孫少明 張茜 王楠楠 杜安妮

摘 要：對(duì)烏魯木齊市歷年陰?kù)F資料進(jìn)行普查，找出近40年烏魯木齊地區(qū)所出現(xiàn)的典型陰?kù)F天氣的實(shí)例。分析陰?kù)F天氣實(shí)例的日變化特征、形成陰?kù)F的環(huán)流形勢(shì)、單點(diǎn)要素的垂直分布特征，著重分析了若干次典型冬季陰?kù)F天氣的逆溫層的溫度和濕度的垂直結(jié)構(gòu)，對(duì)陰?kù)F天氣學(xué)特征及其產(chǎn)生規(guī)律做出分析，使我們對(duì)烏魯木齊地區(qū)陰?kù)F的形成背景、天氣形勢(shì)、預(yù)報(bào)思路和方法及氣象保障服務(wù)的實(shí)踐方面等有了新的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：烏魯木齊；陰?kù)F；天氣形勢(shì)；特征分析

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0018-02

0 引言

烏魯木齊位于天山北麓，準(zhǔn)葛爾盆地南緣，由于受河谷盆地特殊地形的影響，這種盆地地形使得空氣很難流通，所以對(duì)陰?kù)F的形成給予了得天獨(dú)厚的地形優(yōu)勢(shì)條件。在烏魯木齊偏北地區(qū)地勢(shì)相對(duì)較低，霧氣比較容易積聚在低洼，并且越積越濃。因而在深秋、冬、初春季節(jié)，在特定的天氣形勢(shì)和大氣垂直結(jié)構(gòu)下，烏魯木齊地區(qū)極易形成地方性的陰?kù)F天氣。

1 資料和方法

本文采用烏魯木齊市基本氣象站1970～2010年的地面、探空資料。對(duì)烏魯木齊市歷年陰?kù)F天氣資料進(jìn)行普查，并且根據(jù)本地具體情況確定陰?kù)F天氣的標(biāo)準(zhǔn)：凡是出現(xiàn)霧或者由霧抬升的低云維持半天以上，或者夜間出現(xiàn)的霧維持到第二天的12時(shí)以后，能見(jiàn)度<1km的霧稱之為陰?kù)F。

2 時(shí)間分布特征

在1970年～2010年41年中，烏魯木齊地區(qū)發(fā)生次陰?kù)F的天數(shù)為1705天，其中有1561天的陰?kù)F天氣發(fā)生在冬半年，集中出現(xiàn)在11月至次年3月，其中12月出現(xiàn)的天數(shù)最多為371天，1月份也是陰?kù)F天氣出現(xiàn)的次高峰月，出現(xiàn)了300天。本文統(tǒng)計(jì)分析了由1970年～2010年冬半年的最低氣溫的平均值，烏魯木齊最寒冷的1月份并不是發(fā)生陰?kù)F天氣天數(shù)最多的月份，低溫有利于陰?kù)F的生成，但是溫度過(guò)低則不利于陰?kù)F的生成和維持[1]。

3 個(gè)例分析

3.1 高空形勢(shì)分析

烏魯木齊地區(qū)18日開(kāi)始出現(xiàn)陰?kù)F天氣，16日08時(shí)，在新西伯利亞附近有一個(gè)中心強(qiáng)度為508hpa發(fā)展深厚的低壓大槽，巴爾喀什湖位于該大槽的底部附近，在17日08時(shí)500hpa的形勢(shì)圖看出，該大槽東移且由經(jīng)向型轉(zhuǎn)為緯向型發(fā)展，在貝加爾湖西北部存在一個(gè)低渦，低壓槽強(qiáng)度明顯減弱，烏魯木齊地區(qū)主要受到西北氣流的控制，在700hpa圖貝加爾湖以西有一個(gè)低渦，貝加爾湖至阿爾泰山和塔里木盆地有一個(gè)低壓槽，烏魯木齊地區(qū)位于槽后。17日20時(shí)烏魯木齊近地層的相對(duì)濕度達(dá)到90%以上，相應(yīng)的500hpa和700hpa的相對(duì)濕度也都達(dá)到80%以上，高濕為陰?kù)F天氣提供了良好的水汽條件。18日08時(shí)，500hpa新疆地區(qū)受淺脊控制，本場(chǎng)上空有暖平流，700hpa與500hpa環(huán)流形勢(shì)類似，850hpa塔里木盆地有個(gè)閉合高壓。19日08時(shí)，在500hpa烏魯木齊地區(qū)受到淺脊的影響控制，700hpa新疆地區(qū)均為平直的西風(fēng)氣流，850hpa主要為西南氣流控制，根據(jù)高空形勢(shì)的分析，可以得出這次的天氣形勢(shì)屬于暖脊型天氣形勢(shì)。

3.2 地面形勢(shì)分析

在17日烏魯木齊有鋒面過(guò)境，17日08時(shí)巴爾喀什湖附近存在地面冷高壓，與此同時(shí)在巴湖以南有大范圍的霧區(qū)。18日08時(shí)，地面冷高壓中心移至阿爾泰山東南部，此時(shí)烏魯木齊處于該高壓中心的底部。18日20時(shí)，烏魯木齊處于閉合小低壓中心附近，高壓中心還在北塔山附近，天山一帶為氣壓低值區(qū)，高壓東移，其中心東移五個(gè)經(jīng)度。

3.3 要素分析

3.3.1 層結(jié)條件

根據(jù)兩個(gè)站點(diǎn)的探空資料可知在陰?kù)F發(fā)生時(shí)大氣的低層逆溫提供了一個(gè)穩(wěn)定的層結(jié)條件，同時(shí)逆溫層還為陰?kù)F天氣的形成提供了有利的溫濕環(huán)境。近地面層的中性弱不穩(wěn)定層直接導(dǎo)致了陰?kù)F天氣的產(chǎn)生與維持，近地面中性弱不穩(wěn)定層的存在[2]，能加強(qiáng)近地面層的亂流擾動(dòng)作用，使地表附近的水汽向上輸送，凝結(jié)為霧或者低云。

3.3.2 水汽條件

在這次陰?kù)F天氣的爆發(fā)過(guò)程前17日有一場(chǎng)12cm的降水，因而水汽的主要來(lái)源是鋒面過(guò)境而產(chǎn)生的降雪，再由于地面輻射導(dǎo)致深層地溫上傳，造成雪面升溫升華后空氣中的水汽達(dá)到飽和，地面相對(duì)濕度接近為100%。

3.3.3 溫度要素

根據(jù)資料顯示，這次出現(xiàn)陰?kù)F天氣的過(guò)程中，從17日02時(shí)到21日20時(shí)烏魯木齊地區(qū)地面溫度持續(xù)維持在-2℃～-11℃，在最佳出霧溫度的范圍內(nèi)。

3.3.4 風(fēng)速要素

根據(jù)資料顯示，出霧時(shí)候的風(fēng)速?zèng)]有超過(guò)2m/s的風(fēng)，風(fēng)一般以靜風(fēng)為主，非常有利于陰?kù)F的生成。高空的風(fēng)速一直都不大，因而沒(méi)有足夠的能量下傳到地面，破壞逆溫層，從而為陰?kù)F天氣的穩(wěn)定維持提供了條件。

3.4 陰?kù)F天氣的結(jié)束

此次陰?kù)F天氣結(jié)束時(shí)的天氣形勢(shì)是較強(qiáng)的低壓槽侵入新疆北部，帶來(lái)了新西伯利亞和黑海的強(qiáng)冷空氣，從而破壞了穩(wěn)定的暖脊條件。

4 氣象要素特征統(tǒng)計(jì)分析

4.1 地面氣壓場(chǎng)及高空形勢(shì)場(chǎng)特征

烏魯木齊冬季的陰?kù)F天氣出現(xiàn)前大都存在降水，前期的降水使大氣低層增濕，暖脊控制使中層形成逆溫或逆溫加強(qiáng)，為陰?kù)F天氣的形成提供了有利的天氣條件，新疆大霧天氣屬于天氣系統(tǒng)影響下的高壓霧，強(qiáng)冷空氣的快速東移不利于形成陰?kù)F天氣，只有當(dāng)較弱的冷空氣緩慢移過(guò)北疆或冷空氣移過(guò)北疆后在東疆地區(qū)向東南方向加深時(shí)，才會(huì)造成烏魯木齊地區(qū)持續(xù)性的大范圍的陰?kù)F天氣，新疆大霧天氣的地面形勢(shì)有帶狀高壓、東部高壓和南疆高壓3種類型，此次天氣過(guò)程的地面形勢(shì)屬于帶狀高壓。表1統(tǒng)計(jì)烏魯木齊地區(qū)陰?kù)F日的平均氣壓為920hPa，當(dāng)氣壓為910～925hPa時(shí)出現(xiàn)陰?kù)F的頻率為85%，其中以915～920hPa時(shí)出現(xiàn)陰?kù)F的頻率為38%。氣壓高于930hPa或低于905hPa時(shí)都不利于陰?kù)F的形成。氣壓過(guò)高時(shí)表現(xiàn)為地面受強(qiáng)大的冷高壓控制，此時(shí)是強(qiáng)冷空氣過(guò)境造成氣溫過(guò)低而不利于陰?kù)F的形成，而氣壓過(guò)低則在天氣形勢(shì)上表現(xiàn)為受暖低壓控制，同樣不利于陰?kù)F天氣的形成。

4.2 風(fēng)速特征

由表1可知大約有90%的陰?kù)F天氣出現(xiàn)在風(fēng)速在0～3m/s的條件下，其中靜風(fēng)風(fēng)速下出現(xiàn)陰?kù)F天氣的概率最大，為25%；當(dāng)風(fēng)速大于5m/s時(shí)陰?kù)F天氣的出現(xiàn)概率僅為2%，靜風(fēng)一般出現(xiàn)在大氣近地層濕度條件較好的情況下。當(dāng)近地面濕度條件較好的時(shí)候，適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速將大氣邊界層的水汽輸送到較高層次，起到水汽擴(kuò)散的作用，更有利于陰?kù)F天氣的生成和發(fā)展；如果風(fēng)速過(guò)大，近地層的亂流加強(qiáng)，則不利于陰?kù)F的形成。此外烏魯木齊地區(qū)的風(fēng)力存在明顯的日變化，夜間風(fēng)速比日間風(fēng)速小，這也是夜間至早晨陰?kù)F多與白天的原因之一。

4.3 溫度特征

表1列出了烏魯木齊在不同的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)陰?kù)F天氣的比例。由表1可知在-15℃以下或5℃以上幾乎不出現(xiàn)陰?kù)F天氣，表明氣溫過(guò)高不利于輻射冷卻，冷卻不能達(dá)到水汽的凝結(jié)溫度，從而影響了陰?kù)F天氣的形成；當(dāng)氣溫過(guò)低時(shí)，水汽直接凝結(jié)成水晶，同樣也不利于陰?kù)F的形成。有接近90%的陰?kù)F天氣現(xiàn)象出現(xiàn)在0℃～-15℃的溫度范圍，在-5℃～-10℃溫度范圍最易出現(xiàn)陰?kù)F天氣，而11月至次年3月這一階段的氣溫條件最有利于陰?kù)F天氣的形成。

4.4 近地層層結(jié)特征

圖1相應(yīng)地給出了1995年～2000年各月出現(xiàn)逆溫的頻率，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析烏魯木齊市區(qū)的逆溫年發(fā)生率為80%左右，夏半年逆溫發(fā)生頻率為68%，在冬半年中逆溫的發(fā)生率高達(dá)90%以上。冬半年，逆溫是與烏魯木齊地區(qū)各種天氣現(xiàn)象聯(lián)系最為緊密的一個(gè)要素。冬季11月～2月是烏魯木齊市逆溫的多發(fā)期，因?yàn)檫@段時(shí)間是烏魯木齊集中供暖時(shí)期，烏魯木齊地區(qū)冬季采暖期排放出大量鍋爐煤煙，以及機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、工業(yè)廢氣。烏魯木齊低空大氣逆溫層結(jié)是形成陰?kù)F的重要因素之一，逆溫層的存在對(duì)陰?kù)F天氣的形成和維持起著重要作用，提供了穩(wěn)定層結(jié)和有利的溫濕條件，是形成陰?kù)F天氣必不可少的條件。因?yàn)槟鏈貙拥拇嬖趯?duì)垂直對(duì)流的發(fā)展起到了抑制的作用，近地面的水汽在低空逆溫的抑制下，在烏魯木齊三面環(huán)山的盆地地形的作用下很難向高空或者四周擴(kuò)散，為陰?kù)F天氣的形成提供了非常有利的穩(wěn)定層結(jié)條件，在比41年的典型陰?kù)F實(shí)例發(fā)現(xiàn)，冬季的強(qiáng)逆溫是造成烏魯木齊地區(qū)陰?kù)F天氣的一個(gè)重要因素。研究分析冬季發(fā)生陰?kù)F天氣的強(qiáng)逆溫層的垂直結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)各個(gè)月份的陰?kù)F天氣發(fā)生日數(shù)與逆溫日數(shù)、逆溫層的厚度值、溫差值之間呈正相關(guān)，與逆溫層的底高呈反相關(guān)[3]。當(dāng)逆溫層遭到破壞后，陰?kù)F天氣就消散。

4.5 濕度

近地層的水汽充沛是形成陰?kù)F的必備條件，由表1可知，80%以上的陰?kù)F天氣出現(xiàn)在相對(duì)濕度大于90%的環(huán)境，有接近20%的陰?kù)F天氣出現(xiàn)在相對(duì)濕度為80～90%的情況下，相對(duì)濕度低于80%則出現(xiàn)陰?kù)F天氣的概率很小。另外新疆大多數(shù)的陰?kù)F天氣多出現(xiàn)在秋末隆冬季節(jié)，這一時(shí)期，氣溫較低，地面有穩(wěn)定積雪，冷空氣活動(dòng)頻繁，冷空氣入侵北疆時(shí)帶來(lái)一定的水汽，有時(shí)表現(xiàn)為有降雪，有時(shí)表現(xiàn)為云量的增多，陰?kù)F天氣出現(xiàn)時(shí)地面一般都有積雪，約占90%，而無(wú)積雪時(shí)出現(xiàn)陰?kù)F天氣的概率只占10%，冷空氣過(guò)