韩冬 张伟

摘 要：利用桃仙机场Vaisala自动观测系统逐分钟数据，NCEP 1°×1°再分析资料、常规气象观测资料等，通过物理量诊断方法对2014年11月21日发生在桃仙机场的一次突发性浓雾过程进行了综合分析，重点对大雾的生成和消散阶段进行分析总结，并利用WRF模式对大雾过程进行模拟分析。结果表明，此次大雾天气过程是一次具有辐射雾接续锋面雾性质的复杂过程，兼具2种性质的大雾的无缝转换，使得大雾过程有能见度突发性下降形成浓雾，且能见度有前期振荡的特征；在大雾的消散阶段，日出后大雾的爆发性发展和前期升温缓慢是导致大雾消散时间较晚的主要原因。

关键词：变性大雾；气温突降；前期振荡；升温缓慢；MDRS预警

中图分类号 P426.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）07-0135-05

大雾的预报一直是气象届普遍关注的重点和难点，国内外学者为之进行了大量的研究。例如，李子华等[1]通过对辐射雾的爆发性特征的分析，发现日出后贴地气层的增温，是触发雾爆发性发展的热力学条件；包云轩等[2]通过对沪宁高速公路1次复杂性大雾过程的数值模拟试验，发现底层弱的水汽辐合是大雾维持和发展的重要原因之一；袁成松等[3]通过对低能见度浓雾监测、临近预报的实例分析与认识，发现浓雾过程形成前有1个象鼻形的先期震荡；黄继雄等[4]研究发现，浓雾发生过程中能见度的变化具有突发性和振荡性的特征。大雾在生成和消散阶段，对关键点的把握是大雾生成和消散时间预报成功与否的关键所在。本次大雾过程在生成和消散阶段具有非典型性特点，对其生成和消散阶段的研究可以为以后的大雾天气航空保障提供指示意义。

1 天气实况和形势场分析

2014年11月21日2052-0212（UTC）桃仙机场出现了大雾天气，大雾共持续了5h20min，其间主导能见度最低50m。

在地面形势场中，整个辽东半岛、华北沿海位于低压底部，冷高压前部，本场位于冷锋前的弱气压场中。本场位于锋区底部，未来可能受锋区底部的弱冷空气影响。入海高压后部的偏南气流也是有利于大雾形成的重要天气形势。在850hPa高空形势场上，上述区域位于高空槽底部，槽后的西偏北气流控制下，本场上空温度梯度很弱，受弱的冷平流影响。

2 Vaisala自动观测系统逐分钟数据分析

2.1 大雾生成阶段Vaisala自动观测系统逐分钟数据 通过对大雾生成阶段自动观测系统能见度、RVR（跑道视程）、相对湿度、温度及对应的当月平均温度（图1）逐分钟数据对比分析，发现本次大雾生成阶段有如下特点：（1）3：15左右06跑道方向首先出现辐射雾，维持到4：05左右，出现RVR数值的震荡。（2）4：05左右跑道两端RVR数值同时开始震荡，4：30之后06跑道方向RVR数值稳定在较低水平。24跑道方向的RVR数值持续震荡至5：00，之后维持在较低数值。（3）机场跑道两端气温数据曲线与对应的当月平均气温曲线对比发现，在大雾生成前期跑道两端的温度均高于月平均温度，温度下降速度明显快于平均降温速度。并且跑道两端温度曲线都有2次明显的气温突降过程，06端在03：14—03：29下降2.3℃，04：25—04：45下降2.6℃，24端03：52—04：20下降4.9℃，04：52—05：05下降2.5℃。这次大雾的过程，首先是06方向出现辐射雾，24方向在06方向出现辐射雾的同时，能见度维持在1500m左右，其后的第2次降温，标着着一个弱锋面经过本场，本场的大雾爆发性增强，并维持至上午10时。袁成松等研究发现突发性发展的浓雾的前期振荡具有普遍性且持续时间短的特点，本次大雾过程出现了符合研究结论的特征。

2.2 大雾消散阶段Vaisala自动观测系统逐分钟数据 通过对大雾消散阶段自动观测系统能见度、RVR（跑道视程）、相对湿度、温度及对应的当月平均温度（图2）逐分钟数据对比分析，发现本次辐射雾消散阶段有如下特点：（1）机场跑道两端气温数据曲线与对应的当月平均气温曲线对比发现，升温速度低于当月的平均升温速度。尤其在上午09：50前，跑道两端气温变化平稳，升温缓慢；10时后，升温明显加快，且升温速度快于当月平均温度，同时大雾迅速减弱消散；（2）相对湿度在大雾逐渐消散过程中仍长时间处于高湿状态，温度升高，对应温度下的饱和水汽压增大，相对湿度保持不变。说明实际水汽压也相应增加，这就说明日出升温后，近地面的水汽是有增加补充的过程，使大雾强度能够继续维持，导致大雾的消散时间较晚。大雾生成阶段2次明显的气温突降、能见度以及RVR的先期震荡和消散阶段地面升温缓慢、日出后水汽的补充过程是本次过程的重要特点，后文中将着重研究分析。夜间每30min1次云的人工观测显示，下午降水后至3时前本场上空一直有5～8个量的层积云，云高1000m，3—4时云层消散，导致地面辐射冷却增强，从时间节点上分析是造成气温第1次突降的主要原因。第2次气温突降的幅度大于地面短波辐射降温幅度，需要从形势场和数值模拟结果中进行详细分析。

3 物理量诊断分析

3.1 地面常规观测站资料 通过对比02时和05时（北京时）气象局地面常规观测站的资料，以及对上下游各站的温差对比发现，02时沈阳比上游赤峰、通辽、锦州、四平各站温度高4～8℃，与下游丹东、宽甸温度相同，都是6℃；05时沈阳与上游各站温差为1～4℃，且温度低于锦州、四平、通辽站，比下游站温度低4～7℃。02—05时沈阳温度由6℃下降到-2℃，3h下降8℃，而下游未受冷空气影响的丹东、大连等站3h只降温1℃，宽甸下降4℃。在大形势上下游各站均处于均压场控制下，说明05时前本场受到这股冷空气的影响。由于温差、风向、气压等均无明显的锋面特征，说明冷空气的强度较弱，带来了大雾产生的冷却条件且并未破坏稳定的层结条件，对大雾的产生起到了关键作用。

3.2 水汽条件 20日下午桃仙机场出现了1h的弱降水，弱降水为本场近地面提供了一定的水汽条件。同时，由图3（a）显示，18—03时（UTC）本场上空底层一直维持着弱的水汽的辐合区，说明有水汽向本场上空輸送，为大雾的产生提供相对高湿环境条件。由图3（b）也能看到，早08时低层由渤海湾至辽宁中西部地区均有弱的水汽输送，这也为日出增温后锋面雾的爆发性发展过程创造了有利条件。大雾产生前，本场上空底层有水汽的辐散，但本场近地面已经长时间处于高湿状态，说明近地面本来就有较充沛的水汽条件。在早8时前后，近地面的水汽辐合增强，即外来水汽输送增强，外来水汽输送以及日出后湿地表水分的蒸发，触发大雾有1次爆发性增强过程，这也是本次大雾过程消散时间较晚的重要原因之一。

3.3 层结条件 在大雾的形成过程中冷却作用至关重要，影响温度局地变化的主要有：温度平流、垂直运动、非绝热作用。图3（c）显示，在15—03时（UTC）本场上空无明显的垂直运动或弱的上升运动，说明垂直运动在本次大雾形成过程中对降温冷却作用的影响很小。因此，本次过程的冷却作用主要以温度平流和非绝热辐射冷却为主。同时，弱的垂直运动说明本场上空存在不稳定扰动，这种扰动有利于水汽与凝结核充分混合凝结形成雾。由图3（d）可以看出，本场上空不是大雾天气常见的存在强逆温层结，而是温度随高度有缓慢的下降，这种层结条件不利于大雾的长时间维持，日出升温后弱的稳定的层结条件会被迅速打破，但本次过程大雾转好较晚，验证了日出后大雾有先增强再减弱的过程的结论。图3（d）显示，在06—10时近地面气温变化较小，即日出后地面升温缓慢，分析原因主要有2个方面：一方面，反映出了近地面雾层较厚，阳光透过雾层到达地面引起的地面增温较弱；另一方面，主要由于日照使地表水分蒸发以及外来水汽的补充，蒸发吸热导致增温缓慢，同时触发大雾发展使雾层进一步增厚。10时后，冷空气影响逐渐较弱及太阳短波辐射的逐渐增强，伴随地面温度的迅速升高，大雾快速消散。

4 WRF模式对大雾过程的模拟分析

WRF模式为完全可压缩以及非静力模式，采用Fortran90语言编写。水平方向采用Arakawa C（荒川C）网格点，垂直方向则采用地形跟随质量坐标。WRF模式在时间积分方面采用四階的Runge-Kutta算法。

本次大雾过程的模式区域设定为4层网格嵌套。第一层网格覆盖全国，分辨率为81×81km；第2层网格覆盖东北地区，分辨率为27×27km；第3层网格覆盖渤海北部、辽宁及吉林，分辨率为9×9km；第4层网格覆盖辽宁中部，分辨率为3×3km。利用中科院大气所超级计算机平台，使用64个节点并行计算。微物理过程选用Lin et.Scheme；陆面过程选用Monin-Obukhov（Janjic Eta）scheme；边界层参数化方案为Mellor-Yamada-Janjic（Eta）TKE scheme。

4.1 大雾生成阶段 在大雾的生成阶段如图4，通过观察地面风场和温度场，尤其是经过加粗处理的0℃等温线的范围，发现辽宁中部地区在04：15—04：30图4（a）（b）这段时间0℃等温线的范围变化很小，即这个时间段辽宁中部受冷空气影响很小；在图4（b）（c）（d）即04：30—05：00这一时间段0℃等温线南压且范围扩大，这说明辽宁中部受冷空气影响降温明显。这一时间与前文Vaisala自观温度曲线第2次气温突降的时间点一致，验证了第2次气温突降过程为地面弱冷空气影响的结论。

4.2 大雾消散阶段 在大雾的消散阶段如图5，锋面位于辽宁南部即将入海，本场受冷空气的影响逐渐减弱。通过观察9：30—10：15的地面温度场资料，尤其是经过加粗处理的4℃等温线，发现在图5（a）（b）（c）即9：15—9：45的这段时间中4℃等温线的位置变化很小，说明在这段时间地面的升温相对缓慢；在图5（c）（d）即9：45—10：00的这段时间中4℃等温线北抬明显，说明在这段时间内气温上升明显，最终导致大雾的迅速消散。由对比结果说明，WRF模式对本次大雾的消散阶段也具有很好的预报能力，地面温度快速升高的时间点与大雾的消散时间一致。因此，在本次大雾过程中对升温速度突然加快的时间节点的考虑是判断大雾消散时间的关键点。

5 结论

本文利用Vaisala自动观测系统逐分钟数据、NCEP 1°×1°再分析资料、常规气象观测资料、WRF数值模拟产品等资料，分析了桃仙机场1次非典型大雾过程。结果表明，此次大雾天气过程是1次具有辐射雾接续锋面雾性质的复杂过程，兼具2种性质的大雾的无缝转换，并在生消阶段具有如下特点：

（1）在本次浓雾过程的生成阶段，低云消散引起的地面辐射冷却增强和冷锋过境配合弱冷空气影响，导致的2次明显气温突降过程是大雾产生且强度较强的重要原因，2次气温突降过程缺一不可；同时，此次大雾过程有能见度突发性下降形成浓雾，且能见度有前期振荡的特征。

（2）在此次浓雾过程的消散阶段，日出后湿地表水分蒸发及外来水汽补充，触发大雾爆发性发展增强是大雾消散时间较晚的主要原因之一；近地面雾层较厚导致日出后升温缓慢是大雾消散时间较晚的另一个重要原因。

（3）在服务保障过程中，要总结成功的保障经验；同时，也要发现在大雾的生成阶段，对地面辐射冷却增强和弱冷空气引起的2次气温突降的忽略，以及浓雾发生前的前期振荡的干扰，最终导致大雾生成时间的判断不理想。

参考文献

[1]李子华，黄建平.辐射雾发展的爆发性特征[J].大气科学，1999，23（5）：623-631.

[2]宝云轩，丁秋冀，袁成松，等.沪宁高速公路一次复杂性大雾过程的数值模拟试验[J].大气科学，2013，37（01）：124-136.

[3]袁成松，梁敬东，焦圣明，等.低能见度浓雾监测、临近预报的实例分析与认识[J].气象科学，2007，27（6）：661-665.

[4]黄继雄，张庆红.首都机场浓雾中的能见度突发性振荡及其演变规律[J].暴雨灾害，2014，33（3）：208-216. （责编：张宏民）