陜西一次持續性大霧天氣特征分析

劉瑞芳， 陳小婷，屈麗瑋

(陜西省氣象臺，陜西西安 710014)

?

陜西一次持續性大霧天氣特征分析

劉瑞芳， 陳小婷，屈麗瑋

(陜西省氣象臺，陜西西安 710014)

摘要利用常規探測資料、自動站資料，對陜西2007 年11 月12~16 日大范圍持續性大霧產生的天氣背景、溫濕條件和大氣層結等特征進行分析。結果表明，前期500 hPa陜西為西西北氣流，地面為均壓場控制，輻射降溫有利于近地層水汽凝結成霧；后期陜西處于高壓前部等壓線較密集區，形成鋒前霧；1～4 m/s的地面風速、低層弱的垂直速度是這次霧形成的動力條件；上干下濕的高低空配置是大霧發生的水汽條件；大氣層結穩定，低層有逆溫、穩定少動的暖蓋,阻礙低層水汽向上擴散,有利于大霧發生。

關鍵詞大霧; 環流形勢; 溫濕條件；探空資料

大霧是懸浮于近地層中的大量小水滴或冰晶使水平能見度<500 m的自然現象。大霧是一種災害性天氣，它給公路交通、航空、港運帶來極大不便，同時大霧中攜帶大量的污染物，對人體健康不利。許多學者對大霧天氣進行了分析，并取得了一定的研究成果[1-4]，如蔣大凱等[1-2]研究表明大霧發生時大氣層結是穩定的，并伴有逆溫出現，使空氣污染加重，易形成酸霧；黃培強等[3]分析蕪湖地區持續性大霧的氣候特征、生成機制和主要特征指出，持續性大霧與低空逆溫層關系密切；陳光等[5]研究發現逆溫層的高度及強度與霧的濃度關系密切，弱冷暖平流有利于產生霧。2007年11月12～16日陜西大部地區出現了持續性大霧，這次大霧過程持續時間長、影響范圍廣。筆者從天氣背景、溫濕條件和探空資料分析等方面對此次大霧過程進行了分析，總結持續性大霧天氣的成因，為陜西大霧的預報提供參考。

1天氣概況

2007 年11 月中旬中期陜西大部出現了有氣象記錄以來范圍最廣的一次大霧天氣過程，其中14 日08：00大霧主要出現在陜北、關中南部、陜南南部(圖1)，共47站出現大霧天氣,大部分地區出現能見度500 m以下的濃霧，其中咸陽、興平、渭南、大荔、華陰5站出現能見度低于50 m的特濃霧;14日白天隨著氣溫的升高，大霧有所減弱，但14日白天到晚上仍以輕霧為主，局部仍有大霧。15日08:00~16日陜北南部、關中和陜南出現弱降水,關中、陜南大部仍出現大霧天氣， 17日白天基本結束，關中天空開始放晴，關中大部分地區被輕霧覆蓋，局地出現大霧天氣， 18 日大霧天氣徹底結束。

圖1　2007年11月14日08:00大霧分布Fig.1　The dense fog distribution at 08:00 on November 14th, 2007

2環流形勢分析

2.1500 hPa形勢從11月10～11日環流形勢來看，500 hPa陜西主要受平直西風氣流控制，700 hPa有切變線快速東移，地面有冷鋒過境，陜西中南部出現小到中雨，之后500 hPa陜西主要受槽后弱的偏西風控制，而低層和地面則受反氣旋環流控制。這種天氣形勢的轉變及降水結束，為霧天的開始提供了有利的水汽條件和環流背景。

注：a.11日08：00~17日08：00平均；b.12日08：00；c.14日08：00。　Note: a. Mean of November 11th 08:00-17th 08:00; b. November 12th 08:00; c. November 14th 08:00.圖2　2007年11月11~17日500 hPa位勢高度場(單位: dagpm)Fig.2　500 hPa potential height field from November 11th-17th, 2007

11~17日500 hPa(圖2a)，亞洲中高緯主要受緯向型環流控制，西風氣流較平直，冷空氣勢力不強，不利于冷空氣南下。12~14日500 hPa(圖2b、c),亞歐中高緯上空環流形勢為一槽一脊型,即新疆以西地區為一高壓脊,我國上空維持一寬廣低槽區, 陜西處在高壓脊前的弱西北氣流中，冷平流很弱，由于天氣晴好，輻射降溫有利于近地面的水汽凝結。15日08：00新疆高脊略有減弱東移,同時在甘肅東南部有淺槽生成東移,在其影響下關中、陜南部分地區出現一次弱降水。 17日08：00,隨著貝加爾湖-東北冷槽的加深南壓,陜西大部受槽后西北氣流影響, 低層有較強冷空氣東移南下，維持5 d的大霧天氣趨于結束。2.2700和850 hPa形勢11月11日700 hPa高原上有短波淺槽快速東移，12日08：00陜西北部處于槽后弱西北氣流控制之下，低層850 hPa有偏南風發展，由于沒有強冷空氣活動, 12日早上700 hPa高空以下沉氣流為主,下沉增溫和低層弱的暖平流均有利于在低空(850 hPa上下)形成逆溫層，阻礙低層水汽向上擴散,加之低層濕度大,有利于大霧形成；13日20：00 隨著高原上又一淺槽生成， 14日08：00短波槽東移至甘南地區,陜西省大部處于槽前偏南風控制，云量增多，并對應一暖溫度脊，陜西省出現了有氣象記錄以來最大范圍的一次大霧天氣；之后隨著短波槽東移至陜西，陜西關中、陜南地區濕度明顯增大,溫度露點差(T-Td)漢中為2 ℃,安康為1 ℃，15日14：00起陜西中南部部分地區開始出現出現降水，陜西大霧范圍明顯減小，17日基本結束。由此可知，11月12~16日陜西此次大霧天氣前期出現的降水使近地面濕度增大，高空不斷有弱冷空氣進入陜西，有利于天氣放晴，晚上形成輻射降溫， 同時高空下沉氣流和低層弱的暖平流有利于在低空形成逆溫層，使大霧天氣得以維持。

圖3　2007年11月14日08：00(a)和15日08:00(b)地面形勢Fig.3　Ground situation at 08:00(a) on November 14th and 08:00(b) on November 15th in 2007

2.3地面形勢由圖3可見，11月12~14日較強冷空氣中心位于貝加爾湖附近，冷空氣主體偏北，陜西處于地面冷高壓中心前部的弱高壓控制，氣壓場分布非常均勻，氣壓梯度力小，近地面風速小，這是典型的有利于霧形成和維持的地面形勢。14日20：00隨著冷空氣的擴散南下，冷空氣已影響陜西大部，陜西關中、陜南處于冷高壓的前部，由于秦嶺、巴山山脈有一定的阻擋作用，且處于鋒前，有利于水汽的積聚，形成鋒前霧，因此15日早上關中東部、陜南南部有大霧出現，之后隨著冷空氣的進一步南壓，配合低層切變線影響，15~16日陜西大部分地區出現降水天氣，維持多日的大霧天氣也隨之結束。

3物理量分析

3.1動力條件從自動站觀測數據看出，2007年11月中旬陜西各地風速基本在1~4 m/s，風速較小。如果風速太大，上下層空氣交換過快，空氣流動性大，氣溫不易下降，大氣難以達到過飽和狀態；如果是靜風，就不會使地面層附近上下層空氣發生交換，輻射冷卻效應僅發生在貼近地面的氣層中，只會生成一層薄薄的淺霧，一般不會出現較強的濃霧[6]。因此當地面出現適宜的風，產生較弱的冷暖空氣交換，這樣即使冷卻作用延伸到一定高度，也不影響低層空氣的充分冷卻形成輻射霧。這種風場的分布特征再次表明11~14日大霧過程主要為輻射霧。

從渦度散度的垂直分布來看，11~14日霧發生區主要受均壓場控制，風的切變輻合、渦旋運動很弱，垂直速度場反映出14日08:00陜西大霧區垂直上升速度很小，幾乎為0 m/s，說明垂直運動弱是濃霧發生的另一重要特征。

3.2水汽條件11~16日陜西地區低層850 hPa相對濕度一直在80%以上，14日08：00陜北南部、關中大部相對濕度高達90%以上；從500 hPa相對濕度圖上可以看到，大霧期間陜西相對濕度基本在40%以下，比低層明顯偏小。相對濕度的垂直-時間剖面也很好地反映出這次大霧過程中上干下濕的高低空配置特征，低層相對濕度大多在80%以上，中層的相對濕度大多在40%以下。

以秦都站(圖4)為例，該站的溫度露點差有明顯的日變化，夜間和早晨明顯偏小(基本<1 ℃)，特別是在霧較重的11月14日凌晨，溫度露點差幾乎為0，表明低層空氣處于飽和狀態，而在中高層存在一定程度的干空氣活動，溫度露點差一般為10~22 ℃；陜西大霧過程中相對濕度最小層位于700～500 hPa，700 hPa以下是相對濕度高值層，干空氣的強度與霧的發生有密切關系，對流層中干層的存在對霧的發生和維持起重要作用,因為對流層中層相對較干有利于夜間輻射降溫，低層空氣容易達到飽和，若濕層太厚或對流層整層均為濕層則容易出現陰天或降水，反而不利于霧的發生和維持[6]。

圖4　2007 年11月12日08：00~16日08：00秦都站氣溫和露點溫度演變Fig.4　Evolution of each element in Qindu Station from 08:00 November 12th to 08:00 November 16th in 2007

4 探空資料分析

由于2007年西安站探空資料處于調整期，在此選取大霧發生時的延安站資料。從11月12~16日大霧發生區域的延安站探空分析來看，13日08：00(圖5)，800 hPa左右溫度露點差變大，基本在10 ℃以上，且700 hPa為偏西風，偏西風以下沉氣流為主,再加上地形作用(北高南低)、下沉增溫有利于在低層形成逆溫層，在地面到850 hPa以下有一明顯的逆溫層存在, 逆溫層及以上溫度露點差較大，而在逆溫層以下隨著高度降低溫度露點差越來越小，在近地面時T-Td近乎為0，接近飽和，逆溫層阻礙低層水汽向上擴散,使得近地面濕度增大，有利于大霧產生。14日08：00，安康站700 hPa 及以下為偏南風，700 hPa以上為偏西風，風向隨高度順轉，有暖平流，陜南南部有上升運動，低層850 hPa及以下溫度露點差為1 ℃，低層水汽飽和，因而安康南部大霧明顯。

圖5　2007年11月13日08：00延安TlogP圖Fig.5　TlogP diagram of Yanan at 08:00 on November 13th, 2007

5 結論

(1)前期500 hPa陜西處在平直西風氣流中，冷平流很弱，由于天氣晴好，輻射降溫有利于近地面的水汽凝結，700 hPa陜西中南部受西北氣流控制影響，并對應一暖溫度脊，高空以下沉氣流為主,下沉增溫和低層弱的暖平流均有利于在低空形成逆溫層，因而產生大霧。中期高原淺槽發展東移至甘南，陜西受槽前暖濕氣流影響，云量增多，后期隨著短波槽東移，關中、陜南部分地區出現一次弱降水，陜西大霧結束。

(2)前期地面陜西處于蒙古國高壓前部均壓場中，氣壓梯度力小，近地面風速小，有利于霧的形成和維持，后期隨著冷空氣的南壓，陜西處于高壓前部等壓線較密集區，有利于形成鋒前霧，且有利于水汽的積聚。

(3)風及各物理量的分布有利于大霧的發生和持續，適度的風速、較弱的垂直速度是這次大霧形成的動力條件，上干下濕的高低空配置是大霧發生的水汽條件；大氣層結穩定，低層有逆溫、穩定少動的暖蓋,阻礙低層水汽向上擴散,有利于大霧發生。

參考文獻

[1] 蔣大凱,閔錦忠,陳傳雷,等.遼寧省區域性大霧預報研究[J].氣象科學,2007,27(5):578-583.

[2] 王麗榮,連志.河北省中南部一次大霧天氣過程分析[J].氣象,2005,31(4):65-68.

[3] 黃培強，王偉民，魏陽春.蕪湖地區持續性大霧的特征研究[J].氣象科學， 2000，20(4):494-502．

[4] 濮梅娟，張國正，嚴文蓮，等.一次罕見的平流輻射霧過程的特征[J].中國科學D 輯: 地球科學，2008，58(6):776-783.

[5] 陳光，房春花.2009 年11月江蘇南部一次大霧天氣診斷分析[J].氣象與環境學報， 2011，27(1):54-57.

[6] 張恒德，饒曉琴，喬林．一次華東地區大范圍持續霧過程的診斷分析[J]．高原氣象，2011，30(5)：1255-1260.

Weather Characteristics Analysis of a Continuously Heavy Fog Process in Shaanxi Province

LIU Rui-fang, CHEN Xiao-ting, QU Li-wei (Shaanxi Meteorological Observatory, Xi’an, Shaanxi 710014)

AbstractBased on the conventionally observational data and automatic weather station data, the synoptic background, temperature and humidity conditions, atmospheric stratification feature of a wide area of continuously heavy fog event in Shaanxi Province during November 12-17th 2007 were analyzed. The main conclusions were as follows: the 500 hPa circulation at mid-latitude was northwest flow, and the ground was controlled by the equal pressure filed, which were favorable for the radiation fog; late Shaanxi was in the isobar dense area of the high-pressure, which formed the front fog; 1-4 m/s surface wind and weak vertical movement in lower level were the dynamical conditions of the fog weather; the configurations of big relative humidity at lower level and small relative humidity at middle level constituted water vapor condition of the fog; stable atmospheric stratification and the lower temperature inversion, hindered the low-level moisture diffusion upward, were conducive for the occurrence of the fog.

Key wordsDense fog; Circulation pattern; Temperature and humidity conditions; Sounding data

收稿日期2015-12-16

作者簡介劉瑞芳(1978- )，女，山東濰坊人，高級工程師，碩士，從事天氣預報工作。

中圖分類號S 161.5

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-231-03