薛 晶

民航內(nèi)蒙古空管分局 內(nèi)蒙古 呼和浩特010010

引言

霧是懸浮于近地面氣層中水汽凝結成水滴或冰晶使水平能見度小于1Km 的天氣現(xiàn)象。邊界層的結構對霧的形成有著重要的影響,邊界層各要素之間的相互影響對霧的形成起到了決定性的作用。李子華等發(fā)現(xiàn)逆溫層的存在對水汽累積有重要影響,可以促進霧的形成和發(fā)展。濮梅娟等研究發(fā)現(xiàn)源源不斷的水汽輸送是霧持續(xù)和增強的重要因素。江玉華等分析北京一次平流輻射霧后發(fā)現(xiàn),深厚穩(wěn)定的層結、更大降溫梯度、強勁和持續(xù)的低空暖濕氣流輻合等條件易造成霧的持續(xù)及發(fā)展。本文通過對2020年1月28日至1月31日環(huán)流背景及水汽條件的分析,探討此次連續(xù)發(fā)生的大霧天氣產(chǎn)生的原因。

1 天氣實況

受靜穩(wěn)形勢影響,自2020年1月28日起,呼和浩特白塔國際機場(以下簡稱本場)出現(xiàn)持續(xù)霧霾天氣,能見度在5 Km 以下,自28日中午11:00(北京時,下同),能見度迅速下降至700米,出現(xiàn)凍霧天氣,之后維持在1000米左右;29日凌晨01:00開始能見度降至300米,并持續(xù)凍霧天氣,最低降至150米,11:00之后開始轉好,維持在1-4 Km;30日凌晨,能見度再度下降至800米,最低達200米,11:00后能見度逐漸上升至1-3Km;31日5:00前后,本場再度出現(xiàn)凍霧天氣,能見度100-300米,當日11:00前后轉好至1-2Km,其中29日、30日、31日的凍霧天氣過程均伴有冷凝降雪。整個天氣過程于1日白天在弱冷空氣的影響下結束。從圖1可以看出,除28日白天就出現(xiàn)大霧天氣外,其余幾日大霧天氣均出現(xiàn)在凌晨02時-上午10時前后,能見度均低于500 m。

圖1 2020年1月28日-31日能見度實況

2 大尺度環(huán)流背景

2020年1月28日-31日,500hPa形勢圖上(圖略),本場處于氣旋后部東北氣流控制,有弱槽脊活動,氣旋中心位于華北地區(qū)東部,京津冀一帶;在華北地區(qū)北部形成一條自渤海至河套地區(qū)中部的高速水汽輸送帶,為此次連續(xù)出現(xiàn)的大霧天氣提供了充足的水汽。氣旋緩慢東移南下,31日20時開始500hPa逐漸轉為較強西北氣流控制,至1日白天冷空氣開始影響本場,本場大霧天氣結束;在低層850hPa圖上本場處于弱低壓槽前部,并有弱暖溫度脊配合,低層受暖平流的影響,有利于地面弱冷氣團變性減弱,也有利于低層逆溫層的形成。此次天氣過程持續(xù)期間,低層形勢穩(wěn)定,變化不大,為此次連日大霧天氣的形成提供了較好的層結條件。由地面形勢場可以看到,自28日08時開始,本場北部為大范圍的高壓區(qū),高壓中心位于外蒙北部,隨著冷空氣逐漸緩慢南壓,華北地區(qū)東部處于氣旋后部,水汽隨氣旋后部的東北氣流不斷輸送至河套地區(qū),有利于飽和水汽條件的形成,氣旋東移緩慢,本場處于高低壓過渡區(qū)域內(nèi)的大范圍均壓場中,風場較弱,也是此次天氣過程的形成=的有利條件。直至1日白天,冷高壓前部到達本場,受弱冷空氣的影響,此次天氣過程結束。

3 霧過程的水汽輸送特征

本文采用NCEP1°×1°再分析資料,對此次大霧天氣生消過程中比濕和水汽通量散度的演變情況進行分析。

(1)比濕分析。從2020年1月28日-31日霧過程中925h Pa高度各時刻比濕分布(圖略)。可知1月28日11時,本場開始出現(xiàn)大霧天氣,能見度降至700 m,此時近地面層比濕達到2.7g·kg-1,空中水汽含量充沛,自29日凌晨至31 日早上,本場大霧發(fā)生時,近地面層比濕均在1.2-1.8g·kg-1;31日日出后,霧含水量開始呈減小趨勢,當比濕開始降低至0.9g·kg-1時,能見度開始逐漸好轉,至31日10時后能見度上升至1000 m以上,大霧天氣過程結束。可以看出,此次連續(xù)出現(xiàn)的大霧天氣發(fā)生時近地面層比濕均較高,水汽條件較好,時此次天氣過程持續(xù)時間較長的重要條件,而比濕等于0.9g·kg-1是此次大霧消散的一個閾值,當近地面層比濕降至

0.9 g·kg-1時,本場大霧開始消散,天氣過程結束。

(2)水汽通量散度分析。從2020年1月28-31日霧過程925hPa高度幾個時次的水汽通量散度分布(圖略)?？芍?8日14時,本場所處的河套地區(qū)東北部925hPa水汽通量散度為負值區(qū),中心值為達-4×10-6g·s-1·c m-2·hPa-1,河套地區(qū)中部及河北西北部為明顯的正值區(qū),在本場上空形成明顯的水汽輻合區(qū);大霧天氣持續(xù)期間,低層水汽均呈明顯輻合形勢并逐漸減弱至1日08時前后,河套地區(qū)東北部水汽通量散度達到0×10-6g·s-1·c m-2·h Pa-1,水汽開始呈弱的輻散形勢。對比水汽輻合輻散和霧過程來看,低空水汽輻合對應著霧的形成、霧的發(fā)展以及霧的維持,低空水汽輻散則加快了霧的消亡?？梢钥闯龀掷m(xù)的水汽輻合是此次連續(xù)出現(xiàn)的大霧天氣產(chǎn)生的重要條件。

4 結論

通過對2020年1月28日-31日呼和浩特白塔國際機場發(fā)生的一次連續(xù)出現(xiàn)的大霧天氣的環(huán)流背景進行分析,并結合NCEP再分析資料、物理量場等,研究發(fā)現(xiàn):

(1)這次大霧天氣出現(xiàn)在一個靜穩(wěn)形勢中,邊界層維持一個深厚的穩(wěn)定結構,在霧形成前期利于低層水汽聚集,霧形成后又抑制水汽的擴散,利于霧體的不斷發(fā)展和長時間維持;

(2)大霧天氣維持過程中水汽輻合輻散和霧的發(fā)展有著很好的對應關系。這次霧過程中長時間低層水汽通量散度呈負值,低層輻合利于水汽的不斷聚集,時這次大霧天氣連續(xù)出現(xiàn)的重要條件。霧后期的低空水汽輻散又加快了霧的消亡。