寧波機(jī)場(chǎng)一次大霧過(guò)程診斷分析

陶俞鋒 吳福浪

(中國(guó)民用航空寧波空中交通管理站，浙江 寧波 315000)

寧波機(jī)場(chǎng)一次大霧過(guò)程診斷分析

陶俞鋒 吳福浪

(中國(guó)民用航空寧波空中交通管理站，浙江 寧波 315000)

利用常規(guī)探測(cè)資料、NCEP/NCAR再分析資料和FNL1°×1°格點(diǎn)資料，對(duì)2015年12月26日凌晨寧波機(jī)場(chǎng)發(fā)生的一次大霧過(guò)程進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明：前期的雨霧和高空西南急流的輸送為此次大霧過(guò)程提供了充沛的水汽，而中低層槽后西北氣流和地面的弱高壓控制則提供了有利的天氣背景條件；溫度露點(diǎn)差(T-Td)對(duì)濕度的衡量有一定的指示意義；中高層冷平流的控制，致使寧波機(jī)場(chǎng)天況轉(zhuǎn)好，地面輻射冷卻作用有利于大霧的形成；近地面層的負(fù)渦度和中高層的正渦度，這種垂直配置能確保大氣低層的濕空氣不外流。

大霧；溫度露點(diǎn)差；溫度平流場(chǎng)；渦度和散度場(chǎng)

0 引 言

大霧是指發(fā)生在一定天氣條件下，由于近地面大氣層中懸浮的水滴或冰晶大量堆積所造成的水平能見(jiàn)度小于1 km的一種天氣現(xiàn)象。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和民航運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，大霧作為一種災(zāi)害性天氣受到越來(lái)越多的關(guān)注[1-2]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者從不同角度對(duì)大霧做了深入的研究和分析，已取得了一定的成果。樊琦等[3]采用MM5模式對(duì)廣州地區(qū)冬季的一次大霧天氣進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明，MM5模式已具有進(jìn)行霧的數(shù)值預(yù)報(bào)能力。王麗榮等[4]在2005年對(duì)河北省中南部一次大霧天氣過(guò)程從環(huán)流形勢(shì)、天氣要素及物流量場(chǎng)等方面進(jìn)行全面分析總結(jié)。熊秋芬等[5]對(duì)北京一次濃霧的邊界層要素特征及其成因進(jìn)行了探討。李元平等[6]利用WRF模式對(duì)2006年1月北京地區(qū)平流霧進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，分析了平流霧發(fā)生、發(fā)展和消散機(jī)制。

寧波處于東海之濱，長(zhǎng)江三角洲南側(cè)，其東北部為平原，西南和東南為四明山脈，呈“V”字型。雖為沿海之城，但其特殊的地理環(huán)境，使得寧波櫟社機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)平流霧和海霧的概率較小，主要以輻射霧為主，尤其秋冬季節(jié)大霧時(shí)有發(fā)生。本文利用相關(guān)資料對(duì)2015年12月26日寧波機(jī)場(chǎng)冬季一次大霧過(guò)程進(jìn)行了分析研究，便于進(jìn)一步了解寧波機(jī)場(chǎng)大霧的發(fā)生、發(fā)展和消亡規(guī)律，提高對(duì)大霧的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和氣象服務(wù)，減輕大霧對(duì)飛行的影響。

1 天氣概況及環(huán)流背景

2015年12月26日凌晨大霧發(fā)生前，寧波機(jī)場(chǎng)從早晨至前半夜受霧霾影響，基礎(chǔ)能見(jiàn)度較差，基本上維持在2～3 km，且前期22—24日本場(chǎng)一直受雨霧影響，相對(duì)濕度較大，夜間短時(shí)出現(xiàn)過(guò)能見(jiàn)度低于1公里的大霧。本次大霧從12月25日16:37時(shí)(UTC，下同)開(kāi)始，一直持續(xù)到26日02:15，共計(jì)9 h 38 min。此次大霧過(guò)程造成寧波機(jī)場(chǎng)多個(gè)航班備降或取消，給航班正常運(yùn)行帶來(lái)了很大影響。

從圖1主導(dǎo)能見(jiàn)度隨時(shí)間的演變中可以看出，25日14:00寧波機(jī)場(chǎng)主導(dǎo)能見(jiàn)度為2500 m，而到16:00能見(jiàn)度快速下降到1200 m，其中RVR(跑道視程)已降到550 m；17:00主導(dǎo)能見(jiàn)度為400 m，比上一時(shí)次驟降800 m，RVR降為200 m。本場(chǎng)能見(jiàn)度最差出現(xiàn)在18:00，其值為200 m，且持續(xù)了7 h。到26日上午，隨著氣溫上升，風(fēng)速變大，主導(dǎo)能見(jiàn)度開(kāi)始有所好轉(zhuǎn)。02:00上升為700 m，到02:15已達(dá)到1200 m，突破1 km，天氣現(xiàn)象由大霧變?yōu)檩p霧。

圖1 2015年12月25日12:00—26日03:00時(shí)主導(dǎo)能見(jiàn)度演變圖

從25日12時(shí)的大尺度環(huán)流背景圖來(lái)看，寧波櫟社機(jī)場(chǎng)處于：高空500 hPa(圖2a)環(huán)流偏平，西南地區(qū)存在一支較強(qiáng)的暖濕急流，為此次大霧過(guò)程提供了豐富的水汽；中低層850 hPa(圖2b)為槽后西北氣流，冷空氣的擴(kuò)散為本場(chǎng)出現(xiàn)碧空和輻射降溫做了前期準(zhǔn)備；地面則處在高壓中心附近，氣壓場(chǎng)較弱，風(fēng)速維持在1 m/s左右。高濕、碧空和微風(fēng)是寧波機(jī)場(chǎng)后半夜出現(xiàn)大霧的充要條件。

(a)500 hPa (b)850 hPa圖2 2015年12月25日12時(shí)高度場(chǎng)和風(fēng)矢量場(chǎng) (實(shí)線為等高線，單位：dagpm；矢量單位： m/s)

2 氣象要素分析

2.1 溫度和露點(diǎn)演變

從圖3溫度和露點(diǎn)的演變圖中可以看出，兩者隨時(shí)間變化是一致的，呈淺“U”型。16:00之前，溫度和露點(diǎn)在5℃(含)以上。16:00—01:00，兩者基本維持在3～4 ℃，而這時(shí)間段也正是寧波機(jī)場(chǎng)大霧發(fā)生的階段，與大霧發(fā)生前相比，溫度和露點(diǎn)均下降2～3 ℃，輻射降溫較為明顯。01:00之后，下墊面增溫，本場(chǎng)溫度和露點(diǎn)開(kāi)始直線上升，每小時(shí)升溫近2 ℃。由于前期能見(jiàn)度較差，當(dāng)T=6℃時(shí)，本場(chǎng)測(cè)得主

導(dǎo)能見(jiàn)度仍為700 m，而到T=8 ℃時(shí)，能見(jiàn)度已躍到2500 m。氣象上，溫度露點(diǎn)差(T-Td)的意義是用來(lái)衡量濕度的參量，溫度露點(diǎn)差越大，表示濕度越??；反之，則濕度越大。通常以(T-Td)≤2 ℃的區(qū)域作為飽和區(qū)，并取(T-Td)≤4～5 ℃作為濕區(qū)。從圖中可知，溫度露點(diǎn)差在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)均為0 ℃，本場(chǎng)一直處于飽和區(qū)；另一方面，寧波機(jī)場(chǎng)自觀系統(tǒng)(AWOS)測(cè)得的相對(duì)濕度也達(dá)到100%飽和。主要原因可能由于前期的不斷降水和高空西南氣流對(duì)水汽的輸送。

圖3 2015年12月25日12:00—26日03:00溫度和露點(diǎn)演變圖

2.2 風(fēng)向風(fēng)速演變

表1是風(fēng)向和風(fēng)速隨時(shí)間的演變實(shí)況。由表可知，大霧發(fā)生(16:37UTC)前，風(fēng)速較小，普遍只有0～1 m/s，風(fēng)向變化較大。大霧發(fā)展過(guò)程中，風(fēng)速也一直比較小，維持在0～1 m/s，而風(fēng)向基本上在VRB和靜風(fēng)之間變動(dòng)，符合此時(shí)的寧波機(jī)場(chǎng)正處于高壓環(huán)流控制之下。在大霧消亡(02:15UTC)后的2～3 h，本場(chǎng)的風(fēng)速不大，為1～2 m/s，風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)(120°)和VRB，但其高空3層已均為西北氣流，動(dòng)量下傳，冷空氣逐漸滲透下來(lái)，大霧開(kāi)始緩慢消散。這表明此次大霧過(guò)程的消亡機(jī)制，究其原因是由高層冷空氣的滲透和地面風(fēng)速緩慢加大造成的。

表1 風(fēng)向和風(fēng)速的演變

3 物理量診斷

3.1 溫度平流場(chǎng)

25日06時(shí)是大霧發(fā)展的前期，寧波機(jī)場(chǎng)高空500 hPa以下呈現(xiàn)暖平流的輸送(圖4a)，這是高空3層均為一致的西南暖濕氣流，且風(fēng)速隨高度逐步增大的結(jié)果，暖平流最大值位于600 hPa附近，其值為20×10-5K·s-1。12時(shí)系統(tǒng)過(guò)境，本場(chǎng)轉(zhuǎn)為槽后西北氣流，從圖4b中看出，450 hPa到近地面層為冷平流控制，中心值分別為500 hPa的-30×10-5K·s-1和700 hPa的-20×10-5K·s-1。冷空氣的擴(kuò)散使得寧波機(jī)場(chǎng)的天況轉(zhuǎn)為碧空，從而促使本場(chǎng)的輻射降溫。在大霧的發(fā)生期間，從25日18時(shí)(圖4c)和26日00時(shí)(圖4d)可知，700 hPa以上為負(fù)溫度平流控制，而700 hPa以下的溫度平流很弱，其值接近于0，這與大霧期間中低空存在逆溫層，大氣層結(jié)穩(wěn)定是相符的。

圖4 2015年12月25—26日沿121.5°E經(jīng)向溫度平流(單位：10-5K·s-1)垂直剖面圖

3.2 渦度和散度場(chǎng)

2015年12月25日18時(shí)的渦度場(chǎng)上可以看出，在29.5°N附近從近地面一直延伸到850 hPa上為0～6×10-5s-1的弱負(fù)渦度區(qū)，其大值中心位于950 hPa附近，負(fù)渦度對(duì)應(yīng)的地面氣流為輻散下沉氣流，這說(shuō)明弱下沉氣流能保持近地層高水汽含量的大氣不會(huì)向上空抬升擴(kuò)散，較小的渦度值又說(shuō)明氣流不是在快速下沉，保證近地層氣流的相對(duì)穩(wěn)定，有利于霧的形成。另外在700～500 hPa本場(chǎng)上空對(duì)應(yīng)的是正渦度區(qū)，這與t-lgp圖上(圖略)在850 hPa和700 hPa之間存在一逆溫層相匹配的，其下是輻散下沉區(qū)，其上是輻合上升區(qū)。從同期的散度場(chǎng)看，在29.5°N附近上空正負(fù)散度場(chǎng)間隔相存，其強(qiáng)度比渦度場(chǎng)較弱，近地層也表現(xiàn)為弱輻散下沉區(qū)。

(a)渦度場(chǎng)(單位：10-5s-1);(b)散度場(chǎng)(單位：10-5s-1)圖6 2015年12月25日18時(shí)沿121.5°E渦度場(chǎng)和散度場(chǎng)

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)2015年12月26日凌晨寧波機(jī)場(chǎng)發(fā)生的一次大霧過(guò)程進(jìn)行綜合分析，得出以下幾點(diǎn)：

1)前期的雨霧和高空西南急流的輸送為此次大霧過(guò)程提供了充沛的水汽，而中低層槽后西北氣流和地面的弱高壓控制則提供了有利的天氣背景條件。

2)大霧發(fā)生期間，溫度露點(diǎn)差(t-td)一直小于2 ℃，本場(chǎng)處于濕度飽和區(qū)；另AWOS儀器顯示相對(duì)濕度已達(dá)到100%極值。

3)大霧發(fā)生前和大霧過(guò)程中，風(fēng)速較小，風(fēng)向不穩(wěn)定；大霧消亡時(shí)，高空3層均為西北氣流，表明此過(guò)程的消亡機(jī)制，主因是由冷空氣的滲透造成的。

4)中高層的冷平流入侵控制，使得寧波機(jī)場(chǎng)上空云系逐漸消散，天況轉(zhuǎn)為碧空，致使本場(chǎng)地面輻射降溫較為明顯。

5)近地面層的負(fù)渦度表現(xiàn)為輻散下沉氣流，能保持高水汽含量的大氣不會(huì)向上空抬升擴(kuò)散；而相對(duì)應(yīng)的中高層是正渦度區(qū)，表明本場(chǎng)上空大氣層結(jié)比較穩(wěn)定。

[1] 何群.杭州蕭山機(jī)場(chǎng)大霧初探[J].空中交通管理，2007(2):26-28.

[2] 劉開(kāi)宇，王世權(quán)，劉貴萍，等.貴陽(yáng)機(jī)場(chǎng)霧的氣候統(tǒng)計(jì)分析[J].四川氣象，2007(S1)：73-79.

[3] 樊琦，吳兌，范紹佳，等.廣州地區(qū)冬季一次大霧的三維數(shù)值模擬研究[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，42(1):84-86.

[4] 王麗榮，連志鸞.河北省中南部一次大霧天氣過(guò)程分析[J].氣象，2005，31(4):65-68.

[5] 熊秋平，江元軍，王強(qiáng).北京一次濃霧過(guò)程的邊界層結(jié)構(gòu)及成因探討[J].氣象科技，2007，35(6):781-786.

[6] 李元平，梁愛(ài)民，張中鋒，等.北京地區(qū)一次冬季平流霧過(guò)程數(shù)值模擬分析[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(2):167-172.

2016-04-21