Radiation Fog. Part II: Large-Eddy Simulations in Very Stable Conditions

Despite the long interest in understanding fog processes and improving fog parametrization, numerical modelling of fog remains an important challenge in short-term forecasts, due to the diversity and scales of the mechanisms involved with fog parametrization. In this study, we focus on the key processes that govern performance in fog modelling in very stable conditions. Large-eddy simulations at very high resolution are tested against the observations from Cardington, UK, presented in Part I of this study. The radiation fog forms in statically stable conditions. Five hours after its formation, the fog deepens rapidly and a significant cooling associated with the formation of positive curvature can be seen in the vertical profiles of potential temperature around 50 m. After roughly 8 h of development, a mixed layer has formed at the base of the fog, driven by surface instability. We show that the model captures well the change in static stability, but fails at capturing correctly the mechanisms associated with the deepening of the fog layer. Different possible mechanisms are discussed and tested with the model, such as additional drainage flow and cold air advection, which might result from local heterogeneity. The sensitivity of these results to different microphysical parametrizations is also briefly addressed.     

一次大范围辐射雾天气过程的观测和数值模拟分析

利用观测资料分析2010年1月华中一次大范围辐射雾过程的环流背景及气象要素分布特点。发现:本次大雾过程有两层较明显的逆温层,高空系统性偏北气流形成下沉逆温,位于7000hPa附近,使大气层结维持稳定,低层水汽不能上传,为大雾生成提供高湿环境条件;地面辐射冷却作用形成近地辐射逆温层,是辐射雾形成和发展的主要因素,而日出后太阳短波辐射对地面的加热和热量湍流输送是白天辐射雾消散的重要原因。利用WRF模式进行模拟实验,发现用T213资料作为模式的初始和边界条件模拟近地层气象要素,较NCEP再分析资料有一定优势;900 m以下U大值区与最大逆温≥5℃重叠区与雾区对应较好;河流湖泊北侧在地面由高压脊转高压后部后,在低空偏南气流水汽输送作用下,出现辐射雾转平流雾可能性较大;WRF模式模拟的近地面层要素结果和实况有所差距,必须采用观测资料同化改进。     

江西省雾日统计、地区分布及形成原因分析

从气候数据库中提取 1960～ 1993年每年 1～ 4月和 10～ 12月的雾日资料，统计分析了雾日地区分布特点，寻找出江西的多雾区和少雾区，并分析了多雾区和少雾区的成因。     

湖北西南山地一次辐射雾和雨雾气象要素特征的对比分析

利用边界层探测、地面高空观测等资料,对比分析了2010年湖北西南山地一次连续发生的辐射雾和雨雾的环流形势及地面和高空气象要素特征,结果表明:1)500 hPa阻塞高压脊和南支槽的反位相叠置有利于湖北西南山地出现雨雾天气.2)地面水平能见度与相对湿度反相关关系非常显著;雨雾与降水的发生、持续和结束几乎同步.3)辐射雾时地面水平能见度与雾滴浓度反相关性比雨雾更为显著;雾含水量越大能见度越低.4)辐射雾发生期间有多个逆温层同时存在,上层逆温更厚更强、下层逆温更为浅薄.雨雾发生时,逆温层可以有2～3个,逆温层底比辐射雾低层逆温层底高,但也可能没有逆温层存在.5)边界层风速小、对流活动弱有利山地辐射雾和雨雾的形成.地面风速很小或者静风,是辐射雾和雨雾生成的共同条件.雨雾发生时对流活动发展的高度比辐射雾高.6)辐射雾空气饱和层的高度低于雨雾.     

Microphysics and Optical Attenuation in Fog: Observations from Two Coastal Sites

Boundary-Layer Meteorology - A total of 15 fog events from two field campaigns are investigated: the High Energy Laser in Fog (HELFOG) project (central California) and the Toward Improving Coastal...     

辐射雾发展的爆发性特征

根据1996年12月27日沪宁高速公路上雾的观测资料分析，揭示了辐射雾的双层结构和爆发性发展的特征，分析了辐射雾发展的物理过程，讨论了影响辐射雾生消过程的逆温结构和湍流混合问题。     

两种不同雨滴谱分布的分析

为了拟合实际观测的雨滴谱资料,采用不同阶数矩确定谱分布函数的谱参数。由此确定的M P分布函数和Γ分布函数在计算不同阶数矩对应的物理参量时存在差别,矩的阶数越高,差别越大。当粒子直径满足一定条件时,矩计算的积分截断效应可以忽略。     

南京秋季辐射雾与平流雾边界层气象要素特征比较

利用南京市200 m气象铁塔的梯度观测资料、L波段探空雷达以及常规气象资料,对南京地区2010年两次秋季大雾天气过程进行了对比分析.结果表明:①两次大雾天气分别为典型的辐射雾和平流雾.②在两类大雾的发展过程中,对流层低层都存在较厚的逆温层,其中辐射雾存在多层辐射逆温和下沉逆温,而平流雾仅存在一层由暖平流形成的强逆温;边界层内辐射雾的贴地逆温强度明显强于平流雾,另外两次过程中均存在上层逆温.③雾的发展与地面气温的演变均有较好的对应关系:均是在地面气温出现突降、贴地逆温强度突增之后,边界层相对湿度随之显著上升,雾增强发展;辐射雾的雾顶高度远高于平流雾.④边界层风速呈现明显的峰值变化,且这种风速的脉动与雾的发展有一定的对应关系:当各层风速出现陡降后,雾增强发展,而后随着湍流的加强,雾趋于消散.     

高云与高层垂直速度关系的个例研究I·观测事实

利用ISCCP D1、D2和ECMWF再分析资料,选取1998年1月和7月进行个例分析,得到以下结论:1)高云和垂直速度的关系密切。从月平均来看,南北半球的冬夏变化呈现出明显的不对称。热带1月份的云区和上升区集中在赤道以南,呈带状分布,其中南非及相邻的西印度洋、120°E~120°W的赤道太平洋、赤道与30°S之间的南美大陆为3个主要区域;7月份云区和上升区移至赤道以北,以块状分布为主,尤其是印度洋、西太平洋的热带地区、亚洲季风区和副热带高压中心的西部形成一个大范围的闭合块状区域。2)不同类型的高云在热带和热带外地区的云顶高度是不一样的:在热带地区,深对流云、卷层云和卷云的云顶高度在180 hPa和310 hPa之间;在副热带和中高纬度的绝大部分地区,卷云的云顶高度在180 hPa和310 hPa之间,而卷层云、深对流云的则在310 hPa到440 hPa之间。3)不同类型的高云与相应的垂直速度的逐日变化既十分密切又各有不同,其中深对流云和垂直速度、卷层云和深对流云的同步性较好,并且卷层云和卷云可以独立于深对流云而在局地产生,这与热带高云产生于深对流云的经典观点不同;此外,在热带地区呈现低频变化的特征,这表明在大气环流模式中改进高云的模拟能力可能会提高对大气低频振荡的模拟能力。     

云南辐射雾的气候分布特征及天气成因

应用1976～2005年云南126个气象站观测资料及2001～2005年的高空探测资料,统计分析了云南辐射雾的时空分布气候特征、形成雾的天气环流背景及要素成因.结果发现:云南雾H数逐年呈现波状变化,总体趋势上呈下降趋势,但雾的日变化规律较为稳定;形成雾的天气形势有偏西气流型和偏北气流型,其中偏北气流型成雾重、持续时间长.成雾物理机制分析表明,近地层良好的水汽条件、静风或弱的风力条件、晴空少云、地面变性冷高压后部的均压场环境、低层大气弱的上升运动、中高层大气较强的下沉运动、低层暖平流、中高层冷平流以及边界层存在逆温层等特征是形成雾的重要条件.     

Correction to: Microphysics and Optical Attenuation in Fog: Observations from Two Coastal Sites

Boundary-Layer Meteorology -     

城市化对西双版纳辐射雾的影响

利用景洪气象站和大勐龙气象站的资料，对西双版纳辐射雾减少的原因进行了分析。结果表明：1960－1984年，地形地质条件相近的景洪站与大勐龙站的年雾日数、年均气温、年均湿度、年均最高气温、年均最低气温等气象要素的变化一致，可以认为两站的自然气候变化是一致的。而1985年以后，两站年雾日数和年平均湿度的变化出现较大差异。通过对人文条件的对比发现，景洪市的城市化进程远远大于大勐龙站。因此，我们初步认为城市化对西双版纳辐射雾减少所起的作用远远大于自然气候变化和森林砍伐的作用。     

Radiative Heat Transfer and Hydrostatic Stability in Nocturnal Fog

We have performed a one-dimensional and transient radiative heat transfer analysis in order to investigate interaction between atmospheric radiation and convective instability within a nocturnal fog. The radiation element method using the Ray Emission Model (REM²), which is a generalized numerical method, in conjunction with a line-by-line (LBL) method, is employed to attain high spectral resolution calculations for anisotropically scattering fog. The results show that the convective instability has a strong dependence on radiative properties of the fog. For the condition of a 20-m droplet diameter and liquid water content of 0.1 × 10^–3 kg m^–3;, the temperature profile within the fog becomes S shaped, and a convective instability layer forms in the middle or lower level of the fog. However, for the same water content and a 40-m diameter droplet, no strong convective instability layer forms, whereas for a 10-m diameter droplet a strong convective instability is observed.     

北京地区一次辐射雾的数值模拟

利用非静力中尺度模式MM5V3对2006年11月20日北京地区的一次大雾天气过程进行了数值研究。模拟结果与极轨卫星监测图像以及十二通道微波辐射计观测资料的对比表明,模式对此次雾的模拟是比较成功的,尤其是在雾区的分布位置、雾的高度以及雾的维持时间等方面。针对不同的云物理方案、长波辐射项、短波辐射项以及模式的垂直分辨率进行了4组敏感性实验。结果表明,地面的长波辐射冷却促使辐射雾的形成,而短波辐射的加热是辐射雾消散的主要原因。另外,增加模式的垂直分辨率以及选取更加详细的云微物理方案可以使模式模拟的辐射雾的结果有明显的改善。     

新疆天山山区雨滴谱特性及分布模式

利用2001年6、7月份的新疆天山山区降水资料，对其山区中雨滴谱谱型进行了M—P分布和Г分布拟合分析，研究了微结构参量演变特征同时分析了各档雨滴对总数密度、总雨强的贡献，及大滴的破碎、小滴的形成情况，讨论了天山山区的降水与其他地区降水的异同点。     

从全波段太阳直射辐射确定大气气溶胶光学厚度 I. 理论

本文提出了从全波段太阳直射辐射信息确定0.7μm波长大气柱气溶胶光学厚度的一种新方法。数值试验表明，对各类气溶胶谱分布，在水汽含量±0.2cm的误差、臭氧总量±0.1cm的误差、太阳直射辐射的±1%的观测误差以及太阳常数的±2%误差范围内，对小于0.1的0.7μm波长气溶胶光学厚度，它的解误差一般小于0.017，对大于0.1并小于0.6的光学厚度，它的解误差一般小于10%。     

昭通机场两次辐射雾过程的对比分析

利用机场自动气象观测系统数据和NCEP/NCAR再分析资料,对昭通机场2019年1月3日("1·3"过程)和12月7日("12·7"过程)两次辐射雾过程的天气形势、水汽条件和边界层结构等进行对比分析,探讨了两次辐射雾形成和维持条件的共性和差异。结果表明:①两次过程均发生在雨雪天气转晴后,机场受高压底后部弱气压场控制,但"1·3"过程水汽含量和动力条件明显优于"12·7"过程,雾浓度和持续时间都大于"12·7"过程。②"1·3"过程是一次典型辐射雾,形成于晴夜、微风、辐射降温最强烈的凌晨。雾过程中水汽充沛,动力条件适宜,有利于雾的形成和发展。③"12·7"过程辐射雾具有局地爆发性发展的特征,雾爆发前由于水汽和动力条件较差,机场仅形成了轻雾。日出后由于西南方向的雾层向北平流,机场低温、高湿的环境条件有利于雾维持,近地面风速有利于雾层混合,使机场区域雾爆发发展。     

贵州辐射雾的时空变化特征及其气象要素分析

选取2008—2012年贵州省3646站次的辐射雾天气过程,根据08时能见度大小将其划分为4级雾、3级雾、2级雾和1级雾四个等级,利用常规地面观测资料分析其时空变化特征,并根据辐射雾多发生区选取出修文、三穗和凤冈3个分布在贵州省高速干道上的站点,利用相应地面气象观测台站的逐日逐时实测气象要素资料,分析其不同等级的气象要素特征。结果表明:各等级辐射雾在10月—次年1月发生较多;空间分布呈"东多西少"格局,4级雾主要分布中心为修文和岑巩,其余等级辐射雾主要分布中心为三穗、凤冈、平塘、正安、松桃和锦屏;修文站的4级雾偏多与其平均相对湿度明显偏高、风速小于3 m/s和风向主要为偏东风相关性较高;三穗站和凤冈站的平均相对湿度与当日08时和前一日20时的气温差相对利于雾的生成,但其风速较小,垂直混合较弱,故其主要为较低等级雾。     

沪宁地区辐射雾的微物理结构及其演变

１９９６年１２月２７￣３１日沪宁地区连续５天出现了浓雾天气。利用三用滴谱仪和ＡＤＡＳ对辐射雾的微物理结构及温、压、湿、风等要素的垂直分布进行了探测。通过对这些观测资料的分析,揭示了该地区辐射雾的微牧师结构特征及其演变过程。结果表明：雾的微物理结构与大气污染程度紧密相关,逆温层的长时间存在可以影响雾的微物理结构。此外,还观测到含水量、谱宽等存在周期为２０￣３０分钟的振荡现象。     

On the Evolution and Structure of a Radiation Fog Event in Nanjing

An extremely dense radiation fog event during 10-11 December 2007 was studied to understand its macro-micro-physics in relation to dynamic and thermodynamic structures of the boundary layer, as well as its structural evolution in conjunction with the air-surface exchange of heat and water vapor. The findings are as follows. The extreme radiation fog process was divisible into formation, development, mature, and dissipation phases, depending on microstructure and visibility. This fog event was marked by rapid evolution that occurred after sunrise, when enhanced surface evaporation and cold air intrusion led to a three order of magnitude increase in liquid water content (LWC) in just 20 minutes. The maximum droplet diameter (MDD) increased four-fold during the same period. The fog structure was two-layered, with the top of both the surface-layer and upper-layer components characterized by strong temperature and humidity inversions, and low-level jets existed in the boundary layer above each fog layer. Turbulence intensity, turbulent kinetic energy, and friction velocity differed remarkably from phase to phase: these features increased gradually before the fog formation and decreased during the development phase; during the mature and dissipation phases these characteristics increased and then decreased again. In the development and mature stages, the mean kinetic energy of the lower-level winds decreased pronouncedly, both in the horizontal and vertical directions.