吉安一次持續(xù)性平流輻射大霧天氣成因分析

周永生

摘要采用Micaps 3.1資料、贛州探空資料、宜春風(fēng)廓線（WPRD，60 min）風(fēng)場產(chǎn)品以及吉安自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)資料，分析2012年11月18—19日吉安一次持續(xù)性平流輻射大霧天氣過程的大尺度天氣背景、動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)特征及其演變等，揭示了這次平流輻射大霧過程的形成和維持機(jī)制。結(jié)果表明，這是冷暖平流在有利條件下經(jīng)過輻射冷卻后形成的平流輻射霧。在有利的大尺度背景條件下，暖平流移動(dòng)到冷的下墊面和冷平流移向較暖的近地層，同時(shí)地表凈輻射進(jìn)一步加強(qiáng)近地層冷卻，是此次大霧過程的觸發(fā)和加強(qiáng)機(jī)制。特殊的溫度場結(jié)構(gòu)增加了低層暖濕空氣和下墊面之間的溫差，近地層至低層弱的輻合和垂直上升運(yùn)動(dòng)有助于小風(fēng)的維持和穩(wěn)定；充足的水汽為大霧長時(shí)間維持提供了有利條件。近地層風(fēng)速增大和低層逆溫層、濕度層消失是這次連續(xù)性平流輻射霧消散的主要原因。

關(guān)鍵詞平流輻射大霧；環(huán)流形勢(shì)；動(dòng)力條件；熱力條件；成因

中圖分類號(hào)S161.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）08-0195-05

Analysis on the Cause of A Continuous Advection Radiation Fog in Jian

ZHOU Yongsheng（Jian Meteorological Observatory， Jian，Jiangxi 343000）

AbstractUsing Micaps 3.1 data， sounding data in Ganzhou， wind profile （WPRD） （60 min） wind farm products of Yichun and automatic observation system data of Jian，the synoptic background， dynamic and thermal structure characteristics and evolution of the persistent advection radiation fog weather process in Jian from November 18 to 19 in 2012 were analyzed，the mechanism of formation and maintenance of the advection radiation fog was revealed.The results showed that this was the advection radiation fog formed by the warm and cold advection under favorable conditions after radiation cooling.In the large scale background under the favorable conditions， the warm advection moved to the surface of cold and cold advection moved to warmer surface layer， and the surface net radiation to further strengthened the ground cooling， the fog process was triggered and strengthening mechanism.The special temperature field structure increased the temperature difference between the warm air of the lower layer and surface.The weak convergence and vertical motion of the surface layer to the lower layer helped to maintain and stabilize of the wind.Sufficient water vapor provided a favorable condition for heavy fog for a long time.The main reason for the continuous advection radiation fog dissipation was the increase of the wind velocity near the surface layer and the disappearance of the low temperature inversion layer and the humidity layer.

Key wordsAdvection radiation fog；Circulation situation；Dynamic condition；Thermodynamic condition；Cause

大霧是一種災(zāi)害性天氣，學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)了不同地區(qū)大霧過程的氣候規(guī)律及大尺度背景條件的差異[1-4]，并在物理特征或天氣學(xué)成因方面分析出溫度場、濕度場和風(fēng)場的中小尺度結(jié)構(gòu)[5]。近年來，利用數(shù)值模擬方法對(duì)大范圍持續(xù)性霧的分析和模擬，加深了人們對(duì)大霧邊界層結(jié)構(gòu)的了解[6]。學(xué)者們往往先從大霧出現(xiàn)的2種主要形式，即輻射霧和平流霧進(jìn)行分析，分別對(duì)當(dāng)?shù)氐妮椛潇F或平流霧進(jìn)行研究，得出了較好的預(yù)報(bào)思路[7-8]。輻射霧一般在深夜或清晨形成，日出前后達(dá)到最大強(qiáng)度，以后隨氣溫的增高和亂流的增強(qiáng)逐漸變淡消散；平流霧在一日之中任何時(shí)刻都可能出現(xiàn)，適宜的風(fēng)向、風(fēng)速是形成平流霧的重要條件。平流霧形成時(shí)間具有很強(qiáng)的地方性特點(diǎn)，而其消散的預(yù)報(bào)則與輻射霧有共同之處，即地面增溫或風(fēng)速加大，穩(wěn)定層被抬升或破壞。此外，流場改變、暖濕平流終止也是霧消散的重要因素[9-10]。

秋冬季節(jié)是吉安大霧多發(fā)時(shí)段。頻繁發(fā)生的大霧天氣給交通、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們身體健康帶來巨大的危害，因此，開展霧的預(yù)報(bào)研究工作對(duì)于保障交通運(yùn)輸?shù)陌踩腿藗兩眢w健康有很重要的意義。2012年11月18—19日吉安連續(xù)2 d出現(xiàn)了近5年以來持續(xù)時(shí)間最長、強(qiáng)度最強(qiáng)、范圍最廣的大霧天氣，造成了吉安境內(nèi)多條高速公路較長時(shí)間的封閉，鐵路、航運(yùn)受到較大影響。筆者利用Micaps 3.1資料、贛州探空資料、宜春風(fēng)廓線（WPRD，60 min）風(fēng)場產(chǎn)品以及吉安自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)資料，從環(huán)流形勢(shì)、動(dòng)力和熱力條件方面分析了此次平流輻射大霧過程的形成和維持機(jī)制。

1大霧天氣概況

11月18日04∶46吉安永豐首先出現(xiàn)了大霧，能見度600 m。隨后到08∶00，泰和、安福、新干、寧岡、萬安、吉安縣、吉水、峽江相繼出現(xiàn)了大霧，能見度都≤800 m，其中，泰和、新干、寧岡出現(xiàn)了濃霧，永豐、吉安縣加強(qiáng)為濃霧（200 m<能見度≤500 m），安福、吉水、萬安出現(xiàn)強(qiáng)濃霧（能見度≤200 m）。萬安出現(xiàn)了全市最濃的大霧天氣（能見度為60 m ）。大霧從18日04∶46延續(xù)至13∶20才逐漸消散。

11月19日早晨吉安又出現(xiàn)了大霧天氣，且出現(xiàn)時(shí)間更早、強(qiáng)度更強(qiáng)、范圍更大。19日03∶02永豐首先出現(xiàn)能見度為800 m的大霧。隨后到08∶00，吉安縣、泰和、永新、寧岡、新干、安福、吉水、峽江、萬安出現(xiàn)了大霧。其中，泰和、永新、寧岡、峽江出現(xiàn)了濃霧，吉安縣加強(qiáng)為濃霧（200 m<能見度≤500 m），新干、安福、吉水、萬安出現(xiàn)了強(qiáng)濃霧，永豐加強(qiáng)為強(qiáng)濃霧（能見度≤200 m）。19 日14∶00才消散，新干、峽江16∶20才消散。

2大尺度環(huán)流形勢(shì)分析

2.1500 hPa形勢(shì)

11月17日20∶00（圖1a），中高緯度為兩槽一脊型；貝加爾湖地區(qū)東側(cè)到我國黑龍江之間為一暖性高壓脊；中緯度西風(fēng)帶為西高東低環(huán)流形勢(shì)，并有階梯型的小槽下滑東移，引導(dǎo)地面冷空氣不斷擴(kuò)散南下；中低緯度南支環(huán)流有小槽活動(dòng)，不斷有小的短波槽東移；在荊州、懷化、桂林至百色有一槽線，與中低緯度溫度冷槽重合；吉安位于南支環(huán)流低槽前的西南氣流中，但冷平流較明顯。到18日20∶00（圖1b），中高緯度調(diào)整為一槽一脊型；中緯度西風(fēng)帶仍維持西高東低環(huán)流，南支環(huán)流上低槽東移至黃海到東海一帶，槽線位于上海、福州到定南一線，槽后有較明顯的冷平流，吉安位于槽后偏北氣流之中。到19日08∶00南支環(huán)流仍有小槽東移，但18日20∶00位于荊州、懷化、桂林至百色的溫度冷槽被溫度暖脊取代，吉安處在溫度暖脊中。

17日20∶00—19日08∶00，由于中緯度西風(fēng)環(huán)流為一西高東低的環(huán)流，并有階梯型的小槽下滑東移，引導(dǎo)地面蒙古地區(qū)冷空氣不斷擴(kuò)散南下，使控制江南到華南北部的地面冷高壓脊穩(wěn)定維持。南支環(huán)流不斷有小槽東移，有利于引導(dǎo)低層從孟加拉灣和南海的水汽向華南至江南上空輸送，是形成大霧所需水汽的動(dòng)力條件。

2.2地面形勢(shì)

11月16日08∶00，地面冷空氣南下影響江南到華南，并出現(xiàn)了較強(qiáng)降水。17日08∶00，地面蒙古冷高壓向南伸展。17日20∶00（圖2a），華東到華南為一高壓脊控制，并分裂出一個(gè)高壓中心位于上海嘉定附近，中心最大值為1 024.0 hPa，高壓脊呈東北—西南向，脊線位于上海、南昌、長沙到昆明一線，吉安位于脊線附近，并處在1 020.0 hPa等值線內(nèi)。18日20∶00—19日08∶00（圖2b），地面有冷空氣擴(kuò)散南下，內(nèi)蒙邊境有一冷高壓，冷高壓中心位于滿都拉氣象站附近，中心最大值為1 032.0 hPa，并從冷高壓中心生成高壓脊經(jīng)河套伸向江南大部地區(qū)，高壓脊線位于太原、鄭州、武漢到南昌一線，吉安受高壓脊控制，并位于1 017.5～1 020.0 hPa等值線。19日20∶00，地面高壓已經(jīng)東移入海，吉安處在高壓后部，地面由偏北氣流轉(zhuǎn)為偏南氣流控制。

11月18—19日吉安在地面高壓脊控制下為晴空區(qū)，晚上輻射降溫明顯。從17—19日吉安平均最低氣溫變化來看，17、18、19日吉安地面平均最低氣溫分別為9.3、5.3、6.8 ℃，18日24 h平均最低氣溫下降4.0 ℃，19日24 h平均最低氣溫升了1.5 ℃，這是因?yàn)?8日晴天，地面冷高壓有所增暖變性，氣溫有所升高。由于受冷高壓控制，晚上輻射降溫很快，使水汽快速達(dá)到飽和凝結(jié)。表明18—19日深夜或清晨吉安地表凈輻射進(jìn)一步加強(qiáng)，近地層冷卻，對(duì)18和19日早晨形成輻射大霧天氣有利。到了19日20∶00吉安地面溫度快速升高，云系增多，晚上輻射降溫條件破壞，不利大霧天氣形成。

3大霧形成和維持機(jī)制分析

3.1大氣層結(jié)

分析贛州探空資料（圖3）發(fā)現(xiàn)，17日20∶00，大氣層結(jié)穩(wěn)定，同時(shí)贛州低層925～850 hPa出現(xiàn)了淺層逆溫層，1 000～925 hPa有一濕層；到18日08∶00，大氣層結(jié)維持穩(wěn)定，贛州逆溫層增厚，從1 000 hPa伸向850 hPa， 形成梯狀弱逆溫層，濕度層厚度有所增加并趨近飽和；18日20∶00，贛州的梯狀逆溫層伸向700 hPa，925～850 hPa濕度層維持；19日20∶00，贛州的逆溫層都消失，同時(shí)1 000～925 hPa濕度層消失。

18日20∶00—19日08∶00地面冷空氣從西路擴(kuò)散到江南至華南，受冷高壓脊控制，江南到華南一直為晴空區(qū)，大氣層結(jié)穩(wěn)定，致使吉安近地面層輻射降溫更加明顯。17日20∶00—18日08∶00和18日20∶00—19日08∶00贛州TlogP圖顯示，1 000～850 hPa的逆溫層加強(qiáng)，并有明顯的濕度層存在。表明低層有逆溫層，水汽含量接近飽和，是形成輻射大霧的重要條件之一。

隨著地面冷高壓變性快速東移，19日20∶00吉安處在高壓后部，逆溫層消失，濕度淺層消失，破壞了大霧形成的穩(wěn)定條件和水汽條件，所以這次連續(xù)性大霧天氣結(jié)束。

3.2近地層風(fēng)廓線風(fēng)場

利用宜春風(fēng)廓線風(fēng)場產(chǎn)品對(duì)近地層（1 000 hPa）到低層（850 hPa）垂直風(fēng)場進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，16日21∶00—17日08∶00為偏北氣流控制，近地層至600 m為西北風(fēng)，風(fēng)速由8 m/s逐漸減少至4 m/s，600 m以上為正北風(fēng)。17日09∶00—20∶00，地表至近地層（100 m）轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，風(fēng)速很小，一般維持在1～2 m/s，而且偏東風(fēng)從17日09∶00開始逐漸向上伸展，到17日20∶00偏東風(fēng)已經(jīng)擴(kuò)展至1 000 m高度，1 000 m以上高度是一致的東北氣流。從17日21∶00開始，近地層到600 m為東風(fēng)，600～1 000 m高度上開始轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，1 000 m以上轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。到18日05∶00東南風(fēng)隨時(shí)間向上擴(kuò)展到1 600 m高空，18日05∶00—11∶00近地層到1 700 m維持弱東南氣流。18日12∶00—16∶00，600～1 000 m出現(xiàn)了湍流層，18日17∶00—20∶00近地層到1 000 m恢復(fù)到偏東氣流，1 000 m以上為東北風(fēng)（圖4a）。

17日21∶00—18日05∶00，近地面有暖平流不斷加強(qiáng)，是東南暖濕空氣聚集的過程。由于近地層有較強(qiáng)的暖平流移向吉安冷的下墊面，暖濕空氣遇到冷的下墊面后，暖濕空氣會(huì)快速飽和凝結(jié)，加上吉安受冷高壓脊控制，地面輻射降溫明顯，促使18日04∶46吉安大霧開始產(chǎn)生并逐漸加強(qiáng)。18日05∶00—12∶00近地層至1 600 m維持弱東南氣流，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的暖濕空氣層，近地層至低層有弱的

由于從19日20∶00開始，1 000～850 hPa均為偏北氣流控制，并且風(fēng)速加大，不利于大霧形成和發(fā)展，18—19日連續(xù)性大霧天氣就此結(jié)束。

4近地層風(fēng)向風(fēng)速和相對(duì)濕度

從表1可看出，17日20∶00—19日08∶00吉安受高壓脊控制，氣壓變化小，基本維持一個(gè)均壓場，地面各站的風(fēng)向受地形影響不近相同；但大霧產(chǎn)生和維持期間風(fēng)速一直小于2.0 m/s，相對(duì)濕度從晚上到第2天早上是一個(gè)增加的過程，在大霧產(chǎn)生的過程中濕度都≥92%（除井岡山外，井岡山是高山站）。近地層高濕、微風(fēng)是維持大霧產(chǎn)生和發(fā)展的基本條件。

5小結(jié)

（1）2012年11月18—19日連續(xù)性大霧天氣是在近地層到低層有溫度平流條件下加上輻射冷卻后形成的平流輻射霧。18日是暖平流輻射霧，19日是冷平流輻射霧。平流輻射霧產(chǎn)生時(shí)間早、霧層深厚、范圍廣、維持時(shí)間長、影響較大。

（2）在南支環(huán)流高層處于高空槽前、地面高壓脊穩(wěn)定維持和低層風(fēng)場建立的大尺度背景條件下， 暖空氣移動(dòng)到冷的下墊面和冷平流移向較暖的近地層，同時(shí)地表凈輻射進(jìn)一步加強(qiáng)近地層冷卻， 是此次大霧過程的觸發(fā)和加強(qiáng)機(jī)制。

（3）大氣穩(wěn)定的層結(jié)并形成逆溫層以及近地層接近飽和的水汽層是這次大霧形成并維持的重要熱力和水汽條件。

（4）近地層輻合和弱的垂直上升氣流的存在有助于小風(fēng)的維持和穩(wěn)定層結(jié)的建立，促使了比較深厚的大霧發(fā)展和長時(shí)間維持穩(wěn)定。

（5）前期降水以及源源不斷的水汽輸送為連續(xù)性平流輻射霧的發(fā)生以及長時(shí)間維持提供了有利條件。

（6）低層的風(fēng)與大霧形成關(guān)系密切；近地層至低層弱的暖平流移向冷的下墊面或冷平流移向較暖的下墊面都有助于濃厚的大霧形成。

（7）近地層風(fēng)速增大、低層逆溫層和濕度層消失是這次連續(xù)性平流輻射霧消散的主要原因。

參考文獻(xiàn)

[1]

李子華.中國近40年來霧的研究[J].氣象學(xué)報(bào)，2001，59（5）：616-623.

[2] 徐懷剛，鄧北勝，周小剛，等.霧對(duì)城市邊界層和城市環(huán)境的影響[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13（S1）：170-176.

[3] 鄧雪嬌，吳兌，葉燕翔.南嶺山地濃霧的物理特征[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2002，18（3）：227-236.

[4] 王繼志，徐祥德，楊元琴.北京城市能見度及霧特征分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13（S1）：160-169.

[5] 宋潤田，金永利.一次平流霧邊界層風(fēng)場和溫度場特征及其逆溫控制因子的分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2001，17（4）：443-451.

[6] 周小剛，王強(qiáng)，鄧北勝，等.北京市一次大霧過程邊界層結(jié)構(gòu)的模擬研究[J].氣象學(xué)報(bào)，2004，62（4）：468-475.

[7] 楊義.南陽機(jī)場冬季輻射霧的形成及消散[J].河南氣象，2005（1）：13-14.

[8] 林良勛，黃忠，馮業(yè)榮.廣東省天氣預(yù)報(bào)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：氣象出版社，2006：249.

[9] 李萍，劉峰.廣州白云機(jī)場一次罕見濃霧的成因[J].廣東氣象，2010，32（1）：22-24.

[10] 路爽，孫鳳華，孟鵬，等.沈陽一次持續(xù)性大霧天氣分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（20）：12339-12341.