占少数的偏西风，在中午前后都有向东南方向偏转的现象， 转为东南风为主的偏东到偏南风。东南风出现的时间不长，在傍晚到夜间，又会逐渐转回东北或者偏西风。全年风向频率的日分布已经出现了比较明显的日变化，为了了解这种变化在各个季节都有怎样的表现，下面对厦门机场地面风向频率的日分布情况分季节进行讨论。

图 4 为 2010～2019 年厦门机场冬、春、夏、秋四个季节的风向频率日分布情况。 如图4a，冬季夜间到上午最多的为东北风， 极大的频率主要集中在20°～70°的风向段内。 中午东北风频率减小，东到东南风频率增大，午后至傍晚东-东南风最多，极大的频率主要集中在80°～110°的风向段内， 夜间东-东南风转回东北风，极大频率再度回到 20°～70°风向段内。 此外，半夜至上午，偏西风出现频率＞5%，也具有一定的日变化特征。通过以上分析发现，夜间风向主要为东北风，在中午前后风向开始向东南方向偏转， 午后至傍晚，东到东南风出现频率达到最大，傍晚至夜间，风向开始向东北方向偏转，东北风频率极大值出现在两个时间段，分别是 09:00～12:00 以及 21:00-次日 03:00，东-东南风频率极大值出现时间为15:00～18:00， 西北偏西风的频率极大值出现在06:00～09:00。

如图4b，4d， 春季、 秋季与冬季频率分布规律类似。 夜间至上午，东北风频率最大，集中在风向段20°～70°，中午开始，风向向东南方向偏转，东-东南风频率开始增大， 午后至傍晚东-东南风频率达到极大值，夜间之后，风向与午后相反，向东北方向偏转。春季、秋季的西北偏西风也存在一定程度的日变化特征， 但强度显著弱于东北风和东-东南风。 对比冬季、春季和秋季发现，三个季节东北风、东-东南风，西北偏西风日变化规律相似，极大值出现时间也基本一致，但风向频率相差较大，秋季风向更加集中，东北风极大值在清晨和夜间＞50%，而相同时间的春季和冬季只有20%～30%。

图3 2010～2019 年厦门机场全年地面风向频率的日分布

厦门机场夏季地面风向日变化与其他三个季节呈现显著差异，如图2c 所示，夏季夜间到上午以西南风和东北风为主，风向频率≥10%主要集中在200°～250°和20°～70°这两个风向段内， 西南风频率略多于东北风；中午至傍晚，西南风和东北风频率减小，南-东南风出现频率增大，风向极大频率主要集中在160°～200°的风向段内；夜间，南-东南风频率减小，西南风和东北风频率增大。夏季东北风、西南风、南-东南风呈现明显的日变化特征， 东北风和西南风夜间至上午出现频率最大，午后至傍晚减小；南-东南风则相反，午后至傍晚频率达到极大值，夜间至上午频率比较低。

3 结论

通过研究厦门机场2010～2019 年风向年变化和日变化特征，结论如下：

（1）厦门机场 3 个风向组Ⅰ（20°～130°）、Ⅱ（140°～250°）和Ⅲ（260°～10°）具有明显但不同的年变化特征， 风向组Ⅰ和风向组Ⅱ呈现显著的反位相形态，对于风向频率，9 月至次年5 月， 风向组Ⅰ＞风向组Ⅱ；6～7 月，风向组Ⅰ＜风向组Ⅱ；8 月，风向组Ⅰ、Ⅱ基本持平。 风向组Ⅲ没有明显的年变化特征。

（2）相同风向组组内各风向段的频率贡献率相差较大，风向组Ⅰ中，风向段 20°～40°和 50°～70°的频率贡献率最大，风向组Ⅱ主要体现在风向段200°～220°。

（3） 厦门机场地面风向存在显著日变化特征，东北风频率中午减小，傍晚达到极小值，夜间及次日清晨达到极大值；东南风（春、秋、东三季为东-东南风，夏季为南-东南风）频率中午开始增大，傍晚达到极大值，夜间迅速减小；西北偏西风清晨达到极大值，上午迅速降低。

图 4 2010～2019 年厦门机场（a）冬季（12～2 月）、（b）春季（3～5 月）、（c）夏季（6～8 月）、（d）秋季（9～11 月）地面风向频率（单位：%）的日分布