浦东机场一次暴雨天气过程的多跑道观测服务分析

浦东机场一次暴雨天气过程的多跑道观测服务分析

丛菁成

中国民用航空华东地区空中交通管理局  上海  200335

摘要：受强对流天气影响，2018年5月25日浦东机场经历了一次强降水伴雷暴的天气过程。在此过程期间机场云高、风向风速以及主导能见度等重要气象要素也均发生显著变化，观测服务难度较高，这些要素的变化对上海浦东机场航班的正常起降产生了重要影响，因此对本次天气过程进行复盘分析。

关键词：浦东机场；暴雨；多跑道；观测

引言

民航气象地面观测工作对机场航班顺利起降、管制平稳运行以及航空公司正常运作至关重要。随着国内民航业的发展，各地的民航运输机场数量持续增加，同时国内主要枢纽机场的实际使用面积不断扩大和跑道数量不断上升。这不仅导致民航管制服务运行压力上升，也对民航气象服务提出了更高的要求。地面气象观测的代表性、准确性,是气象观测资料必须具有的性质,更是整个气象体系的基础性支撑[1]。就上海浦东国际机场而言，机场扩建以及启用跑道数量的增加[2]，对气象观测代表性和准确性的把握提出了新的要求。本文将对浦东机场的一次暴雨天气过程的观测服务进行分析，并借此简单探讨多跑道机场该如何更好地做好强降水天气的气象观测服务。

一、天气实况回顾

受强对流云团影响，2018年5月25日浦东机场先后经历了多次短时强降水伴雷暴的天气过程。根据当天地面观测簿（例行）纪要栏演变记录，主要的中或大降水时段主要集中在03:40—05:50、07:10—10:50、20:10—22:00等时段，在此过程期间机场风向风速、主导能见度及雷暴等要素也发生相应的显著变化。同时由于受到较长时间强降水天气影响，当日浦东机场水汽条件充沛，部分时段亦因此出现了低云的情况[3]。这些气象要素的变化对上海浦东机场航班的正常起降产生了重要影响，对民航气象观测服务工作提出了不小的挑战。

二、气象观测服务分析

（一）自动气象观测系统（Automated Weather Observation System，以下简称AWOS）降水量数据对比分析

图1 浦东机场2018年5月25日03:00—23:00降水强度变化趋势

说明: 传感器给出的瞬时降水量对应左侧的纵轴（单位mm/min）；观测员报告的降水强度量化为小、中和大阵雨三个强度等级，分别对应右侧纵轴的1、2、3。

由图可知降水在空间和时间尺度上均有很大差异，即跑道各端同一时段降水量差别巨大，每个跑道端各个时刻降水量变化剧烈。AWOS反映的降水强度变化和观测员得出的人工判定值趋势基本一致，强度等级大致相符。因此，观测员报出的具体降水强度值与AWOS数据相互佐证，总体来看降水强度方面的观测服务准确到位。

（二）AWOS风向风速数据分析

图2 浦东机场2018年5月25日17:40—23:10 各跑道2分钟风向变化趋势

25日傍晚至夜间的时段，浦东机场先后受到几波较小的天气过程影响，风向风速变化较为剧烈。期间观测员编发了多份关于风向风速变化的SPECI报告和通报了多份SPECIAL报告。从图中可以看出风向情况存在相对应的突变情况，不过需要指出的是由于风向转过360°附近时存在数值上的突变，这并不意味着风向的巨大变化，所以图中图形上的部分突变需要人为判断后做选择性忽略。

（三）AWOS云高数据分析

图3 浦东机场2018年5月25日05:30—21:30 AWOS云高云量变化趋势

受阴雨天气影响，浦东机场水汽条件充沛，部分时段亦出现了低云的情况。为了便于进行直观分析，将AWOS系统中给出的机场云量进行了近似量化处理，FEW的云量采用1.5云量代替，SCT的云量采用3.5云量代替，BKN的云量采用6云量代替，OVC的云量采用8云量代替。对比此图和纪要栏情况，可以看出观测员观测的实况情况和AWOS给出的参考云况基本一致。但在上午约07:45-09:02时段AWOS系统给出的参考值与观测员观测到的存在略微出入，观测员给出的目测观测值相对偏保守。

（四）雷达图资料与雷暴观测分析

根据观测纪要栏记录，2018年5月25日当天，浦东机场先后受到多次雷暴过程影响。截取最主要的20:30-10:00（UTC时间）内雷达图数据进行观测分析。

图4 2018年5月25日20:30—02:30（UTC）天气雷达拼图

以上部分雷达回波图数据反映了25日20:30-02:00（UTC时间）内影响浦东机场的天气系统情况，对比纪要栏记录如下：

20:37NW-20:49Z-21:42NE  23:25W-23:38Z-00:54E  01:39W-01:44Z-01:57E 

可以看出观测员观测并记录的雷暴移动过程与雷达探测的强回波中心移动基本吻合，但21:42的雷暴终止于东北方向的观测结果与雷达数据略有偏差，雷达回波图上的回波中心较观测员的观测结果来说更为偏南。总体来看观测的时间方位等结果与雷达资料相一致。

三、问题探讨

（一）关于雨强报告的滞后性问题

经过仔细比对可以发现，雨强的报告在个别时段有一定滞后，主要体现在降水由大转小时，滞后时间在2-5分钟。浦东机场目前拥有供民航使用的跑道为四条，1、2号航站楼将跑道分隔在两侧各两条。由于气象观测站的位置位于机场西北一侧，视线受到航站楼阻挡只能目测到其中两条跑道，因此需要借助设备来辅助判定天气情况。那么分析原因应该为观测员通过综合分析跑道各端数据来确认整体降水强度需要一定时间所导致。但滞后时间过长容易导致空管服务的传导效率低下，轻则影响运行效率，重则威胁航空运行安全。

归根到底由于多跑道机场面积大跑道多，需要观测员观测覆盖的面积很大，因此障碍物阻挡容易造成对天气判断的延迟和误差。除了需要观测员通过主观训练提升决策准确度和熟练度之外，也需要从客观层面提供解决方案。这里给出三点建议：一、通过建造全景影像系统来增加更多的可视化观测手段；二、复杂天气条件下增派持照观测员至能够目视到测站观测盲区的塔台或者预报大厅等位置进行辅助观测，将他们观测到的情况反馈到值班观测员供其决策；三、研发人工智能辅助观测系统，利用AI的图像识别能力进一步弥补AWOS对于观测员的决策辅助的不足。

（二）关于整体降水强度的判断

《民用航空气象地面观测规范》在附录中给出了天气现象强度判定标准表，其中对于降水强度的判定有较为明确的说明，但并未详细说明如何综合判定整个机场的降水强度。目前工作实践来说，一般将气象观测站附近的雨强用来代表机场降水强度。但对于如浦东机场这样的大型枢纽机场发生的阵性降水现象，显然这种观测方法不能完全符合代表性的要求。

华东气象中心下发的相关文件中，要求“机场降水强度的总体情况”（整体降水强度）和“跑道使用降水强度”分开通报，该项要求在确保安全的前提下充分兼顾了效率方面的考量。但对整体降水强度的判定方法没有很明确规定，实际工作中判定较复杂，个人把握上也有差别。这里给出两点建议：一、建议优先考虑参考在用跑道端的降水数据，将其作为判定机场降水强度的标准；二、出于安全第一的原则，建议将各个在用端最强的降水数据作为整个机场降水强度的参考。

（三）关于中、大降水强度的判定

一般情况下而言，小强度降水对航班运行影响不大，此处就主要讨论中、大降水强度的判定问题。根据《民用航空气象地面观测规范》（以下简称《规范》）中天气现象强度判定标准，即：大降水为“降雨强度为大于或等于8.1 毫米/h”，但是《规范》中并没有提供用瞬时降水数据判断强度的具体参考标准。这里将该判定标准理解为均等强度，那么将8.1mm除以60min得到约0.14mm/min，因此工作中瞬时降水0.2mm/min则作为大降水的大致参考判断依据。这里就当下降水强度的判定方法和标准加以简单探讨。

第一、0.2mm/min作为参考标准，给大降水的阈值很低，理论上较容易达到。对于像浦东机场这种多跑道机场而言在报告整体强度时则非常容易达到大降水的强度且变化波动频繁。由于阵性降水具有强度波动大的特点，这种报告方式虽然确保了安全，但却会极大地影响机场的航班管制运行效率，也会对航空公司签派运行等会造成极大的影响。针对这种情况，建议组织业界专家共同研究并设计出一种较为合理的平滑处理算法机制，最好能在新的《民用航空气象地面观测规范》制定中将雨强参考标准定得更加精细明确以供观测员参考。当下只能粗略建议可以给予观测员一定的主观判定空间以过滤掉阵性降水的强度高频波动性带来的判定难题。

第二、从本次过程看，瞬时降水强度曾达到1.6mm/min甚至2.5mm/min。瞬间降水0.3mm/min和1.6mm/min同为大降水，但视觉效果不可相提并论，管制部门和机组容易对雨势提出疑问。一方面这是由于行业细分后造成的专业壁垒而又缺乏相互交流导致，同时这也是体现了当下标准对于雨强区分度不够的问题。建议行业内在确保安全运行的前提下出于提升运行效率和提供精细化服务的目的，能够逐步制定出新的更多细分标准，如加入暴雨的判定标准等。

四、结论

本文分析了2018年5月25日上海浦东机场的一次暴雨天气过程观测服务情况，主要结论如下：

1）2018年5月25日浦东机场先后经历了多次强降水伴雷暴的天气过程。在此期间机场云高、风向风速以及主导能见度等重要气象要素也均发生显著变化。空管地面气象观测服务工作总体上做到了平稳有序，观测结论基本合理可靠。

2）对于多跑道机场，机场占地面积大且跑道多，需要观测员观测覆盖的面积很大。建议：一、通过建造全景影像系统来增加更多的可视化观测手段；二、复杂天气条件下增派持照观测员至能够目视到测站观测盲区的塔台或者预报大厅等位置进行辅助观测，将他们观测到的情况反馈到值班观测员供其决策；三、研发人工智能辅助观测系统，利用AI的图像识别能力进一步弥补AWOS对于观测员的决策辅助的不足。

3）对于多跑道的大型枢纽机场的阵性降水而言，建议将“机场降水强度的总体情况”（整体降水强度）和“正在使用跑道的降水强度”分开通报。对于整体降水强度的判定，建议：一、优先参考在用跑道端的降水数据，将其作为判定机场降水强度的标准；二、将各个在用端最强的降水数据作为整个机场降水强度的参考。

4）当下器测降水强度的判定方法和标准不够完善，对于观测员的决策辅助性不够强。建议：一、组织业界专家共同研究并设计出一种较为合理的平滑处理算法机制，帮助观测员解决阵性降水的强度高频波动性带来的判定难题；二、建议行业内逐步制定出新的更多细分标准（如加入暴雨的判定标准等），以提高行业的精细化服务能力，在确保安全的前提下提升空管运行效率。

参考文献：

[1]孔刘备,孔莉.地面气象观测“三性”原则分析[J].现代农业科技,2017(16):167-168.

[2]马新华.浦东机场第四跑道启用[J].空运商务,2015(04):9.

[3]杨瑜,傅毅.2000～2019年浦东机场低云与降水的变化特征及相关性[J].民航学报,2021,5(03):64-66.

作者简介：丛菁成，男，1991.03，江苏南通，本科，工程师，研究方向：长期从事民航气象工作及强对流天气研究。