2015年11月寧夏中北部連續(xù)大霧天氣成因分析

張肅詔 王建英

摘要? ? 利用常規(guī)氣象觀測資料和NCEP提供的再分析資料，分別從環(huán)流形勢、層結(jié)條件、動力和熱力學(xué)機(jī)制等方面分析了2015年11月1—20日寧夏中北部地區(qū)的連續(xù)大霧天氣過程。結(jié)果表明，中高層偏西氣流、對流層低層溫度脊和地面冷高壓的穩(wěn)定維持為這次連續(xù)性大霧過程提供了有利的環(huán)流背景;前期低槽入侵產(chǎn)生的小量降水使低層增濕，暖脊控制使中層增溫形成逆溫，連續(xù)大霧過程濕層厚度及逆溫差有所不同;適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速和低層弱的水汽輻合有利于大霧穩(wěn)定維持和發(fā)展;近地層輻合上升、中高層輻散下沉，便于在界面形成逆溫層，有利于大霧天氣的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞? ? 連續(xù)大霧;環(huán)流形勢;層結(jié)條件;動力條件;寧夏;2015年11月

中圖分類號? ? P426.4? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）06-0158-02

霧是懸浮于近地面層的大量水滴或冰晶使水平能見度<1 km的一種特殊災(zāi)害性天氣，當(dāng)水平能見度在50～200 m時(shí)稱為濃霧[1]。許多學(xué)者對霧進(jìn)行了大量研究，分析了大霧天氣的成因[2-3]，揭示了大霧發(fā)生和維持的物理機(jī)制[1];研究大霧天氣的動力、熱力條件以及演變特征[4-5]。

寧夏不同地區(qū)大霧日數(shù)年變化差異大，其中銀川大霧日數(shù)季節(jié)變化差異比較明顯，最多大霧日數(shù)出現(xiàn)在11月至翌年1月。2015年11月，寧夏頻繁出現(xiàn)霧天，中北部大部地區(qū)霧天日數(shù)6～16 d（圖1），較常年霧天過程持續(xù)時(shí)間（3 d左右）明顯偏長，其中銀川市達(dá)16 d，賀蘭及青銅峽分別為14、12 d[6]。大霧過程能見度低，特別是9日中北部大部地區(qū)能見度不足500 m，石嘴山、銀川、中衛(wèi)等地能見度不足200 m，銀川市出現(xiàn)持續(xù)近2 h的強(qiáng)濃霧，能見度僅為20 m。此次大霧天氣過程持續(xù)時(shí)間長、能見度低、影響范圍大，屬歷史罕見。

2015年11月影響寧夏地區(qū)的冷空氣勢力偏弱，造成近地面風(fēng)速小，水平擴(kuò)散條件較差;另外由于大氣環(huán)流的異常，寧夏地區(qū)降水明顯偏多，尤其引黃灌區(qū)大部較常年同期偏多5倍以上，加上灌區(qū)冬灌，下墊面土壤含水量較高，造成近地層空氣濕度大。長時(shí)間的靜穩(wěn)天氣和近地層的高濕為大范圍霧天的維持提供了有利的天氣形勢背景和環(huán)境條件。

1? ? 環(huán)流形勢特征

利用NECP提供的再分析資料得到寧夏中北部此次大霧天氣過程的平均環(huán)流形勢場。500 hPa平均高度場上，亞歐大陸平均環(huán)流形勢主要盛行緯向偏西氣流。700 hPa和500 hPa形勢相似，寧夏主要受偏西氣流控制;850 hPa平均高度場上，寧夏處于偏南氣流中，暖脊北伸至內(nèi)蒙中部。這種形勢配置使低層大氣容易出現(xiàn)逆溫層結(jié)，有利于大霧的形成[7]。

從海平面平均氣壓場上可以看出，貝湖西側(cè)存在一中心值為1 030 hPa的高壓中心，寧夏大部分地區(qū)等壓線較為均勻，且1 020.5 hPa等壓線位于寧夏中北部。

分析11月1—20日500 hPa逐日8：00高空實(shí)況圖可知，寧夏1—2日受脊前西北氣流控制;3—7日不斷有低槽入侵，削弱中北部的脊，致使5—7日寧夏全區(qū)大部出現(xiàn)了連陰雨雪天氣;8—11日受偏西氣流控制;12—13日受低槽影響，有弱波動;14—20日轉(zhuǎn)為較平直的西風(fēng)氣流。

分析11月1—20日逐日海平面氣壓場可知，地面冷高穩(wěn)定維持在貝湖一帶，高壓中心很少南下進(jìn)入內(nèi)蒙，或者進(jìn)入后很快東移，對寧夏影響較小。5—7日貝湖分股擴(kuò)散冷空氣南下造成寧夏全區(qū)大部地區(qū)連陰雨雪天氣后，逐漸減弱。之后隨著西伯利亞冷空氣入侵，在貝湖附近堆積逐漸增強(qiáng);冷高中心值于17日達(dá)到最高1 050 hPa，并穩(wěn)定維持。同時(shí)8—11日寧夏以南有暖脊，不斷北伸至內(nèi)蒙古東部，寧夏北部等壓線值為1 027.5 hPa。14—20日有暖低壓北伸至寧夏北部并穩(wěn)定維持，1 025 hPa線持續(xù)維持在寧夏北部，這與海平面氣壓平均場一致。弱的偏南風(fēng)使近地層大氣容易達(dá)到飽和，為大霧的形成和維持提供了有利條件[8]。

前期低槽入侵產(chǎn)生少量降水使低層增濕，暖脊控制使中層增溫形成逆溫，地面冷高增強(qiáng)并穩(wěn)定維持，為大霧天氣的形成提供了穩(wěn)定有利的條件[9]。

2? ? 層結(jié)條件

2.1? ? 垂直結(jié)構(gòu)特征

選取銀川探空站作為代表站，利用11月2日8：00、9日8：00、14日8：00、19日8：00（強(qiáng)濃霧天）的探空實(shí)況和11月1—20日銀川大氣逆溫層溫差變化，分析連續(xù)大霧天氣過程的垂直結(jié)構(gòu)特征。

2日8：00，774 hPa以下出現(xiàn)了逆溫層，有效阻止了低層水汽和能量的向上交換，整個(gè)大氣層結(jié)都很干燥，濕層淺薄，逆溫溫差為6 ℃，在892 hPa層相對濕度達(dá)到了92%，有利于大霧的形成。

9日8：00，在787 hPa以下維持2.3 km的逆溫層，且逆溫強(qiáng)度較強(qiáng)，由于5—7日連陰雨雪天氣，低層暖濕氣流的輸送使得大氣濕層增厚且逆溫層頂向上發(fā)展，9日白天寧夏大部分地區(qū)為出現(xiàn)大霧天氣，銀川能見度為20 m。9日20：00， 850 hPa以下再次出現(xiàn)逆溫層，同時(shí)在873 hPa附近存在一淺薄逆溫層，雙層逆溫的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了大氣層結(jié)的穩(wěn)定性。

14日8：00，823 hPa以下相對濕度均>80%，逆溫層整體抬升，逆溫層頂伸至886 hPa。14日20：00以后，逆溫層逐漸變薄，逆溫強(qiáng)度增強(qiáng)，1 000 hPa以下相對濕度>90%。850 hPa以上的中高層結(jié)仍比較干燥。

19日8：00，在600 hPa和850 hPa附近形成了多層逆溫結(jié)構(gòu)，但總體逆溫強(qiáng)度偏弱，大氣層結(jié)整體濕度加大。19日20：00，500 hPa附近左右相對濕度都>80%，使大霧范圍廣持續(xù)時(shí)間長。

11月以來大氣層結(jié)較穩(wěn)定，逆溫層厚度高、溫差大。11月2日、9日、14日、19日強(qiáng)濃霧期間，銀川市區(qū)逆溫層高度2.3 km左右，逆溫差達(dá)6～7 ℃。大氣層結(jié)穩(wěn)定，逆溫強(qiáng)，抑制了水汽向高空擴(kuò)散，從而在近地層凝結(jié)成霧[10]。

2.2? ? 動力結(jié)構(gòu)特征

利用NCEP再分析資料作出2015年11月1—20日銀川站（東經(jīng)106.2°，北緯38.4°）散度、垂直速度和渦度的時(shí)間高度垂直剖面圖。分析可知，11月1—20日，500 hPa以下為0～0.5×10-5 s-1的正散度區(qū)。垂直速度場顯示1日、9日、14日500 hPa均有垂直速度為0.2×10-5 s-1正速度區(qū)，低層有弱的負(fù)速度區(qū)，表明中高層存在弱的輻散下沉運(yùn)動。

從渦度的時(shí)間高度垂直分布可以看出，連續(xù)大霧過程期間，1—12日700 hPa以下為負(fù)渦度區(qū)，中心值達(dá)到-3×10-5 s-1，說明有暖濕氣流輸送;13日，500 hPa以下均為正的渦度區(qū)。14日，850 hPa以下為負(fù)渦度區(qū)，表明該低層有暖濕氣流的輸送，且對流層中上層有冷空氣影響。15—20日700 hPa以下為正渦度區(qū)。

3? ? 水汽條件

利用NCEP的再分析資料計(jì)算了11月1—20日銀川站（東經(jīng)106.2°，北緯38.4°）的水汽通量散度分布和相對濕度的時(shí)間—高度垂直剖面圖?？芍?1月1—5日850 hPa以下水汽通量散度為負(fù)，同時(shí)在1—4日，850 hPa下有 -5 g/hPa·cm2·s;5日700 hPa上有一負(fù)的散度中心，中心值達(dá)到-35 g/hPa·cm2·s，說明中低層水汽通量匯入;6日—11日由于連陰雨雪天氣后，水汽充足，有0～20 g/hPa·cm2·s左右的水汽輻散;11—20日700 hPa以下水汽通量均為負(fù)，充足的水汽促使大霧發(fā)展并長時(shí)間維持。

近地層濕度越大，濕層越厚，越有利于霧的形成[11]。從大霧期間大霧中心區(qū)相對濕度的演變可知，連續(xù)大霧期間，低層相對濕度在40%～70%，但1 000 hPa以下霧區(qū)單站相對濕度均在90%以上，這樣高濕的環(huán)境有利于大霧天氣的持續(xù)。

4? ? 風(fēng)向風(fēng)速條件

風(fēng)對霧的形成有一定的促進(jìn)作用，適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速既有利于向空中輸送水汽，又不會導(dǎo)致垂直交換過于強(qiáng)烈，從而有利于霧的產(chǎn)生[12]。從大霧產(chǎn)生過程中的風(fēng)場演變可以看出，出現(xiàn)大霧的時(shí)段，近地層風(fēng)速一般<4 m/s。此次連續(xù)大霧過程中850 hPa以上為偏北風(fēng)，以下風(fēng)向以偏南風(fēng)為主，同時(shí)近地面風(fēng)速均<4 m/s，特別是8日以來風(fēng)速均<2 m/s?？諝忪o穩(wěn)、風(fēng)力小，使近地層水汽在水平方向上不易擴(kuò)散，易凝結(jié)成霧。

5? ? 結(jié)語

低層850 hPa以下明顯的暖脊有利于逆溫層結(jié)的形成，地面冷高壓穩(wěn)定維持在貝湖附近，這種天氣形勢的配置為持續(xù)性大霧的形成及發(fā)展提供了有利的環(huán)境條件。逆溫層的強(qiáng)度與霧的濃度之間關(guān)系密切，逆溫層強(qiáng)度愈強(qiáng)，近地面積聚的水汽愈多，能見度也愈低。雙逆溫層甚至多逆溫層的存在能進(jìn)一步增強(qiáng)大氣層結(jié)的穩(wěn)定性。近地層輻合上升，中高層輻散下沉，易在界面形成逆溫層，有利于大霧的出現(xiàn)。低層充足的水汽是大霧形成和維持的重要條件之一。適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速既有利于向空中輸送水汽，又不至于使垂直交換過于強(qiáng)烈，從而有利于霧的產(chǎn)生，大霧期間，風(fēng)速一般<4 m/s。

6? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 呂博，賈斌，韓鳳軍，等.山東中西部一次持續(xù)性大霧的形成及維持機(jī)制[J].干旱氣象，2014，32（5）：830-836.

[2] 吳和紅，嚴(yán)明良，繆啟龍，等.滬寧高速公路大霧及氣象要素特征分析[J].氣象與減災(zāi)研究，2010，33（4）：31-37.

[3] 王清平，朱蕾，黃海波，等.烏魯木齊國際機(jī)場一次高影響大霧的成因分析[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（6）：46-51.

[4] 周賀玲，李麗平.河北省大霧形成的氣候特征及動力熱力條件分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（2）：987-990.

[5] 何立富，李峰，李澤椿.華北平原一次持續(xù)性大霧過程的動力和熱力特征[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17（2）：160-168.

[6] 田心如，陳廣昌，唐紅異，等.江蘇省高影響性大霧天氣演變特征及綜合影響評估[J].氣象科技，2012，40（3）：262-267.

[7] 納麗，馮瑞萍.寧夏大霧的氣候特征及變化[J].災(zāi)害學(xué)，2008，23（1）：61-64.

[8] 周翠芳，陳楠，張廣平.寧夏霧的時(shí)空分布特征及預(yù)報(bào)方法研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（30）：17074-17078.

[9] 黃美元，沈志來.半個(gè)世紀(jì)的云霧、降水和人工影響天氣研究進(jìn)展[J].大氣科學(xué)，2003，27（4）：536-551.

[10] 夏玉蓮，柳宏英.2013年11月五家渠地區(qū)連續(xù)大霧天氣的相關(guān)氣象要素分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014（8）：42-44.

[11] 何友江，朱彬，馬力.重慶市冬季霧生消的物理特征[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，26（6）：821-827.

[12] 毛冬艷，楊貴名.華北平原霧發(fā)生的氣象條件[J].氣象，2006，32（1）：78-83.