烏魯木齊陰霧天氣統(tǒng)計分析

孫少明 張茜 王楠楠 杜安妮

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

關(guān)鍵詞：烏魯木齊；陰霧；天氣形勢；特征分析

中圖分類號：P458 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0018-02

0 引言

烏魯木齊位于天山北麓，準葛爾盆地南緣，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，所以對陰霧的形成給予了得天獨厚的地形優(yōu)勢條件。在烏魯木齊偏北地區(qū)地勢相對較低，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霧天氣。

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。對烏魯木齊市歷年陰霧天氣資料進行普查，并且根據(jù)本地具體情況確定陰霧天氣的標準：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時以后，能見度<1km的霧稱之為陰霧。

2 時間分布特征

在1970年～2010年41年中，烏魯木齊地區(qū)發(fā)生次陰霧的天數(shù)為1705天，其中有1561天的陰霧天氣發(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月份也是陰霧天氣出現(xiàn)的次高峰月，出現(xiàn)了300天。本文統(tǒng)計分析了由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)生陰霧天氣天數(shù)最多的月份，低溫有利于陰霧的生成，但是溫度過低則不利于陰霧的生成和維持[1]。

3 個例分析

3.1 高空形勢分析

烏魯木齊地區(qū)18日開始出現(xiàn)陰霧天氣，16日08時，在新西伯利亞附近有一個中心強度為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500hpa的形勢圖看出，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低渦，低壓槽強度明顯減弱，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低渦，貝加爾湖至阿爾泰山和塔里木盆地有一個低壓槽，烏魯木齊地區(qū)位于槽后。17日20時烏魯木齊近地層的相對濕度達到90%以上，相應(yīng)的500hpa和700hpa的相對濕度也都達到80%以上，高濕為陰霧天氣提供了良好的水汽條件。18日08時，500hpa新疆地區(qū)受淺脊控制，本場上空有暖平流，700hpa與500hpa環(huán)流形勢類似，850hpa塔里木盆地有個閉合高壓。19日08時，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)高空形勢的分析，可以得出這次的天氣形勢屬于暖脊型天氣形勢。

3.2 地面形勢分析

在17日烏魯木齊有鋒面過境，17日08時巴爾喀什湖附近存在地面冷高壓，與此同時在巴湖以南有大范圍的霧區(qū)。18日08時，地面冷高壓中心移至阿爾泰山東南部，此時烏魯木齊處于該高壓中心的底部。18日20時，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，其中心東移五個經(jīng)度。

3.3 要素分析

3.3.1 層結(jié)條件

根據(jù)兩個站點的探空資料可知在陰霧發(fā)生時大氣的低層逆溫提供了一個穩(wěn)定的層結(jié)條件，同時逆溫層還為陰霧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)致了陰霧天氣的產(chǎn)生與維持，近地面中性弱不穩(wěn)定層的存在[2]，能加強近地面層的亂流擾動作用，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

在這次陰霧天氣的爆發(fā)過程前17日有一場12cm的降水，因而水汽的主要來源是鋒面過境而產(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到飽和，地面相對濕度接近為100%。

3.3.3 溫度要素

根據(jù)資料顯示，這次出現(xiàn)陰霧天氣的過程中，從17日02時到21日20時烏魯木齊地區(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，出霧時候的風(fēng)速沒有超過2m/s的風(fēng)，風(fēng)一般以靜風(fēng)為主，非常有利于陰霧的生成。高空的風(fēng)速一直都不大，因而沒有足夠的能量下傳到地面，破壞逆溫層，從而為陰霧天氣的穩(wěn)定維持提供了條件。

3.4 陰霧天氣的結(jié)束

此次陰霧天氣結(jié)束時的天氣形勢是較強的低壓槽侵入新疆北部，帶來了新西伯利亞和黑海的強冷空氣，從而破壞了穩(wěn)定的暖脊條件。

4 氣象要素特征統(tǒng)計分析

4.1 地面氣壓場及高空形勢場特征

烏魯木齊冬季的陰霧天氣出現(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，為陰霧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，強冷空氣的快速東移不利于形成陰霧天氣，只有當較弱的冷空氣緩慢移過北疆或冷空氣移過北疆后在東疆地區(qū)向東南方向加深時，才會造成烏魯木齊地區(qū)持續(xù)性的大范圍的陰霧天氣，新疆大霧天氣的地面形勢有帶狀高壓、東部高壓和南疆高壓3種類型，此次天氣過程的地面形勢屬于帶狀高壓。表1統(tǒng)計烏魯木齊地區(qū)陰霧日的平均氣壓為920hPa，當氣壓為910～925hPa時出現(xiàn)陰霧的頻率為85%，其中以915～920hPa時出現(xiàn)陰霧的頻率為38%。氣壓高于930hPa或低于905hPa時都不利于陰霧的形成。氣壓過高時表現(xiàn)為地面受強大的冷高壓控制，此時是強冷空氣過境造成氣溫過低而不利于陰霧的形成，而氣壓過低則在天氣形勢上表現(xiàn)為受暖低壓控制，同樣不利于陰霧天氣的形成。

4.2 風(fēng)速特征

由表1可知大約有90%的陰霧天氣出現(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)陰霧天氣的概率最大，為25%；當風(fēng)速大于5m/s時陰霧天氣的出現(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。當近地面濕度條件較好的時候，適當?shù)娘L(fēng)速將大氣邊界層的水汽輸送到較高層次，起到水汽擴散的作用，更有利于陰霧天氣的生成和發(fā)展；如果風(fēng)速過大，近地層的亂流加強，則不利于陰霧的形成。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霧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)陰霧天氣的比例。由表1可知在-15℃以下或5℃以上幾乎不出現(xiàn)陰霧天氣，表明氣溫過高不利于輻射冷卻，冷卻不能達到水汽的凝結(jié)溫度，從而影響了陰霧天氣的形成；當氣溫過低時，水汽直接凝結(jié)成水晶，同樣也不利于陰霧的形成。有接近90%的陰霧天氣現(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)陰霧天氣，而11月至次年3月這一階段的氣溫條件最有利于陰霧天氣的形成。

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)系最為緊密的一個要素。冬季11月～2月是烏魯木齊市逆溫的多發(fā)期，因為這段時間是烏魯木齊集中供暖時期，烏魯木齊地區(qū)冬季采暖期排放出大量鍋爐煤煙，以及機動車尾氣、工業(yè)廢氣。烏魯木齊低空大氣逆溫層結(jié)是形成陰霧的重要因素之一，逆溫層的存在對陰霧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，是形成陰霧天氣必不可少的條件。因為逆溫層的存在對垂直對流的發(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散，為陰霧天氣的形成提供了非常有利的穩(wěn)定層結(jié)條件，在比41年的典型陰霧實例發(fā)現(xiàn)，冬季的強逆溫是造成烏魯木齊地區(qū)陰霧天氣的一個重要因素。研究分析冬季發(fā)生陰霧天氣的強逆溫層的垂直結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)各個月份的陰霧天氣發(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]。當逆溫層遭到破壞后，陰霧天氣就消散。

4.5 濕度

近地層的水汽充沛是形成陰霧的必備條件，由表1可知，80%以上的陰霧天氣出現(xiàn)在相對濕度大于90%的環(huán)境，有接近20%的陰霧天氣出現(xiàn)在相對濕度為80～90%的情況下，相對濕度低于80%則出現(xiàn)陰霧天氣的概率很小。另外新疆大多數(shù)的陰霧天氣多出現(xiàn)在秋末隆冬季節(jié)，這一時期，氣溫較低，地面有穩(wěn)定積雪，冷空氣活動頻繁，冷空氣入侵北疆時帶來一定的水汽，有時表現(xiàn)為有降雪，有時表現(xiàn)為云量的增多，陰霧天氣出現(xiàn)時地面一般都有積雪，約占90%，而無積雪時出現(xiàn)陰霧天氣的概率只占10%，冷空氣過