新鄭機(jī)場一次降水過后的大霧診斷分析

宋晨飛，王晶晶，岳林源

（民航河南空管分局，河南鄭州 450000）

大霧直接影響航班的起飛及降落，容易造成航班延誤、返航、備降，影響飛行安全。新鄭機(jī)場冬季和初春季節(jié)大霧頻發(fā)，隨著新鄭機(jī)場的快速發(fā)展，航班數(shù)量逐年增加，大霧預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度成為制約航運(yùn)效率的重要因素。國內(nèi)外學(xué)者及氣象一線工作人員針對大霧天氣做了大量的研究工作。邵振平[1]的研究表明了鄭州機(jī)場低能見度現(xiàn)象97%是由霧引起的，其中輻射霧和平流霧引起的低能見度現(xiàn)象占76%。祖繁等[2]研究認(rèn)為，輻射霧爆發(fā)性發(fā)展是在快速降溫條件下，霧體爆發(fā)性發(fā)展階段，較小粒徑段霧滴數(shù)質(zhì)量濃度經(jīng)歷“增長—回落—再增長”過程，較大粒徑段的霧滴數(shù)質(zhì)量濃度會在回落過程中增長，并在再增長過程中一同增長。彭雙姿等[3]研究認(rèn)為，地面輻射冷卻作用形成近地輻射逆溫層，是輻射霧形成和發(fā)展的主要因素，而日出后太陽短波輻射對地面的加熱和熱量湍流輸送是白天輻射霧消散的重要原因。2021-05-27 凌晨至上午，新鄭機(jī)場出現(xiàn)了大霧天氣，主導(dǎo)能見度最低為150 m，RVR 最低為125 m，低于Ⅱ類精密進(jìn)近運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，造成數(shù)10 架航班延誤，嚴(yán)重影響了航運(yùn)效率。本文利用ERA5 再分析資料，結(jié)合自動觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖、河南省自動監(jiān)測數(shù)據(jù)等對此次大霧過程進(jìn)行了診斷分析，研究此次大霧過程的生成和消散條件。

1 天氣實(shí)況

2021-03-26 新鄭機(jī)場出現(xiàn)了連續(xù)性降水天氣，2021-03-26 下午至2021-03-27T01：00 為小到中雨天氣。主導(dǎo)能見度在降雨期間為1 000～4 000 m，2021-03-27T01：00 低于800 m，2021-03-27 T01：00—03：00 降至500 m，05：00—08：00 降至300 m，09：00 上升至300 m，10：00 上升至1 300 m，在11：00 上升至2 500 m。在大霧期間，05：00—09：00 的RVR 數(shù)值最低，在125～450 m 之間波動。

在大霧前期2021-03-27T01：00—03：00，新鄭機(jī)場南北跑道能見度差異較大，北跑道RVR 數(shù)值明顯高于南跑道。在機(jī)場范圍觀測到有團(tuán)霧漂浮，造成了RVR數(shù)值劇烈波動，RVR 數(shù)值最低為325 m，最高為1 900 m。04：00 以后RVR 數(shù)值趨于穩(wěn)定，南北跑道數(shù)值均低于325 m，表明大霧已經(jīng)完全生成并覆蓋整個機(jī)場。09：00—10：00 的RVR 數(shù)值快速上升，大霧消散。

2 環(huán)流形勢特征

根據(jù)2021-03-26T20：00 環(huán)流形勢分析，500 hPa西部有低槽東移，700 hPa、850 hPa 中東部和南部有切變線影響。根據(jù)2021-03-27T02：00 環(huán)流形勢分析，500 hPa 轉(zhuǎn)為偏西到西北氣流控制，700 hPa、850 hPa切變線東移至東部， 表明降水結(jié)束。 根據(jù)2021-03-27T08：00 環(huán)流形勢分析，500 hPa、700 hPa、850 hPa 均轉(zhuǎn)為西北氣流，天空狀況逐漸轉(zhuǎn)為晴空，有利于夜間的輻射降溫和早晨的輻射增溫。2021-03-27凌晨至上午，地面圖上氣壓場較弱，東部有弱低壓存在，地面風(fēng)速較弱，有利于逆溫層的形成。

3 物理量場分析

3.1 濕度條件

3.1.1 水汽來源分析

2021-03-26 下午至2021-03-27 凌晨，新鄭機(jī)場為小到中雨天氣，前期的降水導(dǎo)致土壤中儲存了大量的水分，濕度較大。根據(jù)自動觀測數(shù)據(jù)濕度統(tǒng)計(jì)，2021-03-26T20：00—2021-03-27T08：00，相對濕度為97%～100%，一直處于高濕度狀態(tài)，為大霧的生成提供了充沛的水汽條件。

3.1.2 蒸發(fā)作用分析

新鄭機(jī)場2021-03-27 雙跑道RVR 監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。新鄭機(jī)場南跑道（12R、MID1、30L）RVR 數(shù)值在2021-03-27T01：00—03：00 明顯低于北跑道（12L、MID2、30L）RVR 數(shù)值，且南跑道東部30L 端數(shù)值最低。2021-03-26 夜間至2021-03-27 早晨，新鄭機(jī)場風(fēng)向不定，風(fēng)速為0～1 m/s，空氣流動性低。在新鄭機(jī)場東部有南水北調(diào)河環(huán)繞，南部植被覆蓋較多。因前期有降水過程，地面有積水，土壤含水量高，地面相對濕度維持在97%以上，同時(shí)地面高度為2 m 時(shí)溫度大約為12 ℃，溫度較高。濕地面蒸發(fā)、水面蒸發(fā)和植被呼吸作用增加空氣中水汽含量，使空氣中水汽達(dá)到飽和，從而導(dǎo)致新鄭機(jī)場南部、東部近地面出現(xiàn)了漂浮的團(tuán)霧，造成RVR 數(shù)值劇烈波動。

表1 新鄭機(jī)場2021-03-27 雙跑道RVR 監(jiān)測數(shù)據(jù)單位：m

3.2 溫度條件

3.2.1 輻射作用分析

2021-03-27T00：00 河南區(qū)域西部為晴空，新鄭機(jī)場及周圍區(qū)域上空還有滿天云存在，03：00 新鄭機(jī)場上空云量減少。2021-03-26T20：00—2021-03-27T11：00溫度及露點(diǎn)曲線如圖1 所示。2021-03-26T23：00—2021-03-27T06：00，機(jī)場基準(zhǔn)站點(diǎn)溫度持續(xù)為12 ℃左右，2021-03-27T06：00—08：00 溫度降低至11 ℃，后續(xù)逐漸上升，10：00 溫度抬升至13 ℃，11：00 抬升至16 ℃。2021-03-27T03：00 后雖然天空轉(zhuǎn)晴，但是過早出現(xiàn)的大霧形成了“暖蓋”，阻礙了長波輻射，導(dǎo)致地面溫度沒有出現(xiàn)明顯變化。日出后，太陽輻射導(dǎo)致地面溫度開始抬升，湍流加強(qiáng)，逆溫層被破壞，當(dāng)霧質(zhì)量濃度降低時(shí)，地面溫度升高加快，進(jìn)一步降低了空氣濕度和增強(qiáng)了對流運(yùn)動，加快了大霧的消散。

圖1 2021-03-26T20：00—2021-03-27T11：00溫度露點(diǎn)曲線圖

3.2.2 溫度平流分析

925 hPa 溫度平流如圖2 所示。

圖2 925 hPa 溫度平流

從圖2 中可以看出，2021-03-26T20：00 新鄭機(jī)場所在區(qū)域的冷平流大約為-7×10-5℃·s-1，但2021-03-27T02：00 新鄭機(jī)場所在區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)榕搅?，大約為8×10-5℃·s-1，2021-03-27T04：00 暖平流繼續(xù)維持，大約為6×10-5℃·s-1。925 hPa 暖平流的增溫作用特別有利于2021-03-27 凌晨至早晨逆溫層的出現(xiàn)和維持。

3.3 風(fēng)場條件

3.3.1 流場分析

利用ERA5 再分析性數(shù)據(jù)對河南的中尺度環(huán)流進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2021-03-27T02：00 在河南西部主要為西北氣流，河南中東部主要為西南氣流，其中部區(qū)域西南到東北方向有帶狀輻合帶。新鄭機(jī)場位于其輻合帶上。風(fēng)場的輻合有利于水汽積累達(dá)到飽和，從而有利于大霧的形成。1 000 hPa 流場（2021-03-27T02：00）如圖3 所示，河南省2021-03-27T02：00 實(shí)時(shí)能見度如圖4 所示。對比分析發(fā)現(xiàn)，1 000 hPa 風(fēng)場輻合區(qū)域和大霧區(qū)域基本吻合。

圖3 1 000 hPa 流場（2021-03-27T02：00）

3.3.2 風(fēng)速分析

根據(jù)2021-03-27 實(shí)況報(bào)文統(tǒng)計(jì)，2021-03-26 T20：00—2021-03-27T08：00，新鄭機(jī)場風(fēng)向?yàn)閂RB（風(fēng)向不定），風(fēng)速為1 m/s，風(fēng)速符合微風(fēng)條件。1 000 hPa垂直速度圖，如圖5 所示，新鄭機(jī)場所在區(qū)域垂直運(yùn)動弱，2021-03-27T02：00 和2021-03-27T04：00 垂直速度小于0.2 Pa·s-1。水平風(fēng)速和垂直速度較弱，有利于水汽聚集，為大霧形成了水汽條件。日出后，太陽短波輻射造成地面溫度升高，湍流作用加強(qiáng)，2021-03-27T08：00 增大了0.2 Pa·s-1。

圖5 1 000 hPa 垂直速度圖

3.4 層結(jié)條件

根據(jù)2021-03-27T08：00 新鄭站探空圖可知，925 hPa 出現(xiàn)了弱的逆溫層，大氣層結(jié)穩(wěn)定。盡管地面無明顯輻射冷卻，但是暖平流的出現(xiàn)導(dǎo)致2021-03-27早晨逆溫層的出現(xiàn)，逆溫層的出現(xiàn)有利于地面水汽的聚集。925 hPa 以下高度溫度和露點(diǎn)曲線重合，相對濕度較大，925 hPa 以上高度濕度較小，從而間接證明了逆溫層的作用。當(dāng)太陽升起后，地面溫度開始增長，破壞逆溫層，從而導(dǎo)致大霧消散。

4 結(jié)論

通過對2021-03-27 的大霧過程進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：①此次大霧天氣過程，前期的降水和地面風(fēng)場輻合提供了充足的水汽來源；近地面有弱逆溫層存在，層結(jié)穩(wěn)定；地面氣壓為均壓場，風(fēng)速較弱，以上條件為大霧的生成提供了較好的條件。日出后，太陽輻射導(dǎo)致地面溫度升高，湍流加強(qiáng)，破壞逆溫層從而導(dǎo)致大霧快速消散。②與典型輻射霧不同，在微風(fēng)條件下，當(dāng)?shù)孛嫠渑?、地面溫度高、相對濕度處于高值時(shí)，通過地面和水面蒸發(fā)、植被呼吸作用增加空氣中水汽含量，從而使水汽達(dá)到飽和，在近地面出現(xiàn)團(tuán)霧或局地大霧。當(dāng)有大霧覆蓋地面時(shí)，不利于輻射降溫，從而不利于形成逆溫層，但是925 hPa 的暖平流導(dǎo)致在機(jī)場區(qū)域上空形成了弱的逆溫層。