沈陽地區一次大霧天氣成因分析

李曉　鷗魯楊　張帥

摘 要：該文利用Micaps常規數據資料和ECMWF細網格數據對2016年9月12日夜間大霧天氣過程的成因進行分析，并利用ECMWF細網格產品進行了解釋應用，結果表明：沈陽地區中高層為下沉運動，風速前期較小，輻射降溫至露點溫度后風速略微增大至微風有利于大霧的產生和維持。預報大霧時地面有風的水平與垂直切變時，大霧落區可以考慮沿切變線附近。ECMWF細網格產品對大霧的預報也有很好的參考價值。

關鍵詞：大霧；ECMWF模式；天氣成因；沈陽地區

中圖分類號 P458.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）01-0092-04

大霧作為一種在沈陽秋冬季節出現較為頻繁的災害性天氣，不僅影響了交通，也顯著影響了大氣環境。這主要是由于通常有霧出現時，大氣的層結比較穩定，不利于大氣污染物的擴散[1]，除此之外大氣細顆粒物的吸濕增長作用也加劇了霧對大氣質量的影響[2]。

多年來國內外的科研人員對大霧天氣進行了多方面的研究。如曹志強等[3]分析了華北和黃淮地區雪后大霧天氣的天氣背景，結果表明暖濕平流與逆溫層的相互作用是這次大霧天氣產生的關鍵。逆溫層為大霧的形成和維持提供了穩定的層結條件與溫濕條件，是形成大霧的必要條件。尹承美[4]等分析了濟南市一次持續性大霧過程的天氣背景等常規氣象觀測資料，結果表明，近地面逆溫有利于水汽的積累，而低空逆溫使近地面層水汽不易擴散而聚集，有利于近地面層維持潮濕，形成可持續幾天的大霧天氣。

2016年9月12日夜間至13日清晨沈陽市區出現大霧天氣。本文利用Micaps常規數據資料和ECMWF細網格數據對這次大霧的成因進行分析，揭示大霧產生的原因，以期為大霧天氣的預報以及預警提供參考。

1 天氣實況

2016年9月12日夜間至13日清晨沈陽市區以及沈北出現能最低度不足500m的大霧天氣，由渾南國家級觀測站的數據，最小能見度出現在凌晨2：40，為127m。大霧一直維持到太陽升起后，地面輻射增溫，逆溫層被打破，才逐漸消散。

這次大霧有很強的局地性，主要出現在遼寧中部、遼河以東地區（圖1）。沈陽的7個國家觀測站中渾南以及沈北站都出現了能見度小于200m的濃霧天氣，但康平、法庫、新民以及遼中觀測站均未出現能見度小于1000m的霧天氣。

2 大霧形成的天氣學原因探究

2.1 高空形勢分析 2016年9月12—13日，500hPa歐亞大陸中高緯度為一槽一脊，遼寧處于溫壓場基本重合的高空槽前，較平直的緯向環流中，有小的波動疊加于該緯向環流上（圖2）。遼寧的中西部處于偏西氣流控制，并且有下沉運動（圖3），有利于于形成穩定的大氣層結。而850hPa在遼寧東部存在一冷式切變線，沈陽處于冷式切變線的冷區一側，有弱的下沉運動。阻止了近地面水汽繼續向高層輸送，水汽只能堆積在近地面。并且其下沉運動產生的增溫效應有利于邊界層逆溫層的建立。

2.2 地面特征分析 霧主要發生在地面至200～400m高度的淺層之內，其形成與地面天氣形勢有著密切關系[5]。12日夜間，沈陽處于高壓內部，廣闊的均壓場內（圖4）。夜間風速在0～1.8m/s，風速較小，個別時次甚至為靜風（平均風速U10小于0.5m/s）。同時，近地面層十分潮濕，大氣接近飽和，相對濕度在97%～99%，溫度露點差（t-td）<0.5。由于風速較小，所以水汽向周圍擴散的也較少（圖5）。同時由圖5可知，在霧最濃（能見度最差）的時刻，并非是風速最小的時刻，相反風速為最大值（1.3～1.8m/s）。這主要是由于微風條件下較弱的湍流運動不僅能把水汽輸送到一定高度，同時其產生的垂直混合作用也有利于形成較厚的冷卻層。而當風速較小時，垂直混合太弱，因而不利于形成輻射霧，容易形成形成露、霜或淺霧[6]。而在這次過程中，在前半夜風速較小則起到了輻射降溫至露點溫度的作用。由此可見，這種前期靜風后期微風的狀態非常有利于大霧的產生和維持。

2.3 層結分析 從T-logP圖可知，12日夜間（圖7），層結曲線與狀態曲線基本重合，或在其右側，大氣層結穩定。渾南站對輻射升溫或降溫敏感，夜間天空晴朗，近地面層（1000hPa）以下，由于輻射降溫，形成逆溫層。而13日早晨，太陽升起后，地面開始輻射增溫，打破逆溫，但是近地面層則由于離地面較遠，所以相對地面輻射增溫速度較慢，形成“暖蓋”，“暖蓋的存在也同樣證明了大氣層結的穩定。12日夜間濕層（t-td≤4℃）深厚，濕層頂部高度超過600hPa（約4100m）。

3 ECMWF數值預報產品在大霧預報中的應用

霧的預報主要是通過分析上游地區的物理量場的分布并結合本地的溫、壓、濕、風、地形以及層結狀況等氣象要素[7]，綜合考慮進行預報。但是霧作為一種有較強的局地性并且只在近地面出現的天氣現象，預報時由于站點的時空分布導致預報難度加大，而數值模式，尤其是細網格的時空分辨率則可以一定程度上彌補這一缺陷。

通過EC的預報可知，12日夜間中高層天氣晴朗（相對濕度較小），夜間層結穩定，有下沉運動。同時地面相對濕度接近飽和，風小，并伴有弱的輻合。因此大霧的范圍可以畫在遼寧的中部地區，雖然強度無法預測，但仍為大霧的預報以及預警提供了很好的參考價值。

4 結論與討論

Micaps常規數據資料和ECMWF細網格數據對2016年9月12日夜間這次大霧天氣過程的成因進行診斷分析分析，并利用12日20：00的ECMWF細網格產品進行了解釋應用，得到以下結論：

（1）500hPa較為環流較為平直，中高層為下沉運動，天氣形勢穩定，天空晴朗，地面相對濕度較大、風速較小易產生大霧天氣。

（2）地面有風的切變時，大霧落區可以考慮沿切變線附近。

（3）風速前期較小，有利于地面相對濕度達到飽和，后期為微風（1～2m/s）時，垂直混合作用非常有利于大霧的產生和維持。

（4）ECMWF細網格產品對大霧的預報，尤其是地面相對濕度的預報，有很好的參考意義。

參考文獻

[1]劉熙明，胡非，鄒海波，等.北京地區一次典型大霧天氣過程的邊界層特征分析[J].高原氣象，2010，29（5）：1174-1182.

[2]葉興南，陳建民.灰霾與顆粒物吸濕增長[J].自然雜志，2013，35（5）：337-341.

[3]曹志強，方翔，吳小京，等2007年初一次雪后大霧天氣過程分析[J].氣象.2007，33（9）：52-58.

[4]尹承美，劉愛梅，胡鵬，等.濟南市一次持續大霧過程分析[J].氣象科學，2008，28（增刊）：37-40

[5]葛良玉，江燕如，梁漢明，等.1996年歲末滬寧線持續五天大霧的原因探討[J].氣象科學，1998，18（2）：181-188.

[6]肖安，鄭婧，洪浩源.江西一次大霧天氣診斷分析和ECMWF集合預報產品釋用[J].氣象與減災研究，2014，37（1）：49-54.

[7]萬瑜，曹興，竇新英，等.2011年12月烏魯木齊市一次大霧天氣成因[J].干旱氣象，2013，31（2）：383-389.

（責編：張宏民）endprint