2021年1期科技创新与应用
Technology Innovation and Application研究视界上海虹桥机场风向日变化特征分析
房云龙1，赵京华1，秦婷2，张勇1
（1.民航青岛空管站，山东青岛266108；2.华东地区空管局，上海200010）
1概述
风是影响飞行的重要气象要素之一，风与飞行的关系极为密切。飞机起飞、着陆，确定巡航高度和偏流角、选择最佳航线和确定燃料装载量等都必须考虑风的影响[1-2]。风对飞行的影响比较复杂，飞机的起飞和着陆通常选择在逆风条件下进行，因为逆风起飞和着陆能产生飞机的附加进气量，因而能增大飞机的方向稳定性和操纵性，采用逆风起飞和着陆，还可以缩短飞机的滑跑时间和距离；侧风对飞行也有影响，飞机会顺着侧风方向移动，如不及时修正就会偏离跑道，侧风还会使地面飞机打地转等[3-11]。风向转换可引发低空风切变，若低空风切变发生在飞机的起降航径上，则会导致飞机的飞行性能有所降低，飞行的速度和高度可能会在瞬间发生剧烈变化，对飞行安全有很大的威胁，也增加了空中交通管制的工作量[12-17]。由于航班量的飞速增长，民航各机场对风向转换预报准确率的要求越来越高。
上海作为长三角地区的中心城市，是国内第一个同时运行两个大型民用机场的城市，上海地区东临东海，
西临太湖，南北分别为长江口和杭州湾，海岸线呈现西北-东南和东北-西南方向。大量研究指出，受海陆地形的影响，上海地区的风向具有显著的日变化规律。李维亮等[18]采用数值模拟，研究了长江三角洲城市热岛与太湖对局地环流的影响，指出城市的热岛环流与海陆风、湖陆风之间都存在着相互影响。胡艳等[19]模拟了夏季弱气压场条件下上海地区的环流形势，结果表明地面有三条明显的水平风辐合带。顾问等[20]利用多普勒雷达和上海加密自动站的风场资料，定义了三支海风锋，并指明三支海风锋的登陆和推进，会影响上海地区地面风向的日变化。张赟程等[21]通过数值模拟，指出日出后海陆的热力差异使浦东、南汇、奉贤、金山一带形成海风，上海西部青浦、松江地带受到太湖、淀山湖的影响呈现微弱的西风，随时间推移，海风会逐渐向内陆侵入，从而导致风向的显著变化。
摘要：文章利用2010-2019年上海虹桥机场地面风场逐时观测数据，统计了不同季节各风向段出现频率日变化特征，结果表明：虹桥机场东风（80°-110°）、东南风（120°-150°）日变化规律显著；各季节东南风频率曲线呈准正弦波型，春夏季日较差、极大值高于秋冬季；东风日变化规律季节性变化比弱于东南方，夏秋季东风日变化强于冬春季节。东南风与东风频率极大值、极小值出现时间四季基本相同。造成风向日变化的原因是因为上海地区存在南支海风环流和东支海风环流，两支环流均可能影响虹桥机场，最可能影响时间为15：00-19：00和14：00-18：00，各季节略有差异。
关键词：上海虹桥机场；风向日变化；海风环流
中图分类号:V321.225文献标志码:A文章编号:2095-2945(2021)01-0065-05
Abstract:Bad on the hourly obrvation data of surface wind field in Shanghai Hongqiao Airport from2010to2019, the diurnal variation characteristics of wind frequency in different asons are calculated.The results show that the diurnal variation of easterly wind（80°-110°）and southeasterly wind（120°-150°）in Hongqiao Airport is significant,the frequency curve of southeasterly wind in each ason is quasi-sinusoidal,and the diurnal difference and maximum in spring and summer is higher than that in autumn and winter.The diurnal variation of easterly wind is weaker than that of southeast,and the diurnal variation of easterly wind in summer and autumn is stronger than that in winter and spring.The occurrence time of the maximum and minimum frequency of southeasterly wind and easterly wind is basically the same in four asons.The reason for the diurnal variation of wind direction is that there are a breeze circulation in the south branch and a breeze circulation in the east branch in Shanghai area,both of which may affect Hongqiao Airport,and the most likely the times are15:00-19: 00and14:00-18:00,which vary slightly from ason to ason.
Keywords:Shanghai Hongqiao Airport;diurnal variation of wind direction;a breeze circulation
作者简介：房云龙（1981-），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：短临预报和气候统计分析。
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何礼等[22]使用上海浦东机场小时地面气象观测等数据，
给出海陆风的判别依据，结果表明，上海地区海风通常开始于日出后，于当地时间09：00时（北京时，下同）前后登陆的海风最多，随着海风登陆，沿海地区形成海陆风环流系统，并逐渐深入内陆。
好书推荐理由及内容目前研究主要集中在上海市区风向日变化的成因及对污染无扩散的影响，对上海虹桥风向日变化特征及成因的研究较少，本文采用2010年1月1日至2019年12月31日虹桥机场逐时风场资料，研究风向日变化特征，并对其出现原因做初步探讨。
2风向日变化特征2.1风向段选取依据
载重量在对不同风向进行风向出现频率分析发现，按40°对风向进行分段最能体现不同风向段的日变化特征，因此本文将所有风向按40°分段，根据不同季节统计风向出现频率日较差，经计算发现，东风（80°-110°）、东南风（120°-150°）两个风向段对于四个季节均表现出比较显著的日变化特征，其他风向段日变化规律相对较弱。因此本文选取东南风和东风两个风向段分析虹桥机场风向日变化特点。
2.2虹桥机场风向日变化特征
图1为东南风（a ）和东风（b ）出现频率日变化分布曲线。如图1（a ）所示，东南风在春夏季和秋冬季呈现出明显的差异。春夏季东南风日变化规律显著，频率日
较差分
图1虹桥机场东南风120°-150°（a ）和东风80°-110°（b ）出现频率日变化 日较差 极大值 出现时间 极小值 出现时间 春季 19.2 39.7 22:00 20.5 13:00 夏季 23.3 44.5 22:00 21.2 11:00 秋季 8.0 17.1 22:00 9.1 06:00 冬季 4.5
13.5
21:00
9.0
13:00
表1虹桥机场各季节东南风风向段频率日较差、极值及出现时间（%、%、时）表2虹桥机场各季节东风风向段频率日较差、极值及出现时间（%、%、时）
日较差 极大值 出现时间 极小值 出现时间 春季 5.5
14.7 19:00 9.3 11:00 夏季 7.8 19.7 19:00 11.9 10:00 秋季 9.0 17.6 19:00 8.6 5:00 冬季
凝望的意思
5.8
11.8
20:00
6.0
5:00
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釜山面积
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图3虹桥机场东南风、东风频率变率日变化图2上海地区南支和东支海风示意图
别为19.2%和23.3%，日变化曲线为呈准正弦波型，春夏季波峰分别为39.7%和44.5%，均出现于22：00；波谷分别为20.5%和21.2%，出现于13：00和11：00，春季比夏季偏晚2小时（表1）。
秋冬季东南风日较差为8.0%和4.5%，频率极大值分别17.1%和13.5%，日较差和频率极大值均显著低于春夏季。秋冬季东南风频率曲线依然呈现出一定的日变化特征，虽整体偏弱，但极值出现时间与春夏季基本一致。
东风（80°-110°）的日变化规律如图1（b）及表2所
示，与东南风相比，东风出现频率和季节性变化均显著低于东南风。日变化特征夏秋季比冬春季略强，日较差秋季最大（9.0%），冬季最低（5.0%）。东风频率夏秋季极大值
17~20%，春夏季为11~15%。日变化曲线在四季均呈现准正弦波型，位相基本一致，波峰出现在19：00-20：00，波谷一般出现清晨至上午。
3风向日变化成因分析
理论研究和实际观测已经证实，对于非均一下垫面（例如山地或沿海），地面风向日变化受地形热力状况影响显著[23]，在沿海地区，海陆风是造成地面风向日变化的
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主要原因[24-26]。上海地区东临东海，西临太湖，南北分别为长江口和杭州湾，海陆温差明显。同时作为超大城市，城市热岛效应十分显著，进一步加剧了上海沿岸海陆温度梯度。有研究指出，上海沿岸在白天存在着两支海风环流，一支为从长江口登陆的东支海风环流，另一支为从杭州湾登陆的南支海风环流[19-22]。由于长江入海口面积较小，使得东支海风方向主要为东风，一般上午开始影响上海浦东沿岸，午后至傍晚达到最强，之后减弱消失；南支海风方向为东南风，一般于中午开始影响上海南汇、奉贤一带，并逐渐向西北深入上海其他地区（图2）。根据前文分析，虹桥机场东南风和东风在四个季节均呈现不同程度的日变化规律，因此两支海风环流均可以在一定条件下影响虹桥机场。
为研究东支环流和南支环流最可能影响虹桥机场的时间，分析风向频率变率的日变化特征。如图3（a ）所示，15：00-19：00，东南风频率变率均明显高于其它时间，表明这段时间东南风频率增加最集中时段，即南支环流最可能影响虹桥机场的时间，各季节南支环流影响时间略有不同。春夏季频率变率高于秋冬季，表明春夏季南支环流比秋冬季更可能影响虹桥机场。同理，东支环流于下午14：00-18：00最可能影响虹桥机场，与南支环流相比，东支环
流影响机场时间的季节性变化特征不如南支环流明显。
4结论
本文利用2010-2019年上海虹桥机场地面风场逐时观测数据，统计了不同季节各风向段出现频率日变化特征，得出如下结论。
（1）虹桥机场东风（80°-110°）、东南风（120°-150°）日变化规律显著。
（2）各季节东南风频率曲线呈准正弦波型，春夏季日较差、极大值均高于秋冬季，频率极大值、极小值出现时间四季基本相同。
（3）东风日变化规律季节性变化比弱于东南方，夏秋季东风日变化强于冬春季节，频率极大值、极小值出现时间四季基本相同。
（4）南支海风环流和东支海风环流均可能影响虹桥
机场，最可能影响时间为15：00-19：00和14：00-18：00，各季节略有差异。参考文献:
[1]黄仪方，朱志愚.航空气象[M].成都：西南交通大学出版社，2008.
[2]陈猛.机场地面风和大风的特征分析及其对飞行的影响[J].气象水文海洋仪器，2011，28（04）：44-46+52.
[3]冯树祥.云、能见度以及风三种气象要素对飞行活动的影响分析[J].科技资讯，2013（24）：224.[4]莫玉兰.拉萨机场风场特征分析[J].四川气象，2007，27（S1）：86-88.
[5]高兵.大理机场冬春季风场模式初探[J].高原山地气象研究，2007，27（S1）：79-80.
[6]申辉，
七星茶何慧根，郝丽.四川新津机场地面风场的特征分析[J].高原气象，2011，30（02）：545-551.
[7]王钦，
曾波.广汉机场春季地面风的变化特征及其对飞行训练的影响[J].高原山地气象研究，2017，37（2）：
38-39.[8]代冰冰，王杰，孙亚林.丽江机场地面风场特征及气象保障分析[J].高原山地气象研究，2016，36（01）：86-90.[9]蒋兴文，李跃清，黄仪方.九寨黄龙机场近地面大风浅析[J].高原山地气象研究，2012，32（1）：32.
[10]徐海，邹捍，李鹏.林芝机场地面强风的统计特征及其对飞行安全的影响[J].高原气象，2014，33（4）：907-915.[11]毕波，赵建伟，杨航.大理机场风特征分析及对飞行的影响[J].中低纬山地气象，2019，43（1）：53-54.
[12]徐海，陈永勤，李跃春.林芝机场低空风的垂直切变特征及其对飞行安全的影响[J].高原山地气象研究，2015，35（3）：45-49.[13]任远际，陈静，
龚杰昌.林芝机场风场特征及对飞机起降的影响[J].科技视界，2012（27）：41-43.
[14]沈宏彬，赵润华，张潇，等.西南地区低空风切变事件分析[J].高原山地气象研究，2013，33（3）：38-39.
[15]张旭.浅谈复杂天气条件下的空中交通管制指挥方法[J].科技创新与应用，2016（10）：296.[16]刘潇潇.浅析危险天气条件下的管制指挥[J].中国科技纵横，2013（10）：210.一问一答
[17]宋庆.丽江机场风切变情况下的管制工作[J].中小企业管理与科技，2014（6）：201-202.
[18]李维亮，刘洪利，周秀骥.长江三角洲城市热岛与太湖对局地环流影响的分析研究[J].中国科学（D 辑：地球科学），2003（02）：97-104.
[19]胡艳，李青青.上海地区海陆风系统对局地环流的影响[A].中国气象学会.第27届中国气象学会年会城市气象，让生活更美好分会场论文集[C].中国气象学会：中国气象学会，2010：9.[20]顾问，张晶，谈建国，等.上海夏季海风锋及其触发对流的时空分布和环流背景分析[J].热带气象学报，2017，33（5）：644-653.
[21]张赟程，王晓峰，张蕾，等.海风与热岛耦合对上海强对流天气影响的数值模拟[J].高原气象，2017，36（3）：705-717.[22]何礼，束炯，
钟方潜，等.上海海陆风特征及其对臭氧浓度(下转72页)
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科技创新与应用
Technology Innovation and Application
研究视界
的影响[J].环境监测管理与技术，2019，31（3）：17-21.
[23]盛裴轩，毛节泰，李建国，等.大气物理学（第2版）[M].北京：北京大学出版社，2013：284-289.dna粗提取
[24]Dai A ，Der C.Diurnal and midiurnal variations in
global surface wind and divergence fields [J].J Geophys Res ，
1999，104（D24）：31109-31125.
[25]Yu R ，Li J ，Chen H M.Diurnal variation of surface wind overcentral eastern China[J].Climate Dyn ，2009，33（78）：1089-1097.
[26]房云龙，郑标，赵铁成，等.青岛流亭机场海风特征分析及对飞行的影响[J].海洋气象学报，2018，38（4）：115-121.
各节点电压与不补偿时的数值非常接近；中部补偿降压效果较好，补偿后电压有明显下降；末端补偿效果最好，电压降幅最大。仿真计算可得，线路首端补偿时有功线损
0.015MW （15kW ），中间补偿线损0.013MW （13kW ），末端补偿线损0.036MW （36kW ），以中间补偿线损最小，差不多仅是末端补偿的三分之一，原因是线路中间补偿时无功在线路上的流动最少。
图7电缆线路首、中、末端节点补偿电压对比图综上分析，综合降压和降损的综合效果来看，电缆线路的中间节点补偿是感性无功补偿的最优方案。
5结论与建议
总结上述仿真情况，可得以下结论：
（1）电缆线路轻载时会出现无功倒送和电压越上限现象。
（2）电缆线路的首、中和末端节点的感性无功补偿，虽均能使区域无功达到平衡，但就补偿点之后的各节点电压来说，首端补偿降压作用微弱，中间补偿明显，末端补偿最好。
（3）相较于电缆线路的首、末端感性无功补偿，中间节点的无功补偿有功线损最小。
为此建议：
（1）电缆线路的感性无功补偿，应以中间节点补偿为首选方案。
（2）规划电缆线路时，在做好容性无功补偿的同时也要做好感性无功补偿的规划。
（3）感性无功补偿本质是在电网上增加了感性负载，
如果采用集中补偿的方式必然会使电网增加有功损耗。考虑到损耗的原因，集中补偿方式不适用于感性无功补
偿。参考文献:
[1]杨继超，李文升，韩颖，等.电缆线路对城市配网变电站无功影响研究[J].电力系统保护与控制，2016，44（16）：143-148.[2]黄镔，许婧，程旻，等.220kV 及以下电网感性无功补偿容量初探[J].电网技术，2009，33（19）：148-151.
鲢鱼的钓法
[3]张勇军，刘瀚林，朱心铭.地区电网感性无功补偿优化配置方法[J].电网技术，2011，35（11）：141-145.[4]贺旭.2018年春节期间宁波电网无功电压运行评估报告[R].宁波：宁波电力调控中心，2018.
[5]赵璞，
蔡轼，董丹煌，等.轻负荷时期高压电缆充电功率对电网无功平衡的影响分析[J].浙江电力，2013，32（2）：20-22.[6]严倚天，
赵志刚，严浩军.中压配电网消弧线圈分布式补偿的仿真研究[J].浙江电力，2018，37（3）：42-47.
[7]严浩军，豆书亮，张洁，等.220kV 变电站出线上改下工程无功补偿的仿真研究[J].电力电容器与无功补偿，2017，38（6）：97-101.
[8]黄留欣，黄磊，赵颖煜，等.电力系统容性无功及补偿[J].电力电容器与无功补偿，2013（03）：1-5.
[9]王旭强，刘广一，曾沅，等.分布式电源接入下配电网电压无功控制效果分析[J].电力系统保护与控制，2014，42（01）：47-
53.
[10]张锁魁.无功补偿对风电系统电压稳定和功率损耗的影响
分析[J].电力电容器与无功补偿，2014，35（5）：21-24.[11]郭鹏超，杨秀，张美霞，等.分布式光伏接入配电网对电压分布的影响[J].电源技术，2016，40（8）：1660-1664.
[12]GB/T29319-2012.光伏发电接入配电网技术规定[S].[13]GB/Z19964-2005.光伏发电站接入电力系统技术规定[S].
[14]GB/T19939-2005.光伏系统并网技术要求[S].[15]Q/CSG2004-2005.电力系统电压质量和无功电力管理规定[S].
[16]Q/GDW392-2009.风电场接入电网技术规定[S].[17]陈芳，张利，韩学山，等.配电网线损概率评估及应用[J].电力系统保护与控制，2014（13）：39-44.
[18]何艺，
陈俊.基于GMDH 算法的配电网线损数据预处理研究[J].电力系统保护与控制，
2015，43（9）：
42-46.
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