南寧機(jī)場2次低云過程對(duì)比分析

宛濤 謝忠妙 曾翔宇 劉曄恒 鄒德龍

摘? 要：該文利用云高儀資料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析資料以及風(fēng)廓線雷達(dá)資料對(duì)南寧機(jī)場2023年1月和2月2次低云過程進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，①2次過程均伴隨降水，差別在于2月過程低云持續(xù)時(shí)間更長，期間出現(xiàn)一次大霧天氣；②2次過程均受西南急流影響，后期中層西北氣流和地面西南低壓外圍形勢(shì)是2次過程低云消散的關(guān)鍵，差別在于2月過程低層切變線的維持和地面弱冷空氣的滲透使得低云更容易生成和維持；③2次過程低層都存在濕區(qū)且近地層存在逆溫層，差別在于2月過程的逆溫層深厚且長時(shí)間維持，逆溫層高度的下降，是2月過程出現(xiàn)大霧的重要原因之一；④1月過程為冷暖交匯型低云轉(zhuǎn)純回流型低云，2月過程以冷暖交匯型低云為主，短時(shí)為純回流型低云；⑤V0H對(duì)于低云的預(yù)報(bào)有一定的指示意義，當(dāng)南北特征值都存在時(shí)，南風(fēng)特征值的增大有利于低云的出現(xiàn)，當(dāng)只存在南風(fēng)特征值時(shí)，大于等于8 m/s的南風(fēng)特征值有利于低云的消散；⑥2次過程云底高度的升降與垂直運(yùn)動(dòng)的方向呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：低云；天氣形勢(shì)；風(fēng)廓線雷達(dá)；大霧；對(duì)比分析

中圖分類號(hào)：P4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）06-0088-04

Abstract： Based on the data of the ceilometer and ERA5 （0.25°×0.25°） reanalysis and wind profile radar， this article make a comparative analysis of two low cloud processes at Nanning Airport in January and February 2023. The results show， ①Both processes were accompanied by precipitation， with the difference being that the low cloud duration in February was longer and there was a fog during the process. ②Both processes are influenced by the southwest jet stream， the key to the dissipation of low clouds in the later stage is the northwest airflow in the middle layer and the peripheral situation of the southwest low-pressure on the ground.， the difference lies in the maintenance of the low level shear line in the February process and the infiltration of weak cold air on the ground， which makes it easier for low clouds to generate and maintain.③Both processes have wet areas in the lower layer and inversion layers in the near layer， the difference lies in the fact that the inversion layer in the February process is deep and maintained for a long time.， the decrease in inversion layer height is one of the important reasons for the occurrence of fog in the February process. ④The January process is characterized by a transition from cold and warm converging low clouds to pure reflux low clouds， while the February process is mainly characterized by cold and warm converging low clouds， with a short-term transition to pure reflux low clouds. ⑤V0H has certain indicative significance for the prediction of low clouds， when eigenvalues of north-south winds exist， an increase in the south wind eigen values is conducive to the occurrence of low clouds， when only the south wind eigen values exist， a south wind eigen values greater than or equal to 8m/s are conducive to the dissipation of low clouds. ⑥The rise and fall of cloud base height during the two processes are positively correlated with the direction of vertical motion.

Keywords： low cloud; weather condition; wind profile radar; heavy fog; comparative analysis

云底高度是影響航空器起降的一個(gè)重要因素，當(dāng)云底高度下降至一定程度且長時(shí)間維持時(shí)，飛行員因看不清地標(biāo)和跑道，容易操作失誤而造成飛行事故[1]，就南寧吳圩機(jī)場而言，當(dāng)云底高度小于300 m時(shí)，飛機(jī)的起降會(huì)受到一定程度的影響，而當(dāng)云底高度小于60 m時(shí)，飛機(jī)的起降會(huì)受到嚴(yán)重影響，因此，本文主要研究云底高度小于300 m的低云。近年來，隨著航班量的增加，低云對(duì)于飛機(jī)起降的影響日益突出，越來越多的學(xué)者開始對(duì)低云進(jìn)行多方面的研究，王錫東等[2]通過對(duì)10 a歷史資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出海口美蘭機(jī)場低云的季節(jié)性差異及日變化特征，楊瑜等[3]重點(diǎn)分析了低云與降水的變化特征和相關(guān)性，指出中等及以上強(qiáng)度降水是判斷浦東機(jī)場低云出現(xiàn)的重要依據(jù)之一，文丹青等[4]從環(huán)流形勢(shì)、假相當(dāng)位溫、溫度平流和地表熱量通量等方面深刻剖析了廣州白云機(jī)場兩次低云過程不同的發(fā)生和維持機(jī)制，目前，利用風(fēng)廓線雷達(dá)對(duì)低云案例進(jìn)行分析的研究還比較匱乏，因此，本文利用云高儀資料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析資料和風(fēng)廓線雷達(dá)資料對(duì)南寧機(jī)場2023年1月10至13日、2023年2月3至11日2次低云過程進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)二者在形成、維持和消散機(jī)制上的異同點(diǎn)，以期為今后類似過程提供預(yù)報(bào)參考。

1? 天氣概況及形勢(shì)分析

1.1? 天氣概況

2023年1月10日19時(shí)（北京時(shí)間，下同），南寧機(jī)場開始出現(xiàn)連續(xù)性小雨天氣，本場云底高度迅速降低，11日02時(shí)最低云底高度已下降至120 m，此后至13日11：00前，最低云底高度在30～300 m之間波動(dòng)，30～60 m低云主要出現(xiàn)在每日的05時(shí)至10時(shí)（圖略），本次過程期間南寧機(jī)場未出現(xiàn)大霧天氣。2023年2月3日傍晚，南寧機(jī)場云底高度開始緩慢波動(dòng)下降，3日20時(shí)最低云底高度已下降至300 m以下，3日23時(shí)本場開始出現(xiàn)間歇性小雨天氣，自2月4日01時(shí)后，最低云底高度在30～210 m之間波動(dòng)，直至2月11日12時(shí)后，最低云底高度才穩(wěn)定上升至300 m以上，30～60 m低云主要出現(xiàn)在每日20時(shí)至次日10時(shí)（圖略），本次過程期間南寧機(jī)場出現(xiàn)一次大霧天氣，最低能見度500 m。通過對(duì)比分析可知2次過程均伴隨降水，差別在于1月過程是連續(xù)性小雨，云底高度迅速下降，而2月過程是間歇性小雨，云底高度下降緩慢，且2月過程低云持續(xù)時(shí)間更長，期間出現(xiàn)一次大霧天氣。

1.2? 天氣形勢(shì)分析

1月10日20時(shí)（圖1（a））至13日08時(shí)（圖1（b）），南寧地區(qū)500 hPa有加深東移的南支槽過境，由西南氣流逐漸轉(zhuǎn)為西北氣流，850 hPa較強(qiáng)偏南氣流逐漸為西南急流，925 hPa東南風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)偏南風(fēng)，地面為入海高壓后部逐漸轉(zhuǎn)西南低壓外圍形勢(shì)（圖略）。2月3日20時(shí)（圖1（c））至11日08時(shí)（圖1（d）），南寧地區(qū)由偏西氣流轉(zhuǎn)為西北氣流，850 hPa受西南急流影響，有切變線在桂北維持，925 hPa受桂中切變線南側(cè)的暖濕氣流輻合影響，地面前中期有弱冷空氣滲透，后期逐漸轉(zhuǎn)為西南低壓外圍形勢(shì)（圖略）。通過對(duì)比分析可知，2次過程低層均西南急流影響，水汽輸送條件較好，有利于低云的維持，后期中層西北氣流和地面西南低壓外圍形勢(shì)是2次過程低云消散的關(guān)鍵，差別在于2月過程低層有切變線在廣西區(qū)域內(nèi)維持，水汽更容易在南寧機(jī)場聚集，這是2月低云過程持續(xù)時(shí)間更長的重要原因之一，另一個(gè)重要原因是2月過程期間持續(xù)有弱冷空氣滲透，冷暖氣流的交匯使得低云更容易生成和維持。

1.3? 探空曲線分析

1月10日20時(shí)至13日08時(shí)南寧站點(diǎn)上空濕層厚度由500 hPa逐漸下降至800 hPa，中低層風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，存在暖平流，近地層淺薄的逆溫層于13日08時(shí)抬升至900～850 hPa，南寧機(jī)場的最低云底高度也隨之逐漸抬升（圖略）。2月3日20時(shí)至11日08時(shí)南寧站點(diǎn)上空濕層厚度由650 hPa逐漸下降至750 hPa，地面持續(xù)有弱冷空氣滲透，近地層深厚的逆溫層于11日08時(shí)下降至980～940 hPa，此時(shí)南寧機(jī)場已出現(xiàn)大霧天氣（圖略）。通過對(duì)比分析可知，2次過程低層都存在濕區(qū)且近地層存在逆溫層，有利于低云的生成和維持，差別在于2月過程濕層厚度較淺薄，但是其變化沒有1月過程明顯，且1月過程的逆溫層是暖平流造成的，厚度淺薄而不利于長時(shí)間維持，而2月過程由于持續(xù)有弱冷空氣滲透，冷暖氣流的交匯更有利于逆溫層的發(fā)展和維持，長時(shí)間維持的低層高濕條件和深厚的近地層逆溫層導(dǎo)致2月過程低云持續(xù)時(shí)間更長，同時(shí)，逆溫層高度的下降，是2月過程出現(xiàn)大霧的重要原因之一。

2? 風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)資料分析

2.1? 風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場產(chǎn)品分析

根據(jù)梁曉京等[5]統(tǒng)計(jì)分類，低云可分為冷暖交匯型和純回流型2大類，其中冷暖交匯型低云的空中水平風(fēng)場在垂直方向上分為3層，下層是偏北風(fēng)，中層是南、北風(fēng)過度層，上層是偏南風(fēng)，而純回流型低云的空中水平風(fēng)場均為偏南風(fēng)。由圖2（a）和圖2（b）可知，1月10日20時(shí)至13日20時(shí)，南寧機(jī)場中層西南氣流逐漸轉(zhuǎn)為偏西氣流，低層偏南氣流逐漸轉(zhuǎn)為西南急流，近地層由東北風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，因此1月過程從風(fēng)場形勢(shì)上可定性為冷暖交匯型低云轉(zhuǎn)純回流型低云。由圖2（c）和圖2（d）可知，2月3日20時(shí)至11日20時(shí)，南寧機(jī)場中層偏西氣流逐漸轉(zhuǎn)為西南氣流，低層西南氣流逐漸增強(qiáng)為西南急流，近地層前中期持續(xù)有弱冷空氣滲透，后期為偏南風(fēng)（圖略），2月過程從風(fēng)場形勢(shì)上可定性為冷暖交匯型低云為主，短時(shí)為純回流型低云。另外，2次低云過程的最大探測(cè)高度均隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，但是2月過程的整體最大探測(cè)高度要大于1月低云過程，同時(shí)其低層到中層的西南氣流更強(qiáng)盛，急流高度更低，表明2月過程的大氣層結(jié)更穩(wěn)定、水汽輸送能力更強(qiáng)，有利于低云長時(shí)間的維持。綜上所述，1月過程為冷暖交匯型低云轉(zhuǎn)純回流型低云，2月過程以冷暖交匯型低云為主，短時(shí)為純回流型低云，同時(shí)，2月過程的大氣層結(jié)更穩(wěn)定、水汽輸送能力更強(qiáng)，更有利于低云長時(shí)間的維持。

2.2? 風(fēng)廓線雷達(dá)低云特征產(chǎn)品分析

根據(jù)梁曉京等[5]的指標(biāo)算法，計(jì)算出的南寧機(jī)場V0H、云底高度、南風(fēng)和北風(fēng)特征值的日變化如圖3所示。由圖3（a）和圖3（b）可知，1月10日20時(shí)，南寧機(jī)場V0H從1 700 m開始波動(dòng)下降，最低云底高度也隨之下降（圖略），11日03時(shí)后V0H穩(wěn)定在300～500 m之間，此時(shí)最低云底高度已下降至150 m以下，11日15時(shí)后，隨著地面至中層均吹南風(fēng)，北風(fēng)特征值消失，V0H也隨之消失，之后只能探測(cè)到南風(fēng)特征值，對(duì)于1月過程，當(dāng)南北風(fēng)特征值共存時(shí)，低云的出現(xiàn)伴隨著南風(fēng)特征值的增大，而當(dāng)只存在南風(fēng)特征值時(shí)，低云的抬升同樣伴隨著南風(fēng)特征值的增大，8 m/s的南風(fēng)特征值可能是促使其抬升的臨界值。由圖3（c）和圖3（d）可知，2月10日20時(shí)南寧機(jī)場V0H從460 m開始波動(dòng)，呈先下降后上升趨勢(shì)，最低云底高度先隨著V0H波動(dòng)下降（圖略），于4日01時(shí)后穩(wěn)定在150 m以下，之后不再隨著V0H的升高而出現(xiàn)明顯的抬升，10日19時(shí)后，隨著北風(fēng)特征值消失，V0H也隨之消失，之后只能探測(cè)到南風(fēng)特征值，對(duì)于2月過程，當(dāng)南北風(fēng)特征值共存時(shí)，低云的出現(xiàn)同樣伴隨著南風(fēng)特征值的增大，而當(dāng)只存在南風(fēng)特征值時(shí)，低云的抬升也同樣伴隨著南風(fēng)特征值的增大，其抬升的南風(fēng)特征值臨界值同樣為8 m/s。綜上所述，2次過程在低云開始出現(xiàn)時(shí)，V0H的變化趨勢(shì)能夠反映最低云底高度的變化趨勢(shì)，即V0H對(duì)于低云的預(yù)報(bào)有一定的指示意義，同時(shí)2次過程低云的出現(xiàn)與消散均與南風(fēng)特征值的大小有一定關(guān)系，當(dāng)南北特征值都存在時(shí)，南風(fēng)特征值的增大有利于低云的出現(xiàn)，當(dāng)只存在南風(fēng)特征值時(shí)，大于等于8 m/s的南風(fēng)特征值有利于低云的消散，2次過程的差別在于當(dāng)南風(fēng)特征值達(dá)到8 m/s的臨界值時(shí)，2月過程的最低云底高度抬升至300 m以上的時(shí)間更長，這與2次過程當(dāng)時(shí)的最低云底高度和低云量的差異有關(guān)。

2.3? 風(fēng)廓線雷達(dá)垂直速度產(chǎn)品分析

根據(jù)風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)的的垂直風(fēng)場的日變化可知（圖略），1月10日20時(shí)至11日10時(shí)，南寧機(jī)場上空2 km高度以下為較強(qiáng)的垂直下沉運(yùn)動(dòng)，最大垂直下沉速度達(dá)到5 m/s以上，這與期間南寧機(jī)場出現(xiàn)的連續(xù)性小雨天氣有關(guān)聯(lián)，長時(shí)間的降水帶來的拖曳運(yùn)動(dòng)使得最低云底高度迅速下降至300 m以下，而在1月13日低云抬升前，南寧機(jī)場500 m以下為較弱的垂直上升運(yùn)動(dòng)，且垂直上升運(yùn)動(dòng)不斷加強(qiáng)并向上層發(fā)展，在上升運(yùn)動(dòng)的促使下，最低云底高度不斷抬升，最終穩(wěn)定在300 m以上。2月3日20時(shí)至4日20時(shí)，南寧機(jī)場上空2 km高度以下為較弱的垂直下沉運(yùn)動(dòng)，3日23時(shí)機(jī)場開始出現(xiàn)間歇性小雨天氣，此時(shí)最低云底高度已下降至300 m以下，同樣在2月11日低云抬升前，南寧機(jī)場500 m以下為較弱的垂直上升運(yùn)動(dòng)，且垂直上升運(yùn)動(dòng)不斷加強(qiáng)并向上層發(fā)展，最低云底高度也隨之抬升至300 m以上。由此可知，1月過程和2月過程云底高度的升降與垂直運(yùn)動(dòng)的方向呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，降水的出現(xiàn)是導(dǎo)致2次過程低云出現(xiàn)且維持的重要原因之一，不同的是連續(xù)性小雨是1月過程低云迅速出現(xiàn)的關(guān)鍵因素，而間歇性小雨對(duì)于2月過程低云更多的是起到維持作用。

3? 結(jié)論

1）2次過程均伴隨降水，差別在于1月過程云底高度下降較快，2月過程云底高度下降緩慢，且2月過程低云持續(xù)時(shí)間更長，期間出現(xiàn)一次大霧天氣。

2）2次過程均受西南急流影響，水汽輸送條件較好，有利于低云的維持，后期中層西北氣流和地面西南低壓外圍形勢(shì)是2次過程低云消散的關(guān)鍵，差別在于2月過程低層切變線的維持和地面弱冷空氣的滲透使得低云更容易生成和維持。

3）2次過程低層都存在濕區(qū)且近地層存在逆溫層，有利于低云的生成和維持，差別在于1月過程的逆溫層是暖平流造成的，厚度淺薄而不利于長時(shí)間維持，而2月過程的逆溫層是冷暖氣流的交匯造成的，厚度深厚且長時(shí)間維持，從而導(dǎo)致2月過程低云持續(xù)時(shí)間更長，同時(shí)逆溫層高度的下降，是2月過程出現(xiàn)大霧的重要原因之一。

4）1月過程為冷暖交匯型低云轉(zhuǎn)純回流型低云，2月過程以冷暖交匯型低云為主，短時(shí)為純回流型低云，同時(shí)2月過程的大氣層結(jié)更穩(wěn)定、水汽輸送能力更強(qiáng)，更有利于低云長時(shí)間的維持。

5）V0H對(duì)于低云的預(yù)報(bào)有一定的指示意義，當(dāng)南北特征值都存在時(shí)，南風(fēng)特征值的增大有利于低云的出現(xiàn)，當(dāng)只存在南風(fēng)特征值時(shí)，大于等于8 m/s的南風(fēng)特征值有利于低云的消散，低云的消散時(shí)間與最低云底高度和低云量的差異有關(guān)。

6）2次過程云底高度的升降與垂直運(yùn)動(dòng)的方向呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，連續(xù)性小雨是1月低云迅速出現(xiàn)的關(guān)鍵因素，而間歇性小雨對(duì)于2月過程低云更多的是起到維持作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周建華.航空氣象業(yè)務(wù)[M].北京：氣象出版社，2011：22-45.

[2] 王錫東，曾喜，王俞萱.?？诿捞m機(jī)場低云低能見度特征分析[J].氣象研究與應(yīng)用，2011，32（S2）：121-122.

[3] 楊瑜，傅毅.2000～2019年浦東機(jī)場低云與降水的變化特征及相關(guān)性[J].民航學(xué)報(bào)，2021，5（3）：64-66.

[4] 文丹青，黃波.廣州白云機(jī)場兩次低云低能見度過程對(duì)比分析[J].氣象研究與應(yīng)用，2010，31（S2）：16-17.

[5] 梁曉京，鄒德龍，陳賢軍.基于南寧機(jī)場風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場資料的低云研究[J].民航科技，2021（2）：76-80.