李源

（吉林空管分局）

摘 要：利用2015年8月21日-22日长春龙嘉国际机场（以下简称机场）自动观测、中央气象台天气图分析、GRAPES_MESO数值预报模式及机场多普勒天气雷达（C波段）资料，综合分析机场一次大雾过程。经分析，此次过程为辐射平流雾。高空低涡，地面弱低压是其背景条件。大雾生成以辐射冷却条件为主，湿度大，微风，低空逆温层等是其诱因，生成后雷达探测雾区随风向移动，表现出平流雾特征。多普勒天气雷达在此次过程中探测效果显著。对机场夏季大雾天气探测和预报，有一定借鉴意义。

关键词：龙嘉机场；辐射平流雾；多普勒天气雷达

1 引言

1.1 研究意义

雾是由悬浮于近地面层中大量水滴或冰晶组成的，使水平能见度小于1千米的天气现象。据统计，高速公路上因雾等恶劣天气造成的交通事故占总事故25%；航海船舶因浓雾而发生碰撞的事故占70%；某些农作物在生长期若遇上持续雾天，可造成1-3成的减产[1]。陆瀛洲[2]曾对1978-1990年国际民航事故气象原因进行了分类统计。结果表明：低能见度在所有因素中所占比例最高，达到49%。因此，雾的探测和研究对于认清雾的形成机制、提高雾的预报准确率、保障飞行和交通安全都有十分重要的意义。

1.2 地理概况

据长春龙嘉国际机场（以下简称机场）气候志，机场（43°59′N，125°41′E）位于吉林省长春市九台区机场路3500号。机场地处丘陵地带，地势较平坦，高障碍物很少，总体净空条件良好，最近的山地障碍物位于机场南向8km以外。

1.3 资料与方法

从雾生到雾散，在多普勒雷达的回波图像上是可以看出雾的回波变化的[2]。本文在利用中央气象台天气图分析资料及GRAPES_MESO模式产品对大雾天气环流背景及垂直条件，做诊断分析和模式预报验证。利用常规气象资料对此次大雾过程做出实况分析的同时引入多普勒天气雷达资料，探究雷达探测雾的能力，及力求为大雾生消过程提供更直观的探测结果。

2 实况资料诊断分析

选用机场跑道24端自动观测数据，记录时间为北京时，对机场从21日晚20时到22日早8时风向风速、修正海平面气压、云底高、RVR、MOR及器测能见度VIS分析，见图1。

2.1 器测能见度变化

21日夜间机场有轻雾和大雾生成，在大雾生成前期能见度有明显的大幅波动，其中0：24VIS为5000m、0：38VIS为900m、0：40VIS为3300m、0：55VIS为400m、1：08VIS为4000m，1：36后VIS保持在1000m及以下，最低达到200m，MOR和RVR在能见度低于1000m期间也比较稳定，说明雾区均匀，面积较大，5：32VIS为300m，而5：38后VIS迅速上升至1000m，5：51上升至2000m以上，22日日出时间约在4：35左右，能见度迅速上升在日出一小时后。

2.2 云和温度变化

在前半夜均有云存在，云底高3000m左右，后半夜出现晴夜提供辐射冷却条件，随后温度迅速降低，大雾期间温度在17℃以下，温度变化曲线和能见度变化曲线较为一致，符合辐射雾的特征，大雾消散阶段，探测有低云存在。

2.3 地面风速变化

整个过程中，机场主导风向为东北风，大多时间维持在0°-60°，在能见度最低期间，短时风向不定。风速保持在6m/s以下，能见度最低期间2m/s以下，但无静风时段，说明本场有一定平流和湍流存在，但强度较弱。

2.4 小结

根据探测资料，21日下午14时左右到4：30左右机场出现降水，总降水量达9.2mm，而相对湿度在18：34后达到100%，并一直维持到大雾消散。夜间晴朗微风，低空温度场稳定，地面辐射冷却，逆温层明显，利于大雾的发生和维持。本场气压值一直处于上升状态，但变化范围仅约2hPa，无较强系统过境。（图1）

3 环流背景及高低空形势分析

3.1 环流背景

500hPa中国地区及上下游为两槽夹一脊的环流形势，如图2（a）。其中在我国上游有一强度很强的横槽，有转竖可能；贝加尔湖地区为弱的高度脊；在中国东北地区存在一低值中心，高度场环流中心在黑龙江南部、吉林中部及辽宁北部，中国东部沿海地区大槽分裂为多个短波槽；在南海有发展中的台风随副高西撤而北上。整个区域等高线表现为南高北低、南稀北密的分布形式。

3.2 水汽条件

高空低空形势场利于水汽由海上向东北地区输送，高空低涡有一定辐合抬升，机场位于低涡顶部，导致白天有降水产生（约两个半小时），且地面弱的辐合场不利于气溶胶等的扩散，为大雾形成提供凝结核。降水后太阳辐射和湍流的共同作用，导致地面水份大量蒸发，风速微弱，水汽大量停留在降水区上空，近地面相对湿度一直维持在98%以上，且上层有水汽输送，925hPa上吉林省南部地区低空为偏东气流从日本北部海域输送水汽，如图2（b），导致水份累积区较高。根据GRAPES_MESO数值模式，22日05時北纬45°纬向和东经105°径向垂直剖面图，如图3，也可以验证上述诊断结果并定量分析，机场850hPa以下比湿q达到5g/kg以上，边界层水汽充足，湿区很高，长春地区上空湿区一直延伸到450hPa。

3.3 层结条件

整个东北地区低空925hPa无等温线穿过，温度场无明显变化，处于16℃到20℃之间；且为偏东风，长春地区上空有非常微弱的暖湿平流，如图2（b）。根据图3，位势温度曲线在底层处于平直状态，表明大气底层层结稳定，热量水平分布均匀；从低到高，表现为上下层风向一致的偏东气流，无垂直w分量，证明气层稳定。垂直场要素分布均有利于大雾生成和维持。

3.4 湍流条件endprint

地面气压场较弱，40°N-50°N及120°E-130°E之间只有三条等压线穿过，如图2（c），长春及东北地区处于入海低压的后部，在蒙古及西伯利亚地区为高压场控制，吉林地区北部等压线沿纬线呈东西走向，而在吉林地区南部至辽宁，等压线表现为和大兴安岭等山脉平行的走向，即东北平原无等压线穿过，气压场较弱，风速小，无强烈湍流，利于水汽累积和逆温层的形成和维持。

4 雷达探测资料分析

4.1 多普勒天气雷达探测雾能力的理论探究

雷达回波是由雷达发射的、并从目标物闪射或反射回来的无线电波。把这些电波转换成信号在雷达显示屏上显示出图像，这种图称为雷达回波图。

根据雷达气象学的分类，雷达回波大致可分为两大类，气象回波和非气象回波。气象回波包括大气中云、雨降水中的水汽凝结物（水滴、冰晶、雪花等）对电磁波的后向散射，以及由于大气中温、压、湿等气象要素剧烈变化而引起的对电磁波的后向散射。按地面是否有降水，又分为降水回波和非降水回波。非气象回波则是由于地物、飞机、鸟类等非气象目标物对电磁波的反射，以及海浪、同波长雷达干扰的回波等造成的[4]。

根据表1雾的回波属于气象回波中的非降水回波。雾滴粒子非常小，直径大约只有3到50微米，但实际上大雾形成到消散期间，从雷达强度回波图像上是可以看出雾的回波变化的，其主要原因有以下几点：第一，可把雾看成是小水滴或冰晶构成的气溶胶系统，近地面层空气中水汽凝结（或凝华）再与空气中的各种粒子如尘埃、微生物、酸、胺、酚、重金属微粒等相结合，使雾滴的直径大大增加，则雷达反射率因子Z随之增大，从而增强了雷达对雾滴的探测能力[5]。第二，雾的形成条件一是冷却，二是水汽含量增大，近地面水汽比较充沛，雾区的相对湿度接近100%，水汽含量越大越易凝结，使分子在空气中碰撞的几率增加，雾滴半径增大，增大到一定程度，空气浮力无法支撑时便会成为雨滴下降的地面[6]。所以，水汽含量大，也增强了雷达探测雾的能力。第三，反射率因子，与直径D的6次方成正比，雾滴直径虽然小，但单位直径间隔内的雾滴数目很大，即雾滴的空间数密度很大，因而弥补了雾滴直径小。

4.2 8月22日机场多普勒天气雷达大雾探测

根据雷达探测0.5°仰角VOL资料，见图4，3：27在机场东北50公里左右有0-10dBZ的较模糊的絮状回波生成并逐渐加强扩大，同时机场东北25公里左右也有回波发展；4：19距离机场20公里以内的部分回波达到30-35dBZ的强度，说明单位直径间隔内的雾滴数目很大，即水汽和凝结核充沛；回波影响机场的辐射平流雾主要在机场东北50公里以内形成，强度0-35dBZ，回波顶高部分达500米以上，呈带状随风向西南移动，4：59，较强回波已移动到机场西侧；5：16回波已明显移出机场，且面积也逐渐变小，距离雷达6-7公里左右，而此时机场能见度大幅上升，从200米瞬间到达2000米。

显然，对于雾的移动及加强和减弱，雷达有很好的指示作用。通过回波可以看到，雾区雷达回波强度并不一致，说明其中水汽密度不均匀，由于雷达有一定仰角，未探测到回波的地区也不能说明无雾存在，但可说明雾浓度或雾顶高较低。受雷达仰角影响，距离越远，高度越低的雾回波越难被探测，如图5。

5 结论

通过分析机场8月22日大雾天气资料，结果表明：

（1）本次大雾在高空低涡，地面弱低压场天气形势下形成，低空为偏东风，白天有降水，长春地区近地面相对湿度接近100%，是本次大雾发生和能见度很低的一个非常重要的因素。大雾持续时间共约4小时左右，能见度最低200米左右。

（2）通过形势及要素分析，大雾在辐射冷却条件下形成，不断加强，机场出现在日出前最浓的辐射雾特征，但其间雷达回波表明，雾区随风向西南移动，且强回波远离本场后，机场能见度迅速上升的平流雾特征的现象，故定义为辐射平流雾，且以辐射条件为主。

（3）水汽含量大，即间隔内的雾滴数目很大，雾顶高度高，导致本次大雾在雷达回波上有所体现。多普勒天气雷达在此次大雾过程中探测效果明显，对雾区的生成及移动均有一定探测效果。

参考文献

[1]李子华.中国近40年来雾的研究[J].气象学报，2001，59（5）：616-624.

[2]陸瀛洲.高空高速飞行气象条件[M].北京：气象出版社，1994：153-155.

[3]刘玉雅.顾松山.徐芬等.多普勒天气雷达对雾的探测能力研究[J].气象科技.

[4]耿建军.天气雷达晴空回波特征分析及其应用初步研究[D].南京信息工程大学.2007.06.

[5]刘玉雅.多普勒天气雷达对雾及其能见度探测潜力的研究[J].气象科学，2003，23（4）：26-27.

[6]顾震潮等.云雾降水微物理的一些理论问题[M].科学出版社，1963.02：57-59.endprint