29期

中国农学通报 203,29(29):95-200 Chinese Agricultural Science Bulletin 一次皖北大雾的高空气象特征分析 路传彬, 陈娟, 尉传阳, 华行祥 2 2, 朱兰娟 ( 安徽省阜阳市气象局, 安徽阜阳 23000; 2 浙江省杭州市气象局, 杭州 30008) 摘要 : 利用常规天气图 自动站观测资料 探空站高空资料等, 对 2009 年 月 7 9 日发生在安徽北部的一次持续性大雾天气进行分析, 以探究大雾成因 结果发现 : 这次大雾的类型属于平流雾, 是由西南移来的暖湿气流遇到了冷平流控制下的下垫面, 空气迅速降温致水汽凝结而生成 ; 冷暖平流的交汇是形成平流雾的基础, 大量暖湿气流的缓慢移动与冷平流控制的下垫面之间的较大温差是形成平流雾的客观条件 ; 近地层 ~5 m/s 的西南风或偏西风, 源源不断地输送水汽, 有利于大雾的产生和持续 ;925 hpa 高度层以下, 存在 ~2 的逆温层, 能阻止水汽层向上发展, 形成大雾并不易消散 关键词 : 大雾 ; 暖湿气流 ; 温度 ; 逆温层中图分类号 :P403 文献标志码 :A 论文编号 :203-200 Aerological Analysis on Once Fog in the Northern Anhui Lu Chuanbin, Chen Juan, Wei Chuanyang, Hua Xingxiang 2, Zhu Lanjuan 2 ( Meteorological Bureau of Fuyang City, Anhui Province, Fuyang Anhui 23000; 2 Meteorological Bureau of Hangzhou City, Zhejiang Province, Hangzhou 30008) Abstract: Based on conventional weather maps, automatic weather station observations, radiosonde stations in upper-air data, the author analyzed the persistent fog which happened in 7 th to 9 th, January, 2009 in northern Anhui, to investigate the cause of the fog. The results showed that: the fog type was advection fog, shifted to the warm and humid air from the southwest encountered the cold advection under the control of the underlying surface, the rapid cooling of air caused condensation generated; intersection of cold and warm advection was the formation of stratospheric on the basis of the fog, the larger temperature difference between a large number of slow-moving warm air and cold advection control the underlying surface was the objective conditions for the formation of advection fog; near surface layer -5 m/s the southwest wind or westerly wind, a steady stream transport of water vapor, was conducive to the generation of fog and continuous; 925 hpa below the level, there were -2 temperature inversion, could stop up the water vapor layer, the formation of fog was not easy to dissipate. Key words: fog; warm air; temperature; inversion layer 0 引言大雾是悬浮于近地层中的大量小水滴或冰晶, 使水平能见度小于 500 m 的自然现象, 作为一种灾害性天气, 受到越来越多的关注, 一些研究人员对大雾从不 [-8] 同角度展开了分析和讨论 雾可以分为多种, 常见的有辐射雾和平流雾 辐射雾是地面空气因夜间辐射散热冷却达到水汽饱和状态后形成的, 这种雾大多出 现在晴朗 微风 近地面水汽又比较充沛的夜间或早 [9-0] 晨 平流雾是由于空气的水平运动形成, 是暖湿空气移到较冷的陆地或水面时, 因下部冷却而形成的雾, 通常发生在冬季, 持续时间长 范围大, 厚度可达几百 [] 米 雾作为边界层特有的天气现象, 其生消变化与近地层的温 湿状况以及风的水平 垂直分布等密切相关, 在日常的天气预报业务中, 一般只注意天气尺度系 基金项目 : 安徽省气象科研基金项目 市级气象业务实时监控与管理系统 (KG200708) 第一作者简介 : 路传彬, 男,97 年出生, 工程师, 本科, 研究方向 : 高空气象及数据自动化处理技术 通信地址 :23000 安徽省阜阳市人民西路 29 号电力明园 5-77 信箱,E-mail:2288345@3.com 收稿日期 :203-04-25, 修回日期 :203-0-20

9 中国农学通报 http://www.casb.org.cn 统的研究, 不太重视对近地层高空气象特征的研究 笔者通过对 2009 年 月 7 9 日的连续性大雾天气过程的环流背景 水汽条件 大气层结稳定度和单站高空温度场 风场等进行天气学分析, 以期为今后大雾天气的预报及工农业生产提供参考 资料与方法. 大雾实况 2009 年 月 7 9 日, 安徽北部地区在经历了一场 大范围的雨雪天气之后, 出现了罕见的大雾, 大多数气象台站全天有 9 h 左右的相对湿度一直维持在 90% 以上, 能见度在 0.0~0. km 之间 ( 见图 ~2), 严重影响了工农业生产及人民群众的工作生活 特别是安徽阜阳市境内的道路能见度只有 0 m 左右, 造成部分道路一度封闭, 阜阳气象台发布了恶劣天气橙色预警信号 ; 为保证旅客安全, 阜阳长途汽车站从 05:20 起, 封闭车站 2 h, 到 07:20 才恢复发车运营 图 2009 年 月 8 日 07:00 皖北地区各气象站的相对湿度值 00 95 90 85 80 图 2 2009 年 月 8 日蚌埠市气象站 24 h 相对湿度曲线图.2 分析方法采集大雾发生前 过程中的地面气象要素数据及高空气象探测数据, 绘制大雾发生区地面要素实况图 高空温度 气压 湿度 高度曲线图, 结合高空环流形势 高空风观测资料等, 运用冷暖平流相互作用的原理 锋面温压场原理 大气层结原理 热成风原理等天气学分析方法, 研究大雾的气象特征, 总结发生连续性大雾的气象条件及形成机理 2 结果与分析 2. 大雾机理分析 2.. 大尺度环流形势在 500 hpa 高空环流形势图上, 2009 年 月 4 日之前, 低槽区位于内蒙古东北部与俄罗斯的交界处, 中国大部分地区处在槽后西北气流中 2009 年 月 5 日高空环流开始发生变化, 南支势力加强, 有小股冷空气从中国东北部地区扩散到江淮一带 2009 年 月 日, 中国西部有浅槽东移, 西南风向北扩展至江淮一带, 南支系统进一步加强, 皖北地区天气转阴, 并出现了降雪天气 2009 年 月 7 9 日, 500 hpa 环流形势变化不大, 南支槽比较平稳, 华南 华东地区温度场及高度场流线基本平行顺滑, 气压梯度力不大, 见图 3 在 850 hpa 高空图上, 皖北地区处于明显的暖脊

路传彬等 : 一次皖北大雾的高空气象特征分析 97 图 3 2009 年 月 7 日 08:00 500 hpa 高空图 中, 在槽前西南气流的配合下暖平流明显,850 hpa 以下的对流层底层有多重逆温层存在, 且在此期间, 皖北地区上空 500 hpa 高度层以稀疏平直环流形势为主, 850 hpa 和 700 hpa 上也基本处在弱高压脊控制之下, 这种相对稳定的高 低空形势对大雾的形成与维持都非常有利, 使低层水汽不易扩散, 为产生较大范围的连续性大雾提供了客观条件, 见图 4 2..2 地面天气形势在这场大雾出现之前, 皖北地区 图 4 2009 年 月 7 日 08:00 850 hpa 高空图 普遍受北方冷空气和高空西南气流的双重影响, 月 7 日之前, 出现了大范围的降雪过程, 气温普遍降到 0 以下, 冷空气移动速度较为缓慢, 形成了持续的阴天天气过程 2009 年 月 7 日地面图上, 皖北地区一直受地面小高压控制, 从东北冷涡南下的冷空气逐渐东移, 海上冷高压形成并发展加强, 皖北地区已处于海上冷高压的后部 地面高低压系统均较弱, 因此江淮一带出现了普遍的均压区, 皖北地区的地面气压维持在 030 hpa 附近, 地面气流逐渐转为西南或偏西风, 风速在 ~5 m/s 之间, 夜间基本无风或微风, 风力在 ~2 m/s 之间, 这种静风或微风状态的维持, 有利于大雾的产生和持续 ( 地面形势图略 ) 2..3 充沛的水汽条件由于这场大雾形成之前, 皖北地区出现了一定强度的降水, 地面墒情较好, 由土壤蒸发出的水汽不断补充到近地层大气中, 月 7 日以后地面风力较弱, 水汽向周围地区的扩散也随之减少, 使底层大气的水汽含量迅速升高, 加上近地层连续几日大

98 中国农学通报 http://www.casb.org.cn 辐度地辐射降温, 也加快了水汽的凝结 从前面的分析可知, 月 7 9 日大气层结稳定不变, 地面风较小, 近地层水汽无法有效地向周边地区扩散, 为大雾的形成提供了充沛的水汽条件 源源不断的暖湿气流, 又是大雾持续较长时间的重要原因, 与高空环流形势相对应, 高空纬向环流不同程度地抑制了高低空能量和水汽的大幅交换 2.2 高空气象特征 2.2. 温度场特征经过分析以前的高空气象资料发现, 在无雾的冬季清晨, 近地层中逆温层出现的高度一般较低, 大多在 000 hpa 以下, 几十米高度以内, 且强度很弱, 日出后随着地面增温, 逆温层抬升脱离地面, 并逐渐减薄消失, 但是在平流雾发生期间, 大量暖湿气流的缓慢移动与冷平流控制的下垫面之间往往存在着较大温差, 为水汽的快速凝结提供了客观条件, 极易产 [2] 生浓雾或强浓雾 由图 5 可知,2009 年 月 8 日 08:00 从地面至 850 hpa 之间, 相对湿度大于 85% 的高度层约在 500 m 以下, 其间有 个约.2 的逆温层存在 其余高度层的相对湿度在 35% 以内, 湿度并不大, 说明低空无云, 而在 90~934 hpa 之间, 又有 个约. 的逆温层存在, 进一步增强了大气的稳定度, 这两个逆温层的同时存在, 说明大气层结非常稳定, 而稳定的大气层结又是大雾难以消散的有力保障 由以上分析可知, 逆温层的高度与雾的状况关系密切, 逆温层过低, 致使饱和空气层的厚度较薄, 一般生成的是浅雾 露或霜 ; 逆温层若存在于 000~900 hpa 之间, 往往形成的是大雾 ; 逆温强度也与雾的浓度关系密切, 逆温强度越强, 越能阻止水汽层向上发展, 地面积聚的水汽就越多, 形成的雾也就越浓 图 5 2009 年 月 8 日 08:00 阜阳高空温压湿曲线图 2.2.2 风场特征从 2009 年 月 8 日 07:00 的地面风图 ( 图 ) 可知, 皖北地区地面以偏西南的微风为主, 风速在 5 m/s 以内, 地面气温在 -0.5 ~-2.4 之间 ( 见图 7), 说明从偏西南来的暖湿气流在皖北地区遇到了较冷的下垫面, 能够使空气中的水汽快速地凝结, 而偏西南微风又能使暖湿气流源源不断地输送到皖北地区, 从而加重了大雾的浓度 根据热成风原理可知, 在自由大气中的某层, 若有冷平流时, 则该层中的风随着高度升高将发生逆时针偏转 ; 若有暖平流时, 则该层中的风随高度升高将发生 [3] 顺时针偏转 利用单站高空风分析可以很清楚地判断风随高度所偏转的方向, 因而也就很容易地用它来判明皖北地区上空冷暖平流的实际情况 从阜阳探空 站提供的高空风资料上看 ( 见表 ), 在地面至.5 min 之间, 即在 2500 m 以下的气层中, 风向随高度升高而呈顺时针偏转, 因此表示该气层中有暖平流存在 ; 而在.5~4.5 min 之间, 即 2500~5000 m 的气层中, 风向随高度升高而呈逆时针偏转, 因此表示该气层中有冷平流存在 从地面至 2500 m 以下的气层中, 风速维持在 2~m/s 之间, 在 3000 m 高度层上风速出现最小值 m/s, 由此向上风速又加大但风向发生偏转, 由东北风转为偏西风, 因此判定冷暖平流于阜阳上空的交汇高度在 3000 m 上下 当冷平流随高度增强后又减弱, 导致近地面层有弱的层结不稳定向层结稳定迅速转化, 极易产生浓雾或强浓雾 综上所述可以判定, 这次大雾的类型属于平流雾,

路传彬等 : 一次皖北大雾的高空气象特征分析 99 图 2009 年 月 8 日 07:00 皖北地区地面风图 图 7 2009 年 月 8 日 07:00 皖北地区地面气温图 表 2009 年 月 8 日 07:00 阜阳站高空风资料 时间 /min 0 0.5.5 2.5 3.5 4.5 5.5.5 7.5 8.5 9.5 0.5.5 2.5 3.5 4.5 风向 / C 28 34 24 4 45 5 58 35 325 35 30 297 280 282 277 风速 /(m/s) 0 2 4 5 5 4 4 9 2 是由西南移来的暖湿气流遇到了冷平流控制下的下垫面, 空气迅速降温致水汽凝结而生成 2.2.3 大气层结演变从阜阳探空站的高空探测资料可知, 在 2009 年 月 7 日 08:00 9 日 20:00 出现持续大雾期间, 在 925 hpa 以下层次, 均出现了不同程度的逆温层, 逆温幅度在 ~2 之间, 而且经历了逆温层建立 增强 抬升上传和 2 次底层重建 逆温强度增大 抬升, 最后逆温层被破坏的循环过程 每日当逆温层顶由地面上升到 975 hpa 左右后, 逆温层就会开始向上抬升, 这是由于地表辐射冷却使水汽大量凝结成雾, 大雾发展到一定厚度层, 就会使辐射降温作用减弱下 [4] 来 当逆温层被抬升到一定高度, 近地层辐射冷却 的效果得到加强, 将生成一个新的逆温层的情况下, 这时候如果风和水汽等其他条件配合的话, 辐射冷却的效果将可以基本维持 反之, 当逆温层抬升后, 在近地面层无新的逆温层生成则不利于大雾的维持, 已生成的大雾也将随着逆温层的破坏而消散 由连续的层结曲线资料分析, 还发现在这次大雾演变过程中, 每次辐射冷却收敛度的增加, 逆温层强度都得以显著加强 通过上述分析可以发现 :925 hpa 高度以下能否生成逆温层, 对近地层大气能量与水汽的保持非常重要, 当逆温幅度超过.5 的情况下, 近地面层所产生的水汽凝结物就不易扩散到高空, 雾滴会凝结在空气中的微尘上形成大雾

200 中国农学通报 http://www.casb.org.cn 由以上分析进一步验证了雾的强度与逆温层的强 度关系密切, 较强的逆温层存在, 使得暖空气覆盖在底 层湿冷空气之上, 严重阻碍了水汽的向上发展, 致使水 汽在近地面积聚, 极易形成浓雾或强浓雾, 逆温层较弱 或无逆温时, 一般不利于大雾形成 3 结论 () 这次大雾的类型属于平流雾, 是由西南移来的 暖湿气流遇到了冷平流控制下的下垫面, 空气迅速降 温致水汽凝结而生成的 (2) 水汽是形成大雾的必要条件, 近地层 ~5 m/s 的西南风或偏西风, 源源不断地输送水汽, 有利于大雾 的产生和持续 (3) 暖湿气流的缓慢移动与冷平流控制的下垫面 之间存在的较大温差, 为水汽的快速凝结提供了客观 条件 (4)925 hpa 高度以下能否生成逆温层, 对近地层 大气能量与水汽的保持非常重要, 当逆温幅度超过.5 的情况下, 近地层水汽凝结物就不易扩散到高 空, 雾滴会凝结在空气中的微尘上形成大雾 (5) 雾的强度与逆温层的强度关系密切, 较强的逆 温层, 使得暖空气覆盖在湿冷空气之上, 能有效阻碍水 汽的向上发展, 致水汽在近地层积聚, 形成大雾 4 讨论 这次持续性大雾的大尺度环流背景, 与王玮等 [5] [] 喻谦花等关于大雾的研究有类似的地方 : 一方面, 因 为研究的地域较接近, 所受大气环流的影响差别不大 ; 另一方面, 因为大雾发生的时间, 都出现在隆冬季节, 这就印证了在特定地点 特定时间会发生特定事情的 道理, 为今后持续性大雾天气的预报提供了理论依 据 在每年的 2 月中下旬 次年的 月上中旬, 如果 再出现类似的大尺度环流状况, 就很有可能会发生持 续性大雾 本研究除了利用常规天气图分析大雾的形成机 理, 还重点利用高空探测资料, 从剖面上分析大雾的气 象特征, 以探求持续性大雾的形成原因 但是, 本研究 毕竟是一次个例的分析, 并不能总结出持续性大雾的普遍特征 因此, 在应用本研究的结论作为大雾天气的预报依据时, 要明白大雾发生的条件 成因是非常复杂的, 且具有很强的时间性和地域性, 应全面考虑 综合分析, 不可以偏概全, 更多的成因有待于在以后的工作中进一步研究和讨论 参考文献 [] 樊琦, 吴兑, 范绍佳, 等. 广州地区冬季一次大雾的三维数值模拟研究 [J]. 中山大学学报 : 自然科学版,2003,42():83-8. [2] 李玉芳, 许彬. 江西区域性大雾出现前期云图云场特征分析 [J]. 江西气象科技,2002(2):9-2. [3] 蒋大凯, 闵锦忠, 陈传雷, 等. 辽宁省区域性大雾预报研究 [J]. 气象科学,2007,27(5):578-583. [4] 杨小萍, 骆丽楠, 张宏雨, 等. 山西省雾的分析和预报 [J]. 山西气象, 200(3):7-9. [5] 王丽荣, 连志. 河北省中南部一次大雾天气过程分析 [J]. 气象,2005, 3(4):5-8. [] 吴彬贵, 张宏升, 汪靖, 等. 一次持续性浓雾天气过程的水汽输送及逆温特征分析 [J]. 高原气象,2009,28(2):258-27. [7] 夏立新, 黄石璞. 河南省一次大雾的机理分析 [J]. 气象,999,25(7): 53-57. [8] 宋润田, 金永利. 一次平流雾边界层风场和温度场特征及其逆温控制因子的分析 [J]. 热带气象学报,20,7(4):443-45. [9] 张永涛, 谷秀杰, 王友贺, 等. 河南省北部一次大雾天气过程分析 [J]. 气象与环境科学,2009,32(3):29-3. [0] 李子华, 黄建平, 彭虎.99 年南京连续五天浓雾的物理结构特征 [J]. 气象学报,999,57(5):22-3. [] 王丽荣, 连志鸾. 河北省中南部一次大雾天气过程分析 [J]. 气象, 2005,3(4):5-8. [2] 邓雪娇, 吴兑, 唐浩华, 等. 南岭山地一次锋面浓雾过程的边界层结构分析 [J]. 高原气象,2007,2(4):88-889. [3] 寿绍文, 励申申, 王善华, 等. 天气学分析 [M]. 北京 : 气象出版社, 200:42-45. [4] 彭安仁, 葛寿恒, 章世雄. 天气学 [M]. 北京 : 气象出版社,994: 37-327. [5] 王玮, 黄玉芳, 孔凡忠, 等. 中国东部一场持续性大雾的诊断分析 [J]. 气象,2009,35(9):84-90. [] 喻谦花, 邵宇翔, 齐伊玲.202 年河南省中东部一次大雾成因分析 [J]. 气象与环境科学,202,35(4):27-32.