楊鳳婷，張　媛

(民航貴州空管分局，貴州 貴陽(yáng)　550012)

1　引言

昆明準(zhǔn)靜止鋒又稱云貴準(zhǔn)靜止鋒，是影響云貴地區(qū)的一種重要的天氣系統(tǒng)，通常位于四川宜賓、貴州興仁至云南廣南一帶[1]，是由變性的極地大陸氣團(tuán)與西南暖濕氣流相遇并受到云貴高原地形的阻滯而形成。由于云貴準(zhǔn)靜止鋒獨(dú)特的形成機(jī)理，使得鋒面坡度很小且覆蓋面較廣，鋒面兩側(cè)的氣象要素存在明顯的不連續(xù)[2]，天氣特點(diǎn)相差很大，鋒前天氣晴好，鋒區(qū)較少對(duì)流，鋒后常降水，并伴隨低溫凝凍等重大天氣發(fā)生[3]。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)云貴準(zhǔn)靜止鋒及其影響下的天氣類型等均有較深入的探討，樊平[4]在1956年首次提出云貴準(zhǔn)靜止鋒；王曼等[5]利用MM5中尺度數(shù)值模擬地形對(duì)準(zhǔn)靜止鋒的影響，表明地形阻擋和特定天氣系統(tǒng)的配置構(gòu)成準(zhǔn)靜止鋒形成和維持的必要條件；楊貴名等[6]指出，2008年初低溫雨雪冰凍期間，冷暖氣團(tuán)長(zhǎng)期對(duì)峙是“低溫雨雪冰凍”天氣維持的主要原因；李英等[7-8]對(duì)云貴準(zhǔn)靜止鋒造成云南地區(qū)寒潮、風(fēng)雹的天氣過(guò)程進(jìn)行了診斷分析；楊靜[9]等、徐海等[10]通過(guò)對(duì)準(zhǔn)靜止鋒影響下的鋒面霧個(gè)例探討，分析鋒面霧形成的環(huán)流、要素配合特征。

貴州每年11月—次年4月受云貴準(zhǔn)靜止鋒的影響較大，常常有鋒面霧出現(xiàn)，且具有影響時(shí)間長(zhǎng)、濃度大、消散慢的特點(diǎn)，對(duì)航空飛行運(yùn)輸正常性影響顯著。本文主要分析2016年11月17日貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)的一次準(zhǔn)靜止鋒影響下的大霧天氣，探討環(huán)流背景、氣象要素特征等，以期為云貴準(zhǔn)靜止鋒的分析和預(yù)報(bào)提供一定的參考，為鋒面霧天氣下貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)的預(yù)報(bào)、預(yù)警技術(shù)提供一些思路。

2　過(guò)程簡(jiǎn)介及資料與方法

貴陽(yáng)龍洞堡機(jī)場(chǎng)(26.53°N，106.80°E)地處貴陽(yáng)市東郊，海拔高度1 138.9 m。2016年11月17日06—10時(shí)(北京時(shí)，下同)，貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)鋒面霧天氣，最低能見度200 m，造成79個(gè)航班延誤，4個(gè)航班備降。此次過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)飛行的影響較大。

文章利用地面觀測(cè)站數(shù)據(jù)、常規(guī)氣象資料、貴陽(yáng)探空站資料，通過(guò)天氣學(xué)分析和物理量診斷方法，從鋒面霧天氣實(shí)況演變過(guò)程、環(huán)流形勢(shì)、物理量條件等方面，探討本次過(guò)程的特征和成因。

3　環(huán)流背景

從2016年11月16日20時(shí)—17日20時(shí)的環(huán)流形勢(shì)綜合圖(圖1)可以看出，大霧發(fā)生前，500 hPa在川黔渝交界處存在一高原槽，貴州位于槽前，至17日08時(shí)大霧發(fā)生期間，高原槽稍有西退，到了17日夜間槽再次東移南壓影響到貴州西北部。而在過(guò)程前與過(guò)程中，位于四川東部的700 hPa槽東南移進(jìn)入貴州北部，在移動(dòng)過(guò)程中逐漸減弱，至17日20時(shí)已消散，低空西南暖濕急流帶持續(xù)維持在云南中部經(jīng)貴州至我國(guó)華中、華東一帶。850 hPa位于貴州西北部邊緣的切變線先東進(jìn)至貴州北部，進(jìn)而西退至川渝交界。地面靜止鋒由貴州中部附近擺動(dòng)至貴州西北部。綜上，貴州處于高原槽前強(qiáng)盛的西南氣流之中，槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣入侵貴州，低空西南急流則帶來(lái)源源不斷的暖濕氣流，使得冷暖空氣在貴州中部一帶匯合，冷暖空氣勢(shì)力相當(dāng)，并受到云貴高原特殊地形的影響，二者相互對(duì)峙，為靜止鋒的建立及維持提供有利條件。隨著500 hPa槽的西退及700 hPa槽的減弱消散，加之850 hPa切變北撤西退，冷空氣的注入開始減弱，使得夜間至早晨地面有弱冷空氣入侵，致使夜間靜止鋒在貴州中部維持較長(zhǎng)時(shí)間。靜止鋒附近的弱降水不斷，也造成了近地面空氣濕度大，空氣接近飽和，進(jìn)而形成鋒面霧。850～500 hPa較一致的西南氣流和低空急流的維持有利于白天地面昆明熱低壓的發(fā)展，白天暖勢(shì)力發(fā)展后將靜止鋒北推至貴州東北部，霧開始逐漸消散。

槽前西南暖濕氣流、低空西南急流、高空槽與低空切變線的減弱或西退導(dǎo)致弱冷空氣的加入、準(zhǔn)靜止鋒的擺動(dòng)共同造成了此次鋒面霧過(guò)程。

圖1　2016年11月16日20時(shí)、17日08時(shí)、20時(shí)環(huán)流形勢(shì)綜合圖(曲線為高空天氣系統(tǒng)，細(xì)箭頭為冷暖氣流，粗箭頭為低空急流軸，點(diǎn)線為850 hPa溫度平流0線(單位：℃/h))Fig.1　Atmosphere circulation at 20∶00 on 16、08∶00 and 20∶00 on 17 November 2016(Curve: weather system, fine arrows: cold and warm air, thick arrows: low-level jet shaft, dotted line: 0 ℃ line of 850 hPa temperature advection. Unit: ℃/h)

4　物理量診斷分析

4.1　溫度條件

冷暖空氣的對(duì)峙而形成的準(zhǔn)靜止鋒，使得鋒面兩側(cè)的氣溫存在明顯差異。圖2給出了溫度沿26.53°N垂直剖面分布。從溫度場(chǎng)來(lái)看，地形對(duì)氣流的抬升作用使近地層的等溫線走向與地形走向基本一致。鋒面霧發(fā)生前與發(fā)生時(shí)，0 ℃線最低位于600～700 hPa之間， 500 hPa以下至850 hPa附近在105°E以東地區(qū)有較寬廣的等溫線漏斗區(qū)，漏斗口隨高度向東傾斜，表明中低層有冷平流的鍥入。隨著靜止鋒北抬，大霧消散后，等溫線漏斗區(qū)變得不明顯，而是隨高度升高等溫線逐漸變平緩，中低層氣溫回升，表明鋒后冷氣團(tuán)已經(jīng)顯著變性。

等溫線漏斗口的形成表明，高空有冷平流鍥入到被高原地形阻擋抬升后的近地面冷氣團(tuán)，使靜止鋒有了得以維持的條件，出現(xiàn)時(shí)間較長(zhǎng)的大霧天氣。等溫線漏斗口大約位于500 hPa附近，即冷氣團(tuán)盡管被地形抬升，準(zhǔn)靜止鋒仍然是較淺薄的天氣系統(tǒng)。隨著冷平流的減緩加入，等溫線漏斗口逐漸消失，使得靜止鋒減弱向北收縮，貴陽(yáng)區(qū)域出現(xiàn)的大霧天氣結(jié)束。

圖2　溫度沿26.53°N的垂直剖面(單位：℃)(a)11月16日20時(shí)、(b)11月17日08時(shí)、(c)11月17日20時(shí)Fig.2　Temperature of vertical cross-section distribution along 26.53°N. Unit: ℃(a)20∶00 on 16 November,(b)08∶00 on 17 November,(c) 20∶00 on 17 November

4.2　水汽條件

霧是近地層水汽的凝結(jié)產(chǎn)物，水汽含量充足是其形成與發(fā)展不可缺少的重要條件。圖3是大霧發(fā)生前后貴陽(yáng)站溫度、露點(diǎn)及溫度露點(diǎn)差的變化。從時(shí)間演變上看，自16日夜間起，溫度、露點(diǎn)折線開始重合，且鋒面霧的持續(xù)階段溫度露點(diǎn)差一直維持在0 ℃，近地面水汽飽和，17日09時(shí)之后，溫度、露點(diǎn)折線逐漸分開，10時(shí)之后溫度露點(diǎn)差大于4 ℃，近地面空氣濕度降低，能見度開始大幅度好轉(zhuǎn)。近地面空氣濕度大、水汽充足、維持時(shí)間長(zhǎng)，是大霧得以維持的條件之一。

圖3　2016年11月16—17日溫度、露點(diǎn)、溫度露點(diǎn)差折線(單位：℃))Fig.3　Broken lines of temperature, dew point and temperature dew point difference from 16 to 17 November 2016. Unit: ℃

從比濕的垂直分布(圖4)可以發(fā)現(xiàn)，比濕隨著高度的升高而降低，且由于低空急流對(duì)水汽的輸送，800～700 hPa之間是等比濕線密集區(qū)，低層水汽含量充足，為霧的形成奠定一定的水汽條件，700 hPa以上濕度遞減較快，等比濕線明顯變得稀疏，至400 hPa附近已變?yōu)榱阒担砻鞲邔虞^干。鋒面霧發(fā)生前，貴陽(yáng)上空比濕最大值為11 g/kg，大霧發(fā)生時(shí)，比濕最大值含量增加到12 g/kg，大霧消散后，比濕最大值降低至10 g/kg左右。低層充足的水汽是出現(xiàn)大霧天氣的重要條件之一，比濕值的變化也直觀展現(xiàn)了鋒面霧發(fā)生前后水汽含量的改變，說(shuō)明近地層中水汽含量的變化是霧形成、消散的重要原因。等濕度線與地面呈一定角度交角，在低層表現(xiàn)出濕度鋒的特點(diǎn)，靜止鋒在低層表現(xiàn)出了濕度鋒的特性。

圖4　比濕沿26.53°N的垂直剖面(單位：g/kg)(a)11月16日20時(shí)、(b)11月17日08時(shí)、(c)11月17日20時(shí)Fig. 4　Specific humidity of vertical cross-section distribution along 26.53°N. Unit:g/kg (a)20∶00 on 16 November,(b)08∶00 on 17 November,(c) 20∶00 on 17 November

分析鋒面霧發(fā)生前的水汽通量及水汽通量散度(圖略)，貴州區(qū)域受到來(lái)自南海的水汽輸送影響，并且水汽在低層于貴州中西部匯集，在中層于貴州中北部輻散，即此次鋒面霧所需的水汽主要來(lái)源于南海。具體從大霧期間水汽通量、水汽通量散度的各層次分布(圖5)來(lái)看，貴州區(qū)域內(nèi)的水汽通量在850 hPa呈西南—東北向，在700 hPa呈自西向東向，最大值為5 g/(cm· hPa·s)，來(lái)自南海的水汽供給使得鋒面霧能維持較長(zhǎng)時(shí)間。850 hPa水汽通量散度貴陽(yáng)正處于弱輻合區(qū)，輻合中心位于四川重慶交界，中心強(qiáng)度-1 g/(cm2· hPa·s)，700 hPa上水汽通量散度是一個(gè)弱的輻散中心，中心位于四川東部，中心最大值為0.8 g/(cm2· hPa·s)。這種水汽在低層輻合而在700 hPa上有輻散，有利于近地層的水汽輻合聚集，配合相應(yīng)的垂直運(yùn)動(dòng)，有利于水汽維持到一定高度而形成霧。

圖5　2016年11月17日08時(shí)水汽通量(箭頭，單位：g/(cm· hPa·s))、水汽通量散度(曲線，單位：g/(cm2· hPa·s))分布(a)850 hPa,(b)700 hPaFig. 5　The distribution of vapor flux (arrow, unit: g/(cm· hPa·s)) and moisture flux divergence (curve, unit: g/(cm2· hPa·s)) at 08∶00 on 17 November 2016(a)850 hPa,(b)700 hPa

4.3　風(fēng)場(chǎng)條件

大霧發(fā)生時(shí)，近地面風(fēng)速通常較小，地面弱風(fēng)條件有利于空氣中的水汽在原地滯留，也使水汽垂直輸送到達(dá)一定高度，有利于形成一定厚度的霧。從地面觀測(cè)的風(fēng)速(圖6)來(lái)看，大霧開始時(shí)，風(fēng)速較為迅速的下降，大霧期間，風(fēng)速在1～2 m/s之間，風(fēng)力較小。大霧逐漸消散時(shí)，風(fēng)開始轉(zhuǎn)為風(fēng)速較大的偏南風(fēng)，表明暖空氣勢(shì)力加強(qiáng)，靜止鋒繼續(xù)北抬。大霧期間，風(fēng)速均小于3 m/s，這種近地層的微風(fēng)能將水汽垂直輸送到一定的高度，有利于鋒面霧的形成和維持。風(fēng)速的增大，湍流混合作用增強(qiáng)，水汽上傳，熱量下遞，有利于近地層霧滴的蒸發(fā)，從而能見度和云高迅速好轉(zhuǎn)。靜止鋒的繼續(xù)北抬，使得貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)形成鋒面霧的形勢(shì)逐漸破壞，大霧開始消散。

圖6　2016年11月16—17日風(fēng)速折線(單位：m/s)Fig. 6　Wind speed line from 16 to 17 November 2016. Unit: m/s

4.4　動(dòng)力條件

分析垂直速度剖面，大霧形成前(圖7a)，貴陽(yáng)從地面—600 hPa附近、400—300 hPa為垂直速度負(fù)值區(qū)，中心分別位于800 hPa及350 hPa，中心最大值達(dá)-0.8 Pa/s，弱的上升運(yùn)動(dòng)配合低層水汽的輻合，有利于將水汽輸送到一定高度，為霧的形成提供了前期的水汽條件。到大霧期間(圖7b)，貴陽(yáng)上空整層已經(jīng)變成下沉運(yùn)動(dòng)，中心位于600 hPa附近，最大值達(dá)1.6 Pa/s，從形成霧的動(dòng)力條件看，弱下沉運(yùn)動(dòng)，有利于穩(wěn)定層結(jié)的維持，不利于水汽的擴(kuò)散，從而凝結(jié)成霧。隨著上升運(yùn)動(dòng)的逐漸加強(qiáng)，500—250 hPa出現(xiàn)了明顯的上升運(yùn)動(dòng)，上升中心最大值位2.0 Pa/s，對(duì)流發(fā)展，霧緩慢消散。

霧前期弱的上升運(yùn)動(dòng)有利于低層的水汽抬升成霧，而大霧發(fā)生時(shí)持續(xù)的下沉運(yùn)動(dòng)有利于穩(wěn)定層結(jié)的維持，使霧能維持較長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)發(fā)生上下層之間的湍流交換后，霧逐漸消散。

4.5　層結(jié)條件分析

選取貴陽(yáng)探空站來(lái)討論鋒面霧發(fā)生過(guò)程中的層結(jié)特征。從T-Lnp圖(圖8)中可知，由于準(zhǔn)靜止鋒穩(wěn)定存在于云貴間，在此次霧的發(fā)生、發(fā)展、消散的整個(gè)過(guò)程中鋒面逆溫一直在貴陽(yáng)上空維持，并與地面輻射降溫相互作用形成了雙層逆溫，逆溫的穩(wěn)定層結(jié)抑制水汽的擴(kuò)散。溫度廓線顯示，在過(guò)程前和過(guò)程后，逆溫層主要位于中低層800～600 hPa之間，且較為淺薄，梯度均較小，而在大霧時(shí)段，隨著溫度的升高，第二層逆溫層被破壞，貴陽(yáng)上空變?yōu)閱螌幽鏈兀叨任挥?00 hPa附近，淺薄的近地面單層逆溫層有利于霧的維持而不會(huì)抬升過(guò)高而變?yōu)樵?。從濕層特征?lái)看，高濕區(qū)均位于第一層逆溫層以下，在700 hPa以上空氣變得干燥，在過(guò)程前和過(guò)程后，濕度較大部分主要集中于第一層逆溫層底部高度，而在大霧時(shí)段，從地面至第二層逆溫層底部，都保持著高濕狀態(tài)。另外，在過(guò)程前后，抬升凝結(jié)高度(LCL)在2 km附近，而在過(guò)程期間，抬升凝結(jié)高度降低至1 km左右。各層的風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng)或西南風(fēng)。

圖7　垂直速度沿26.53°N的垂直剖面(單位：Pa/s)(a)11月16日20時(shí)、(b)11月17日08時(shí)、(c)11月17日20時(shí)Fig. 7　Vertical velocity of vertical cross-section distribution along 26.53°N. Unit: Pa/s(a)20∶00 on 16 November,(b)08∶00 on 17 November,(c) 20∶00 on 17 November

上述分析可見，不僅在單層逆溫狀態(tài)下，雙層逆溫情況下也可出現(xiàn)大霧天氣。逆溫層的存在， 低層大氣的垂直運(yùn)動(dòng)減弱，抑制了水汽的向上擴(kuò)散，有利于大量水滴聚積于逆溫層下，使得近地層保持充足的水汽，為大霧天氣和低云的形成提供條件。較低的鋒面逆溫層也使得低層水汽更易達(dá)到飽和，抬升凝結(jié)高度降低，空氣中大量的水汽很容易上升到抬升凝結(jié)高度，從而形成雨霧。偏南風(fēng)的出現(xiàn)，表明冷氣團(tuán)勢(shì)力較弱，造成冷暖氣團(tuán)對(duì)峙，有助于靜止鋒的維持。此外，雙層逆溫層的破壞相較單層需耗費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間，也是造成本次過(guò)程維持時(shí)間長(zhǎng)的原因。

圖8　貴陽(yáng)站探空?qǐng)D(a)11月16日20時(shí)、(b)11月17日08時(shí)、(c)11月17日20時(shí)Fig. 8　T-logP in Guiyang(a)20∶00 on 16 November,(b)0800 on 17 November,(c) 20∶00 on 17 November

5　討論

云貴準(zhǔn)靜止鋒是形成此次貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)大霧天氣的主要原因，分析鋒面霧的基本特征，得到如下結(jié)論：

①此次鋒面霧持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)航班影響較大。高空槽前強(qiáng)盛的西南暖濕氣流、低空西南急流與高空系統(tǒng)減弱西退導(dǎo)致的弱冷空氣加入、準(zhǔn)靜止鋒的擺動(dòng)是此次鋒面霧生成的關(guān)鍵系統(tǒng)。

②受到準(zhǔn)靜止鋒的影響，近地面水汽含量高，來(lái)自南海的水汽為此次過(guò)程的水汽源。風(fēng)速較小，弱風(fēng)條件有利于空氣中的水汽在原地滯留，也使水汽垂直輸送到達(dá)一定高度，有利于鋒面霧的形成和維持。過(guò)程前大氣弱的上升運(yùn)動(dòng)與過(guò)程中弱下沉運(yùn)動(dòng)為形成鋒面霧的動(dòng)力條件。過(guò)程前雙層逆溫層的形成使得大氣層結(jié)穩(wěn)定，有利于大霧天氣的產(chǎn)生，過(guò)程中單層逆溫的出現(xiàn)有利于霧的維持。同時(shí)雙層逆溫較難破壞也使得靜止鋒能長(zhǎng)時(shí)間維持。

③隨著鋒面北抬減弱，氣溫的升高，風(fēng)速的增大，上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，大霧也隨之消散。

本文主要從大尺度環(huán)流背景、形成霧的溫濕條件、風(fēng)場(chǎng)條件、動(dòng)力條件、層結(jié)條件來(lái)分析貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)在云貴準(zhǔn)靜止鋒影響下的大霧天氣，但對(duì)于地形影響的討論還未有深入分析，因此還需要開展更多、更全面的研究工作，有關(guān)鋒面霧的預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)的分析有待更多個(gè)例進(jìn)行總結(jié)。