濟南機場初冬一次連續(xù)性大霧過程分析

王光輝

摘要 結(jié)合天氣形勢、物理量場，再利用地面氣象觀測資料、GDAS 資料、NCEP 再分析資料和軌跡分析方法，詳細分析濟南機場2019年12月7—10日的持續(xù)性大霧天氣。結(jié)果表明：此次大霧是在穩(wěn)定大尺度天氣背景下發(fā)生的。持續(xù)性大霧形成有以下幾個主要原因：地面輻射冷卻和低層冷暖平流有利于維持大霧天氣;低層弱上升運動配合中層的弱下沉運動有利于大霧的維持和發(fā)展;大霧的主要水汽來源于近低層偏南氣流的水汽輸送，比例高達61%，西北氣流輸送的水汽較少，主要是其表征短波槽后的冷平流及高壓前部的弱冷空氣是一支干冷的輻散下沉氣流。

關(guān)鍵詞 持續(xù)大霧;逆溫層;HYSPLIT 模式

中圖分類號：P458 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）07–0091–02

霧由懸浮于近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成，水平能見度一般小于1 km。但能見度過低會嚴重影響民航飛機安全飛行。在大霧天氣下，飛行員視線受阻，飛機著陸過程中容易偏離軌道或過早、過遲落地，導(dǎo)致航班延誤、備降或取消，從而造成較大的經(jīng)濟損失。

1 分析方法

HYSPLIT是NOAA和澳大利亞氣象局聯(lián)合開發(fā)的計算和分析氣團輸送以及擴散軌跡的專業(yè)模型，分析軌跡思路是假設(shè)空氣隨風(fēng)飄動，移動軌跡則是時間與空間位置上矢量的積分。因此，最終的位置需要由初始位置（P）和第一猜測位置（P）的平均速率計算。計算公式如下：

其中，△t代表時間步長，是可變的，但因小于0.75倍Umax，而Umax則代表的為最大風(fēng)速。

計算不同通道的水汽貢獻率定義如下：

其中，Q是某一通道的水汽輸送貢獻率，qlast是氣團最終位置的比濕，而其中的m則是該通道所包含的軌跡條數(shù)，n是軌跡總數(shù)。

2 天氣實況及地面氣象要素

2.1 大霧天氣實況

由于魯西北地區(qū)在2019年7月中旬連續(xù)出現(xiàn)大霧天氣，濟南機場也因此受到波及，最低能見度僅為50 m。機場大霧自2019年12月7日23：00～11日00：00，除中間部分時段為短暫性輕霧外，能見度低于500 m的濃霧持續(xù)54 h，能見度低于100 m的強濃霧持續(xù)39 h，甚至能見度為50 m的強濃霧持續(xù)24 h。

2.2 地面氣象要素

大霧天氣持續(xù)期間，濟南天氣以晴到少云天氣為主，氣溫在-7.0℃ ～8.0℃之間。氣溫變化能較好地對應(yīng)能見度的變化，側(cè)面說明地面輻射降溫能維持濟南機場大霧天氣。從濕度來看，相對濕度為90%以上，地面溫度露點差為0℃～1℃。根據(jù)該數(shù)據(jù)可以得出，濟南機場近地面大氣潮濕，為大霧天氣的持續(xù)提供了有利的水汽條件。從地面風(fēng)場角度來看，偏南風(fēng)風(fēng)速受弱氣場影響，風(fēng)速一般小于4.0 m/s。較小的風(fēng)力減少了水汽的擴散，使之集聚在近地面，加劇了大霧天氣的持續(xù)發(fā)展。

2.3 環(huán)流形勢

在濟南機場大霧持續(xù)期間，東亞大陸受高壓脊的控制，以及東海地區(qū)的淺槽活動，致使中緯度的濟南地區(qū)處于槽后脊前的西北偏西氣流之中（圖1）。從溫度來看，等溫線基本平行于等高線，溫度槽脊幾乎重合于高度槽脊，沒有較為明顯的溫度平流。由此可見，高層大尺度環(huán)流的穩(wěn)定少變是造成濟南機場大霧天氣持續(xù)的重要原因。

2.4 逆溫層

大霧天氣形成的重要條件是大氣層結(jié)穩(wěn)定與低空逆溫層的存在。2019年12月7日20：00，濟南地區(qū)近地層出現(xiàn)了強度為0.3℃·（22 hPa）-1的逆溫層結(jié)，逐漸形成上暖下冷的結(jié)構(gòu);23：00，濟南機場能見度由2 000 m迅速降至600 m，開始出現(xiàn)大霧天氣。2019年12月8日，逆溫層受輻射增溫影響逐漸減弱，強濃霧也逐漸下降為輕霧。但是，8日夜間輻射增溫效果下降，加之受到低空暖平流的影響，大霧天氣開始重新發(fā)展，并再次發(fā)展為強濃霧。2019年12月9日08：00，濟南上空開始出現(xiàn)強度分別為4.2℃·（12 hPa）-1和1.7℃·（9 hPa）-1的雙層逆溫結(jié)構(gòu)，致使9日全天呈現(xiàn)持續(xù)強濃霧天氣;9日夜間和10日清晨逆溫強度明顯減弱，能見度有所提高;10日夜間，冷空氣持續(xù)影響濟南地區(qū)，加之地層有較強逆差，濃霧天氣持續(xù)，但隨著近地面逆溫層結(jié)逐漸減弱并消失，最終濃霧逐漸消散。

2.5 持續(xù)性大霧成因

根據(jù)前面分析可知，當(dāng)能見度變化與氣溫變化一致時，有明顯的日變化，這也代表著夜間的輻射冷卻是維持大霧天氣形成的重要因素之一。地面氣溫的變化情況如下：7—8日濟南地區(qū)天氣為晴到少云。其中，7日最高氣溫與8日清晨溫差為12.1℃，溫差較大，這說明8日清晨存在強烈的輻射冷卻作用，并且期間低層沒有明顯溫度平流。因此，可以得出7—8日清晨期間的強濃霧以輻射霧為主。同理，8—9日溫差也較大，說明夜間地表仍有強烈的輻射冷卻作用。從溫度平流來看，8日夜間有短波槽過境，低層有明顯暖平流，有利于近地層逆溫的建立與維持。因此，8日夜間的強濃霧主要是地面輻射冷卻和低空暖平流共同作用，為輻射平流霧;9日晝夜溫差較小，這代表著輻射冷卻作用大幅減弱。但從溫度平流來看，9日再次有短波槽東移，低層有明顯暖平流，以平流霧為主;10日晝夜溫差為9.5℃，主要是地表輻射降溫和弱冷空氣共同影響所致，應(yīng)為輻射平流霧。

低于925 hPa應(yīng)基本對應(yīng)負散度，且最大負散度中心值達到1×10-5/s，則表明低層有弱輻合上升運動，有利于近地層暖濕空氣向上輸送，增加濕層的厚度，促使霧層達到一定高度（圖2）。此外，中層弱下沉運動與低層的弱上升運動疊加，致使空氣增溫與空氣冷卻相互持續(xù)作用，形成逆溫層，阻止低層水汽向上輸送，進而有利于低層水汽凝結(jié)，維持大霧天氣。大霧后期，低層弱輻合受冷空氣影響逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿踺椛?，大霧天氣開始逐漸減弱并消散[1]。

形成霧的重要條件是豐富的水汽，目前歐拉方法是研究水汽輸送最常用的方法之一。但隨著近年來氣流軌跡模式的發(fā)展，拉格朗日方法被廣泛用于診斷水汽輸送[2]。因此，主要利用軌跡模式HYSPLIT分析濟南機場大霧天氣過程的水汽輸送。由于霧多是近地面產(chǎn)生，霧頂高度一般不超過1 km。因此，擬選擇250 m、500 m、750 m以及1 000 m作為氣流后向軌跡模擬的起始高度，持續(xù)跟蹤大霧持續(xù)期間氣流軌跡48 h后，并進行聚類分析。

濟南機場大霧過程中，主要有兩條低層水汽輸送通道，分別為西北氣流輸送通道與偏南氣流輸送通道。其中，西北氣流輸送通道主要對應(yīng)925 hPa以上干冷的弱輻散下沉氣流，主要出現(xiàn)在兩次短波槽過境期間和10日夜間，分別表征著槽后的冷平流和高壓前沿的弱冷空氣;偏南氣流輸送通道主要對應(yīng)低層暖濕氣流，且始終貫穿于大霧天氣的每個階段。利用軌跡模式HYSPLIT可以得出偏南氣流輸送通道對于濟南機場大霧天氣輸送水汽占61%，西北氣流輸送通道輸送水汽占39%，主要表征為短波槽后的冷平流和高壓前部的弱冷空氣。

3 結(jié)束語

持續(xù)性大霧的發(fā)生和發(fā)展主要受低空短波槽前的暖平流，地面長時間維持的均壓場等良好的高、低空環(huán)流配置，近地層逆溫，地面輻射冷卻和低層的冷暖平流，低層的弱輻合配合中層的弱輻散等因素的影響，且根據(jù)軌跡模式HYSPLIT可以得出此次大霧水汽主要來源于偏南氣流輸送通道，西北氣流輸送通道輸送次之，是一支干冷的輻散下沉氣流。

參考文獻

[1] 任偉.濟南機場初冬一次連續(xù)性大霧過程分析[J].內(nèi)蒙古氣象，2021（1）：13-17.

[2] 王英，李春娥，王索民.一次連續(xù)性大霧天氣過程分析[J].陜西氣象，2003（3）： 21-23.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of a Continuous Heavy Fog Process at Jinan Airport in Early Winter

WANG Guang-hui （Jiyang District Meteorological Bureau， Jinan， Shandong 251400）

Abstract Combined with the weather situation and physical quantity field， and using the ground meteorological observation data， GDAS data， NCEP reanalysis data and trajectory analysis method， the continuous heavy fog weather of Jinan airport from December 7 to 10， 2019 is analyzed in detail. The results show that the heavy fog occurred under the background of stable large-scale weather. There are several main reasons for the formation of persistent heavy fog： ground radiation cooling and low-level cold and warm advection are conducive to maintaining heavy fog weather; The weak ascending movement in the lower layer and the weak sinking movement in the middle layer are conducive to the maintenance and development of heavy fog; The main water vapor of the fog comes from the water vapor transportation of the South air flow in the near lower layer， accounting for 61%， while the water vapor transported by the northwest air flow is less， mainly because it indicates that the cold advection behind the short wave trough and the weak cold air in front of the high pressure are a dry and cold divergent downdraft.

Key words Continuous fog; Inversion layer; Hysplit mode