桑 林，王 博，竇利軍，王 遙

(1.大興空管中心，北京 大興 102600;2.華北空管局氣象中心，北京 順義 101300)

1 引言

大霧對飛行安全與效率有著重要影響。 根據(jù)霧的形成過程、物態(tài)和影響天氣系統(tǒng)，霧可以分為冷卻霧、混合霧和蒸汽霧。 由于成霧過程時(shí)常有幾種物理機(jī)制起著共同的作用，因此，有研究提出了輻射平流霧以及平流輻射霧兩類， 其中典型的輻射平流霧是指因夜間輻射冷卻而形成， 又因暖濕空氣平流到冷的下墊面上冷卻而加強(qiáng)的霧， 而平流輻射霧與之相反。 準(zhǔn)確把握大霧的成因及性質(zhì)，是大霧生消以及強(qiáng)度的預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。 大量學(xué)者對霧的性質(zhì)進(jìn)行研究，如嚴(yán)文蓮等[1]分析了南京2006 年12 月一場持續(xù)4 d 的大霧過程，揭示了此次霧為輻射平流霧，深厚的逆溫層、 穩(wěn)定的大氣層結(jié)以及暖濕氣流的補(bǔ)充是大霧持續(xù)時(shí)間長的主要原因。 王欽等[2]對廣漢機(jī)場一次輻射平流霧進(jìn)行診斷分析認(rèn)為天空狀況由晴轉(zhuǎn)陰是霧得以維持并加強(qiáng)的原因。 本文分析了大興機(jī)場2022 年11 月20 日一次輻射平流霧形成、 維持及消散的機(jī)制，為大興機(jī)場霧的預(yù)報(bào)提供一定理論依據(jù)。

2 霧過程實(shí)況

2022 年11 月20 日我國東北地區(qū)有冷渦系統(tǒng)控制，華北處于高空槽前偏南氣流影響下，地面為蒙古冷高壓，大霧發(fā)生前，氣壓梯度較小，風(fēng)速小。2022 年11 月20 日01 時(shí)56 分-23 時(shí)23 分大興機(jī)場出現(xiàn)了一次持續(xù)21 h 27 min 的大霧過程。 圖1 所示，其中濃霧（主導(dǎo)能見度50-200 m）時(shí)段為03 時(shí)30 分-07時(shí)00 分；大霧（主導(dǎo)能見度200-500 m）時(shí)段為07 時(shí)00 分-08 時(shí)30 分、18 時(shí)21 分-20 時(shí)47 分；霧（主導(dǎo)能見度500-1000 m） 時(shí)段為01 時(shí)56 分-03 時(shí)30分、08 時(shí)30 分-10 時(shí)57 分、18 時(shí)01 分-18 時(shí)21 分和20 時(shí)47 分-23 時(shí)23 分；輕霧（1000-1200 m）時(shí)段為10 時(shí)57 分-18 時(shí)01 分。持續(xù)時(shí)間長、主導(dǎo)能見度最小值低、結(jié)束迅速是此次大霧過程的主要特點(diǎn)。 從運(yùn)行角度綜合分析，此次過程中第一次主導(dǎo)能見度＜1 km 的時(shí)段從凌晨開始持續(xù)至次日中午結(jié)束， 晚于大多數(shù)霧的消散時(shí)間，對進(jìn)出港早高峰影響較大。 此次過程中第二次主導(dǎo)能見度＜1 km 的時(shí)段從傍晚持續(xù)至午夜，對進(jìn)出港晚高峰影響較大。

圖1 2022 年11 月20 日00 時(shí)-21 日00 時(shí)大興機(jī)場主導(dǎo)能見度變化

從極軌衛(wèi)星NPP 產(chǎn)品華北地區(qū)能見度分布圖（圖略）可以看出，此次霧過程霧區(qū)范圍較大，由東南向西北擴(kuò)張，京津冀地區(qū)能見度整體較差。20 日白天大興機(jī)場東南部仍存在一個(gè)范圍較小的大霧區(qū)域。

3 霧過程的氣象要素特征

3.1 風(fēng)的變化

根據(jù)大興機(jī)場35 L 跑道自動(dòng)觀測設(shè)備探測到的風(fēng)向風(fēng)速演變情況可知，此次霧過程發(fā)生前，19 日18時(shí)主導(dǎo)能見度維持在4 km 左右， 風(fēng)向偏南1-3 m/s。隨后，主導(dǎo)能見度以約467 m/h 的速度下降，至20 日01 時(shí)56 分主導(dǎo)能見度下降至1 km 以下， 達(dá)到霧天氣標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)向轉(zhuǎn)為東南風(fēng)。 隨后能見度繼續(xù)以相同速度下降，濃霧期間以偏東風(fēng)為主，風(fēng)力0-1 m/s。7 時(shí)-8 時(shí)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，風(fēng)力2 m/s 左右，能見度略有回升，至20 日10 時(shí)57 分主導(dǎo)能見度上升至1 km 以上，轉(zhuǎn)為輕霧。

20 日18 時(shí)，大興機(jī)場風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，風(fēng)速為2-3 m/s，濃霧期間風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)或東北風(fēng)，其中19 時(shí)、20 時(shí)、22 時(shí)主導(dǎo)能見度最低為200 m。根據(jù)大興機(jī)場風(fēng)廓線數(shù)據(jù)可知（圖略），23 時(shí)以后大興機(jī)場上空轉(zhuǎn)為槽后偏北氣流影響， 大興機(jī)場上空風(fēng)速明顯加大同時(shí)地面偏東風(fēng)增大到4-5 m/s，能見度快速升至10 km 以上，對進(jìn)出港航班影響基本結(jié)束。 可見，大霧發(fā)生時(shí)，地面風(fēng)速在2 級(jí)以下。 當(dāng)高空槽攜帶冷空氣過境時(shí)，低層風(fēng)速加大，大霧過程結(jié)束。 與高淞[3]研究結(jié)論一致， 秋冬季霧散應(yīng)更多考慮風(fēng)向轉(zhuǎn)變帶來的冷空氣補(bǔ)充。

3.2 溫度、濕度特征

從京雄地區(qū)逐5 min 溫度分布圖（圖略）看出，在大霧發(fā)生前大興機(jī)場地區(qū)地面處于溫度低值中心，即有利于平流霧發(fā)生的冷下墊面。 根據(jù)大興機(jī)場氣象要素的日變化特點(diǎn)，一般日最高溫度出現(xiàn)在15 時(shí)左右，19 日15 時(shí)地面氣溫14 ℃，溫度露點(diǎn)差最高達(dá)7 ℃，14 時(shí)后氣溫開始下降， 溫度露點(diǎn)差也開始下降。 20 日01 時(shí)氣溫降低值最低2 ℃，此時(shí)溫度露點(diǎn)差為0 ℃，相對濕度達(dá)到100%，說明在19 日夜間到20 日凌晨有地面長波輻射冷卻作用存在， 并且空氣中的水汽也達(dá)到近地面氣層凝結(jié)成霧的條件， 霧逐漸開始形成。 而在霧開始后，地面溫度開始升高，從2 ℃升至4 ℃（圖2）。 濃霧期間，地面溫度維持4 ℃。根據(jù)大興機(jī)場氣溫日變化特點(diǎn)， 通常日凌晨01 時(shí)-05 時(shí)為氣溫下降趨勢，日最低氣溫一般出現(xiàn)在05 時(shí)左右， 而當(dāng)天夜間最低氣溫出現(xiàn)在了01 時(shí)左右，這說明此次大霧期間氣溫的升高不是日變化的影響，而是由于暖濕平流的作用導(dǎo)致的。 而這一點(diǎn)從京雄地區(qū)逐5 min 溫度分布圖（圖略）得到證實(shí)。

圖2 2022 年11 月19 日18 時(shí)-20 日11 時(shí)大興機(jī)場溫度變化

霧的維持需要源源不斷的水汽補(bǔ)充，從20 日00時(shí)-24 時(shí),925 hPa 上相對濕度和風(fēng)場可見 （圖略）大興機(jī)場上空有水汽輸送。 由微波輻射計(jì)的相對濕度和水汽密度數(shù)據(jù)可知，霧開始后相對濕度和水汽密度迅速提高，并維持至霧結(jié)束，且霧結(jié)束后相對濕度和水汽密度迅速下降。其中大霧和濃霧階段，400 m 以下相對濕度整層維持80%以上， 水汽密度維持10 g/m3以上。水汽密度和相對濕度這種陡然增加和減小與大霧開始和結(jié)束時(shí)間相對應(yīng)， 說明暖濕平流的輸送和維持是此次過程得以維持的原因之一。

有學(xué)者認(rèn)為液態(tài)水含量一定程度上可以代表霧層的厚度，霧層越厚持續(xù)時(shí)間越長[4]。 此次霧過程微波輻射計(jì)的液態(tài)水大值區(qū)出現(xiàn)時(shí)間滯后于大霧開始時(shí)間約2 h，消失時(shí)間與大霧結(jié)束時(shí)間基本一致。 液態(tài)水含量大值區(qū)集中在100-800 m，因此可以判定此次過程霧區(qū)較厚，也為結(jié)束時(shí)間較晚的原因之一。

3.3 云量及逆溫

通過毫米波云雷達(dá)數(shù)據(jù)可知，霧發(fā)生前大興機(jī)場上空無云至少云， 由于高層轉(zhuǎn)為槽前西南氣流控制，20 日白天天空云量開始增多， 云高為5000-7000 m。天空云量增多導(dǎo)致20 日白天地面氣溫變化緩慢且日變化強(qiáng)度弱，全天的相對濕度較大。 云的存在使大興機(jī)場氣溫變化小、相對濕度維持較大，空氣一直維持飽和狀態(tài)，可見與王欽等[2]觀點(diǎn)一致，本次霧過程中天空狀況的變化對霧的加強(qiáng)和維持起到了重要作用。 這說明大霧的預(yù)報(bào)不應(yīng)只著眼于低層的氣象條件，高層形勢的演變也是霧預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。

結(jié)合微波輻射計(jì)的溫度數(shù)據(jù)可知， 霧發(fā)生時(shí)地面附近有一個(gè)低溫區(qū)域， 而100-700 m 左右則存在一個(gè)溫度高值區(qū)， 這種高低層溫度配置對應(yīng)著強(qiáng)烈的輻射逆溫。 逆溫阻止低層水汽向高層輸送，有利于低層濕度增大和水汽累計(jì)而凝結(jié)形成霧[5]。 01 時(shí)56分霧開始后，由于上游暖濕平流的輸送，逆溫層受到一定程度的破壞。 但仍然持續(xù)至次日11 時(shí)左右。 此后盡管由于午后地表增暖的作用， 逆溫層已經(jīng)完全不存在，但是能見度仍然維持在1200 m 以下，這一階段， 暖濕平流對霧的維持占據(jù)主導(dǎo)地位，925 hPa上水汽輸送有加強(qiáng)趨勢（圖略）。 23 時(shí)23 分后霧散去，天空放晴后，近地面輻射逆溫又開始逐漸顯現(xiàn)。

4 結(jié)論

利用大興機(jī)場自觀數(shù)據(jù)、微波輻射計(jì)、毫米波云雷達(dá)和風(fēng)廓線等資料分析了2022 年11 月20 日01時(shí)56 分-23 時(shí)23 分北京大興機(jī)場持續(xù)性大霧過程，結(jié)果表明此次霧過程符合典型的輻射平流霧特征，即由于夜間輻射冷卻而形成，又因暖濕空氣平流到冷的下墊面上冷卻而加強(qiáng)的霧[6]。

主要結(jié)論為：

（1）地面長波輻射冷卻和水汽輸送是此次大霧形成原因。

（2）高空云量的變化對此次霧的維持和加強(qiáng)起到重要作用，因此霧的預(yù)報(bào)不應(yīng)只著眼于低空。

（3）微波輻射計(jì)的水汽密度、相對濕度和溫度等數(shù)據(jù)對大霧的臨近預(yù)報(bào)有很好的指示作用。