A Numerical Study of Sea-Fog Formation over Cold Sea Surface Using a One-Dimensional Turbulence Model Coupled with the Weather Research and Forecasting Model

The formation mechanism of a cold sea-fog case observed over the Yellow Sea near the western coastal area of the Korean Peninsula is investigated using numerical simulation with a one-dimensional turbulence model coupled with a three-dimensional regional model. The simulation was carried out using both Eulerian and Lagrangian approaches; both approaches produced sea fog in a manner consistent with observation. For the selected cold sea-fog case, the model results suggested the following: as warm and moist air flows over a cold sea surface, the lower part of the air column is modified by the turbulent exchange of heat and moisture and the diurnal variation in radiation. The modified boundary-layer structure represents a typical stable thermally internal boundary layer. Within the stable thermally internal boundary layer, the air temperature is decreased by radiative cooling and turbulent heat exchange but the moisture loss due to the downward vapour flux in the lowest part of the air column is compensated by moisture advection and therefore the dewpoint temperature does not decrease as rapidly as does the air temperature. Eventually water vapour saturation is achieved and the cold sea fog forms in the thermal internal boundary layer.     

Urban growth effects on low-temperature fog in Edmonton

Visibility observations at rural and urban airports in the Edmonton area during the severe winter of 1968–69 are compared with similar observations described in 1955 by G. W. Robertson for the winter of 1949–50. The new observations tend to confirm Robertson's finding that low-temperature fog in Edmonton is due mainly to saturation of the air by water vapour produced in burning natural gas. Visibilities in such fog are strongly temperature-dependent. The urban population more than doubled between 1950 and 1969, and new large sources of water vapour were added to the city. The effects of both changes are apparent in the visibility data. Computations of excess water content and temperature increases are made assuming that an isothermal layer develops as rural air passes over the city and is modified by the combustion of natural gas and motor vehicle fuel. The results are consistent with local measurements of surface temperature and vertical temperature gradients in the lowest 100 m over the city. Computations of excess water content are presented for fuel consumption rates corresponding to populations of 150000 to 800000. Measurements of the thickness of the fog layer over the city and of the frozen water content of ice fog for various visibilities are needed for additional verification of the calculations.Presented at the 5th Annual Congress of the Canadian Meteorological Society, Ste Anne de Bellevue, Quebec, 1971.     

中国典型大雾落区基本概念模型的研究与建立

利用MICAPS气象信息综合分析处理系统的历史气象资料,根据大雾形成的物理机制,对2008-2010年发生在中国典型区域大雾天气个例中主要影响因子进行分析,得出7个有利于区域大雾产生的因子。结果表明：7个因子中,逆温层厚度为20-200 hPa;地面温度露点差多小于1 ℃,前一日多小于3℃;近地面湿空气厚度0.05-0.70 km;逆温层极值点0 ℃线是雾淞产生特征线;地面偏南风风速为2-6 m·s-1;气温为-15.0～20.0 ℃,其中,-5.0～5.0 ℃占比例最大,0 ℃线是大雾发生的特征线;变性或减弱的高气压。7个因子均有12-24 h的超前特征,经过叠加,构成了“大雾落区基本概念模型”。根据模型建立了大雾落区预报业务系统。理论检验表明,区域大雾预报时效可提前到12-24 h,24 h区域大雾预报准确率为87.5 %。     

2017-11-15安徽颍上团雾天气特征分析及气象服务探讨

团雾是一种严重威胁公路交通安全的恶劣天气,因其具有较强的局地性、突发性特点,也是目前公路交通气象预报服务的难点之一。针对2017年11月15日发生在安徽阜阳滁新高速颍上段的团雾交通事故,利用颍上交通气象站、焦岗湖交通气象站与颍上气象站的逐10 min气温、相对湿度、风速、能见度监测数据,结合欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的分析场资料,分析了安徽颍上团雾交通事故发生地的局地环境特征和当日的天气特征及成因,探讨了高速公路团雾预报服务的不足和未来工作展望,为进一步做好团雾天气交通气象服务提供借鉴和参考。主要结论如下:此次团雾发生在辐射雾的天气形势背景下,夜间辐射降温幅度达5℃以上,为团雾发生提供了低温条件;团雾发生地地势低洼且临近水系,水汽输送通道流畅,水汽充足,黎明后底层空气湿度维持在85%以上,是团雾发生的诱因之一;日出后风力保持静风状态,空气流动性差,造成近地面层水汽聚集,是团雾发生的重要原因。     

A THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL STUDY ON DENSE FOG OVER MOUNTAINOUS AREAS

Using the non-hydrostatic meso-scale model MM5v3, dense fog that occurred from March 7 to March 8, 2001 over the Mts. Nanling area was studied. With integrated field experiments and observations, the occurrence, development and lift mechanism of fog were analyzed. The results indicate that before the coming of stratiform clouds, southerly warm and wet air ascended along mountainside and cooling condensation formed mountain fog. Then fog was formed by the stratiform on cloud-contacting mountaintop. A front inversion layer accelerated the development and extended the duration of the lower cloud and fog. The intensity, occurrence time, mass content and the variation of temperature and relative humidity of the fog agreed with those of the observation. It showed that the meso-scale model has the potential to forecast mountain fog.     

江面平流雾的数值研究

本文利用二维平流雾模式研究了海上暖湿空气平流到长江冷水面上形成平流雾的过程,对影响平流雾形成的两个主要因子(水面温度水平梯度和平流风速)与平流雾区的关系进行了数值研究,为江面平流雾的预报提供了思路.     

一次黄海海雾的数据同化试验与形成机制研究

选取2012年4月14日的一次存在东西2片雾区的黄海春季海雾为研究对象,借助WRF（Weather Research and Forecasting）模式,采用循环3DVAR（3-Dimensional Variational）数据同化方案,考虑了湿度控制变量的背景误差协方差CV6,进行了AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）卫星温度与湿度廓线数据的同化试验,并基于同化试验结果探讨了此次海雾的形成机制。同化试验结果表明：同化 AIRS 卫星温度与湿度廓线数据后,模式能成功再现海雾的形成过程,特别是东西2片雾区之间的晴空区的存在,这归功于AIRS数据的同化能够显著改善海上大气边界层的温湿结构、影响海雾的低层高压的范围与强度;机制分析揭示：东西2片雾均为典型的平流冷却雾,但二者厚薄和气团来源不同;海上高压控制黄海西岸陆地的暖空气入海,受低海温的冷却作用降温先形成逆温层,然后逆温层底部生成了较薄的西侧雾区;来自黄海中部的空气向东北移动至朝鲜半岛西部海域,高压下沉增温形成一个顶部较高的稳定层,从而生成较厚的东侧雾区;高压中心下沉区内,近海面风速小使得机械湍流弱,空气增温与海温暖舌共同作用下使得近海面气海温差小,海雾无法生成导致了晴空区的存在。     

华南沿海暖海雾过程中的湍流热量交换特征

湍流交换是海雾中的关键物理过程, 在海雾的热量和水汽平衡过程中起重要作用。本文根据2007年3月24～25日一次海雾的外场观测数据, 分析了海雾过程中近海面湍流热量交换特征; 并在区分风切变机械湍流与雾顶长波辐射冷却热力湍流的基础上, 着重分析了两种不同性质的湍流对海雾发展和维持的作用。结果表明: (1) 本次海雾是在西南低压和变性冷高压的控制下, 来自南海东部暖水区的空气平流在近岸冷海面上形成的暖海雾; 暖海雾中的湍流热量交换过程比冷海雾更为复杂; (2) 在暖海雾的形成和消散阶段, 风切变机械湍流的热量输送起主要作用; 而在发展和维持阶段, 既有风切变机械湍流的热量输送作用, 也有雾顶长波辐射冷却热力湍流的热量输送作用; (3) 风切变机械湍流向冷海面输送热量, 对近海面空气起到降温和增湿作用; 热力湍流同样向冷海面输送热量, 但对雾层起到增温和降湿作用; (4) 暖海雾中的湍流热量交换机制与雾层的非充分混合结构有密切关系。     

辽宁地区一次罕见大雾天气成因分析

应用常规气象观测、加密自动站、能见度观测等资料和NCEP FNL再分析资料,对2014年辽宁地区一次罕见的长时间大范围强浓雾天气的成因进行诊断。结果表明：2014年11月20-22日辽宁地区大雾过程分为两个阶段,其中21日14-16时大雾爆发性发展后,特强浓雾持续12 h,此种情况在辽宁近20 a比较罕见。大雾第一阶段为辐射雾,雾前低层弱暖平流利于升温,大雾期间中层弱冷平流利于出现晴空辐射条件,夜间在辐射降温作用下,975 hPa高度以下形成逆温;气温下降、温度露点差减小、相对湿度增大;近地面微风利于降温,同时水汽不易流出,逆温作用使得水汽不易向高层扩散,近地面层水汽浓度增大,导致第一阶段大雾快速发展。大雾第二阶段为锋面雾,大雾快速发展期间无逆温、有弱冷锋过境,锋面附近辐合导致水汽上升冷却凝结,同时锋面附近低云降下雨滴在干冷空气中蒸发,利于近地面附近水汽饱和、冷凝,是大雾快速发展的原因。     

2007年初一次雪后大雾天气过程分析

大雾天气是主要的灾害性天气之一。利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2007年1月15日华北和黄淮地区的雪后大雾天气产生的天气背景及其形成的温湿条件和层结特征。结果表明:在这次大雾天气发生时,亚欧大陆中高纬度的环流形势为两槽一脊型,中纬度无明显冷空气活动,南支气流较为平直,天气形势比较稳定。华北和黄淮地区位于入海高压的后部,近地面层有弱的东北风或偏东风,即有利于海洋上暖湿气流的平流输送,又不至于破坏大雾形成的温湿条件。同时,大气层结是绝对稳定的,低层有深厚的逆温层,当暖湿空气平流到温度较低的下垫面上时冷却而形成雾,因而这次大雾天气属于典型的平流雾。这种形势的稳定维持,造成了这次持续时间较长的大范围的大雾天气。另外,华北和黄淮较低的海拔高度,有利于暖湿空气的平流进入,也是大雾形成的重要因子。     

华北一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征

基于华北雾-霾综合观测试验资料,分析了2011年12月4日河北涿州一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征及形成机理。结果表明:此次浓雾过程除具有均压场、地面辐射降温、逆温层、静稳天气等特征外,还具有雾微物理过程出现爆发性增强的特征,10 min内,小雾滴浓度显著增加,含水量增大了3个量级,雾滴谱由15 μm拓宽到35 μm,能见度由500 m骤降至70 m。夜间地面长波辐射冷却效应导致近地层雾的形成,而近地层雾的形成反过来快速地增强了地面长波辐射冷却效应,促使大量小雾滴的形成和碰并过程的产生,这是一种正反馈效应;大量雾滴形成释放的潜热,促使雾体抬升和向下长波辐射增强,又使地面长波辐射冷却效应减弱,产生负反馈效应。相对于南京辐射雾过程,此次涿州浓雾的小雾滴粒子数浓度高,液态水含量明显偏小,这与华北高浓度气溶胶和弱水汽输送有关。     

江西一次大雾天气诊断分析和ECMWF集合预报产品释用

利用常规气象资料,对2013年11月15日出现在江西省北部地区的一次大雾天气过程进行了诊断分析,并利用ECMWF集合预报产品对该大雾天气过程的预报进行了解释应用。诊断结果表明,该次大雾天气过程是一次典型的辐射雾。14日傍晚到夜间,江西省北部地区转处冷高压控制,阴转晴,冷空气和地面辐射共同造成的冷却作用明显;大雾发生时的逆温层高度大约在981 hPa;1—3 m/s的风速有利于形成较厚的冷却层;地面相对湿度大,水汽充足。通过对ECMWF集合预报的气温、地面湿度、地面风速和天空总云量预报产品的释用,可以在大雾出现的前日判断出江西省西北部地区同时满足辐射雾出现4个条件(水汽、晴空辐射冷却、微风、近地层的稳定层结)的概率最大,因此出现大雾的可能性最大;江西其他地区不能同时满足4个条件,出现大雾天气的可能性很小。随着对集合预报产品的不断深入挖掘,可以进一步提高集合预报对大雾等灾害性天气的预报能力。     

下垫面热力作用对黄海春季海雾的影响——观测与数值试验

利用海上浮标站、高分辨率数字式探空仪等多种观测手段和中尺度模式WRF,对2008年5月2—3日黄海发生的一次海雾过程进行了观测分析和数值模拟。观测表明,出现海雾时,气温明显下降,气海温差(海表面以上2 m气温减海表面以下1m水温)减小,不足0.5℃,浓雾时,甚至出现海温(SST)高于气温的现象。较强的湍流活动出现在大气边界层低层150 m以下。反映了低层大气稳定性减弱,可能有利于海雾的维持。海雾消散阶段,海气温差明显加大,湍流强度减弱,湍流发展高度升高。海雾过程中,可能存在动量下传的局地海-气相互作用机制,SST的升高可使雾中能见度好转。数值模拟的结果与观测基本一致,雾区内的气海温差明显小于雾区外,敏感性试验进一步表明:100 m以下气层稳定性和湍流发展条件对SST的变化敏感。SST的变化对稳定度的影响和对雾区范围的影响与近海面的水汽含量有关:在湿度较小(q0.5 g/kg)的薄海雾区,SST增加1℃,稳定度明显减弱(θ_v/z≤0.01 K/m),海雾面积缩小;SST下降1℃,稳定度增加(θ_v/z≥0.07 K/m),薄海雾面积增大。在湿度较大(q0.6 g/kg)的浓海雾区,SST的变化对静力稳定度的影响不大,海雾仍然维持。因此,当海气温差减小,甚至出现SST高于气温时,如果仍然有海雾,则一般是水汽含量比较大的浓海雾。该结果有助于对海雾形成机制的认识。     

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。     

山东中西部一次持续性大雾的形成及维持机制

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR提供的6 h再分析资料（分辨率为1°×1°）,对2013年1月12-16日发生在山东中西部地区的一次持续性大雾天气过程从环流背景、层结条件、动力和热力学机制等方面进行了诊断分析。结果表明：中高层偏西气流、对流层低层温度脊和地面冷高压的稳定维持为这次持续性大雾过程提供了有利的环流背景;大雾过程经历了辐射雾—平流辐射雾—平流雾的复杂演变阶段,不同阶段的大雾湿层厚度及逆温强度有所不同;适当的风速和低层弱的水汽辐合有利于大雾稳定维持和发展;近地层辐合上升、中高层辐散下沉,易在界面形成逆温层,有利于大雾的出现,而整层的辐合上升运动往往容易形成中高云,不利于近地层水汽的聚集,难以形成大雾。     

黄渤海一次持续性大雾过程特征和成因分析

利用日本MTSAT1R卫星数据、常规地面和高空观测数据、NCEP FNL客观再分析资料和NEARGOOS（NorthEast Asian Regional Global Ocean Observing System）的海表温度（SST）数据,分析了2010年5月31日至6月5日发生在黄渤海及周边地区的一次持续性海雾天气的形成、维持、消散特征及其物理机制。结果表明：大雾形成前低层水汽非常充沛,入海变性冷高压的稳定维持为这次持续性海雾过程提供了有利的背景条件,海雾在夜间辐射冷却作用下形成;大雾期间黄渤海     

2016年厦门机场一次爆发性浓雾的天气条件分析

浓雾不仅严重威胁着航空运行安全,而且导致的航班延误和取消亦给航空公司和社会经济效益带来巨大损失,因此开展机场爆发性浓雾的研究具有重要的科学意义和应用价值。利用常规气象观测资料、ECMWF细网格精细化数值预报产品(简称EC)和NCEP全球再分析资料,对2016年4月16日21:03—17日8:13(北京时)发生在厦门机场的一次爆发性浓雾天气过程进行分析,结果表明:海风和地面长波辐射为本次浓雾爆发性形成提供主要热力冷却条件。雾前10 min海风风速的突增使空气过饱和度增大,促使了雾的生成和爆发性增长。潮湿土壤的蒸发提供了充足水汽,也是雾第二次爆发性增长的直接原因。850 hPa以下显著增温增湿和700 hPa下沉运动维持了贴地强逆温,为雾爆发性形成提供了极稳定的层结条件。EC对此次浓雾形成的重要因子预报能力差异较大,虽然能准确预报海风的形成和机场入夜后云量的骤减,但对于海风预报的稳定性有待提高。      

雾与能见度数值预报诊断SW方案和FSL方案改进的研究及评估

为了提高雾与能见度的预报水平,对业务上常用的两种能见度诊断方案,即Stoelinga and Warner（SW）方案与Forecast Systems Laboratory（FSL）方案的改进进行预报试验,SW方案基于Gultepe方案考虑了液态水粒子数浓度对能见度的影响,FSL改进方案中利用了递减平均法对公式中用到的温度与露点温度进行订正,并用其重新计算公式中的相对湿度。基于山东省气象科学研究所逐时更新循环（hourly update cycle,HUC）业务模式输出结果,从2015—2016年选取10次雾天气过程,并详细分析了2015年11月13—14日这次雾天气过程的预报结果,比较了改进前后各方案对雾与能见度的预报效果,结果显示：在模式预报的雨水含量占总液态含水量比例较大的预报时效,改进后的SW方案对雾与能见度预报效果优于原始方案,在模式预报液态含水量接近0的预报时效,改进前后的SW方案对雾与能见度的预报效果相当;利用订正的温度与露点温度重新计算相对湿度,其平均绝对误差（mean absolute error,MAE）降低明显的预报时段,改进后的FSL方案对雾与能见度的预报效果大大提升。将两种改进后的方案相融合并进行预报试验,结果显示,综合对能见度与雾的预报效果,Combined Visibility（CVIS）方案要优于其他两种改进方案。     

On the micrometeorology of surface hoar growth on snow in mountainous area

Profiles of temperature and humidity are calculated for a snow surface being cooled by outgoing radiation assuming no wind. These suggest that fog would necessarily form to block the cooling and, even in the absence of fog, the diffusion of water vapor to the surface could not account for observed rates of surface hoar growth. Therefore turbulent transfer to an interfacial sublayer with a very large temperature gradient must occur at least intermittently. In mountainous areas, gravity drainage of air over the interfacial sublayer probably accounts for the turbulence since air currents from a regional pressure gradient appear to transfer enough heat to the surface to prevent surface hoar growth. The vapor must diffuse through a 1 mm interfacial sublayer until the crystals reach a sufficient height to interact with the drainage wind.     

济南爆发性增强冬季雾的物理特征分析

利用宏、微观观测资料,分析了济南4次出现爆发性增强冬季雾过程的类型以及形成、发展、减弱和消散的主要机制,研究了形成、发展、成熟和减弱阶段,以及爆发性增强期间的微物理演变特征,探讨了爆发性增强的触发机制。结果表明：1）夜间地面长波辐射及弱冷空气入侵造成的气温下降是济南冬季雾形成和发展的主要因素,干冷空气入侵或日出后太阳辐射加热升温,近地层相对湿度下降是雾消散或减弱的主要机制。2）形成阶段,核化和凝结增长过程启动但并不活跃,碰并强度很弱,以未碰并和偶发碰并为主;发展阶段,核化和凝结增长等微物理过程开始活跃,碰并过程启动,大滴开始增多;成熟阶段,核化、凝结和碰并增长非常活跃,各微物理量均达到最大值,谱最宽;减弱阶段,核化、凝结过程减弱,碰并过程减弱并消失,雾滴蒸发,能见度增大。3）爆发性增强的宏观物理特征主要表现为极大风速增大、气温下降、相对湿度增大、水汽压下降;微观物理特征主要表现为数浓度、液态含水量等微物理量出现跃增,以及谱型由“单峰”结构突变为“多峰”结构。4）相对湿度增大主要与气温下降有关,水汽压下降则与异常活跃的凝结增长有关;气温下降是济南冬季雾爆发性增强的直接原因,弱水汽输送产生的增湿作用对爆发性增强具有一定的促进意义。