滕 林，鄒永成，蔡成瑤，張曉鳳

(1.貴州省松桃苗族自治縣氣象局，貴州 松桃 554100；2.民航西南空管局氣象中心，四川 成都 610202；3.貴州省沿河土家族自治縣氣象局，貴州 沿河 565300；4.貴州省臺江縣氣象局，貴州 臺江 556300)

0 引言

大霧是一種影響飛行安全的重要天氣現(xiàn)象，隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，大霧對人們的生產生活的影響日趨嚴重，因此對大霧的研究也越來越多。目前對我國大霧個例分析、時空分布特征和形成的環(huán)流形勢等方面已有相當多的研究成果[1-5]，形成了中國各地區(qū)大霧的基本概念模型[6]，在大霧預報預警業(yè)務實踐中取得了較好的效果。目前國內對大霧的預報方法有天氣學分析、數(shù)值預報以及統(tǒng)計預報等，天氣學方法的準確性和穩(wěn)定性較差[7]；數(shù)值預報對大霧過程的模擬還存在困難，對機場等定點的大霧預報還存在一些問題，還無法應用于業(yè)務工作[8]；統(tǒng)計預報缺乏對大霧物理過程的描述，預報的準確性和時效性還有待提升[9]。四川盆地冬季具有多霧的特點[10-11]，雙流機場位于四川盆地西部，是西部地區(qū)最繁忙的空港，特殊的盆地地形造成了冬季多大霧的氣候特點，冬季大霧天氣對航班運行產生較大影響，尤其是大霧發(fā)生時段與出港高峰重合，易對后續(xù)航段造成延誤。經過幾代預報員努力，對雙流機場的大霧研究已取得較好的進展，在業(yè)務中也有較好的應用[12-15]。2017年11月26日和12月4日，雙流機場出現(xiàn)了兩次嚴重影響運行的大霧天氣過程，兩次個例具有相當?shù)牡湫托?，其?2月4日過程影響最為嚴重，在當日中午12時，成都機場取消的航班達44個，延誤出港航班數(shù)量185個，執(zhí)行航班僅有115個架次，占全天航班量的13%，所有航班順延5 h，約1.5萬人次旅客滯留，造成較大影響。本文通過對這兩次大霧過程氣象要素變化特征進行研究，旨在增加對影響雙流機場運行的大霧天氣的預警能力。

1 數(shù)據介紹

本文采用了雙流機場自動觀測站的氣溫、濕度、風速風向、氣壓、跑道視程RVR(Runway Visual Range，下同)等常規(guī)數(shù)據，選用的自動觀測站位于雙流機場02號跑道南頭，是雙流機場的主起降端，根據民航部門跑道命名規(guī)則，為R02L(下同)；主導能見度采用雙流機場常規(guī)的人工觀測數(shù)據。采用的位勢高度、高空風場、云分量、邊界層高度、邊界層湍流耗散率等參量均采用ERA-interim再分析資料(下載地址http://apps.ecmwf.int/datasets/)，該資料是歐洲中期天氣預報中心(European Centre of Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的一套時間長度為1979年至今的高分辨率再分析數(shù)據，最大的空間分辨率0.125°×0.125°，時間分辨率為6 h。ERA-interim再分析資料是一套較可靠的再分析資料，其環(huán)流形勢場、氣象要素場及地表要素場資料在中國區(qū)域都有較好的適用性[14-16]。

2 過程概述

2017年11月26日05時(北京時，下同)雙流機場出現(xiàn)大霧天氣，圖1給出了兩次大霧天氣過程的主導能見度和跑道視程，主導能見度最低300 m；09—10時，主導能見度轉好至1 km以上，整個過程持續(xù)時間約5 h。2017年12月4日04時，雙流機場開始出現(xiàn)大霧天氣，主導能見度最低50 m，11—12時，主導能見度轉好至1 km以上，持續(xù)時間約8 h。

從02左跑道端(R02L)的跑道視程來看，26日過程跑道視程低于550 m的時間約3 h，最低跑道視程為200 m；12月4日，跑道視程低于550 m的時間約10 h，最低跑道視程為175 m；從持續(xù)時間來看，12月4日的大霧過程持續(xù)時間長，開始時間早，跑道視程低于標準的時間更長，消散時間晚，對運行的影響大。從最低能見度、最低跑道視程來看，12月4日的大霧過程最低能見度、跑道視程更低，對運行影響更大。

圖1 主導能見度及跑道視程變化情況Fig.1 Variation of dominant visibility and runway visual range

3 環(huán)流背景分析

圖2給出了兩次過程08時500 hPa位勢高度、風場及850 hPa云分量。11月26日(圖2a)，中高緯地區(qū)為一槽一脊的形勢，低緯地區(qū)為較平直的西風，其中西南地區(qū)為一弱脊控制；從850 hPa云分量來看，西南地區(qū)處于弱脊區(qū)控制，低層云量少，天空狀況較好，有利于輻射降溫。12月4日(圖2b)，中國東北地區(qū)有一低渦，青藏高原至新疆地區(qū)為一高壓脊，西南地區(qū)處于槽后西北氣流控制，850 hPa的云分量也較少，四川盆地南部和云貴地區(qū)低層有較多的云量。

圖2 08時500 hPa位勢高度、風場及850 hPa云分量(a為11月26日，b為12月4日，*為雙流機場位置，等值線表示位勢高度，風標表示500 hPa風矢量，陰影區(qū)表示云分量≥0.2的區(qū)域)Fig.2 500 hPa geopotential height, wind field and 850 hPa cloud component at 08∶00(a is November 26, b is December 4, *is the location of Shuangliu Airport, isoline represents potential height, wind vane represents 500 hPa wind vector, shadow area represents cloud component greater than or equal to 0.2)

圖3給出了起霧前后雙流機場的風、相對濕度及云分量時間—高度剖面，可見兩次大霧過程前都呈現(xiàn)晴空少云的形勢。圖3a顯示，從11月25日20時開始，存在于500 hPa左右的云分量大值區(qū)開始消散減??；25日20時—26日08時，700 hPa左右出現(xiàn)了一個干層，最低相對濕度為20%，說明此時高層無云，有利于形成晴空輻射霧；從風向的垂直分布來看，在起霧時間段內，底層風速較小且風向較為一致，均為南風。圖3b顯示，12月4日起霧前期各層次云分量均較小，僅在大霧消散后，中層700 hPa出現(xiàn)較大的云量；3日20時—4日08時，700 hPa左右出現(xiàn)了一個干層，最低相對濕度為10%，也說明此時高層無云，有利于形成晴空輻射霧；從風向的垂直分布來看，在起霧時間段內，底層風速較小，但近地層風有一定的垂直切變，近地層為偏北風，而后隨高度轉為偏南風。值得注意的是，12月4日02時前后干區(qū)下降，在4日08時中低層濕度開始上升。在大霧形成前，水汽條件較好，這有利于形成大霧天氣。

圖3 雙流機場風、相對濕度及云分量時間—高度剖面圖(坐標軸上的黑色矩形窄條表示起霧時間段，a為11月26日，b為12月4日，風標表示各等壓面上的風矢量，陰影區(qū)表示云分量大值區(qū)域)Fig.3 Time height profile of wind, relative humidity and cloud component of Shuangliu Airport (the black rectangular strip on the coordinate axis represents the fogging time period, a is November 26, b is December 04, the wind vane represents the wind vector on each isobaric surface, and the shaded area represents the area with large cloud component)

4 氣象要素變化特征分析

4.1 溫濕變化特征

圖4為雙流機場自動觀測系統(tǒng)探測的兩次大霧過程前后近地面氣溫、相對濕度的變化序列，可以看出，兩次大霧過程的相對濕度差異小而溫度差異較大。兩次過程，相對濕度從60%左右緩慢上升，至大霧開始和維持階段接近100%，大霧消散階段，相對濕度迅速下降。從氣溫和逐小時氣溫變率(圖5)來看，11月25日14時至大霧開始時段，氣溫呈遞減趨勢，但上半夜出現(xiàn)了兩次升溫過程，大霧持續(xù)期間，地面氣溫呈增加趨勢，增溫率高于12月4日大霧過程，但氣溫卻低于12月4日大霧過程；12月3日至大霧開始時段，氣溫呈一致的遞減趨勢，大霧開始時，地面氣溫呈增加趨勢，增溫率約2 ℃/h，大霧維持階段，氣溫變化率變化較小，低于11月26日大霧過程，但氣溫卻高于11月26日大霧過程。從圖4還可以看出，兩次大霧過程的相對濕度均達到99%～100%，而氣溫相差較大，12月4日高于11月26日，根據飽和水汽壓正比于氣溫[16]，可以看出12月4日的過程，近地面單位體積內的絕對含水量大于11月26日過程，這可能是4日大霧過程最低主導能見度、最低跑道視程小于26日大霧過程，持續(xù)時間大于26日過程的原因。

圖4 雙流機場自動觀測的溫度、相對濕度時序圖Fig.4 Sequence diagram of temperature and relative humidity automatically observed at Shuangliu Airport

圖5 雙流機場自動觀測的溫度逐小時變化Fig.5 Hourly variation of temperature observed automatically at Shuangliu Airport

4.2 氣壓、風速風向變化特征

圖6為雙流機場自動站觀測的修正海平面氣壓(備注：本站氣壓轉換成的海平面氣壓)、風速時序圖，可以看出，兩次大霧過程前后氣壓均有相似的日變化特征，且氣壓的變率均較小，較小的氣壓變率不利于風速變化。從風速變化來看，兩次大霧過程前后風速均為0～2 m/s之間，從風向來看，大霧期間，風向不定，風速較小，有利于輻射霧的形成。

圖6 雙流機場自動觀測的修正海平面氣壓、風速時序圖Fig.6 Modified sea level pressure and wind speed time series of automatic observation at Shuangliu Airport

5 邊界層特征分析

國內外大霧過程邊界層特征研究揭示了大霧發(fā)生前后邊界層低層平均及擾動動能有明顯的躍升現(xiàn)象，低空風切變增大, 有利于湍流的激發(fā)，并認為該現(xiàn)象對指示起霧、監(jiān)測和預測霧的發(fā)生、發(fā)展十分有意義[17]。本文也對兩次大霧前后的邊界層特征進行了分析，圖7為雙流機場邊界層高度及邊界層內湍流耗散率時序圖，可以看出兩次大霧過程的夜間邊界層高度較低，但邊界層內的湍流耗散率存在較大差異。湍流耗散率表征大氣平均動能通過湍渦的作用轉化為大氣內能的能力，湍流耗散率越大，湍流作用越強?？梢钥闯?，雙流機場這兩次大霧過程開始前后，邊界層內的湍流耗散率存在顯著差別，高空水汽可能通過湍流運動下傳至邊界層內，致使大霧增強維持，這種邊界層特征已在南京的部分大霧個例研究中給出[18]。

圖7 雙流機場邊界層高度及邊界層內湍流耗散率時序圖(a為11月26日，b為12月04日，折線表示邊界層高度，柱狀圖表示邊界層湍流耗散率)Fig.7 boundary layer height and turbulence dissipation rate in Shuangliu Airport (a is November 26, B is December 04, broken line is boundary layer height, and histogram is boundary layer turbulence dissipation rate)

6 結論

采用雙流機場自觀常規(guī)數(shù)據和ERA-interim再分析數(shù)據，對發(fā)生在雙流機場的兩次大霧過程進行了對比分析，得到了一些有意義的結論：

①兩次大霧都是典型的輻射霧，其形成過程具有一些相似的環(huán)境背景，即天空云量少，微風(0～2 m/s)，低層較高的濕度和較低的穩(wěn)定層結(較低的邊界層高度)。

②12月4日過程近地面的絕對水汽含量大于11月26日過程，這可能是4日大霧過程最低主導能見度、最低跑道視程小于26日大霧過程，持續(xù)時間大于26日過程的原因。

③12月4日過程邊界層內湍流的擾動更強，該強擾動信號可能對長時間影響雙流機場民航運行的強濃霧過程的生消發(fā)展有意義。