濮阳一次持续性雾霾天气的阶段性特征和维持机制

2018年11月23日至12月3日,华北平原出现了一次较长时间的雾霾天气。利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和污染物浓度资料,以河南省濮阳市为例,对此过程的大尺度环流背景场、边界层内气象要素特征、动力因素和污染状况等进行综合分析,分3个阶段探讨此过程形成的原因和维持机制。结果表明:(1)雾霾发生在高空纬向环流背景下,华北处于高压脊前西北气流中,频繁受下滑短波槽影响。(2)冷空气活动偏弱,中低层维持暖脊控制,使边界层内出现较强逆温,制约低层水汽和污染物的垂直扩散。(3)地面处于均压场或锋后弱冷高压控制,弱风条件不利于污染物的水平扩散。(4)前期大雾形成时,强逆温层在900 hPa以下的贴地高度,能见度很低,污染严重;中期霾严重时,较强逆温层上移至900—850 hPa,并出现双层逆温,能见度虽较好,污染仍然严重;后期的雾霾主要由高湿度环境中污染物聚集吸湿增长造成。(5)中低空弱的下沉气流及近地面辐合风场是雾霾天气得以发展维持的动力因子。     

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。     

四川盆地南部一次持续性雾霾过程的特征及成因分析

本文利用常规气象资料、NCEP (1°×1°)再分析资料和环监站实时监测数据,分析了2017年12月四川盆地南部一次持续性雾霾的气象特征和增强机制。结果表明:(1)中高纬平直纬向环流、低层弱偏南偏东气流、地面均压场组成的静稳天气长时间维持为雾霾天气的形成和维持提供了有利的环流背景条件。(2)上干下湿、逆温明显的大气稳定层结,连续无降水、近地层高湿和较弱的风场提供有利的气象要素条件。(3)低层弱冷平流、上层暖平流促进稳定层结长时间维持和近地层水汽凝结作用加强,为雾霾天气的增强和持续起到了重要作用。(4)冷空气、降水,水平和垂直扩散能力增强是空气污染物浓度降低的重要条件。      

河北平原一次持续大雾天气分析

利用气象观测资料和NCEP 1°×1°资料,从天气背景、温湿特征、层结条件、动力热力学特征等方面分析了2007年11月7～13日河北平原1次持续大雾的成因.结果表明:这次大雾是在较为稳定的大气环流背景下产生的,中高层以纬向环流为主,冷空气以扩散形势影响华北地区;地面夜间风速在0～2 m/s,充足的水汽及地面辐射冷却作用有利于大雾的形成和维持;大气层结是对流稳定的,同时近地面层为逆温结构;近地面层的弱辐合及持续微弱的暖平流十分有利于逆温层的维持,对于大雾长时间维持具有重要作用.大雾多发生在地面辐合线偏向冷空气一侧.本次大雾性质复杂,持续大雾由平流辐射雾-辐射雾-平流雾3个阶段构成,不同阶段大雾逆温强度及湿层厚度有所不同.     

华北平原一次持续性大雾过程的成因分析

利用台站加密观测资料和NCEP再分析资料，对2004年11月29日～12月3日华北平原一次持续性大雾天气过程的大尺度天气背景、大雾动力和热力结构特征及其演变、辐射冷却作用等进行了计算和分析，揭示了大雾过程的形成和维持机制。结果表明：在中高层暖性高压脊及地面变性冷高压稳定维持的大尺度背景条件下，地表净辐射引起的近地层冷却是大雾过程的触发和加强机制；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是大雾长时间持续的原因；伴随冷空气南下的偏北大风是驱使女露消韵的动力因子．     

山东一次持续性平流辐射雾过程特征及成因分析

2017年1月1—5日,山东出现了一次大范围的平流辐射雾过程。利用山东地区自动气象站观测资料、青岛探空站资料、风廓线雷达资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过分析此次连续大雾过程的大尺度环流背景场、温湿场特征,地面、高空气象要素条件,揭示了其形成原因、维持机制和消散机理。结果表明：中高纬度平直的大气环流、静稳的垂直结构是此次大雾形成的背景条件;水汽输送阶段变化造成的低层水汽浓度变化是大雾阶段变化的原因;两次弱低槽冷锋过程显著增加了雾的强度和范围,也使雾的性质由平流雾变为辐射雾。当低层水汽持续减少,中低层东风气流增强并破坏了大气的稳定层结时,大雾逐渐消散。     

2004年冬季华北平原持续大雾天气的诊断分析

利用GTS1型数字式探空仪探测的资料、NCEP 1°×1°的6小时资料和常规观测资料,对2004年冬季华北平原历史上少见的持续大雾天气进行了天气动力学诊断分析。结果表明:华北平原近地面气层900hPa以下的负涡度平流、冷温度平流和弱辐合上升运动引起该层气温下降,900-500hPa的正涡度平流、暖温度平流和辐散下沉运动造成该层气温升高,在上升和下沉运动区的界面层中形成逆温层,逆温层的高度和强度影响雾的形成和状况。夜间辐射热力强迫作用和950hPa以下的微风是大雾形成的动力因子。大雾边界层中存在的水汽饱和层是在特定的环流形势下华北平原低空盛行东和东南向岸气流,将北部海面的水汽向西向北平流到冷近地面气层中的结果。     

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。     

藏北一次局地爆发性浓雾特征与成因分析

利用那曲市色尼区常规气象观测资料,结合NCEP（1°×1°）、Era5（0.25°×0.25°）再分析资料,从天气学角度对2019年4月10日藏北一次浓雾天气的形成机制、物理结构特征以及局地性爆发的成因进行诊断分析。结果表明：此次浓雾具有局地爆发性特征;前期积雪融化的水汽蒸发配合风场辐合作用,为此次大雾的形成提供了水汽条件;500 hPa环流背景及边界层内上层暖平流与下层冷平流配置,为大雾的形成提供了弱风与稳定层结条件,从而雾得以发展且维持;夜间少云,地表净辐射加强,降温冷却作用导致水汽达到饱和状态,利于水汽凝结形成无数悬浮于空气里的小雾滴;近地层风速小、逆温及下沉运动使水汽不易向高空扩散,在相对有限的空间内水汽大量汇聚,导致大雾爆发性发展;大雾的局地性与特殊地形关系密切。     

济南机场初冬一次连续性大雾过程分析

利用地面气象观测资料、NCEP再分析资料和GDAS资料,结合天气形势、物理量场,并利用轨迹分析方法,对2019年12月7—10日发生在济南机场的持续性大雾天气做了详细分析。结果表明:本次大雾是在稳定的大尺度天气背景下发生的;连续的逆温结构是持续性大雾形成的重要原因;地面辐射冷却和低层冷暖平流有利于大雾的形成和维持;低层弱上升运动配合中层的弱下沉运动有利于大雾的维持和发展;HYSPLIT模式后向轨迹追踪表明,近低层偏南气流的水汽输送是大雾的主要水汽来源,其对大雾的水汽贡献高达61%,西北气流输送的水汽相对较少,其主要表征短波槽后的冷平流及高压前部的弱冷空气,是一支干冷的辐散下沉气流。     

太行山地形在“7·19”华北持续性低涡暴雨中的作用北大核心

本文对2016年“7·19”华北特大暴雨进行观测分析和数值模拟,并设置了改变地形高度的敏感性试验,以探究该过程降水系统的发生发展机制以及太行山地形的作用。结果表明:(1)本次强降水过程发生在“东高西低”的有利环流形势下,受太行山地形和平原环流系统影响,低层东风急流造成强的对流性降水和低涡作用的叠置造成“7·19”华北地区持续性暴雨的维持和加强;(2)第一阶段为对流性降水,太行山东麓大气对流不稳定能量释放,大气逐渐转为稳定层结;第二阶段为低涡降水,涡度收支分析表明水平散度项和扭转项对低涡维持和发展起到了主要的正贡献,同时伴随有较强的上升运动和垂直风切变,垂直风切变的增强促使水平涡度向垂直涡度转变;(3)太行山地形在持续性暴雨中对两阶段降水、低涡和水汽的作用存在差异。地形高度敏感性试验中,地形高度增高对低层气流的阻挡和强迫抬升作用增强,使得地形降水增强,低涡路径东移,且强度增大。水平散度项使得对流层低层辐合上升运动增强,造成涡度的垂直输送,这是低涡发展和维持的重要原因之一。太行山地形阻挡截留东部平原水汽,且水汽回流加强,有利于太行山东麓水汽的输送与辐合。     

一次华北平原大雾天气CINRAD/SA雷达超折射回波的射线追踪分析

为准确分析和识别超折射雷达回波,发挥多普勒天气雷达效益,利用石家庄CINRAD/SA型多普勒天气雷达资料,结合探空实况对2005年11月19—21日华北平原大雾天气过程的超折射回波进行了射线追踪分析。结果表明:华北平原大雾天气有利于大气波导的形成,产生3层模式超折射回波。超折射回波使得雷达的目标视位置与实际位置产生偏差,特别是对雷达测高影响较大。超折射回波一般出现在大雾天气的发展和维持过程中,为进行雷达空间定位和华北平原大雾天气的监测、预报提供新的技术手段和科学依据。     

喀拉海和巴伦支海海冰对中高纬异常纬向环流暨中国东部重霾天气形成的作用

采用1981年1月—2017年2月国家气象信息中心雾、霾数据集资料、同期NCEP/NCAR再分析资料以及哈德来中心的海冰资料,分析了秋冬季喀拉海和巴伦支海海冰变化与东亚冬季风暨中国东部冬季雾和霾日数变化特征之间的关系。研究结果表明,喀拉海和巴伦支海海冰对亚洲区中高纬纬向环流有重要影响,秋季海冰异常偏少是冬季亚洲区中高纬异常纬向环流形成的诱因之一。该地区秋季海冰偏少年,冬季亚洲中高纬地区纬向环流异常偏强,东亚大槽偏弱,影响我国东部地区的东亚冬季风减弱,这为大气污染物在水平方向上的聚集提供了有利条件,同时在海冰偏少年,对流层从中层向下均为正温度距平,与地表温差减小,不利于对流发展,使得大气的状况变得更加稳定,不利于大气污染物在垂直方向上的扩散,水平和垂直方向上的共同作用导致中国东部地区易发生霾天气过程。虽然喀拉海和巴伦支海海冰是影响中国东部地区冬季霾过程发生的重要因子之一,但其对冬季中国东部雾天气发生日数多寡的影响并不显著。亚洲区纬向环流指数相比经向环流指数更能反映中国东部地区冬季雾-霾日数的变化,冬季亚洲中高纬纬向环流越强,中国东部地区雾-霾日数越多。     

太行山地形对华北暴雨影响的数值模拟试验

利用高分辨率区域气候模式RegCM3对华北地区1996年夏季降水进行了数值模拟,对照中国台站的实测资料,对模拟的夏季降水量日变化特征进行了比较,在此基础上,设计了太行山地形敏感性试验,模拟了太行山脉地形高度变化对1996年夏季发生在华北地区的3次典型暴雨过程的影响.研究结果认为,RegCM3模式能够较好地模拟1996年夏季华北地区雨带位置及主要降水过程,对3次典型暴雨过程中暴雨中心的落区及位置移动均有较好的表现,不足的是模拟的降水量偏大.地形敏感性试验结果发现,太行山地形对华北暴雨天气过程有着重要影响,但是对于不同型态的暴雨过程,地形的影响有不同表现.对于太行山区型暴雨,太行山地形的阻挡和抬升作用导致迎风坡和背风坡降水增加,而去掉地形后太行山两侧降水明显减少;对于回流型暴雨,降水系统从东北地区南部向西南方向移动,低层气流主要为偏东型气流,地形的存在对于降水系统的西移速度及降水落区均有重要影响,去掉地形后太行山东侧降水明显减少;对于东移型暴雨,降水从太行山南麓向东北方向移动,太行山脉对于环流形势的影响并不明显,因而仅影响降水强度,对降水位置影响不大.     

1981～2015年华北地区持续霾事件的特征及其环流分类研究

根据1981～2015年华北地区地面基本气象要素定时值数据集和地面气候日值数据集站点资料,分别利用14时实测值法和目标区域极端事件的客观识别方法挑选霾日数和持续霾事件,并分析了它们的特征;,然后对持续霾事件进行了分类研究。结果表明:（1）华北地区霾日数空间分布极不均匀,有4个大值区:吕梁山和太行山之间的河谷地区、沿太行山以东的平原、河南北部、环黄海和渤海地区。（2）华北地区共挑选出111个持续霾事件,其中,持续3～5 d的事件最多,占了总数的86.5%,最长的事件可达12 d。（3）持续霾事件和霾日数的空间分布特征相似,且存在明显的年、季变化。1981～2015年持续霾事件数呈增加趋势,冬季增加最显著,其次是秋季和春季,夏季最少。（4）结合地形、霾日数、持续霾事件的分布和环流特征把持续霾事件分为7类,对发生频次较多的4类（华北地区型,河南北部及太行山以东的平原型,河南北部型,河南北部及环渤海、黄海地区型）的环流进行了对比分析。其环流形势的主要特征包括:对流层的中低层华北地区为纬向西风气流或脊前西北气流,我国南部或东南部地区高压西部的西南气流与华北地区的偏西气流产生弱辐合下沉气流;近地面层由于地形的影响形成垂直环流圈,霾最严重的地区一般出现在地形的东坡和垂直环流圈的下沉支。近地面东南气流和低层的西南气流向该地区输送了暖湿空气和污染物。华北地区霾发生位置的不同,主要由低层我国东部或者南部高压的位置和强度,以及局地垂直环流的下沉支的位置决定。这些研究结果可以为华北地区持续性霾的防控提供参考。     

2016—2017年冬季华北地区一次重污染过程的气象条件分析

以华北地区为研究区域,利用地面监测数据、高空观测资料、NCEP FNL资料及HYSPLIT后向轨迹模式,对2016年12月26日至2017年1月9日该地区的雾霾天气过程进行综合分析。结果表明,雾霾期间高空以纬向环流为主,冷空气势力偏弱,主要受高压、弱高压或均压场控制,有利于华北地区静稳天气形成。同时,雾霾期间边界层平均高度约600~900 m,污染物浓度与边界层高度呈负相关,且污染物浓度变化较边界层高度变化存在滞后现象。逆温层的长期存在,不利于污染物垂直扩散,能见度一直维持在5 km以下。后向轨迹集合模拟与聚类分析表明,以北京地区为核心的华北地区雾霾天气期间,外来污染物中,80%来自西北方气团,20%来自河北西南地区气团。