山西省冬季雾中能见度的数值模拟研究

利用中尺度模式MM5对2009年冬季山西省一场持续30多个小时的罕见浓雾过程进行模拟。结果表明,山西省气象局现行的MM5设计方案对雾区的模拟结果与实测结果基本一致,但夜间近地层的温度存在冷偏差&相对湿度偏高.另外,由于山西省空气污染较重,空气中的粒子数对能见度的影响不能忽略,因此仅用能见度(Vis)与液态水含量（LWC）的参数化方案估算的能见度,只有在浓雾时才与实测一致,具有很大的局限性;而利用能见度(Vis) 与相对湿度（RH）的参数化方案估算的能见度比实测值偏大,但在能见度的趋势预报上与实测值基本一致。用太原机场的实测资料对Vis-RH关系式进行修订后&其估算的能见度更加准确&可以为业务预报提供参考.     

采用不同参数化方案对沪宁高速公路浓雾过程的模拟试验

以2006年12月24—27日沪宁高速公路及其周边地区出现的一次罕见持续性大雾为例,采用模式验证方法,研究了采用不同微物理过程和陆面过程参数化方案对浓雾模拟效果的影响。结果表明,对相对湿度等常规气象要素的模拟,各个参数化方案的模拟效果都较好,与实况都有很好的一致性。对直接表征能见度的变量———液态水含量的模拟,各个参数化方案中以微物理过程采用Lin方案,陆面过程采用SLAB方案模拟效果最好,其他方案的模拟效果与实况相比偏差较大。     

WRF模式对沪宁高速公路浓雾的模拟与检验研究

统计表明,发生在沪宁高速公路的大雾以辐射雾最多,而以平流雾形成浓雾的可能性最大。利用WRF模式3.0版本优选微物理过程和陆面过程方案,对2006年6月—2009年5月发生在沪宁高速公路能见度低于500 m的大雾,按照成因分为辐射雾和平流雾进行数值模拟,并利用实测资料进行检验,验证WRF模式对大雾的模拟预报能力。结果表明,模式对平流浓雾天气的模拟效果较好,模拟预报准确率较高,但未能模拟出辐射浓雾天气。      

寿县不同强度雾的微物理特征及其与能见度的关系

雾对交通运输有不利影响,尤其是强浓雾。本文利用2019年1月上中旬在寿县国家气候观象台应用FM-100型雾滴谱仪测量的雾滴谱数据和常规气象观测数据,分析了不同强度雾的微物理特征,以及能见度与含水量、雾滴数浓度、相对湿度之间的关系,在此基础上建立了能见度参数化方案。结果表明:（1）随着雾的强度增强,雾中含水量显著增大,大雾、浓雾和强浓雾阶段含水量平均值分别为0.003 g m?3、0.01 g m?3和0.09 g m?3;当含水量大于0.02 g m?3,出现强浓雾的比例高达95%。（2）雾滴数浓度、雾滴尺度随着雾强度增强而增大,从大雾到浓雾,雾滴数浓度显著增加（增幅67%）,而从浓雾到强浓雾,雾滴尺度显著增大,平均直径、平均有效半径分别增加62%、135%;当雾滴有效半径大于4.7 μm,出现强浓雾的比例高达95%。（3）强浓雾、浓雾、大雾雾滴数浓度谱分布均为双峰结构,谱分布整体偏向小粒子一端,强浓雾谱型为Deirmendjian分布,浓雾、大雾均为Junge分布;强浓雾的雾水质量浓度谱呈现多峰特征,最大峰值出现在21.5 μm处,浓雾雾水质量浓度谱为双峰分布,大雾为单峰型,最大峰值均出现在5 μm处。（4）含水量、数浓度与能见度均呈反相关关系,含水量对能见度的影响最为显著;分别采用全样本和分段方式建立了四种能见度参数化方案,评估检验结果表明,基于含水量的能见度分段拟合方案对能见度的估算效果最好。     

京津冀一次重度雾霾天气能见度及边界层关键气象要素的模拟研究

本文利用GRAPES_CUACE大气化学模式对京津冀地区2015年12月重度雾霾过程进行了模拟和评估。京津冀地区能见度和PM_2.5模拟值与观测值的对比表明:该模式能较好地模拟京津冀地区能见度和PM_2.5的逐日变化情况,但模式存在对伴随着重污染发生的低能见度模拟偏高的问题。以12月5~10日的重度雾霾过程为重点,针对地面风速、边界层高度、相对湿度、PM_2.5及其对能见度的影响进行了详细分析,研究结果表明:污染过程中大部分地区过程平均风速低于2 m s-1,边界层平均高度低于600 m,相对湿度较高。模式低能见度模拟偏高可能因为:（1）模式模拟重雾霾时段的PM_2.5极大值浓度偏低。（2）模拟相对湿度存在系统性偏低的误差,这一误差对能见度的影响表现为两方面,一是相对湿度会通过影响可溶性气溶胶的吸湿增长过程影响气溶胶质量浓度,导致气溶胶消光系数的计算偏低;二是目前模式中采用的能见度的参数化公式考虑了相对湿度对气溶胶吸湿增长的影响,没有考虑雾滴的直接消光作用。     

河北省高速公路秋冬季浓雾特征及预报

利用河北省高速公路沿线交通气象站的观测资料,统计2013年和2014年秋冬季浓雾(能见度500 m)过程个例,分析高速公路沿线浓雾的时间分布特征和各气象要素变化。结果表明:(1)18:00—20:00(北京时,下同),浓雾开始出现的频率最高;(2)08:00—10:00,浓雾结束的频率最高;(3)浓雾过程持续时间在12~24 h的频率最高;(4)相对湿度在95%~100%之间,温度露点差在-1.0~2.0℃,风速在0~5.8 m·s~(-1),即相对湿度越大、温度露点差越低、风速越小,则出现低能见度的可能性越大。分析各气象要素与能见度的相关性,最后选定相对湿度、温度露点差、风速、风向、气压、气温、能见度7个气象因子作为网络输入建立BP神经网络模型,并以武强、衡水单站2次浓雾过程中能见度变化为例进行检验,取得较好的试验效果。     

基于不同参数化方案的高速公路大雾过程的数值模拟试验

为了比较不同微物理方案、边界层方案和陆面方案对大雾过程模拟效果的影响,本文利用WRF模式(Weather Research and Forecasting Model)对江苏省高速公路网2011—2013年发生的21场大雾过程进行了数值模拟,探讨了模式不同参数化方案对大雾过程数值模拟的影响,确定了基于模式输出结果的成雾判别指标。研究结果表明:(1)综合考虑微物理方案、边界层方案和陆面方案对地面气象要素、高空温度及雾区分布等要素的影响,微物理方案选用WDM6方案,边界层方案选用QNSE方案,陆面方案选用SLAB方案时,雾的数值模拟效果最优;(2)在最优参数化方案设置下,兼顾气象业务部门有限的计算资源和较高的模式垂直分辨率,对21个大雾个例发生的大气背景进行数值模拟和诊断分析后发现:江苏省境内雾的预报指标应为模式最低层(30~40 m高度)液态含水量0.015 g·kg~(-1),或2 m相对湿度95%,且10 m风速3 m·s~(-1)。     

2014年初冬湖北省一次大雾成因分析和数值模拟

利用湖北省高速公路交通气象站观测数据及NCEP的1°×1°格点再分析资料,分析了2014年1月29—30日发生在湖北省内的大雾天气过程的气象要素变化特征及大雾形成机理,并利用优化参数化方案的数值模式对本次大雾过程进行了模拟。结果表明,大雾过程能见度基本与相对湿度变化趋势相反,气温与能见度变化趋势基本一致,风速都较之前有所下降。本次大雾是暖平流影响后,经夜间辐射冷却降温后形成,属平流辐射雾。利用WRF模式对本次大雾过程的模拟结果表明,除对海拔较高、受局地地形影响较大区域的模拟效果不理想外,模拟的大雾范围、强度、生消时间等与实况基本相符,可为以后大雾预报提供一定的参考。     

天津低能见度特征初探

本文通过对天津气象站历史能见度资料和边界层观测站能见度、相对湿度、气溶胶观测资料进行分析,获取天津低能见度基本特征,在此基础上,基于WRF-Chem大气化学模式模拟了2010年10月和2011年1月天津地区大气水平能见度。结果表明:天津地区低能见度事件主要发生在每年11月至次年1月,在获取PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度、相对湿度的基础上可较好地推算大气水平能见度,利用WRF-Chem大气化学模式和拟合公式,可以有效的进行能见度等级模拟和预报。     

基于高速公路气象监测数据分析的浓雾预报指标

利用京秦高速公路沿线交通气象监测站实况资料,通过对84个站次的浓雾雾生和雾消各气象要素变化特征进行分析,归纳出高速公路沿线浓雾和强浓雾天气雾生雾消的预报指标。爆发性强浓雾期间能见度少波动,在能见度爆发下降前,温度下降过程中的小幅上升对能见度突然下降有很好的指示作用;相对湿度在能见度爆发下降前1 h内达到80%以上。一般性强浓雾大多数出现在温度波动之后继续直线下降期间;在500 m浓雾出现15 h之前空气相对湿度达90%以上,能见度达50 m之前相对湿度基本达饱和状态。浓雾消散主要有两个方面,因冷空气造成的雾消,预报应着眼于冷空气前锋影响高速公路所在区域的时间;而由辐射升温造成的雾消,预报应着眼于对天空状况和升温速度的判断。     

太原雾天能见度预报

利用中尺度数值预报模式MM5对山西省2009年发生的几场典型雾个例进行数值模拟。结果表明：模拟2 m温度比观测值偏低约2 ℃,相对湿度模拟结果比观测值偏大约15 %,10 m的模拟风速比观测的偏大0-2 m·s^-1。山西省雾的预报指标为20 m液态水含量大于等于0.13 g·kg^-1而小于0.60g·kg^-1、20-1500 m高度大气层存在逆温层、地面风速小于4 m·s^-1。利用太原测站日平均能见度、日平均相对湿度以及空气污染指数进行拟合建立太原能见度预报模型,并利用实测资料订正MM5、CAPPS模式预报误差,给出订正后的能见度预报方程并以两次实例对区域及太原雾天能见度预报表明该能见度预报模型有一定的适用性。     

不同边界层参数化方案对江苏地区一次平流雾过程的模拟影响

边界层参数化方案的选取在平流雾的预报准确度上起着决定性的作用。本文利用WRF模式对2013年3月18~19日发生在江苏地区的一次平流雾过程进行数值模拟试验,对耦合不同闭合方式边界层参数化方案的试验结果与实测气象数据进行对比分析,评估了他们对此次平流雾的模拟效果,探讨了边界层高度对此次平流雾的生成和发展的影响。研究结果表明:（1）耦合不同边界层方案的WRF模式对地面气象要素的模拟结果均呈现气温偏低、湿度和风速偏大的特征。（2）QNSE方案对气温的模拟能力最强;ACM2方案对相对湿度的模拟性能最好;YSU方案对风速的模拟效果最佳。不同边界层方案的模拟结果在垂直方向上的差别主要表现在低空相对湿度上:QNSE方案预报的湿度更大。（3）综合TS（Threat Score）和BS（Bias Score）两个评分指标来看,ACM2方案对雾区分布的模拟效果最好。三个边界层方案对此次平流雾的模拟结果在江苏沿海站点的预报评分较高,在距海较远站点的预报评分表现较差。YSU方案对东南沿海地区的雾区预报评分较高;QNSE方案对长江沿江区域的雾区预报评分较高;ACM2方案对沿海地区、尤其对沿海北部地区的有较好的预报效果。（4）QNSE方案对此次平流雾的生成时间、出现地点预报比较准确。（5）平流雾的生成与发展阶段模拟雾区覆盖范围与边界层高度关系十分紧密,适当强度的湍流混合作用有助于平流雾在地面的生成与发展;但是过强的湍流混合作用会导致大雾过早的消散。     

一次持续性雾霾天气过程的阶段性特征及影响因子分析

应用常规与非常规气象观测资料及PM2.5浓度监测资料,对2013年1月20~24日山西区域一次持续性雾霾天气过程进行分析。研究发现：（1）本次雾霾天气过程具有明显的阶段性特征。2013年1月20日14时至23日11时,由于相对湿度的变化导致了3次轻雾转大雾过程;23日14~20时,由于PM2.5浓度的增大经历了1次轻雾转霾的天气过程。（2）地面弱的气压场和较小的风速以及PM2.5浓度的上升和相对湿度的增大为本次持续性雾霾天气过程的形成和发展提供了有利条件。（3）边界层逆温的存在是雾霾低能见度过程形成的必要条件,边界层有逆温层而不出现雾霾天气的条件是：相对湿度〈50%,PM2.5日均值浓度〈75μg·m-3;逆温层下相对湿度的大小是区别雾和霾天气的指标。（4）相对湿度和PM2.5是决定能见度大小的关键因子,其对能见度的影响体现出明显的阶段性特征,当相对湿度〈90%时,PM2.5浓度对能见度的作用强于相对湿度,是影响能见度变化的主要因子,但随着相对湿度的增大,其对能见度的影响相对增强,当能见度降至1 km以下时,相对湿度成为影响能见度变化的主要因子。     

沪宁高速公路大雾及气象要素特征分析

利用2006年6月-2009年5月沪宁高速公路AWM自动气象站资料,研究了不同类型大雾持续时间、能见度变化及其出现过程中风、湿度变化特征。结果表明,有超过50%的大雾会发展成浓雾;大雾持续时间以平流雾最长,辐射雾最短;67.6%的大雾在长时间低能见度之前会出现类似"象鼻"形的突变前兆,这可能与地理环境有关;大雾过程中风向以东风和西风为主,锋面雾有部分为偏南风;平流雾发生时风速较辐射雾和锋面雾大,锋面雾发生时风速较多为静风,结束时风速快速增大;平流雾发生时相对湿度多有突变,而辐射雾、锋面雾的相对湿度以渐变为主。     

降水对雾中能见度参数化的影响

雾的能见度是雾滴数浓度和含水量的函数,可以利用雾滴数浓度和含水量进行参数化得到能见度拟合值。但是当雾中有降水存在时,降水会影响雾滴数浓度和含水量,进而影响能见度参数化。2009年1月19日至3月5日在湖北恩施雷达站进行了包括雾微物理特征、雨滴谱及雨滴末速度、能见度以及基本气象要素的观测。利用不同的能见度参数化公式得到能见度拟合值,并与实测值进行对比分析,考虑雾中降水影响时的能见度拟合值要比不考虑降水时的能见度偏差大,因此在有降水伴随雾产生时,降水的效应可忽略不计。同时,利用40％的雾滴谱观测数据建立了良好的模型用于拟合当地的能见度,并利用Gultepe公式得到相应的参数,对当地的能见度进行了计算和预报。     

2007—2010年北京自动站浓雾特征分析与临近预报初探

为探索北京地区浓雾天气特征和临近预报方法,分析了北京2007-2010年18个道面自动站能见度1000 m以下的天气资料.结果表明:①浓雾具有明显的日变化和年变化.05:00-09:00是高发时段,12:00-18:00是低发时段.全年浓雾主要集中在9-12月,6、7月最少.②空间分布上,呈现“东南多,城区少”的特征,统计80％以上的浓雾都发生在大兴和通州.③浓雾变化具有突发性和象鼻形先期振荡的特征.④浓雾能见度变化与气象要素变化关系密切.偏南风和偏东风最有利于浓雾生成发展,西北风最有利于浓雾的消散.风速减小,气温下降,湿度增大,能见度降低,浓雾生成和发展;风速增大,气温升高,湿度减小,能见度上升,浓雾减弱消散,但湿度的减小滞后于能见度的上升.浓雾维持阶段,要素变化都很小.     

安徽省雾、霾、晴空天气的气象条件对比分析

使用2008~2012年逐日地面观测资料,揭示了安徽不同地区雾、霾、晴空天气气象条件的差异,指出不同地区要根据本地特点建立雾、霾预报指标和预报方法。3类天气差异最大的地面气象要素是能见度和相对湿度。根据3种天气前一日和当日能见度和相对湿度分布特征,全省站点可以分为3类:1)从雾、霾到晴空,能见度递增、相对湿度递减,且差异显著,如合肥站;2)雾、霾天的能见度和相对湿度均很接近,但与晴空天差别较大,如阜阳站;3)能见度在雾、霾天无明显差别,但相对湿度在雾、霾天差异显著,如安庆站。地级市测站雾后即霾的可能性较大(大于50%),县城测站雾后即霾的可能性较低(低于25%)。垂直方向,雾时相对湿度随高度下降很快,850 h Pa中位值已降到20%(安庆)和45%(阜阳)以下,霾时相对湿度随高度下降缓慢,850 h Pa中位值仍在60%左右;另外,霾天边界层中上部风切变较小,雾天和晴空天边界层中上部都存在较大的风切变。     

北京雾与霾天气大气液态水含量和相对湿度层结特征分析

为了研究空气中的水汽层结变化对雾、霾生消的影响,对北京2011年10月至2012年2月雾、霾天气个例中能见度变化和地基微波辐射计观测的相对湿度及液态水含量资料进行分析,结果表明:大气总液态水含量时序图对预报雾、霾没有参考意义,无论是大气总液态水含量数值的大小,还是大气总液态水含量随时间的变化都不能预测雾、霾的生成与消散。但不同时刻大气液态水含量的廓线图对雾、霾天气的预报还是具有指示意义的,因为雾、霾生消前后大气液态水含量层结变化明显。进一步分析不同情况的雾、霾天气发现:雾、霾生消前后均无降水出现和先出大雾后降水的情况,即降水后消散的雾、霾天气,大气相对湿度的变化和液态水含量的变化主要集中在3 km以下;对于先降水后出大雾的情况,整层大气相对湿度的变化都很明显,液态水含量的变化主要在3~7 km之间。由于降水既可以增加近地面的空气湿度,又可以消耗空气中的水汽,因此降水既是大雾形成的有利条件,也是大雾消散的有利条件。有降水出现的大雾天气,有饱和层(空气相对湿度达到或接近100%),无降水出现的重霾天气,则没有饱和层,且整体相对湿度偏低。