民航大蓝洞：雷暴与航班延误关联分析

　　民航资源网2018年4月4日消息：自航空业发迹，气象因素始终是影响航班运行的首要因素，其中，雷暴—闪电、大风、冰雹、强降水—是多种恶劣天气的集合体，因此，它的出现对现今的航班运行总会造成严重的影响。分析雷暴天气下航班运行正常性的变化，对于航空公司在该类天气条件下做出正确决策、机场各保障单位提前做好预案等都有积极的意义。

　　北京首都机场作为我国最大、最繁忙的枢纽和门户机场，地处华北，四季分明，夏季是雷暴高发季节；广州白云机场地处华南沿海，常年饱受雷暴天气困扰。此外，两机场吞吐量均位列全国所有机场前列，航班量大，加之空域结构复杂，使得强对流性天气对上述两场影响更加严重。因此本文选择上述两场2016年夏秋航季航班和气象数据作为研究对象，分析雷暴天气与航班离场延误时间之间的关系。

　　1. 雷暴数据统计

　　本文气象数据主要来自机场2016年天气实况报告（METAR）和特殊天气报告（SPECI），筛选其中含有雷暴的报文进行统计。首先对夏秋航季两机场雷暴的发生情况进行统计，得到图1，在该航季中，两机场三月份均未有雷暴发生，故暂不考虑。下面将从雷暴日分布、雷暴持续时间和雷暴开始时间三方面对雷暴的情况进行整体分析。

　　1.1雷暴日分布

　　1.1.1北京

　　数据表明，2016年北京首都机场雷雨季从四月开始，九月结束，发生雷暴的天数为41天，平均月雷暴日数为5.1天。雷暴高发的月份为六月和九月，发生雷暴的天数分别为17天和10天，四月、五月、七月、八月发生雷暴的天数都不超过十天。

　　1.1.2广州

　　2016年夏秋航季中，广州白云机场的雷雨季同样开始于四月，结束于十月，但十月份仅有一个雷暴日。相较于北京，广州发生雷暴的天数明显更多，为77天，平均月雷暴日数为9.6天，雷暴高发的月份为四月、六月和七月，雷暴天数分别为16天、22天和17天，其中六月雷暴日占全月总天数的73%，其余月份发生雷暴的天数均未超过10天。

　　本文将以北京首都机场的41个雷暴日和广州白云机场的77个雷暴日作为分析对象，寻找雷雨天气与航班离场延误时间的关系。

　　图1 2016年夏秋航季北京首都机场和广州白云机场各月雷暴天数

　　1.2雷暴持续时间

　　1.2.1北京

　　2016年夏秋航季北京首都机场雷暴日平均持续时间为2小时32分钟，即152分钟，由图2和表1可知，41天中，大部分发生雷暴天气的日期（26天），雷暴持续时间不超过平均值，持续时间主要集中在1-3小时内，仅有15天雷暴持续时间超过均值。其中，5月12日、6月28日、9月26日雷暴持续时间最长，分别为7小时、8小时、6小时。

　　图2. 2016年夏秋航季北京首都机场雷暴持续时间
　　
　　表1 北京首都机场雷暴持续时间对应日期表

　　1.2.2广州

　　相较于北京，广州白云机场雷暴日平均持续时间较短，仅有2小时13分钟，即133分钟，77天中，雷暴持续时间主要集中在2小时内，共45天，占半数以上，有28天雷暴持续时间超过均值。其中，5月10日、6月10日、6月11日雷暴持续时间最长，分别为8.5小时、8.25小时、11.25小时。就雷暴持续时间而言，广州波动幅度更大。


　　图3. 2016年夏秋航季广州白云机场雷暴持续时间
　　
　　表2. 广州白云机场雷暴持续时间对应日期表


　　1.3雷暴开始时间

　　1.3.1北京

　　由图4和表3可知，2016年夏秋航季，北京首都机场雷暴多于午后3:00之后开始，午后及夜间是雷暴高发时段，共有27天雷暴发生在该时段。此时段为北京首都机场进离场高峰时段，雷暴的发生将对航班运行正常性产生极大的影响。

　　1.3.2广州

　　由图5和表4，相较于北京首都机场，广州雷暴开始时间集中在午后，77天中共有46天（60%）雷暴开始于12:00-18:00时段内。
　　

　　图4. 2016年夏秋航季北京首都机场雷暴开始时间分布
　　
　　表3. 2016年夏秋航季北京首都机场雷暴开始时间对应日期表
　　

　　图5. 2016年夏秋航季广州白云机场雷暴开始时间分布
　　
　　表4. 2016年夏秋航季广州白云机场雷暴开始时间对应日期表




　　2.延误数据统计

　　该部分将对2016夏秋航季北京首都机场和广州白云机场日平均离场延误时间进行宏观描述。

　　2.1整体情况

　　根据图6、图7和表5，2016年夏秋航季北京首都机场日平均离场延误时间整体趋于稳定，平均日均延误时间为23分钟，在暑期运输旺季（6月至8月）日均延误有所加剧，平均日延误时间增长至32分钟；考虑无雷暴发生的平日，平均日均离场延误时间为18分钟，暑运旺季期间为24分钟，最大延误时间为82分钟（7月20日）。日平均延误时间最大值出现在6月28日，长达162分钟，降序依次为6月13日的134分钟、8月12日的131分钟、6月27日的130分钟（6月28日、6月27日以及8月12日的雷暴持续时间均超过4小时），同时上述四天也是该航季内，日平均延误时间均超过120分钟的日期。


　　图7. 2016年夏秋航季广州白云机场日平均离场延误时间分布
　　
　　表5. 2016年夏秋航季北京和广州机场主要延误指标对比表



　　广州白云机场日平均离场延误时间在四月至六月波动较大，后续整体延误水平降低并趋于稳定，全航季平均日延误时间为24分钟，暑运期间略增至28分钟。平日平均日均离场延误时间为15分钟，暑运旺季增至19分钟，最大值为5月5日的64分钟。日平均延误时间极大值出现在4月4日和5月6日，延误时间分别为108分钟和106分钟（4月4日的雷暴持续时间均超过4小时），除以上两天外，该航季内广州日均延误时间没有超过100分钟的日期。纵观航季、平日和暑运三个时期维度，广州白云机场的最大日均延误时间和平均日均延误时间，均低于北京机场。
　　

　　图8. 2016年夏秋航季北京首都机场广州白云机场日平均离场延误时间频次对比

　　按延误时间发生频次统计该航季北京首都机场和广州白云机场的航班延误情况，得图8：航班延误主要集中在10-20分钟（91次），其次是20-30分钟（42次）和小于10分钟（39次）的延误。大于50分钟的延误仅有15次。

　　而广州白云机场方面，日均延误时间同样集中在10-20分钟内，共70次，其次是小于10分钟的延误，共57次，其余时长的延误频次均较少。但值得注意的是，在长时间延误（大于30分钟）频次上，广州白云机场（66次）高于北京机场（45次）。

　　2.2雷暴日情况

　　单独分析发生雷暴时的航班延误情况可发现，北京首都机场雷暴日航班离场延误时间整体较平日有较大增长，平均日均离场延误时间增长至44分钟，暑运期间雷暴日的平均日均延误时间增长至51分钟；广州白云机场雷暴日平均日均离场延误时间为39分钟，暑运期间为38分钟。同时，两机场在该航季，发生离场延误时间最长日期也均为雷暴日，足以说明雷暴是导致航班离场延误加剧的最重要因素之一。

　　比较图9和图10可知，就波动程度来说，北京机场雷暴日的波动较大（标准差37.75），而广州机场则波动较小（标准差21.84）。

　　但并非发生雷暴的日期日均离场延误时间均高于平日，北京机场在该航季雷暴日的41天中，共有8天日均离场延误时间低于平日，其中，最小值出现在5月1日，雷暴开始时间为21:00，且持续时间仅为30分钟，日均延误时间仅为6分钟；而广州机场共有8天低于平日，最小值出现在6月26日，开始时间在15:00，持续时间仅有13分钟，延误时间仅为8分钟。由于METAR和SPECI均为实况气象报告，上述情况的发生亦为正常现象。


　　图9. 2016年夏秋航季北京首都机场雷暴日日平均延误时间分布


　　图10. 2016年夏秋航季广州白云机场雷暴日日平均延误时间分布


　　同样分析雷暴日和非雷暴日航班延误时间发生的频次得到图11（北京首都机场）和图12（广州白云机场），很明显，在雷雨天气下，延误时间超过50分钟的延误发生次数大大上升。

　　对于北京机场，延误大于50分钟的次数达10次，与20-30分钟内的延误发生次数相同，延误时间超过30分钟的次数占比达54%。而对于无雷暴日，延误时间多处于10-20分钟，占比为48%，而大于30分钟的延误仅有23次，占比13%。

　　对于广州机场，延误大于50分钟的次数达18次，超过小于20分钟延误发生次数的总和，超过30分钟的延误频次占比达66%。而平日，延误时间主要集中在小于20分钟的区间内，共110次，占50%。


　　图11. 2016年夏秋航季北京首都机场雷暴日/无雷暴日日平均离场延误时间频次分布


　　图12. 2016年夏秋航季广州白云机场雷暴日/无雷暴日日平均离场延误时间频次分布


　　3. 雷暴-延误时间分析

　　3.1日均离场延误时间-雷暴持续时间分析

　　根据图13和图14可知，2016年夏秋航季，北京首都机场和广州白云机场日均航班离场延误时间随雷暴持续时间呈上升趋势，长时间的对流行天气在导致离场航班积压的同时，在天气结束后，进场航班数的激增势必会增加机场的流量，因此该趋势十分明显。

　　但是对比图13和图14发现，虽然两图离散型都较大，北京机场航班延误时间随雷暴持续时间上升趋势没有广州机场明显，但就两个极值而言，北京机场最长延误发生在最长雷暴持续时间发生的日期，而广州最长雷暴持续时间日的延误时间却低于平均值。就航空公司而言，考虑自身运力及航班计划，在预见到某机场将发生大规模、长时间雷暴天气的情况下，会根据自身条件取消或调整当日航班，此类运行操作对缓解航班延误将有极大影响。
　　

　　图13. 2016年夏秋航季北京首都机场雷暴持续时间-日均离场延误时间散点图
　　

　　图14. 2016年夏秋航季广州白云机场雷暴持续时间-日均离场延误时间散点图


　　3.2雷暴开始时间-日均离场延误时间分析

　　从图15和图16可知，2016年夏秋航季，对于北京首都机场，发生在早高峰（7:00）前的雷暴，以及发生在午后15:00附近的雷暴，会造成更多高于平均水平的离场延误。上述时段为北京机场进离场高峰时段，此时发生雷暴受影响的航班更多，同时这些航班的积压对后续航班运行的正常性影响也会更大。

　　但对于广州白云机场，由于雷暴多集中于下午时段，该时段发生的雷暴对航班延误造成的影响也更明显，最长时间延误也发生在该时段，总体而言，发生在12:00-16:00之间的雷暴造成了该机场最严重的离场延误。
　　

　　图15. 2016年夏秋航季北京首都机场雷暴开始时间-日均离场延误时间散点图
　　

　　图16. 2016年夏秋航季北京首都机场雷暴开始时间-日均离场延误时间散点图


　　4. 结论

　　通过分析2016年夏秋航季北京首都机场雷暴数据可知，雷暴主要集中在六月和九月，持续时间多为2小时，最长达8小时，多开始于午后和夜间；对于广州白云机场，雷暴则主要集中在四月、六月、七月，持续时间通常小于2小时，最长超过11个小时，开始时间只要集中在下午时段。对比雷暴日和全季航班延误情况可知，雷暴对航班延误时间的延长有显著影响，在雷雨天气下，延误时间超过50分钟的发生次数大大上升，即长时间的雷暴通常会导致更长时间的日均离场延误，而进离场高峰时段发生的雷暴天气导致的航班延误也更恶劣。

　　但仅考虑雷暴持续时间、开始时间，并不足以解释某些特定日期超长的航班离场延误时间，考虑到对流行天气的特性，只有综合考虑雷暴的位置、强度、带来的降水和风切变等因素，以及不同机场进离场程序、繁忙程度、管制负荷和空域结构，才能对航班离港延误做出更准确的预判。

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