微波辐射计资料在大雾预报预警中的应用

MP-3000A 是一种新型大气探测仪器,可以连续得到从地面到10 km 高度上高分辨率的位温、相对湿度、水汽密度及其廓线。选取大雾发生、维持及消散时微波辐射计观测数据,分析发现,大雾从形成到消散过程中水汽密度、相对湿度和位温均有不同变化;大雾发生前近地层大气中的相对湿度、水气密度一般会稳定增加,大雾发生时两者会有爆发性增加的现象。大雾维持阶段在近地层多伴有逆温层,辐射雾逆温层明显;大雾期间雾层高度有稳定型也有波动型,雾层高度下降时大雾会迅速加强。大雾消散时近地层大湿区减小抬升,水汽密度迅速减小。因此研究微波辐射计探测的大气水汽密度、液态水含量和位温,将有助于提高大雾生成与消散的预报、预警。     

一次大雾个例分析

2004年12月24日6时起,乌海市出现大雾天气,能见度小于30m,到11时左右,大雾基本消散。雾是低空大气中水汽饱和而凝结形成的一种天气现象。由于乌海市降水少、湿度小等原因,大雾天气是不多见的,所以,对于雾的预报经验也很不足。针对这次大雾天气个例进行分析总结,从中找出一些预报指标是很有必要的。     

基于HTG-4型微波辐射计的双流机场冬季天气过程分析

利用HTG-4型微波辐射计资料对2018～2020年成都双流机场冬季三次重要天气过程进行分析,结果表明：微波辐射计资料能够反映大雾、霜、积冰三种天气条件下的大气垂直特征及变化趋势,温度数据以及液态水路径LWP对大雾的生消具有很强的监测和预警作用,水汽密度能够帮助预报员提前认识大雾的环境场条件。大气温度数据能够探测逆温层的生消,相对湿度大值区（相对湿度≥85%）可用于判断是否有云,液态水路径LWP的激增对应大雾浓度的增加,但在霜天气情况下一直处于低值。液态水廓线LPR与大气温湿廓线配合可预报或探测空中积冰位置,即大气温度层-10～0℃,且处于高湿区,液态含水量大值区,此时容易造成航空器积冰。     

HTG-4型微波辐射计的航空气象预报应用研究

为研究Airda HTG-4型微波辐射计在成都双流机场的应用效果,利用2017年4月～2018年1月该型辐射计温湿数据,选取雾、积冰、小(阵)雨、雷暴个例进行分析,结果表明:相对湿度和液态水含量在大雾、积冰、弱降水和强对流过程中表现良好。大雾时,近地面相对湿度和能见度的变化有较高的同步率,液态水含量的激增对应了雾的加深。弱降水和强对流过程中,相对湿度多呈“上干、下湿”两层结构;其中,6km以下相对湿度和2.3～4.5km高度的液态水含量变化显著。K指数和沙氏指数SI在对流天气下表现良好,在有明显降水后误差增大,对流过程结束后需要较长时间恢复常态。      

济南市一次持续大雾过程分析

利用常规气象观测资料对2007年12月20-23日济南市一次持续大雾天气过程的大尺度天气背景、地面气压场、温度对数压力图以及单站气象要素进行了分析,结果表明:雾是在稳定的大气层结下出现的天气现象,根据大气稳定层结的状况及变化,可以判断大雾天气的有无及生消时间;近地面逆温和低空逆温同时存在,表明大气层结非常稳定,近地面逆温有利于近地面层水汽积累,低空逆温使近地面层水汽不易扩散而聚集,有利于近地面层维持潮湿,持续几天出现大雾;连续几天大气层结都处于稳定状态,地面风力很小,这些都限制了近地面层的水汽向外耗散,底层相对湿度较大,为大雾的形成提供了充沛的水汽条件.     

河北省中南部一次大雾天气过程分析

对2003年11月河北省中南部大雾天气进行了分析,结果表明与稳定度有关的物理量场的变化不仅是强对流等灾害性天气的预报指标,对大雾天气也有一定的指示意义：雾是在稳定的大气层结下出现的天气现象,根据大气稳定层结的状况及变化,可以判断大雾天气的有无及其生消时间。另外,前期湿度条件的积累也是影响大雾生成的主要原因。     

我国中东部一次大范围霾天气的分析

利用空气污染资料、常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2007年2月5日我国中东部大范围霾天气进行了综合分析.结果表明:前倾槽结构和逆温层结为霾的形成提供了有利条件;800hPa以下层垂直速度、涡度和散度的绝对值较小.是霾维持的动力因子.大气混合层高度的变化对霾的生消有很好指示作用,霾天混合层高度北高南低分布,致使南方比北方更易出现严重霾天气.此外,要素对比结果表明,霾的相对湿度比雾低,温度露点差比雾大,逆温强度比雾弱,大气混合层高度比雾高,这些可为霾的预报提供参考依据.     

地基微波辐射计对乌鲁木齐暴雨天气过程的观测分析

MP-3000A是一种新型大气探测仪器,可以连续得到从地面到10km高度上高分辨率的温度、相对湿度、水汽廓线以及液态水廓线。通过选取2011年5月1日的微波辐射计观测数据,分析在降水发生前后的水汽密度和液态水含量的变化,发现大气降水与水汽密度和液态水含量有很紧密的联系。大气中的可降水量一般会维持在25mm,当大气中的可降水量值超过50mm,液态水含量值开始增加的时候,发生降水的可能性增大;降水过后,液态水含量若是没有回落到0.0mm以内,在未来的2～3h内还是会发生降水,因此研究微波辐射计探测的大气水汽密度和液态水含量,将有助于提高短时、临近预报的准确度。     

中国东部一场罕见的大雾天气成因分析

对2004年11月30日至12月4日入冬以来中国东部最大范围的大雾天气过程,从大气环流形势背景及其调整和演变,天气气候背景,大气层结条件,近地面水汽条件等方面进行了分析,结果表明:此次大雾是在大气低层暖平流、大气层结相对稳定和充沛的水汽条件下产生的,雾的消散需要雾区有冷空气入侵,出现大风降温天气。     

雾霾天气个例气象条件对比分析

应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和L波段探空资料从环流形势、扩散条件和边界层特征3个方面对2013年两次雾、霾天气个例进行对比分析,结果表明:500hPa西北气流冷平流、地面弱风场、垂直速度呈弱上升-下沉的垂直分层特点和逆温是两次雾、霾天气出现和维持的共同特征。地面西北风、850hPa弱冷平流、近地层浅薄的接地逆温(100~200m)和湿层与霾天气对应,地面偏东风、850hPa暖平流、925hPa以下深厚的悬浮逆温(400m)和湿层与雾天气对应,霾过程较雾过程逆温强度强,上升运动高度高。消散时雾较霾下沉运动中心高度低,强度弱;霾消散时接地逆温特征变化不大,雾消散时悬浮逆温有底部抬升和大气稳定层结向中性层结转变的变化特征;但均有下沉气流接地、垂直风切变较强和高层低露点干空气下传到地面的特点。     

克州地区春季一次强风沙天气成因分析

利用常规观测资料、数值预报物理量场和NCEP/NCAR每日4次全球再分析网格点资料,对2010年03月28日发生在克州境内的一场罕见大风、沙尘暴天气过程进行了诊断分析,探讨了这次强风沙天气的成因,结果表明：高空低压槽和地面冷锋及锋后强冷平流、高空急流的加强及高空形成的次级环流使高空动量有效下传到地面起到了积极的动能作用,大风沙尘上空螺旋度上负下正的垂直分布与大风沙尘的出现有很好的对应关系,大风沙尘发生前后压、温、湿要素出现的剧烈突变对预报也有很好的指示意义。     

秸秆焚烧导致的江苏持续雾霾天气过程分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,从污染情况、环流背景、地面气象要素特征、水汽、热力及动力条件等几个方面对江苏2012年6月中上旬持续雾霾天气进行了分析。结果表明:江苏及周边省市秸秆焚烧造成大量的气溶胶粒子悬浮于空中,是造成江苏出现持续不同程度的霾天气的主要原因,同时也为雾滴形成提供了丰富的凝结核;中高层冷空气强度未能完全破坏底层相对稳定的层结,较小的风速和较大的湿度有利于雾霾的发展,重度霾或雾风速多在3 m/s以下,且相对湿度在80%以上。频繁的弱降水过程对雾的形成和霾的加重起到了重要的作用;低层的逆温或近中性层结的维持,为雾霾持续存在提供了有利的层结条件,且浓雾形成主要有辐射贴地逆温和平流逆温两种形式;垂直上升运动与雾霾的发展之间有着互相影响的紧密联系,在具备一定的水汽条件时,底层弱的上升运动有利于雾体的向上发展从而促进雾的加浓。后向轨迹模拟雾霾相对较严重的6月10日污染轨迹表明沿江和苏南地区污染物浓度上升除了本地悬浮颗粒物外,安徽境内的污染物的输送也是一个重要因素,而北部地区更多还是本地的污染源。     

基于BJ-RUCv2.0预报系统对大雾形成和发展关键条件的数值分析

为了弄清北京地区持续性雾-霾天气过程的演变规律、揭示大雾形成和发展的关键条件,利用常规气象观测资料、高速路自动气象站观测资料和大气成分观测资料分析了2013年1月26~31日雾-霾天气过程的演变特征和有利于大雾形成和发展的天气形势。在此基础上,采用先进的北京快速循环同化中尺度数值预报系统（BJ-RUC v2.0）开展数值模拟,分析大雾形成的水汽、动力和热力条件,得出:模式对1月30日夜间至31日前半夜的雾区模拟较好,但对28日夜间至29日白天（大雾天气伴严重大气污染）雾区的模拟偏差较大。发现近地层的持续性东南风使950 hPa以下湿度增大是大雾形成的关键条件。上层（975~800 hPa）的明显暖平流导致逆温层的加强和维持,使大气层结稳定度增强,是大雾天气发展和维持的重要条件。另外,近地层950 hPa以下为风场辐合、其上层为风场辐散的结构有利于雾的进一步发展。     

白云机场一次大雾伴雷暴天气数值模拟

2014年3月12日广州白云机场出现了一次持续性大雾伴雷暴天气,本文利用常规资料和WRF模式进行综合分析。研究表明,低层偏南暖湿气流为大雾形成提供了充足的水汽和有利的风场条件,近地面充足的水汽、逆温层的稳定存在是本次大雾过程长时间维持的主要原因。伴随冷锋南下的偏北风使得逆温层、大气饱和状态破坏,是持续性大雾消散的动力因子。WRF模式模拟的地面水汽含量的空间分布、逐小时高度-时间序列图,对大雾生成、维持和消散的预警预报具有一定的参考性。此次雷暴发生在高空槽、切变线和地面锋面相配合的环流形势下,850hPa切变线配合地面锋面共同抬升触发雷暴。     

都市霾与雾的区分及粤港澳的灰霾天气观测预报预警标准

都市霾与雾的区分是迫切需要解决的问题。霾的出现有重要的空气质量指示意义,而雾的记录,有明确的天气指示意义。通常在平面时已达到饱和的水汽压,对相当于球面的云雾滴来讲就是未饱和的,云雾滴就会蒸发;在水汽条件不变时,云雾滴由于蒸发而变小,导致它的平衡水汽压升高,就更易蒸发掉。在不饱和大气中小于数μm的云雾滴必然蒸发,而且伴随着蒸发云雾滴尺度会进一步变小,导致曲率越来越大,蒸发速率越来越快。过去错误认为凝结核可以在低相对湿度(RH)情况下产生凝结生成雾滴的观点,是忽视了粒子曲率作用的结果,将实验室大颗粒(常常达mm量级)的吸湿性特征,延用至次μm粒子造成的。降温是达到饱和形成雾滴的重要物理过程,云雾是低温下饱和气块的可见标志。在云雾中必然存在凝结或凝华过程,因而必然伴随着潜热释放,这就使云雾内的温度高于环境,在云雾内必然盛行微弱的上升气流,不可能是下沉气流,这些宏观过程在霾层内是不存在的,因而成为识别雾与霾的重要的宏观动力条件。在对历史资料进行统计时,在排除降水、吹雪、雪暴、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕等视程障碍现象的情况下,通过调试RH,使雾与轻雾反映自然的年际与年代际气候波动,而霾反映由于人类活动而引起的趋势性变化,其限值大体在90%左右,与美国和英国在讨论霾影响能见度(vis)的长期变化趋势中使用的限值RH<90%相同。20世纪80年代以来大幅增加的霾日,绝大部分是由于人类活动影响的气溶胶细粒子污染造成的。依据上述结果和以前的研究,给出了霾与雾区分的概念模型、霾与雾观测的标准和灰霾天气预警信号发布的标准,并介绍了相关的业务产品。     

2007年1月初河北省连续大雾的成因分析

对发生在2007年元旦期间河北省大部地区的连续大雾天气从高低空环流形势、物理量场及气象要素场变化等方面进行了分析。发现这次大雾天气发生在500hPa中纬度平直偏西气流、中低层西北气流或弱高压环流以及地面高压前部弱气压场控制的大气环流形势下。大雾前期出现了明显降雪,雪后融化使近地面层湿度迅速增加;大雾期间,夜间辐射明显,近地层大气有逆温层结建立。水汽聚集在近地层通过地面蒸发和辐射冷却而达到饱和。充足的水汽和近地面明显的水汽饱和是河北大部分地区出现连续大雾的重要原因之一。而且这次大雾天气过程近地面层呈弱稳定状态,中高层为稳定状态。     

2015年济南地区雾霾天气过程大气物理量特征初步分析

文中对比分析了2015年29个雾、霾及雾霾混合天气过程中,章丘探空站L波段探空雷达和山东省气象局院内德国14通道地基微波辐射计观测的温度资料。对观测数据实施了质量控制,检验了精度和可信度,统计分析了宏观物理参量特征和日变化规律。针对雾、霾及雾霾天气过程各选取了一个个例进行分析,分析了大气中PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、O₃、CO含量的变化情况,分析了相对湿度、液态水路径和综合水汽含量等的变化情况。结果表明:两种观测数据一致性较好,拟合优度高于0.97;贴地逆温层存在一定的季节变化,悬垂逆温层存在一定的差异,逆温层的变化、污染参量变化与雾霾的形成有密切关系;不同天气背景对大气物理参量有较大的影响,PM₁₀、AQI（空气质量指数）和CO均在相同时间段出现峰值,有明显的起伏;CO峰值雾霾天气中尤为明显,由早到晚随时间峰值逐渐增大,雾天和霾天峰值较小,雾霾天气明显大于雾天或霾天。     

成都双流机场夏季大雾天气特点及形成机理

利用NCEP 1°×1°再分析资料、成都双流机场自动观测资料,统计分析了2003～2015年双流机场夏季大雾出现时气象要素的特征,并对2003～2015年出现的大雾天气过程进行合成分析,以探寻双流机场夏季大雾的特征和形成机理。结果表明:双流机场夏季大雾均为辐射雾,持续时间较短,风向多为偏南风和西南风,风速较小;大雾发生在降水系统后部的负渦度区内,前期降水为大雾形成提供了充足的水汽条件,前一日20时相对湿度在80%以上,大雾出现时相对湿度在92%以上;在高压系统稳定维持的天气背景下,中高层干空气侵入促使双流机场上空维持上干下湿的结构;下沉气流的存在有利于下沉增温和近地面辐射降温共同形成等温或逆温结构,促进稳定层结的建立,有利于大雾的维持。