一次高压型海雾中的液态含水量演变特征

2008年3月16—17日在粤西电白出现了一次在高压天气系统控制下的海雾过程。利用这次海雾的综合观测数据,分析了这一高压型海雾的液态含水量演变特征,讨论了液态含水量与雾滴平均直径和数密度以及气温、风速、湍流交换等的关系。结果显示:(1)海雾有发展-消散-再发展的准周期性变化特征;(2)海雾过程中的雾滴数有显著的变化,而雾滴平均直径的变化较小;雾滴数变化对海雾的发展、消散起主要作用;(3)在海雾生成和发展阶段,空气的冷却机制起主要作用;而在海雾的维持阶段冷却机制的作用并不明显;(4)在雾的生成阶段,弱湍流交换有利于雾的生成;而在雾的发展和维持阶段,湍流交换减弱,液态水增长,反之液态水减少。湍流交换的强、弱与海雾发展-消散-再发展的周期性变化有密切关系。     

湛江地区一次冷锋型海雾微物理特征

利用2010年3月31日—4月2日冷锋天气系统影响下湛江海雾综合观测资料,分析了海雾的微物理特征及海雾过程中气溶胶粒子谱的演变特征。结果表明,海雾的生消与风场密切相关,海雾生成和发展与较强的ESE气流相联系,而弱的NE气流则会促使海雾减弱或消散。湛江海雾的雾滴数浓度为100~102cm-3,液态含水量为0.001~0.232 g·m-3,雾滴平均半径小于10μm,雾滴峰值半径多位于1.4μm。海雾雾滴谱分布以单调递减谱为主,谱宽超过20μm,且雾发展过程中雾滴谱谱宽存在突然增宽和迅速减小的现象。海雾过程中雾滴数浓度的变化主要是由半径小于5μm的雾滴数密度变化引起的。海雾过程对气溶胶粒子的湿清除效果并不显著,雾过程中粒径小于0.1μm和大于4μm的气溶胶粒子数密度显著减少,但在雾消散后又迅速恢复到雾发生前的水平。     

一次浓雾过程的观测分析

利用DMTFM120雾滴谱仪(2-50μm)、VAISALAPWD22能见度仪和六要素自动气象站对2016年11月3日河北省中南部平原地区的一次浓雾天气进行了观测分析。这次浓雾过程主要由于夜间辐射降温形成,晴夜风速较弱,低空存在较强逆温,属于典型的辐射雾。观测表明,由于夜间长波辐射冷却作用的增强,温度迅速下降,雾滴浓度突增,导致能见度突降,出现了浓雾的爆发。这次浓雾过程的能见度最低为71m,相对湿度93%-99%;雾滴的平均浓度为89cm^-3,最小2cm^-3,最大403cm^-3;平均直径为3.9μm,最大直径13.5μm;平均含水量为0.0033gm^-3,最小含水量0.00002g·m^-3,最大含水量0.038g·m^-3。总体而言,这次过程雾滴浓度不高、含水量较低,各阶段的雾滴谱分布都偏向小滴一端,谱宽较窄,缺乏大滴,不利于向强浓雾发展。     

江苏北部不同等级雾的微物理结构及个例分析

利用2015—2017年秋冬季在江苏北部观测到12次雾过程的雾滴谱数据及常规气象观测资料,统计分析了轻雾、大雾、浓雾、强浓雾和特强浓雾等级下的微物理特征量及雾滴谱分布,并通过一次雾过程的分析,探讨了不同雾等级下的主要微物理过程。结果表明:随着雾等级的提升,雾滴数浓度、含水量增长明显,而轻雾、大雾和浓雾的雾滴平均直径和最大直径差异不大,但当能见度小于200 m时,平均直径和最大直径显著增大;能见度下降时,平均数浓度谱和含水量谱的谱线上抬,从浓雾到强浓雾,粒径大于10 μm的大雾滴增长明显;雾滴数浓度主要由小雾滴控制,雾滴含水量受大雾滴影响;东海县郊平均的雾滴含水量与南京观测结果相差不大,但雾滴数浓度仅为南京的一半左右,平均直径大约是南京的2.3倍;个例分析中,能见度从1000 m下降到50 m,凝结核活化并凝结增长是主要微物理过程,但可凝结水汽是影响该过程效果的一个重要因子,可使雾滴数浓度和平均直径呈现不同的相关关系;能见度降到50 m以下时,碰并过程效果显著;日出后雾滴蒸发作用显现并逐步增强。      

一次深厚浓雾过程的边界层特征和生消物理机制

2007年12月13-14日,南京出现一次厚度达600 m、持续近14 h的浓雾过程,其中强浓雾阶段维持4 h.通过系留气球边界层探测系统、涡动协方差测量系统、雾滴尺度分布和自动气象站等外场试验资料分析了此次深厚浓雾过程的边界层结构特征和生消物理机制.结果表明,此次雾过程首先由地面辐射冷却形成贴地雾层,而后因低空平流冷却形成低云.在发展阶段,伴随低云不断下伸,贴地雾层不断抬升.在贴地雾层受到地面弱冷空气平流降温影响下,雾中微物理过程迅速发展,雾滴数密度、含水量、平均直径、最大直径等微物理参数在15 min内跃增,雾体爆发性升高,最终导致地面雾和低云上下贯通形成深厚雾层,地面能见度骤降至15 m以下.雾体爆发性增强时,地面垂直动量通量和向下长波辐射通量密度增大,净辐射趋于零.整个雾过程中,由于贴地层持续弱冷平流降温和上层雾阻碍了下层雾的辐射降温,二者的共同作用使贴地强逆温结构始终维持.     

一次辐射雾的微物理特征分析

根据重庆一次辐射雾生消过程的资料对辐射雾生消过程中的气象要素、含水量、数密度、平均直径、谱型等的变化特征进行了初步分析,得知重庆辐射雾的平均含水量为0.133g/m~3,平均雾滴数密度为389.8个/m~3,雾滴平均直径为4.69μ,平均平方直径为6.19μ,平均立方直径为8.63μ,雾的滴谱分布为单调下降型。     

天津一次强浓雾过程和液氮播入冷雾后微结构的变化

利用天津武清雾综合观测资料,对一次强浓雾个例的形成、成熟到消散不同阶段边界层结构和微物理特征进行分析,同时进行了液氮消雾试验,观测雾微物理结构的变化响应。结果表明：近地面持续降温、暖平流水汽输送和深厚逆温是造成此次强浓雾的主要原因。雾滴谱拓宽具有爆发性发展特征。强浓雾平均谱在6 μm出现峰值。液氮播入强浓雾期间,雾滴谱在11 μm附近出现峰值,直径范围在8 μm到21 μm数密度增加明显,量级约高达10倍左右,而停止播撒液氮后谱型恢复与自然强浓雾雾滴谱一致,这与液氮的冰晶效应有关。     

人工消雾试验中的雾微物理响应

2009 年11—12 月在天津市武清区实施了两次消雾外场试验。11 月6—7 日,利用燃烧烟条的方式播撒吸湿性焰剂对暖雾实施催化;11 月30 日—12 月1 日,利用播撒液氮的方式实施冷雾消雾试验。对两次消雾试验期间雾的微物理观测资料分析发现,雾对催化有明显响应,具体表现为:雾滴浓度先增后减且变化剧烈,液态水含量、雾滴大小等微物理特征量也发生了显著变化;催化期间雾滴谱均出现了谱宽加大的现象,催化结束后谱宽恢复至催化前状态;催化效应导致出现了处于不同发展阶段的雾滴,雾滴谱发生了单峰分布和双峰分布间的变换:催化前滴谱为单峰分布,催化期间出现双峰谱;多个短时双峰谱反复出现;首个双峰谱出现后,滴谱逐渐由单调递减向单峰、双峰转变;催化结束后,滴谱由双峰谱恢复为单峰谱。分析认为:催化后暖雾中发生成熟过程(Ripening Process),而冷雾催化后则启动了贝吉隆过程(Bergeron process)。      

济南冬季雾微物理结构特征

2016年12月19日—2017年1月9日,受静稳天气影响,济南接连出现了10次大雾天气过程,期间最低能见度不足50 m。利用10次冬季雾过程收集的雾滴谱资料、自动气象观测站加密资料、NCEP/NCAR再分析资料以及常规气象资料,分析了济南冬季雾期间的环流背景、雾类型以及微物理结构特征等。结果表明：济南冬季雾中以小滴为主,直径8 μm以下的小滴占总数的88%以上,小滴数与数浓度具有较好的线性关系;谱型有“单峰窄谱”和“多峰宽谱”之分,“单峰窄谱”雾谱宽不超过13 μm,小雾滴所占比例很高,液态含水量与数浓度具有较好的线性关系,各微物理量较小,“多峰宽谱”雾平均谱宽在34 μm以上,液态含水量与直径12 μm以上的大滴数具有较好的线性关系,各微物理量较大;平流辐射雾的数浓度和液态含水量最大,辐射雾次之,蒸发雾最小;冬季雾具有明显的地域性特征,与南京和上海相比,济南冬季雾数浓度明显偏小;辐射雾和平流辐射雾中液态含水量偏小1～2个数量级,且谱宽明显偏窄。     

辐射雾雾滴谱拓宽的微物理过程和宏观条件

为研究南京雾的物理化学过程,2006～2007年冬季,在南京信息工程大学(原南京气象学院)院内进行了雾的外场综合观测实验,共获得27次雾过程资料,其中有22次过程进行了全过程不间断的雾滴谱和湍流观测.根据雾滴谱分布特征可以将辐射雾分为宽谱辐射雾(都为强浓雾,最大直径大于40μm)和窄谱辐射雾(多为浓雾,最大直径小于22...     

EVOLUTION OF LIQUID WATER CONTENT IN A SEA FOG CONTROLLED BY A HIGH-PRESSURE PATTERN

On March 16–17, 2008, a sea fog occurred in Dianbai in the west of Guangdong Province and was accompanied by a high-pressure synoptic system. Using comprehensive observation datasets, this study analyzes the evolution of liquid water content during this sea fog and investigates the relationships between liquid water content and the average diameters and count densities of fog droplets, air temperature, wind speed and turbulence exchanges. The main results are presented as follows. (1) The sea fog showed a quasi-periodic oscillation characteristic, i.e., it developed, disappeared and then developed again. (2) During the sea fog, the number of fog droplets changed significantly while the changes in average diameter of the fog droplets were relatively small. The development and disappearance of the sea fog correlated significantly with the fog droplet numbers. (3) The air-cooling mechanism played a significant role in sea fog formation and development. However, the influences of this mechanism were not evident during fog persistence. (4) During sea fog formation, weak turbulence exchanges were helpful for fog formation. During sea fog development and persistence, liquid water content increased when turbulence exchanges weakened, and vice versa. The changes in turbulence exchanges were closely related to the quasi-periodic oscillations observed in sea fog presence.     

Microphysical Structure and Evolution of a Four-Day Persistent Fog Event in Nanjing in December 2006

A persistent thick fog event occurred in Nanjing during 24-27 December 2006,and the bad visibility below 50 m lasted for more than 40 h.Microphysical characters and evolution of the fog event have been analyzed based on the continually observed data of drop-size distribution,number concentration,liquid water content(LWC),etc.,by an FM-100 fog particle spectrometer,as well as routine observations by an auto-weather station and a ZQZ-DN visibility meter during the fog episode.The results were compared with...     

一次南海海雾微物理结构个例分析

本文利用2010年3月22～23日广东省湛江市一次海雾过程的雾滴谱和能见度资料,分析了海雾的微物理特征及微物理参量(数浓度、液态含水量和平均直径)之间的相关性,并讨论了影响海雾的主要物理过程。结果表明:湛江地区海雾的平均雾滴谱符合Junge分布;在海雾发展和成熟阶段,雾滴谱拓宽过程以及数浓度与平均直径的正相关关系表明本次海雾过程主要以雾滴活化和凝结增长过程为主;湍流过程的参与使得雾滴混合均匀,雾滴平均直径向3.5 μm附近集中,趋向平均化。同时湍流使雾体内部和外部空气交流,外部空气的凝结核核化,数浓度升高,凝结增长造成小雾滴变大。     

COMPREHENSIVE ANALYSIS OF THE MACRO- AND MICRO-PHYSICAL CHARACTERISTICS OF DENSE FOG IN THE AREA SOUTH OF THE NANLING MOUNTAINS

Using the composite field observational data collected in the area south of the Nanling Mts. and numerical modeling, the seasonal features of dense fog and visibility, fog drop spectrum and physical concept of fog forming have been analyzed. The occurring frequency of low visibility（≤200 m） is very high with a mean of 24.7%, a maximum of 41.8% from the end of autumn to winter and next spring. The fog processes that occur in the area south of the Nanling Mts. in spring and winter result from the interactions of complicated micro-physical processes, the local terrain, water vapor transportation and the influencing weather system. The fog processes are arisen from advection or windward slope, which is much different from the radiation fog. Cooling condensation due to the air lifted by the local mountain plays an important role in fog formation. Windward slope of the mountain is favorable to the fog formation. Dense fog can occur at lower altitudes in the windward slope of mountain, resulting in the lower visibility. The fog is mainly of small-drop spectrum with smaller number-density than that of urban fog, and its drop spectrum has descending trend in the section of smaller diameter. The inverse relationship between fog water content and visibility is the best among several relationships of micro-variables. In addition to micro-physical processes of fog body itself, the motion of irregular climbing and crossing over hillside while the fog body is being transported by the wind are also important reasons for the fluctuation of micro-physical parameters such as fog water content.     

MICROSTRUCTURES AND TEMPORAL VARIATION CHARACTERISTICS DURING A SEA FOG EVENT ALONG THE WEST COAST OF THE TAIWAN STRAIT

Synoptic systems and microphysical properties associated with a sea fog event are analyzed based on the measurements of visibility, meteorological elements and fog droplet spectrum from a comprehensive field campaign in Xiamen, Fujian province during spring 2013. The influences of meteorological elements on the microstructures of the sea fog are also discussed. The results showed that the wind speed and direction changed suddenly during the intermittent and disperse phases of the sea fog. Liquid water content, number concentration and average diameter varied obviously in the development, mature and disperse phases of the sea fog. The burst re-enforcement of sea fog was accompanied by explosive broadening of fog droplet spectrum; average diameter, number concentration and liquid water content increased sharply; and background meteorological conditions also changed significantly. The microstructures fluctuated intensely due to changes in turbulence, radiation and meteorological conditions at different stages, including nucleation, condensation, coagulation, and evaporation, as well as the discontinuity of spatial distribution of droplets.     

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。     

南京冬季雾爆发性增强的物理特征研究

根据2006年12月在南京市郊观测的3次浓雾过程(12月12日、14日和24~27日)资料,分析了雾的发展过程及爆发性增强特征,探讨了雾体爆发性增强的原因。结果表明:南京冬季雾爆发性增强的物理特征是在很短时间内(30 min以内),能见度急剧下降,雾滴数密度和含水量明显增加、尺度明显增大、雾滴谱变宽。究其原因,发现夜晚长波辐射增强或近地层出现冷平流造成的气温急剧下降,日出后地表水分蒸发或西南湿平流增强造成的湿度明显增大以及湍流混合作用,都能导致雾体爆发性增强。     

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。