劉瑞芳， 陳小婷，屈麗瑋

(陜西省氣象臺，陜西西安 710014)

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陜西一次持續(xù)性大霧天氣特征分析

劉瑞芳， 陳小婷，屈麗瑋

(陜西省氣象臺，陜西西安 710014)

摘要利用常規(guī)探測資料、自動站資料，對陜西2007 年11 月12~16 日大范圍持續(xù)性大霧產(chǎn)生的天氣背景、溫濕條件和大氣層結(jié)等特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，前期500 hPa陜西為西西北氣流，地面為均壓場控制，輻射降溫有利于近地層水汽凝結(jié)成霧；后期陜西處于高壓前部等壓線較密集區(qū)，形成鋒前霧；1～4 m/s的地面風(fēng)速、低層弱的垂直速度是這次霧形成的動力條件；上干下濕的高低空配置是大霧發(fā)生的水汽條件；大氣層結(jié)穩(wěn)定，低層有逆溫、穩(wěn)定少動的暖蓋,阻礙低層水汽向上擴(kuò)散,有利于大霧發(fā)生。

關(guān)鍵詞大霧; 環(huán)流形勢; 溫濕條件；探空資料

大霧是懸浮于近地層中的大量小水滴或冰晶使水平能見度<500 m的自然現(xiàn)象。大霧是一種災(zāi)害性天氣，它給公路交通、航空、港運(yùn)帶來極大不便，同時大霧中攜帶大量的污染物，對人體健康不利。許多學(xué)者對大霧天氣進(jìn)行了分析，并取得了一定的研究成果[1-4]，如蔣大凱等[1-2]研究表明大霧發(fā)生時大氣層結(jié)是穩(wěn)定的，并伴有逆溫出現(xiàn)，使空氣污染加重，易形成酸霧；黃培強(qiáng)等[3]分析蕪湖地區(qū)持續(xù)性大霧的氣候特征、生成機(jī)制和主要特征指出，持續(xù)性大霧與低空逆溫層關(guān)系密切；陳光等[5]研究發(fā)現(xiàn)逆溫層的高度及強(qiáng)度與霧的濃度關(guān)系密切，弱冷暖平流有利于產(chǎn)生霧。2007年11月12～16日陜西大部地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)性大霧，這次大霧過程持續(xù)時間長、影響范圍廣。筆者從天氣背景、溫濕條件和探空資料分析等方面對此次大霧過程進(jìn)行了分析，總結(jié)持續(xù)性大霧天氣的成因，為陜西大霧的預(yù)報(bào)提供參考。

1天氣概況

2007 年11 月中旬中期陜西大部出現(xiàn)了有氣象記錄以來范圍最廣的一次大霧天氣過程，其中14 日08：00大霧主要出現(xiàn)在陜北、關(guān)中南部、陜南南部(圖1)，共47站出現(xiàn)大霧天氣,大部分地區(qū)出現(xiàn)能見度500 m以下的濃霧，其中咸陽、興平、渭南、大荔、華陰5站出現(xiàn)能見度低于50 m的特濃霧;14日白天隨著氣溫的升高，大霧有所減弱，但14日白天到晚上仍以輕霧為主，局部仍有大霧。15日08:00~16日陜北南部、關(guān)中和陜南出現(xiàn)弱降水,關(guān)中、陜南大部仍出現(xiàn)大霧天氣， 17日白天基本結(jié)束，關(guān)中天空開始放晴，關(guān)中大部分地區(qū)被輕霧覆蓋，局地出現(xiàn)大霧天氣， 18 日大霧天氣徹底結(jié)束。

圖1　2007年11月14日08:00大霧分布Fig.1　The dense fog distribution at 08:00 on November 14th, 2007

2環(huán)流形勢分析

2.1500 hPa形勢從11月10～11日環(huán)流形勢來看，500 hPa陜西主要受平直西風(fēng)氣流控制，700 hPa有切變線快速東移，地面有冷鋒過境，陜西中南部出現(xiàn)小到中雨，之后500 hPa陜西主要受槽后弱的偏西風(fēng)控制，而低層和地面則受反氣旋環(huán)流控制。這種天氣形勢的轉(zhuǎn)變及降水結(jié)束，為霧天的開始提供了有利的水汽條件和環(huán)流背景。

注：a.11日08：00~17日08：00平均；b.12日08：00；c.14日08：00?！ote: a. Mean of November 11th 08:00-17th 08:00; b. November 12th 08:00; c. November 14th 08:00.圖2　2007年11月11~17日500 hPa位勢高度場(單位: dagpm)Fig.2　500 hPa potential height field from November 11th-17th, 2007

11~17日500 hPa(圖2a)，亞洲中高緯主要受緯向型環(huán)流控制，西風(fēng)氣流較平直，冷空氣勢力不強(qiáng)，不利于冷空氣南下。12~14日500 hPa(圖2b、c),亞歐中高緯上空環(huán)流形勢為一槽一脊型,即新疆以西地區(qū)為一高壓脊,我國上空維持一寬廣低槽區(qū), 陜西處在高壓脊前的弱西北氣流中，冷平流很弱，由于天氣晴好，輻射降溫有利于近地面的水汽凝結(jié)。15日08：00新疆高脊略有減弱東移,同時在甘肅東南部有淺槽生成東移,在其影響下關(guān)中、陜南部分地區(qū)出現(xiàn)一次弱降水。 17日08：00,隨著貝加爾湖-東北冷槽的加深南壓,陜西大部受槽后西北氣流影響, 低層有較強(qiáng)冷空氣東移南下，維持5 d的大霧天氣趨于結(jié)束。2.2700和850 hPa形勢11月11日700 hPa高原上有短波淺槽快速東移，12日08：00陜西北部處于槽后弱西北氣流控制之下，低層850 hPa有偏南風(fēng)發(fā)展，由于沒有強(qiáng)冷空氣活動, 12日早上700 hPa高空以下沉氣流為主,下沉增溫和低層弱的暖平流均有利于在低空(850 hPa上下)形成逆溫層，阻礙低層水汽向上擴(kuò)散,加之低層濕度大,有利于大霧形成；13日20：00 隨著高原上又一淺槽生成， 14日08：00短波槽東移至甘南地區(qū),陜西省大部處于槽前偏南風(fēng)控制，云量增多，并對應(yīng)一暖溫度脊，陜西省出現(xiàn)了有氣象記錄以來最大范圍的一次大霧天氣；之后隨著短波槽東移至陜西，陜西關(guān)中、陜南地區(qū)濕度明顯增大,溫度露點(diǎn)差(T-Td)漢中為2 ℃,安康為1 ℃，15日14：00起陜西中南部部分地區(qū)開始出現(xiàn)出現(xiàn)降水，陜西大霧范圍明顯減小，17日基本結(jié)束。由此可知，11月12~16日陜西此次大霧天氣前期出現(xiàn)的降水使近地面濕度增大，高空不斷有弱冷空氣進(jìn)入陜西，有利于天氣放晴，晚上形成輻射降溫， 同時高空下沉氣流和低層弱的暖平流有利于在低空形成逆溫層，使大霧天氣得以維持。

圖3　2007年11月14日08：00(a)和15日08:00(b)地面形勢Fig.3　Ground situation at 08:00(a) on November 14th and 08:00(b) on November 15th in 2007

2.3地面形勢由圖3可見，11月12~14日較強(qiáng)冷空氣中心位于貝加爾湖附近，冷空氣主體偏北，陜西處于地面冷高壓中心前部的弱高壓控制，氣壓場分布非常均勻，氣壓梯度力小，近地面風(fēng)速小，這是典型的有利于霧形成和維持的地面形勢。14日20：00隨著冷空氣的擴(kuò)散南下，冷空氣已影響陜西大部，陜西關(guān)中、陜南處于冷高壓的前部，由于秦嶺、巴山山脈有一定的阻擋作用，且處于鋒前，有利于水汽的積聚，形成鋒前霧，因此15日早上關(guān)中東部、陜南南部有大霧出現(xiàn)，之后隨著冷空氣的進(jìn)一步南壓，配合低層切變線影響，15~16日陜西大部分地區(qū)出現(xiàn)降水天氣，維持多日的大霧天氣也隨之結(jié)束。

3物理量分析

3.1動力條件從自動站觀測數(shù)據(jù)看出，2007年11月中旬陜西各地風(fēng)速基本在1~4 m/s，風(fēng)速較小。如果風(fēng)速太大，上下層空氣交換過快，空氣流動性大，氣溫不易下降，大氣難以達(dá)到過飽和狀態(tài)；如果是靜風(fēng)，就不會使地面層附近上下層空氣發(fā)生交換，輻射冷卻效應(yīng)僅發(fā)生在貼近地面的氣層中，只會生成一層薄薄的淺霧，一般不會出現(xiàn)較強(qiáng)的濃霧[6]。因此當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)適宜的風(fēng)，產(chǎn)生較弱的冷暖空氣交換，這樣即使冷卻作用延伸到一定高度，也不影響低層空氣的充分冷卻形成輻射霧。這種風(fēng)場的分布特征再次表明11~14日大霧過程主要為輻射霧。

從渦度散度的垂直分布來看，11~14日霧發(fā)生區(qū)主要受均壓場控制，風(fēng)的切變輻合、渦旋運(yùn)動很弱，垂直速度場反映出14日08:00陜西大霧區(qū)垂直上升速度很小，幾乎為0 m/s，說明垂直運(yùn)動弱是濃霧發(fā)生的另一重要特征。

3.2水汽條件11~16日陜西地區(qū)低層850 hPa相對濕度一直在80%以上，14日08：00陜北南部、關(guān)中大部相對濕度高達(dá)90%以上；從500 hPa相對濕度圖上可以看到，大霧期間陜西相對濕度基本在40%以下，比低層明顯偏小。相對濕度的垂直-時間剖面也很好地反映出這次大霧過程中上干下濕的高低空配置特征，低層相對濕度大多在80%以上，中層的相對濕度大多在40%以下。

以秦都站(圖4)為例，該站的溫度露點(diǎn)差有明顯的日變化，夜間和早晨明顯偏小(基本<1 ℃)，特別是在霧較重的11月14日凌晨，溫度露點(diǎn)差幾乎為0，表明低層空氣處于飽和狀態(tài)，而在中高層存在一定程度的干空氣活動，溫度露點(diǎn)差一般為10~22 ℃；陜西大霧過程中相對濕度最小層位于700～500 hPa，700 hPa以下是相對濕度高值層，干空氣的強(qiáng)度與霧的發(fā)生有密切關(guān)系，對流層中干層的存在對霧的發(fā)生和維持起重要作用,因?yàn)閷α鲗又袑酉鄬^干有利于夜間輻射降溫，低層空氣容易達(dá)到飽和，若濕層太厚或?qū)α鲗诱麑泳鶠闈駥觿t容易出現(xiàn)陰天或降水，反而不利于霧的發(fā)生和維持[6]。

圖4　2007 年11月12日08：00~16日08：00秦都站氣溫和露點(diǎn)溫度演變Fig.4　Evolution of each element in Qindu Station from 08:00 November 12th to 08:00 November 16th in 2007

4 探空資料分析

由于2007年西安站探空資料處于調(diào)整期，在此選取大霧發(fā)生時的延安站資料。從11月12~16日大霧發(fā)生區(qū)域的延安站探空分析來看，13日08：00(圖5)，800 hPa左右溫度露點(diǎn)差變大，基本在10 ℃以上，且700 hPa為偏西風(fēng)，偏西風(fēng)以下沉氣流為主,再加上地形作用(北高南低)、下沉增溫有利于在低層形成逆溫層，在地面到850 hPa以下有一明顯的逆溫層存在, 逆溫層及以上溫度露點(diǎn)差較大，而在逆溫層以下隨著高度降低溫度露點(diǎn)差越來越小，在近地面時T-Td近乎為0，接近飽和，逆溫層阻礙低層水汽向上擴(kuò)散,使得近地面濕度增大，有利于大霧產(chǎn)生。14日08：00，安康站700 hPa 及以下為偏南風(fēng)，700 hPa以上為偏西風(fēng)，風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，陜南南部有上升運(yùn)動，低層850 hPa及以下溫度露點(diǎn)差為1 ℃，低層水汽飽和，因而安康南部大霧明顯。

圖5　2007年11月13日08：00延安TlogP圖Fig.5　TlogP diagram of Yanan at 08:00 on November 13th, 2007

5 結(jié)論

(1)前期500 hPa陜西處在平直西風(fēng)氣流中，冷平流很弱，由于天氣晴好，輻射降溫有利于近地面的水汽凝結(jié)，700 hPa陜西中南部受西北氣流控制影響，并對應(yīng)一暖溫度脊，高空以下沉氣流為主,下沉增溫和低層弱的暖平流均有利于在低空形成逆溫層，因而產(chǎn)生大霧。中期高原淺槽發(fā)展東移至甘南，陜西受槽前暖濕氣流影響，云量增多，后期隨著短波槽東移，關(guān)中、陜南部分地區(qū)出現(xiàn)一次弱降水，陜西大霧結(jié)束。

(2)前期地面陜西處于蒙古國高壓前部均壓場中，氣壓梯度力小，近地面風(fēng)速小，有利于霧的形成和維持，后期隨著冷空氣的南壓，陜西處于高壓前部等壓線較密集區(qū)，有利于形成鋒前霧，且有利于水汽的積聚。

(3)風(fēng)及各物理量的分布有利于大霧的發(fā)生和持續(xù)，適度的風(fēng)速、較弱的垂直速度是這次大霧形成的動力條件，上干下濕的高低空配置是大霧發(fā)生的水汽條件；大氣層結(jié)穩(wěn)定，低層有逆溫、穩(wěn)定少動的暖蓋,阻礙低層水汽向上擴(kuò)散,有利于大霧發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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Weather Characteristics Analysis of a Continuously Heavy Fog Process in Shaanxi Province

LIU Rui-fang, CHEN Xiao-ting, QU Li-wei (Shaanxi Meteorological Observatory, Xi’an, Shaanxi 710014)

AbstractBased on the conventionally observational data and automatic weather station data, the synoptic background, temperature and humidity conditions, atmospheric stratification feature of a wide area of continuously heavy fog event in Shaanxi Province during November 12-17th 2007 were analyzed. The main conclusions were as follows: the 500 hPa circulation at mid-latitude was northwest flow, and the ground was controlled by the equal pressure filed, which were favorable for the radiation fog; late Shaanxi was in the isobar dense area of the high-pressure, which formed the front fog; 1-4 m/s surface wind and weak vertical movement in lower level were the dynamical conditions of the fog weather; the configurations of big relative humidity at lower level and small relative humidity at middle level constituted water vapor condition of the fog; stable atmospheric stratification and the lower temperature inversion, hindered the low-level moisture diffusion upward, were conducive for the occurrence of the fog.

Key wordsDense fog; Circulation pattern; Temperature and humidity conditions; Sounding data

收稿日期2015-12-16

作者簡介劉瑞芳(1978- )，女，山東濰坊人，高級工程師，碩士，從事天氣預(yù)報(bào)工作。

中圖分類號S 161.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-231-03