雾对城市边界层和城市环境的影响

根据1999年11、12月及2001年2月北京市几次雾过程的大气边界层探测资料,再配合大范围气象资料,分析了北京城市雾发生过程中的大气环流形势,对比研究了出现水雾和霾时不同的边界层结构特征,结合环境污染监测资料,分析了雾对城市大气环境的影响.结果表明,在雾的发生发展过程中,边界层的温度层结由雾前的逆温层转变为雾区内的近中性层结,雾的微物理结构变化也表现出对污染物的沉降作用明显减弱,造成在雾发生时,城市空气污染相对严重.同时,该文初步探讨了这种变化的物理机制.     

南京冬季雾多发期边界层结构观测分析

2006年冬季在南京北郊盘城利用系留气球探测系统、自动气象站等仪器对雾日和非雾日的边界层进行了监测,对比分析了两者的边界层结构。结果表明,非雾日主要为单层贴地逆温,并时常出现短时的双层结构,雾发展成熟时逆温则脱离地面。与非雾日相比,雾日平均雾顶之上温度日较差增大,雾顶之下则减小。平均风速的时间—高度分布在雾日和非雾日类似,在稳定性边界层中风速随高度出现一个或者两个极大值区。温度和比湿在非雾日没有显著的对应性,而在雾体内具有较好的对应关系,在雾顶升降过程中反相关。较强的逆温、较低的温度和较小的近地层风速是南京冬季成雾的背景条件。     

长江中上游冬季山地雾边界层特征及生消过程分析

利用2010年12月在湖北宣恩观测山地雾获得的边界层廓线、雾滴谱、能见度资料,分析了该地雾过程的边界层特征及其生消过程。结果表明:1)宣恩山地雾主要由夜间辐射冷却引起,且能见度多在200 m以上;垂直发展深厚,成熟时厚度达到400~600 m。2)夜间风场主要由山风环流控制,风向多为东南风;入夜及雾生前期,地面风速不超过0.5 m/s,雾消前增大至2.0 m/s左右。3)雾生前观测到"C"字型温度层结,中下层气温降温率在0.3~1.0℃/(100 m)之间;结合该时段近地层露点温度逆温,离地200 m左右率先饱和成云;雾消时低空相对湿度依然保持较大值,重新变为空中雾层。4)雾前1~2 h地面及植被表明温度显著上升,个别升温率达1℃/h,对应时段地面相对湿度达到饱和,与其他地区有明显区别,对预报宣恩山地雾有积极意义。     

L波段雷达资料在雾的边界层逆温特征中的应用

本文利用沙坪坝基本气象站2005~2010年逐日08,20时L波段雷达探空资料,对不同类型雾日期间边界层逆温特征进行分析。结果表明:从季节上来看雾日主要发生在秋冬季节,雾日期间不论是08时还是20时均有多层逆温存在,各类型雾日逆温温差均为08时大于20时,而逆温强度表现为20时大于08时,不论是雾日,轻雾日还是浓雾日,08时逆温层厚度都比20时要厚。总的来说,浓雾日的逆温层各要素都体现逆温特征较为明显的特点,逆温温差越大,逆温层厚度越厚,也就更容易形成浓雾,同时08时的各逆温要素均高于20时,08时逆温特征也更为明显,在这时段也就更容易形成雾。      

天津一次雾过程的边界层特征研究

雾作为边界层内一种特殊的天气现象与边界层结构有着密切联系。本文利用天津边界层梯度观测平台分析2010年11月28日至12月2日一次雾过程的边界层结构特征。结果表明:此次过程雾Ⅰ阶段水汽最先在离地面80～100 m的高度凝结,雾Ⅱ(平流雾)阶段水汽由上往下传输;雾Ⅰ前,大气有明显的逆温,雾Ⅱ前大气处于不稳定状态,雾中大气趋于中性,在雾变薄过程中,边界层气象塔可观测到雾顶的强逆温;雾中长波辐射达到平衡,净长波辐射为0,可用此区分水雾和霾;雾对光化学烟雾有抑制作用,NO_x和小粒子会出现累积,影响人体健康。     

环渤海近海岸雾产生的天气条件及边界层特征分析

利用渤海沿岸微波辐射计、风廓线雷达、四分量辐射仪和超声风速仪等多种观测反演资料,并结合常规站点气象资料,卫星云图,浮标气象水文观测和FNL（Final）再分析资料研究了2016年12月17~19日一次环渤海大雾个例产生的天气水文条件以及边界层垂直分层的辐射和湍流特征。研究发现:（1）此次大雾出现在大陆低压前部、入海高压后部的西南低空急流控制区域,与强急流相伴的暖湿平流输送为雾区提供了稳定的逆温和持续的水汽积累,非常有利于大雾天气的形成;（2）水汽通量的分布与低空急流的移动密切相关,近地面比湿的增速与低空急流的强度成正比;（3）由于低空急流的水汽输送增湿了环渤海低层大气,从而增强了大气辐射的衰减效应,导致雾形成前向下短波辐射逐渐减小,向下长波辐射不断增加,净辐射在大雾形成后趋近于零;（4）逆温有效抑制了湍流的发展,近地层湍流动能和摩擦速度微弱。     

辽东湾东海岸地区热内边界层特性研究

利用辽东湾东海岸三个低空探测点的实测资料计算了各低空探测点的热内边界层平均高度,并将观测值与用经验公式得到的估算值进行了比较,给出了可用于这一地区的计算公式。     

重庆市冬季雾的物理化学特性

在１９８９年１２月１５日至１９９０年１月１５日和１９９０年１２月７日至１９９１年１月７日，对重庆市区冬季雾进行了综合观测试验。从多项观测资料综合分析了雾的物理化学结构，揭示了重庆市区冬季雾许多重要的有别于外地的特征。     

边界层湍流参数化改进对雾的模拟影响

为了提高边界层参数化在我国复杂下垫面上的描述能力,改善边界层能量和物质输送计算和检验其数值模拟效果,本文选取WRF三维模式,采用基于我国不同下垫面上的边界层观测资料改进的新MYNN（Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino）参数化方案对2009年3月17日黄海海雾以及2011年12月4日华北地区两次大雾过程进行模拟检验,探讨边界层参数化方案对雾和边界层结构模拟的影响。参照卫星云图和探空资料,边界层内云水混合比垂直积分的水平分布的模拟能力明显提高,反映了改进的MYNN方案能够更好地模拟出两次雾过程的发生、移动和雾区空间分布,更精确的云水混合比和温度的垂直分布能更好地给出雾区的垂直结构和稳定层结,同时可改善雾区低层位温以及比湿垂直分布的模拟。     

2013年1—2月华北雾、霾天气边界层特征对比分析

利用地面观测资料、中国气象局PM2.5质量浓度数据、L波段探空秒数据等,对华北地区三个大城市(北京、石家庄和太原)的雾、霾及晴天天气的地面风场特征及PM2.5浓度分布情况进行了统计分析。同时分析了典型雾、霾天气过程中的边界层气象要素垂直结构及逆温层特征,并与晴天过程做了对比。通过对不同强度雾、霾天气过程的边界层动力、热力学结构差异的讨论,发现逆温强度与雾、霾天气的能见度有负相关关系,并对雾、霾天气的发生有一定的预报指示意义。     

北京城市重烟尘雾与水雾过程的边界层结构

分析1999年11月1日至12月20日北京城市雾综合性观测试验中5次雾过程的实测资料，对如何区分重烟尘雾与水雾过程给出了判定方法，并对重烟尘雾与水雾过程的边界层结构特征作了探讨。主要结论为：从能见度、相对湿度、长波辐射平衡3个方面可以区分重烟尘雾过程和水雾过程；由于重烟尘雾和水雾的物理化学性质差异很大，对城市大气边界层结构产生的影响也不同，因此造成它们在相对湿度逆温层、风速分布、水汽变化等方面也有很大差异。     

冷雾的边界层温湿层结特征

以１９８１～１９９６年５８次冷雾（成雾时Ｔ≤０℃）为样本,利用高空和部分低空探测资料,对其边界层的温湿湿度层结分层特征进行了统计分析。所得结果不论对人工消除过冷雾的研究还是对提高预报水准都是有益的。     

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。     

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。     

一次平流辐射雾的边界层特征及雾水离子组分研究

为了研究北京城市浓雾生成机理以及雾水的污染情况,2006年12月11-12日,在北京南郊北京市观象台(39°56'N、116°17'E)对水平能见度在100m以内的浓雾进行了观测,并分析了这次浓雾形成的天气条件,对所采集的雾水进行了离子组分分析.结果显示:这是一次平流辐射雾,雾层厚约150m,能见度小于100m;在高空槽前、稳定边界层中,近地面正相对涡度区内有气流辐合和暖湿平流,日落之后地面降温迅速,有利于雾的生成;地面偏南风配合近地层暖平流,有利于增加雾的浓度;浓雾的形成发展时段内伴随着大气五级重污染事件.与1999年北京的雾水采样比较:pH值上升,电导率下降,阴离子浓度普遍下降,阳离子浓度有所上升.研究表明,近年来北京城市所采取的治理措施,减轻了浓雾及其雾水中的污染.     

南京冬季平流雾的生消机制及边界层结构观测分析

利用系留飞艇边界层要素探测系统等设备,对2006年12月24q7日发生在南京地区的雾日边界层结构进行了综合探测,深入研究了这次平流雾的生消机制及边界层结构。结果表明：此次雾属于比较典型的平流雾,生成和维持主要决定于暖湿气流和系统性下沉运动,消散主要是干冷空气南下造成的;雾项下降阶段出现了双层结构,中层逆温是逆温主层,属于下沉逆温及平流逆温,主逆温层强中心始终位于雾顶附近或处于雾顶之下;风速随高度呈现多峰分布,中层急流与强度较弱的中上层和上层急流合并后,又与下层急流出现了一强一弱的波动;在风速较小时,风场趋于均匀化;雾消散时,低层风场趋于线性化;雾主要的水汽来源是暖湿气流;比湿场与风场有较好的时空分布对应性,主逆温层强中心也是逆湿强中心,风场与温度场共同主导了比湿场的时空分布。     

南京一次持续性浓雾天气过程的边界层特征及水汽来源分析

本文选取2006年12月24—27日（平流辐射雾）南京大雾的外场观测资料及NCEP的2.5°×2.5° NC再分析资料和GDAS全球1°×1°气象资料,结合天气形势、气象要素、物理量场,并利用轨迹分析方法,对这次浓雾的边界层特征及水汽输送进行分析,探讨这次浓雾形成和持续的主要边界层物理和天气学成因。分析表明：（1）这次浓雾过程期间始终存在深厚的逆温层结,甚至出现多层逆温。浓雾过程中,在中上空不同逆温层顶温度比地面温度高出2~5℃。逆温层厚多在200 m以上,26日08时逆温层厚达500 m。逆温层的存在,使大气层结更加稳定,在雾形成前期利于低层水汽聚集,雾形成后又抑制水汽的扩散,利于雾体的发展和维持,是这次浓雾能持续约64 h,强浓雾时段（能见度＜50 m）持续约37 h的重要因素。（2）这次平流雾过程低层水汽通量散度呈负值,上空持续出现水汽辐合,最强水汽辐合出现在25日02时左右,为-30×10-7 g·s-1·cm-2·hPa-1。低层辐合利于水汽的聚集,雾得以形成和发展,而雾过程后期水汽辐散则加快雾的消亡。贯穿整个雾过程的水汽辐合是这次平流辐射雾长时间维持的重要条件。（3）这次平流辐射雾过程中水汽输送路径是自中国东部沿海抵达南京;雾期间,水汽又来自海上源源不断的输送,最大时南京上空水汽通量达到2 g·s-1·hPa-1·cm-1。水汽的供应和后期补充量,决定了浓雾的持续时间。     

Characteristics of the Boundary Layer Structure of Sea Fog on the Coast of Southern China

Using boundary layer data with regard to sea fog observed at the Science Experiment Base for Marine Meteorology at Bohe,Guangdong Province,the structure of the atmospheric boundary layer and the characteristics of the tops of the fog and the clouds were analyzed.In addition,the effects of advection,radiation,and turbulence during sea fog were also investigated.According to the stability definition of saturated,wet air,the gradient of the potential pseudo-equivalent temperature equal to zero was defined as the thermal turbulence interface.There is evidence to suggest that two layers of turbulence exist in sea fog.Thermal turbulence produced by long-wave radiation is prevalent above the thermal turbulence interface,whereas mechanical turbulence aroused by wind shear is predominant below the interface.The height of the thermal turbulence interface was observed between 180 m and 380 m.Three important factors are closely related to the development of the top of the sea fog:(1) the horizontal advection of the water vapor,(2) the long-wave radiation of the fog top,and(3) the movement of the vertical turbulence.Formation,development,and dissipation are the three possible phases of the evolution of the boundary-layer structure during the sea fog season.In addition,the thermal turbulence interface is the most significant turbulence interface during the formation and development periods;it is maintained after sea fog rises into the stratus layer.