华北平原一次大雾天气过程的数值模拟

应用非静力平衡中尺度模式MM5V3,模拟分析了2005年11月19-21日发生在华北平原的一次大雾天气过程.结果表明,本次大雾是发生在相对稳定的大气环流背景下的辐射雾.模拟的天气形势与实况基本一致,模拟雾在范围、强度、生消时间等方面基本反映了实际大雾的生消变化规律.近地层逆温的维持和充沛的水汽条件对雾层长时间维持起着重要作用.诊断分析表明,大雾维持期间,雾区近地面层处在弱的水汽辐合区;900 hPa以上为辐散区和负涡度区,整层大气中下沉运动占主导,大规模的下沉辐散运动有利于中低层大气增温,与近地层的辐射降温相配合,有助于边界层内形成逆温;冷暖平流的作用也有助于逆温形成;地面和大气的长波辐射冷却,是最主要的降温因子;太阳短波辐射是导致大雾减轻及日变化的主要原因.     

大连初冬一次辐射平流雾天气过程分析

利用大连机场地面观测资料、Micaps系统下常规资料、探空资料和NCEP/NCAR全球再分析资料,从天气形势和背景、探空资料分析和物理量诊断方面,对2009年11月30日-12月2日发生在大连地区持续性大雾天气过程做了详细分析。结果表明,本次持续性雾过程属于辐射平流雾,是在稳定的大尺度天气背景下形成的。探空资料表明,大雾发生过程中,边界层内出现一层逆温和多层逆温;边界层内近地层的逆温和充沛的水汽条件对雾的形成和长时间的维持起着重要的作用。热力结构分析表明,温度日较差大表明地面辐射冷却对本次大雾过程具有明显的作用;低层持续的弱暖平流输入,有利于近地层逆温的建立和维持。动力场结构分析表明,在中低层,大雾发生前期和维持时期,存在弱的辐合上升运动;在大雾消散期,存在明显的辐散下沉运动。水汽条件分析表明,增湿和冷却使此次大雾过程中水汽达到饱和状态产生凝结,在大雾过程的前期,存在弱的水汽辐合;在大雾消散期,存在水汽辐散。     

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。     

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。     

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。     

北京及其周边地区一次大雾的数值模拟及诊断分析

利用美国国家大气研究中心研制的第5代中尺度模式系统MM5对2002年12月1~4日北京及其周边地区出现的一次大雾进行了数值模拟研究,模拟的雾出现和消散时间与实况一致。同时对雾形成和维持的机制进行了分析,讨论了雾发生发展阶段的物理过程,并对影响大雾过程的辐射条件做了敏感性试验。结果表明:形成大雾的主要原因是大气层结稳定,水汽充沛,地面的长波辐射冷却;近地面层微物理过程充分发展和雾顶的强烈辐射降温致使雾在垂直空间上出现爆发性发展;而太阳短波辐射对雾的减弱消散有着重要影响;深厚逆温层的维持对雾层长时间维持起着决定性作用。     

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。     

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。     

冀中南一次持续性大雾过程成因及维持机制

利用NCEP再分析资料、地面观测资料和微波辐射计资料,分析2019年1月11—15日河北中南部持续大雾过程的大尺度背景场、边界层特征、形成原因及维持机制等。结果表明:此次大雾产生于稳定的纬向环流背景下,其间有弱短波槽快速东移,两次干性短波槽分别促成了大雾的形成、雾区范围扩大及强度增强;大雾高度仅有几十米,以辐射雾为主,双层逆温结构为大雾的形成酝酿了先期条件,贴地逆温层内的弱水汽辐合和西南水汽输送为大雾形成和维持提供了水汽,偏北风带来的弱冷空气降温与夜间辐射降温的叠加效应是促进大雾发展的热力学条件;低层正涡度、对流层中层的辐散下沉运动是大雾维持和发展的动力因子,晴夜长波辐射和湍流混合作用促进了边界层内的降温增湿;大雾发展后期,双层逆温结构转为以单层逆温为主,最终大雾的消散主要是强冷空气入侵,大气静稳结构被破坏所致。     

沪宁高速公路一次冬季浓雾过程的数值模拟分析

利用由多个美国研究部门及大学的共同参与研发的新一代中尺度预报模式和同化系统——WRF（Weather Research Forecast）模式,对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的持续性大雾过程进行数值模拟研究。结果表明,此次大雾过程属于较典型的平流雾,其生成和维持的主要原因是大气层结稳定、系统的下沉运动、充足的水汽;同时也有辐射作用,地面的大气长波辐射冷却是雾维持的重要因素。大范围下沉运动使中低层大气增温与地面辐射降温配合,形成深厚的逆温层,对大雾长时间维持起决定性作用。所以这是一次以平流雾为主伴随辐射雾的过程。27日14时后干冷空气南下才使大雾消散。      

云辐射效应在华北持续性大雾维持和发展中的作用

观测研究发现华北地区的持续性大雾天气通常伴随高层云的存在,具有云-雾共存结构特征,为揭示云在持续性大雾维持和发展中的作用,利用中尺度数值模式WRF,结合华北雾霾观测试验期间的卫星、探空、地面观测、系留气艇、微波辐射计等观测资料,研究了2011年12月3—6日和2013年1月28—31日两次华北持续性大雾天气形成和发展演变过程。在模拟与观测对比检验研究的基础上,重点开展了云辐射效应在大雾维持和发展中作用的探讨。研究结果表明:两次大雾过程持续时间超过48 h,近地面具有偏南暖湿平流,在持续性大雾发展过程中,均出现了由单层雾发展为云-雾共存结构,一般是雾形成24 h以后有中高云移到雾层之上,云底高度在3 km以上,云厚超过3.5 km,云中以冰晶和雪晶为主。白天云-雾共存结构出现后,云-雾的反照率效应使地表接收的短波辐射减少71%—84%,地面增温效应显著减小,从而阻碍了大雾的消散过程,使大雾天气得以维持,同时由于云-雾产生的温室效应,湍流过程加强,使地面雾向上扩展,雾在稳定层内维持;夜晚云-雾共存时,由于云-雾温室效应使地表净长波辐射增大超过70 W/m2,导致地面长波辐射冷却过程减弱,并不利于雾的加强,但云对雾的增温效应有利于混合层内的湍流扩散过程,促使雾在更高的空间内得以维持。可见,在云-雾共存结构中,云辐射效应有利于低层大雾的长时间维持,对持续性大雾的形成和发展产生了重要作用。      

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。     

Turbulence, Radiation and fog in Dutch Stable Boundary Layers

The effect of longwave radiation on the structure the clear stable boundary layer (SBL) is examined. Special emphasis is given to radiative cooling near the surface and the top of the boundary layer and its impact on the heat flux profile. Further, the formation, growth and dissipation of fog in the SBL are studied both from observations and from a one-dimensional ensemble averaged turbulence closure model. The model is compared with detailed observations that were made for both a shallow (about 30 m) radiation fog and a deep (about 200 m) fog layer at the 200-m tower at Cabauw in the Netherlands. The model describes adequately the most important mechanisms occurring during the fog evolution. In this study special attention is given to the parameterization of the vegetation, which is important for a good representation of the (minimum) air temperature. The influence of turbulence transport, longwave radiative cooling and gravitational droplet settling on the fog evolution is described. The study demonstrates the need for more accurate measurements of turbulence quantities, especially the master length scale, in a variety of SBLs.     

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。     

一次大雾形成过程的数值模拟分析

利用非静力中尺度模式MM5V3对2009年11月30日到12月1日天津武清地区的一次大雾天气过程进行了数值模拟研究,这次大雾过程主要分布在天津、河北、山东地区,天津市武清县位于大雾的边缘位置.此次雾过程可以分为3个阶段.11月30日的17:00(北京时间,下同)至12月1日00:00是雾的形成阶段,12月1日00:00出现雾,00:00至09:00是雾的发展阶段,09:00之后是雾的消散阶段.模拟研究表明长波辐射降温使得温度下降并导致逆温层出现,同时由于暖湿气流输送,观测点处具有充足的水汽供应,促使了大雾的形成;在雾形成之后,逆温层的维持、持续的长波辐射降温有利于雾的不断发展;而后期辐散下沉运动明显,水汽不断向外辐散,使得雾逐渐消散.湍流对雾的影响是向上和向四周传输水汽,使得雾范围扩大,但如果太强,又会使得雾很快消散.     

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。     

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。     

2009年南京冬季一次平流雾成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°的再分析资料,对2009年12月1—2日南京地区一次浓雾天气过程产生的大尺度天气背景、气象要素及各种物理量进行分析,结果表明:高空弱脊和地面弱高压的控制有效抑制对流的发展,为这次浓雾的形成提供有利的环流形势;地面弱冷空气的影响,低层弱的辐合上升及中高层下沉增温作用,促使多层逆温存在,为雾的形成提供有利的层结条件;前期降水条件、近地层偏东风场及暖干盖作用为雾的形成提供了丰富的水汽条件;另外污染物集聚,也为雾的形成提供了丰富的凝结核。     

北京地区一次平流雾过程的分析和数值模拟

2007年2月21日北京地区发生了一次严重的平流雾, 对广大群众的出行和交通影响甚大, 属高影响天气事件。该文利用首都机场地面观测、北京市自动气象站观测以及NCEP分析场等资料对该过程进行分析, 同时利用MM5模式对该过程进行数值模拟研究。分析表明:造成北京地区此次平流雾的主要天气形势是弱低压辐合型。平流雾发生前, 北京地区没有明显冷空气侵入, 大气层结相对稳定, 地面观测到中尺度辐合线, 其南侧的东南气流向北京地区输送了水汽, 为夜间雾的形成提供了良好的基础条件。模拟结果表明:模拟的雾区范围及其移动基本与实况吻合, 显示了中尺度模式预报平流雾的潜在能力。进一步分析表明:雾区的边缘具有明显的水平温度梯度; 在贴地面层东南气流被雾区阻挡偏向西, 在雾区前沿辐合; 雾区的逆温区前沿930 hPa以下存在一个明显的垂直热力环流, 雾区下沉, 雾区前沿上升。