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湖北国际物流核心枢纽机场2016年12月一次大雾天气过程特征分析

2020-09-14王保黄思先张火平

湖北农业科学 2020年13期
关键词:鄂州市低层大雾

王保 黄思先 张火平

摘要:利用常规观测资料、区域自动观测站资料以及NCEP 1°× 1°再分析资料对2016年12月1—2日湖北国际物流核心枢纽机场1次大雾天气过程进行诊断分析。结果表明,本次大雾过程是在高、中、低层天气系统相互配合下出现的,具有明显辐射雾特征;大雾阶段地面10 m以风速小于1.0 m/s的偏东风为主,风速增大或风向转为偏北风有利于雾的消散;对流层低层涡度和散度较小,中低层都以下沉运动为主;地面比湿维持在5 g/kg左右,温度露点差在3 ℃左右,温度露点差的急剧增大能表征大雾消散。大雾出现之前低层相对湿度维持在60%以上,800~600 hPa维持相对湿度小于20%的相对干区;950~900 hPa附近有逆温或中性层结存在,在低层存在冷平流,中高层存在暖平流,并且冷平流从地面先随高度增大,在上层转为冷平流随高度减小、暖平流随高度增加,900 hPa附近存在的冷平流随高度减小,在更小范围内形成上暖下冷的稳定结构。

关键词:大雾;下沉运动;逆温层;上干下湿;湖北国际物流核心枢纽机场

Abstract: A foggy weather process at Hubei International Logistics Core Hub Airport on December 1st to 2nd, 2016, was analyzed by using the data of regular observation, regional automatic observation station and NCEP 1°×1° reanalyzed data. The results showed that the process of fog appeared under the cooperation of the high, middle, low level weather system, and has obvious characteristics of radiation fog. In the fog stage, the 10 m wind on the ground was dominated by a partial east wind with a wind speed of less than 1.0 m/s. The situation that wind speed increased or the wind direction turned to a northerly wind facilitated the dissipation of fog. The vorticity and divergence of the lower troposphere was small, and the middle and lower layers were dominated by downdraft. The relative humidity of groud surface was maintained at about 5 g/kg, and the temperature dew point difference was about 3 °C. The sharp increase in temperature dew point difference can indicate the dissipation of fog. Before the appearance of heavy fog, the low-level relative humidity was maintained more than 60%, a relatively dry areas with relative humidity of less than 20% was maintained between 800 hPa and 600 hPa; There was an inversion layer or neutral layer junction near 950 hPa to 900 hPa, and there was a cold advection at the lower level and a warm advection at the middle and upper levels,  the cold advection increased from the ground to the height,  then the upper layer turned into the tendency that the cold advection decreased with height and the warmer advection increased with height. The cold flow near 900 hPa decreased with height, forming a stable structure with warm and cold in a smaller range.

Key words: fog; downdraft; inversion layer; upper-layer dry and lower-layer wet; Hubei International Logistics Core Hub Airport

2016年4月6日,國家民航局正式批复《湖北国际物流核心枢纽机场选址报告》,标志着项目正式落户鄂州。湖北国际物流核心枢纽机场作为一座货运为主、客运为辅的运输机场,气象条件对航班正常起飞降落的影响不容小觑。由于气象要素的不适航,造成机场航班延误、取消和备降,甚至由于气象要素的突然变化,对飞机在降落及起飞时的飞行状态造成严重影响,从而发生复飞、冲出跑道,甚至更加重大的不安全事件乃至飞行事故,对人民生命财产安全造成巨大的灾害[1]。

目前国内外学者对机场低能见度天气气候特征、天气学特征及预警预报方面做了一定的研究。Naegele等[2]分析了美国西部和西南部城市的机场能见度资料,得出影响能见度的4个因素分别为硫酸盐、人口增长、测量标准和天气要素(如高压、逆温、 静风等)。赵熙等[3]利用济南机场2010—2016年逐时地面观测资料和跑道视程资料,应用数理统计方法对低能见度(VIS≤800 m)、低跑道视程(RVR≤550 m)和 ≤400 m RVR出现的月、日特征及其之间的关系进行对比分析,得出低能见度和低RVR持续时间和出现次数呈负相关的结论。慕熙昱等[4]对南京禄口机场低能见度天气进行了统计分析,结果发现禄口机场能见度表现出明显的季节和次季节变化特征,呈双峰双谷结构,这种特征的形成与近地层大气的温度、湿度和层结有密切关系。一些学者对虹桥机场[5]、郑州机场[6]、白云机场[7]、成都双流机场[8]和浦东机场[9]的低能见度天气特征的分析也得出类似的结论。徐海等[10]、张恒德等[11]、吴彬贵等[12]、濮梅娟等[13]均选取了一次典型低能见度天气过程,对低能见度过程的特点和水汽层结物理量等进行了详细分析。对低能见度的预报预测,一些学者也进行了大量研究[14-16]。

鉴于针对湖北国际物流核心枢纽机场的低能见度天气研究较少,本研究采用该机场气象站常规观测资料、区域自动观测资料及NCEP 1°×1°再分析资料对湖北国际物流核心枢纽机场低能见度天气进行分析,以期为机场建设和后期气象服务作参考。

1 过程概述

利用鄂州机场气象站逐小时自动观测资料,绘制鄂州机场2016年11月30日20:00至12月2日12:00的能见度演变图。从能见度的演变看,12月1日凌晨5:00能见度从1 000 m以上急剧下降至50 m以下,低能见度现象一直维持到上午11:00,至12:00迅速增大到1 000 m以上,其中能见度最低出现在5:00,为36 m;12月2日能见度骤降发生在凌晨1:00,此后能见度维持在50 m左右,持续到了10:00,其中能见度在2:00达到最低,为34 m,11:00之后能见度骤增到1 000 m以上(图1)。此次过程主要发生在凌晨到早上,这时天空无云,地面热量辐射降温快,空气湿度易达饱和状态,利于形成雾,此次低能见度过程有明显的辐射雾特征。

2 天气形势分析

2016年11月30日20:00时500 hPa高度场上(图2a)中高纬度呈明显的一槽一脊型,槽后西北气流不断将贝加尔湖附近的冷空气向南输送;中纬度高空槽位于湖北省东部,鄂州市处于高空槽底,即将转为受高空西北气流控制。700 hPa(图2b)在湖北省西部有反气旋环流,鄂州市此时受槽后西北气流控制。850 hPa也为反气旋环流,鄂州此时受偏北气流控制。12月1日8:00,随着高、中、低3层天气系统逐渐东移,500和700 hPa转受西北气流控制,850 hPa(图2c、图2d)转为东北气流。至2日8:00,高空500 hPa仍然维持偏西气流控制,低层700 hPa随着系统东移,鄂州市处于低层反气旋底部,受东北气流控制,850 hPa风场此时由东北风转为东南风控制,风速较小。整个大雾发生发展期间,在高、中、低层的系统影响下,鄂州市夜间少云的天气特征为大雾的发生发展提供了有利条件。

分析大雾期间地面天气形势可知,从11月30日20:00至12月2日20:00,鄂州市一直维持较小的气压梯度,处于低压底部的均压场中,并且维持弱的偏东风。

3 物理量诊断分析

3.1 动力条件

3.1.1 地面10 m风场 对大雾过程的10 m风场进行分析可知,11月30日20:00(图略)鄂州市附近风向为偏西风,风速在1.0~1.5 m/s;12月1日2:00风向仍维持偏西风,风速逐渐减小,为1.0 m/s以下;12月1日8:00(图3a)鄂州市为浓雾持续阶段,风向转为偏东风,存在辐散,风速降到0.5 m/s以下;1日14:00风向转为偏北风,风速逐渐增大到1.5~2.0 m/s,此时雾已消散。1日20:00风向又转为偏东风,风速降至1.0 m/s以下;2日2:00(图3b)风向仍维持偏东风,风速仍为1.0 m/s以下,此时段鄂州市能见度急剧降低,浓雾出现,该风向风速一直持续到2日8:00,也是鄂州市浓雾持续时段;至2日14:00,风向为东风且风速为1.0 m/s以下,此时段有利于浓雾的产生,风速增大或者风向转为偏北风,雾也随之消散。

3.1.2 涡度、散度及垂直速度 对大雾过程的对流层中低层的散度和涡度进行分析,12月1日2:00—14:00(图4a)整个对流层中低层500 hPa以下基本维持涡度正值区,其中在900 hPa附近存在一个大于1.0×10-5 s-1的正值中心,仅在950 hPa以下存在低的涡度负值区。此时对应的散度分布为在500 hPa以正散度区为主,在850 hPa存在一个大于1.0×10-5 s-1的正值中心,低层950 hPa以下为弱的正散度区;1日2:00在800~900 hPa存在散度負值区间,随着大雾的不断发展,该区间逐渐下移,至8:00该负值区间中心逐渐移到900~950 hPa附近,并且存在一个小于-1.0×10-5 s-1的负值中心,此后随着负值带进一步下移,鄂州市大雾消散。12月1日20:00至2日14:00,鄂州市850 hPa以上仍维持涡度正值区,但正涡度较前一时段明显偏低;850 hPa以下存在明显的负涡度区,中心位于950 hPa附近,强度小于-3.0×10-5 s-1;对应的散度分布为在65~800 hPa、900 hPa以下存在负散度区,随着大雾的发展,负散度区基本维持稳定;在550、900 hPa附近分别存在正散度中心,随着大雾的发展和消散,上层正散度逐渐减小。

对大雾过程的对流层中低层垂直速度进行分析,12月1日2:00—14:00(图4b)整个对流层中低层以下沉运动为主,在700 hPa附近对应着下沉运动中心,中心值大于0.4 Pa/s,低层950 hPa附近也存在一个下沉运动中心,中心值大于0.3 Pa/s。12月1日20:00至2日14:00整个对流层中低层仍以下沉运动为主,但下沉运动强度较前一时段明显减弱,都为0.2 Pa/s以下。

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