南极长城站地区机场气象环境分析

2014-11-17孟上刘志刚许淙吴丽侠

海洋预报 2014年4期

孟上，刘志刚，许淙,吴丽侠

（1.国家海洋环境预报中心，北京 100081；2.河北省青龙县气象局，河北秦皇岛 066599）

1 引言

中国南极长城站位于南极乔治王岛（62°12′S,58°57′W），距离南美大陆最南端的智利城市彭塔960多千米，是进入南极半岛的重要门户。智利南极马尔什机场是乔治王岛上可全年起降大型客货飞机的机场，距离中国南极长城站约2 km。近年来随着南极旅游和科学考察活动的增多，马尔什机场的飞行活动十分频繁，每年有很多人员乘飞机到乔治王岛，也有在此转乘其它交通工具深入南极大陆腹地。根据中国南极考察航空发展计划，不久的将来中国的飞机也将在此执行科学考察和人员、物资运输飞行。

南极航空气象保障是实施中国南极飞行计划的重要工作之一。作为航空气象保障工作的第一步，我们分析了长城站地区对飞行至关重要的气象要素气温、能见度、云、降水和大风的特征以及不同季节的飞行天气条件。这些结论既是制定飞行计划的依据，也是航空气象预报的基础。

2 长城站地区地形及气候特点

长城站地区气候属极地海洋性气候,常年低温潮湿。紧邻的德雷克海峡是绕极气旋的主要通道之一，又是低纬度暖湿空气与南极大陆冷空气以及冷暖水团的交汇地[1]。因此，长城站地区的天气变化比位于东南极大陆的中山站更为复杂，影响飞行的气象要素更多[2]。

乔治王岛上的马尔什机场建在海边（见图1），有一条南北向的渣土跑道。机场两面临海，周边多小丘陵，机场地势相对开阔。机场距离冰盖较远，周边地势平坦，不存在产生强烈下降风的地形条件。根据长城站近30年的气象观测记录，没有雷雨等强对流天气发生。因此，排除了强对流和下降风所产生的低空风切变现象。我们认为影响该地区航空飞行的主要气象要素是气温、能见度、云、降水和大风[3]。根据南极天气特点和长城站地区地形特点，利用长城站气象资料分析马尔什机场天气气候特点。

本文所用数据为长城站1987—2012年自动和人工气象观测数据。

3 真太阳时和气温变化

长城站有明显的极夜极昼现象（见图2），9月至第二年4月每日白昼时间都在10 h以上；5月至8月每日白昼时间少于10 h。最长白昼时间出现在12月，日照时间19小时43分；最短白昼时间只有4小时3分，出现于冬季的6月。可见冬、夏季的日航飞行时间相差甚多。

图1 乔治王岛上智利马尔什机场

图2 长城站各月最长日出至日落时间（单位：h）

图3 长城站1987—2012年各月平均温度变化

长城站的纬度相对较低，其月平均温度变化特点和南极内陆站略有不同，但是“夏季短暂冬季漫长”这一特点还是很明显的[4]。长城站年平均气温是-2.2℃，12月至3月的平均气温在0℃以上，其余月份的平均气温都低于0℃。1月和2月的平均温度最高，同为1.8℃，说明夏季的天气形势比较稳定；7月的平均气温最低，为-6.5℃。10月和4月的升、降温幅度最大，分别是1.7℃和-2.4℃（见图3）。

图4是夏季1月份和冬季7月份的温度日变化。夏季1月的日最高温度出现在午后13—16时，最低温度出现在凌晨2—5时，日平均最大温差是1.8℃，气温日变化的幅度小是夏季极昼现象、多阴雨天气以及相对平稳的天气形势等因素综合的结果。冬季7月的日平均最大温差仅有0.3℃，温度日变化没有明显的峰谷值，是极夜、多阴天和地表全部被冰雪覆盖等因素的结果。冬季太阳辐射升温的作用很小，气温变化主要是温度平流的作用。

图4 长城站1987—2012年日平均气温变化

4 能见度和海雾

乔治王岛低能见度天气是对飞行安全的最大威胁。长城站年平均出现能见度低于10 km的日数是257 d，低于1 km的日数是112 d，由此可见该地区出现低能见度天气的频率是很高的。冬季低能见度天气略多于夏季（见图5）。海雾是造成低能见度的主要原因，其次是吹雪和降雪，降雨。冬季多降雪和吹雪，夏季多海雾和降雨。

长城站地区年平均雾日143 d，夏季海雾明显多于冬季（见图5）。观测记录显示，长城站在全天任何时间都有出雾和消雾的可能。长城站地区海雾多是平流冷却雾，地处南大洋南极锋的南侧和绕极低压带的独特地理位置决定了长城站多海雾的天气特点，夏季更有利于海雾的产生。大气环流形势，气团性质和海、气温差决定了雾的生成、维持和消散；海雾最主要的天气型是“东高西低”，海雾的持续时间取决于高压在南极半岛维持时间的长短[5]。图6是海雾持续时间的统计，大部分（51%）海雾的持续时间不超过24 h。

图5 低能见度天气和海雾的月平均发生天数

图6 海雾的持续时间

图7 各月总云量（成）、低云量（成）和晴好天气（天）的分布（1987—2012年资料统计）

图8 月平均降水量，降水和吹雪天数（1987—2012年资料统计）

5 云状及云量

长城站终年为多云到阴天气，各月的平均总云量均在8成以上。低云的比例很大,平均为7成（见图7）。长城站地区出现的云主要是低云，并以层积云为主，云底高度约800 m。

夏季平均云量略大于冬季。一年中出现的晴好天气（云量少于2成）平均仅有56 d，且冬季多于夏季（见图7）。冬季虽然大风日多、风速大，但大气底层东南风的出现率高，所携带的气团来自南极大陆，寒冷干燥，高压区内会出现少云天气。而夏季西北气流盛行，来自低纬度海洋的暖湿空气产生了更多的云量。

6 降水

长城站月平均降水日数是25 d，季节差异很小，年平均降水量约为521 mm。夏季1—3月份的降水量明显地大于其它各月（见图8）。夏季主要是降雨或雨夹雪，从4月份开始随着气温的下降，降雨减少，降雪逐渐增多，吹雪集中发生在冬季的6—10月。降水及吹雪天气常常伴随着低能见度，对飞机的起降安全有直接影响。

7 风向与风速

长城站年平均大风日数148 d，平均风速是7.4 m/s。月平均风速和大风日数的分布有很好的一致性，冬季各月的平均风速和大风日数均高于夏季（见图9）。11月至2月平均风速和大风日数是低值，1月份的大风日数和平均风速分别是6 d和6.2 m/s，为全年最小值。3月份大风数日明显增加，8月至10月的大风日数最多，均为16 d，10月份的平均风速最大是8.5 m/s。1991年6月记录到37.7 m/s的极大风速值。长城站风速的日变化微弱，夏季1月份，日风速的高值出现在13—17时，低值出现在凌晨4—5时，冬季风速没有明显的日变化（见图10）。

图9 月平均风速和大风日数

图10 风速的日变化

图11 盛行风向和平均风速

长城站地区全年的第一盛行风向是西-西北，第二盛行风向是东南-东南东（见图11a）；冬季，东南-东南东风向的出现率明显。东-东南风向的风速高于其它风向（见图11b）。这是因为极地高压较副热带高压更为强盛，地面低压中心南侧的东风、东南风远比低压中心东侧和北侧的北风和西风来的强烈。冬季的大气环流形势更有利于出现东南-东南方向的风。全年南风的出现率最低，平均风速值也是最小。