一次持续性大雾边界层结构特征及诊断分析

2010年11月30日至12月2日,冀中南部及天津地区出现了一次大范围的大雾天气,持续时间长达3 d,其中石家庄浓雾持续时间长达34 h,强浓雾持续时间7 h。利用加密自动站、天津市250 m气象铁塔梯度观测资料,结合常规气象资料和NCEP/NCAR再分析资料,对连续性大雾边界层结构特征以及大雾的形成、发展维持和消散进行了诊断分析。研究得到:大雾形成前期地面持续东风,有利水汽的聚积;当地面风向转为偏北风时促进水汽凝结,致使大雾形成,大雾形成后再次转为长时间偏东风有利大雾的维持和加强;850 hPa以下西南暖湿气流和近地面层逆温的长时间维持,是平流大雾持续的主要原因;低层3支水汽的输送及850 hPa的西南急流重建直接导致了强浓雾形成。大雾维持加强期间,边界层风速为1~2 m·s~(-1),尤其是强浓雾期间,风速仅为1 m·s~(-1);当边界层4 m·s~(-1)以上西北风速从250 m逐渐下传至地面时,逆温层破坏,大雾天气结束。     

榆林市辐射型浓雾天气成因及维持机制个例分析

利用逐5 min地面观测资料、探空资料、风云四号卫星云图以及NCEP 1°×1°再分析资料,分析2020年2月1—2日出现在榆林市的一次浓雾天气成因及维持机制。结果表明：此次浓雾属于辐射雾,发生在500 hPa为较平直纬向气流,700 hPa和850 hPa盛行弱偏北风,地面处于均压场中的大尺度环流背景下。大雾出现前雾区有降雪,降雪后空气湿度达到饱和,地面维持3 m/s以下弱偏北风,夜间辐射降温,气温下降至露点温度,饱和水汽凝结成小水珠,大雾得以形成和发展;雾区上空850 hPa上逆温层稳定存在,影响动量的垂直交换,使得水汽在近地层长时间集聚,是浓雾得以维持12 h的主要原因;日出后地面气温回升,近地面动量下传和冷空气入侵,垂直扩散增强,浓雾得以快速消散。分析浓雾期间动力和水汽条件发现,大雾出现前,水汽在雾区上空辐合,为大雾的形成提供了水汽基础;大雾维持阶段,雾区上空层结稳定,近地面有逆温层存在;大雾消散阶段,逆温层被破坏,低层转为辐散气流,浓雾快速消散。     

黄花机场冬季一次持续性大雾天气诊断分析

利用常规气象观测资料、机场自动站资料、NECP/NCAR 1°×1°再分析资料对长沙黄花机场2015年1月14—16日出现的一次持续性大雾的天气背景、地面气象要素和逆温层特征进行诊断分析。结果表明:该次过程为在地面冷高压缓慢变性配合高空弱脊转多波动形势下形成的辐射雾。偏西北路径弱冷空气受地形影响带来下层逆温,有利于大雾形成;边界层干湿对比越剧烈、地面小风速的小幅度震荡、强烈的晴空辐射和起雾后气温进一步降低以及高空处于干性短波槽后形势都对雾的维持和发展有利;逆温层有无及逆温层强度影响大雾期间跑道视程(RVR)变化;起雾前,边界层中低层的弱上升运动配合着其上层的弱辐散下沉运动引起(本场)水汽辐合和地面弱冷空气向上扩散促进逆温层的形成,利于形成浓雾。雾后期,逆温层由高到低逐层被破坏,水汽由辐合转为辐散,加快了雾的消亡。     

冀中南连续12天大雾天气的形成及维持机制

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料和加密观测资料,对2007年12月17-28日冀中南地区连续性大雾过程的天气背景和雾长时间维持的原因及热力、动力结构特征进行了分析。结果表明,大雾期间我国中高纬地区冷空气活动偏弱,500hPa受稳定的暖性宽广高压脊控制,为维持数日不散的大雾天气提供了有利的环流背景;850hPa及以下多以偏东风和偏南风为主,偏东风不仅使雾区近地层温度降低,而且还将海域水汽送至雾区;同时偏南风也为雾区源源不断地输送水汽,特别是东北风的维持有利于强浓雾的形成,这是大雾持久不消散的主要原因;低层弱辐合、正涡度区、弱水汽辐合和900hPa以上的暖脊有利于雾的稳定维持和发展;由于强冷空气的到来导致大雾消散,破坏了稳定的逆温层结。     

天山北坡一次大雾天气的数值模拟分析

利用常规气象观测数据、NCEP再分析资料和WRF4.0中尺度数值模式，对2019年12月8—15日新疆天山北坡出现的一次持续性大雾天气的成因进行分析。结果表明：此次大雾天气出现在500 hPa新疆脊控制、850 hPa暖中心维持、地面蒙古冷高压影响的环流背景下。雾开始和维持阶段，地面1 200 m存在逆温强度为0.9℃/100 m的强逆温层，为大雾的形成和维持提供了静力稳定条件；大雾一般出现在辐射降温最明显的傍晚前后；大雾天气出现后2 m气温和地面温度温差始终维持在5℃左右，地、气温差使地面积雪一直升华，为大雾天气持续提供了充足的水汽条件；近地层大气一直存在2.0 m/s以下的微风，形成的湍流维持了雾滴悬浮的平衡状态。当逆温层中上层出现6～10 m/s偏东风时，雾层厚度增加；中上层风速过大或地面～600 m风向一致时，雾减弱或消散。     

初夏吉林省一次大雾天气的数值模式预报效果检验

利用常规观测资料和EC、Grapes_GFS、Grapes_MESO、NCEP以及Japan等数值模式预报产品,分析了2020年6月10日吉林省一次大雾天气的天气背景,着重检验各个数值模式对此次过程的预报能力.结果表明:本次过程吉林省受高空冷涡底部偏西气流控制,地面位于弱高压后部,晴空区利于地面辐射冷却,湍流较弱,风速小,上干下湿,有利于近地面逆温层的形成与维持以及水汽积聚凝结成雾.各个模式对地面能见度的预报数值整体偏大,优势各不相同.各模式对于相对湿度和边界层探空结果的预报效果好于能见度预报,对大雾天气的出现具有更好的指示意义,但底层风场预报偏大可能会低估雾的强度和持续时间.因此,对于这种局地性的浓雾或强浓雾天气,不能仅局限于能见度预报产品,还要综合利用实况监测及更多的模式产品,拓宽预报着眼点来提高大雾落区和强度的预报.     

陕西冬季一次大雾天气生消机制的数值模拟

利用非静力平衡中尺度模式WRF、NCEP 1°×1°再分析资料及常规观测资料,对2005年12月30～31日发生在陕西的大雾天气过程进行了数值模拟,分析了大雾天气过程形成的主要原因及雾的生消机制。结果表明,WRF模式能较好地模拟出雾的水平分布特征、强度和生消过程,反映出实际雾的生消变化规律。适当提高模式水平分辨率能较明显地改进模拟效果。这次大雾为平流辐射雾,长波辐射冷却是大雾形成和发展的主要原因。逆温层的发展、维持和近地面层较高的相对湿度对雾的产生和发展起着重要作用。近地面层有弱的水汽辐合是大雾发展和维持的主要原因之一。大雾形成和发展阶段,900 hPa以下的辐合上升运动和900 hPa以上的辐散下沉运动有利于在上升和下沉运动区的界面层中形成逆温层,逆温层的形成有利于低层水汽的积累。随着高空转为辐合上升运动,900 hPa以下为辐散下沉运动,接着日出后,太阳短波辐射增温等的共同作用,使逆温减弱直至被破坏。中高云的存在影响了近地面层逆温的形成和加强,推迟了雾的形成和消散。暖平流的输入有利于逆温层的形成发展。     

一次区域暖雾的特征分析及数值模拟

2004年12月17～19日在我国中东部的大部分地区出现了大雾天气,对这次大雾天气过程进行了综合探测,探测仪器包括粒子测量系统、能见度仪、雾滴谱取样仪以及常规气象观测等。作者分析了部分观测结果并结合区域尺度数值模式,揭示了区域雾的一些基本特征,研究了雾形成和发展机制。结果表明,这是一次典型的辐射雾过程,雾的覆盖范围大,水平分布很不均匀。雾先从地面生成,然后不断向高处扩展,没有出现雾的爆发性增长现象。近地面逆温层的存在、充沛的水汽供应和微风条件有利于雾的形成和维持,太阳短波辐射增温和地面长波辐射降温是雾形成和消散的主要因素。     

基于多种资料对成都辐射平流雾生消机理分析

本文利用风廓线雷达、地基微波辐射计、地面自动站、秒级探空和NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料,对2016年12月成都的3次辐射平流雾过程进行生消机理分析。结果表明:①高空500hPa受西北气流控制,700hPa干层和1.5km下弱风速的维持,利于近地面快速辐射冷却形成逆温层,为雾的形成提供了热力条件。②垂直方向上无运动或微弱运动,为雾的形成和发展提供了动力条件;贴地层弱西南暖湿气流(≤4m/s)携带的水汽在成都地区辐合,为强浓雾的形成提供了充足的水汽条件。③贴地逆温层和逆露点温度层(高度低于逆温层高度)同时存在,对雾的预报有较好的指示意义。④午后,双逆温层的维持,近地面风速接近静风,是辐射平流雾维持的重要原因。⑤西南暖湿气流消失或水汽辐合移出本地之后,近地面逆温层消失或雾顶上部干空气的卷入,是导致辐射平流雾最终消散的原因。     

基于旋翼无人机探测的一次强浓雾边界层结构分析北大核心

利用常规气象观测资料、射阳站探空资料、旋翼无人机探测资料等,分析2019年10月19日夜间到20日江苏东部沿海地区一次强浓雾过程的边界层特征。根据无人机垂直观测资料及湍流参数Ri结果发现:大雾形成之前到大雾成熟阶段,近地面始终存在强贴地逆温,最大逆温强度达4.6℃/(100 m)。在大雾形成到发展阶段,逆温逐渐增强,弱湍流区的发展高度也逐渐抬升,最大发展高度达280 m,雾层厚度逐渐增大。大雾成熟阶段,逆温层高度达到最大250 m,而此时受太阳辐射影响,逆温层上层湍流开始逐渐增强,弱湍流区发展高度降至150 m。大雾消散阶段,逆温减弱,雾层厚度迅速降低,湍流增强,逆温层逐渐趋于消散。在大雾形成之前到大雾成熟阶段,逆温层之上均存在较大的东南风,海上暖湿气流的输送不仅使逆温得以加强和维持,而且在冷的下垫面上促进了水汽凝结,从而形成了东部沿海地区的强浓雾。无人机垂直观测完整的获取了此次大雾过程的边界层结构变化特征,Ri的结果很好地反映了大雾发生期间稳定层高度的变化情况。     

一次准静止锋影响下的昆明长水机场大雾过程分析

本文利用常规高空探测资料和长水机场自动探测资料,分析了2013年12月26~31日大雾天气过程出现的天气背景和气象要素特征,以找出昆明准静止锋影响下长水机场大雾天气的特征。分析表明,此次大雾过程出现了5次大雾天气,在冷空气西进加强、维持、减弱摆动阶段均可产生,其中冷空气维持阶段大雾持续时间最长。大雾时长水机场位于锋后或锋面附近冷空气区内。大雾发生时昆明上空多有双层逆温出现,逆温层底高度低,湿层较深厚,最大相对湿度在92%以上;大雾发生时长水机场为东北风,风速2~5m/s,风向转为西南风,能见度将很快转好。      

华北平原一次持续性大雾过程的动力和热力特征

利用台站加密观测资料和NCEP/NCAR再分析资料对2004年11月29日—12月3日华北平原一次罕见的持续性大雾天气过程进行了研究, 通过对本次过程动力和热力特征的深入分析, 揭示了其成因和维持机制。结果表明:对流层中低层暖性高压脊及地面变性冷高压的稳定维持为持续性大雾过程提供了良好的背景条件; 地表净辐射引起的近地层冷却是大雾的触发和加强机制; 中低空下沉气流的存在有助于近地层的弱风条件和稳定层结的建立; 低层暖平流的输入和边界层的浅层抬升有利于大雾的长时间维持; 伴随负温度平流南下的偏北风的爆发是使大雾消散的动力因子。     

江苏地区夏季一次辐射雾的数值模拟及生消机理分析

利用地面观测资料、秒级探空资料结合WRF中尺度数值模式,对2016年6月25—26日江苏南部地区一次影响范围广、持续时间长的罕见辐射雾过程进行了数值模拟分析。结果表明:(1)雾区范围和气象要素数值模拟结果与实况基本一致;(2)低层超薄超强逆温为此次夏季雾的形成、发展和维持提供了稳定条件;(3)成雾前江苏南部地区白天出现的降水是夜间浓雾形成的重要水汽来源;(4)夜间地表辐射冷却作用是浓雾形成的重要因素;地面风速稳定低于2 m·s^-1,有利于浓雾的维持;日出后随着短波辐射增强风速增大、稳定层结破坏促使浓雾减弱消散。     

安徽沿长江东部春季一次大范围雾天气过程诊断分析

利用地面气象观测资料、高空探测资料、NCEP再分析资料、芜湖市边界层风廓线雷达资料和高速公路气象观测站资料,分析了2012年3月6日安徽省沿长江东部大范围雾天气过程形成的环流背景及雾生消的物理条件。结果表明：安徽沿江东部地区此次春季大范围雾的性质为辐射雾,雾发生时雾区上空为西到西南风为主,无明显冷空气影响,地面为高压控制的均压场,有利于雾的生成和维持。由雾生消的物理条件可知,近地面水汽条件较好和长波辐射降温造成的水汽凝结是此次大范围雾形成的重要原因。地面辐射降温形成的近地面逆温层有利于雾的维持,且随着近地面逆温层的抬升,雾层变厚并发展。低空的逆温层则形成稳定的层结,阻止水汽向上传输。近地面风速大小合适,风垂直切变小,低层有湍流,中层无明显上升运动,构成雾形成的有利动力条件;而湿层变厚又阻止了水汽向高层交换,有利于雾的生成和维持。日出后,太阳辐射增强,有利于雾发生和维持的地面辐射降温、逆温和动力条件逐渐消失,雾逐渐消散。     

乌鲁木齐国际机场一次高影响大雾的成因分析

利用常规观测资料、机场跑道自动观测系统(AWOS)、机场风廓线雷达、卫星云图等资料,分析2015年1月14日乌鲁木齐国际机场一次严重影响航班运行的大雾天气背景、温度、能见度、层结条件等。结果表明:此次大雾天气是在高空暖高压脊,低层干暖的东南风稳定维持,近地层处于地面冷高压底后部的冷湿气团控制的环流背景下形成的,上暖下冷的层结条件有利于逆温层的建立和维持,为大雾提供了必要条件。此次过程乌鲁木齐以西的北疆沿天山一带均为大雾天气所覆盖,大雾天气的范围大,厚度厚,且大雾期间各站的温度日变化很小,湿空气长时间维持饱和状态,也是乌鲁木齐机场大雾长时间维持的主要原因。     

上合组织青岛峰会期间海雾维持和消散阶段的环境场特征

利用常规观测、地面加密自动站及NCEP再分析资料,针对上合组织青岛峰会的气象服务过程,对海雾维持和消散两个阶段的气象要素特征进行了分析。结果表明：1）当能见度低于1 000 m时,相对湿度为99%,能见度介于1 000～2 000 m之间时,相对湿度为95%～99%。2）近地面层30°N以北黄海海域持续吹东南风,并在青岛形成水汽辐合中心,有利于青岛形成海雾;当东南风转为东北风,水汽辐合中心减弱或消失时,海雾趋于消散。3）在海雾维持阶段,逆温层最低高度稳定在980 hPa以下,总逆温差逐渐增强,逆温梯度跃升与海雾强度增强同步;最大逆温层厚度和逆温层总厚度下降12 h后海雾逐渐减弱,逆温层最低高度上升时能见度也随之上升。4）白天逆温层之上为下沉运动,之下为上升运动,夜间700 hPa之下均为上升运动,且上升运动中心位于逆温层之下,这种垂直结构有利于逆温层和海雾的维持;当逆温强度减弱,垂直运动穿越逆温层贯穿700 hPa以下对流层时,海雾趋于消散。     

浙江中部一次大雾过程分析与预报

利用NCEP再分析格点资料、常规观测资料、数值预报产品以及卫星云图对2009年4月6日早晨浙江中部一次大范围大雾天气过程进行诊断分析。结果表明：高空槽后暖脊的大气环流背景有利于地面长波辐射冷却和中层增温,易形成逆温,为大雾生成提供了有利条件,而边界层逆温层或等温层的形成与维持对雾的发展持续具有重要作用;凝结核、低层湍流混合是山区能见度较城镇大的主要原因;交叉温度可用来预示整个潜在雾层的湿度状态,温度与交叉温度差值可作为了解大雾生成、发展、消散过程的一项指标;模式产品能提供雾形成的环境条件;红外云图、可见光云图有助于预测雾的形成、发展、消散过程。     

HAZE-TO-FOG TRANSFORMATION DURING A LONG LASTING, LOW VISIBILITY EPISODE IN NANJING

Haze-to-fog transformation during a long lasting, low visibility episode was examined using the observations from a comprehensive field campaign conducted in Nanjing, China during 4-9 December 2013. In this episode, haze was transformed into fog and the fog lasted for dozens of hours. The impacts of meteorological factors such as wind, temperature (T) and relative humidity (RH) on haze, transition and fog during this episode were investigated. Results revealed significant differences between haze and fog days, due to their different formation mechanisms. Comparison was made for boundary-layer conditions during hazy days, haze-to-fog days and foggy days. Distributions of wind speed and wind direction as well as synoptic weather conditions around Nanjing had determinative impacts on the occurrences and characteristics of haze and fog. Weakened southerly wind in southern Nanjing resulted in high concentration of pollutants, and haze events occurred frequently during the study period. The wind speed was less than 1 m s-1 in the haze event, which resulted in a stable atmospheric condition and weak dispersion of the pollutants. The height of the temperature inversion was about 400 m during the period. The inversion intensity was weak and the temperature-difference was 4°C km-1 or less in haze, while the inversion was stronger, and temperature-difference was about 6°C km-1, approaching the inversion layer intensity in the fog event. Haze event is strongly influenced by ambient RH. RH values increased, which resulted in haze days evidently increased, suggesting that an increasing fraction of haze events be caused by hygroscopic growth of aerosols, rather than simply by high aerosol loading. When RH was above 90%, haze aerosols started to be transformed from haze to fog. This study calls for more efforts to control emissions to prevent haze events in the region.     

2018年8月22日宁夏北部局地浓雾天气形成机制分析

利用宁夏972个地面自动站的10 m风场、2 m温度及露点温度,银川、大武口、平罗、贺兰4个常规地面观测站的能见度、温度及相对湿度逐时观测资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA-Interim逐6 h再分析资料（0.125°×0.125°）,对2018年8月22日宁夏北部局地突发浓雾天气过程的环流形势、逆温结构及其热力、动力条件和形成维持机制进行分析。结果表明：8月22日宁夏北部局地浓雾发生在地面冷高压、高空暖脊及近地面微风的静稳天气条件下;较为深厚的暖平流和近地面冷空气侵入所形成的稳定大气层结,是大雾形成的必要条件;弱上升运动使混合层扩展至840 hPa左右,是该地区雾的发展和维持的重要原因。在本次过程中,深厚的弱水汽辐合较水汽自身的饱和与否更为重要,是大武口站浓雾形成的关键性因素。浓雾呈现平流-辐射雾特征,地面热通量在过程前期促进浓雾的发生,后期对浓雾起到抑制作用。     

民勤干旱区冬季浓雾形成的边界层条件分析

利用民勤县气象站过程地面小时观测资料、逐日08时和20时每隔50 m探空资料和NECP再分析资料,对2015年11月9—13日出现在干旱区民勤县的一次罕见浓雾天气过程进行了研究分析。结果表明:前期降水后地面相对湿度增大,为大雾形成提供了必要的水汽条件,稳定的高低层环流配置提供了大雾形成的稳定层结和弱风条件。雾层的厚度和强度与近地面逆温层的强度和厚度、边界层高度、水汽垂直运动以及夜间地气温差绝对值密切相关,边界层高度越高,逆温层越厚,雾层越厚;逆温层越强,夜间地气温差绝对值越小,雾层越强。高空环流形势稳定少动,近地层强逆温层、稳定等温层以及饱和湿层长时间维持,导致此次大雾强度和持续时间异常罕见。