內(nèi)蒙古大霧天氣模型及預報著眼點

袁國波，李曉坤

(1.包頭市氣象局，內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.錫林郭勒盟氣象局，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

當近地層大氣中水汽含量比較充足且飽和度比較高時，若環(huán)境溫度相對偏低，則水汽就會因冷卻而產(chǎn)生凝結(jié)，液態(tài)水滴或冰晶漂浮彌漫在空氣中，從而形成霧。在氣象上，當霧造成水平能見度小于1.0km時稱之為大霧。大霧使能見度顯著降低，對生產(chǎn)生活影響很大，特別是對交通安全有著嚴重影響。另外，由于大霧通常發(fā)生在靜穩(wěn)天氣條件下，不利于污染物的擴散，因此，大霧天氣中常常會伴隨有霾的出現(xiàn)，從而形成霧霾天氣，造成空氣質(zhì)量下降。

形成大霧的天氣學條件及大霧預報指標是天氣預報業(yè)務的一項重要課題。陳東輝等[1]指出區(qū)域性大霧出現(xiàn)時高空天氣形勢有緯向氣流型、低槽型、高壓脊型3種類型。魏葳等[2]把大霧的地面天氣形勢劃分為弱高壓型、入海高壓后部型、冷鋒前暖區(qū)型、地面倒槽型4種類型。周祥華等[3]的研究表明，高空平直緯向環(huán)流、低層弱偏南偏東氣流、地面均壓場是形成大霧的有利環(huán)流條件；穩(wěn)定的大氣層結(jié)、近地層高濕和較弱的風場提供有利于大霧形成的氣象要素。周梅等[4]認為邊界層逆溫層或等溫層對霧的形成和持續(xù)具有重要作用。顧潤源等[5]對內(nèi)蒙古大霧的氣候特征、影響系統(tǒng)和物理成因進行了綜合分析。

筆者參考以上研究成果，對近二十年來出現(xiàn)在內(nèi)蒙古的大霧天氣個例進行分析，建立大霧天氣模型，總結(jié)出大霧預報著眼點，以期對大霧的研究和預報起到一定參考作用。

1 資料與方法

1.1 資料來源

文中所使用的大霧數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古自治區(qū)116個國家級氣象站2000年～2019年的實時觀測資料，天氣圖數(shù)據(jù)來自MICAPS系統(tǒng)。

1.2 定義標準

若某個氣象站觀測到水平能見度≤1.0km的霧，即視為該氣象站當天出現(xiàn)了大霧；在同一次天氣過程中，若出現(xiàn)大霧的氣象站數(shù)目≥9個，則記為一個大霧個例。

根據(jù)上述標準，共整理出大霧個例112個。

1.3 研究方法

大霧天氣模型的建立主要是根據(jù)形成大霧時的500 hPa天氣系統(tǒng)歸納出來的，同時要考慮高、低空系統(tǒng)和地面氣壓場的配合情況。對每一個大霧個例的高空天氣系統(tǒng)和地面氣壓場進行分析，然后再進行歸類。分析時所用天氣圖采用大霧出現(xiàn)前最近一個時次的探空數(shù)據(jù)，即凡是大霧開始出現(xiàn)的時間在8時～20時的，一律分析08時的天氣圖；凡是大霧開始出現(xiàn)的時間在20時～8時的，一律分析20時的天氣圖。通過對上述112個大霧個例的分析，把形成內(nèi)蒙古大霧的天氣系統(tǒng)分為寬平槽、寬平脊、西北氣流和平直西風等4種類型。

大霧的預報著眼點主要從形成大霧的天氣條件和大霧的天氣特征兩個方面進行凝練。對每一個大霧個例的環(huán)流形勢、地面系統(tǒng)、大氣層結(jié)、溫度平流、近地層濕度、風力、逆溫層特性、大霧發(fā)生的時間、區(qū)域等要素進行分析，然后進行歸納和總結(jié)，形成預報著眼點。

2 大霧天氣模型

2.1 寬平槽型

高層(500 hPa)：90E～130E、40N50N范圍內(nèi)存在一個寬廣的低槽。低槽緯向跨度很大、經(jīng)向跨度較小，呈現(xiàn)出“又寬又平”的形態(tài)，沒有明顯的冷中心與之配合，溫度平流很弱，內(nèi)蒙古大部地區(qū)位于寬平槽底部。

低層(850hPa)：低槽比500hPa更為寬平，內(nèi)蒙古大部地區(qū)位于槽前的WSW氣流中。

地面：內(nèi)蒙古大部地區(qū)位于鞍形場中，氣壓均勻，風力微弱。

這種類型的大霧在個例中的占比最高，為43.7 %(49/112)，可影響內(nèi)蒙古大部地區(qū)尤其是中西部地區(qū)。這一類型的典型個例是發(fā)生在2015年12月8日20時～9日11時的大霧天氣過程。在這次過程中，內(nèi)蒙古高空受寬平槽控制，地面位于鞍形場的“鞍”之中，氣壓分布均勻，各測站風力微弱，內(nèi)蒙古、陜西、山西、東北三省都出現(xiàn)了大霧天氣。

2.2 寬平脊型

高層(500hPa)：霧區(qū)處于弱高壓脊控制之下。高壓脊呈現(xiàn)出“又寬又平”的形態(tài)，沒有明顯的暖中心與之配合，溫度平流很弱。

低層：(850hPa)霧區(qū)受弱高脊影響。高壓脊比500hPa更為寬平，等高線稀疏。有暖平流向霧區(qū)輸送。

地面：霧區(qū)處于均壓區(qū)。霧區(qū)位于地面低壓前部邊緣，霧區(qū)內(nèi)各測站氣壓差別不大，較為均勻，呈現(xiàn)出弱氣壓場的特征。地面微風，空中有云系覆蓋。

這種類型的大霧在個例中的占比為33.9%(38/112)，可影響內(nèi)蒙古大部地區(qū)尤其是中東部地區(qū)。這一類型的典型個例是2011年8月5日02～11時發(fā)生在內(nèi)蒙古東部的大霧天氣過程。在這次過程中，內(nèi)蒙古中東部及東北三省高空受寬平脊控制，地面位于低壓前部，大霧主要出現(xiàn)在內(nèi)蒙古東部及黑龍江北部。

2.3 西北氣流型

高層(500 hPa)：霧區(qū)受西北氣流影響。東亞大陸中、高緯度地區(qū)為兩槽一脊形勢，脊線位于80N附近，呈NW-SE走向，內(nèi)蒙古大部地區(qū)位于脊前西北氣流影響之下。

低層(850 hPa)：霧區(qū)受寬平脊影響。內(nèi)蒙古大部地區(qū)位于脊前西北氣流之中，高脊呈現(xiàn)“又寬又平”的狀態(tài)。

地面：霧區(qū)受變性高壓影響。內(nèi)蒙古大部地區(qū)(東北部除外)受高壓系統(tǒng)控制，但高壓處于減弱變性過程之中，范圍寬廣，等壓線稀疏。

這種類型的大霧在個例中的占比較小，約為17.0%(19/112)，主要影響內(nèi)蒙古中部地區(qū)。這一類型的典型個例是2015年12月8日20時～9日11時發(fā)生在內(nèi)蒙古中部的大霧天氣過程。在這次過程中，內(nèi)蒙古中部高空受西北氣流控制，地面為變性高壓，巴彥淖爾市、鄂爾多斯市、包頭市、呼和浩特市、烏蘭察布市和錫林郭勒盟都出現(xiàn)了大霧。

2.4 平直西風型

高層(500 hPa)：內(nèi)蒙古大部受平直西風氣流影響。貝加爾湖附近存在跨度超過40個經(jīng)度的大橫槽或緯向型低渦，橫槽(或低渦)底部的平直西風氣流控制內(nèi)蒙古大部地區(qū)。

低層(850 hPa)：內(nèi)蒙古大部受平直西風影響。環(huán)流形勢與高空一致，有弱的暖平流向霧區(qū)輸送。

地面：緯向低壓帶。內(nèi)蒙古位于高壓底部的低壓帶中。低壓帶中存在多個低壓中心。從形態(tài)上看，低壓帶猶如橫向伸展的倒槽。霧區(qū)內(nèi)是微弱的西南風。

這種類型的大霧在個例中的占比最小，僅為5.3%(6/112)。這一類型的典型個例是2016年11月17日20時～18日11時發(fā)生在內(nèi)蒙古中東部的大霧天氣過程。在這次過程中，內(nèi)蒙古大部高空受西風氣流控制，地面為緯向低壓帶，鄂爾多斯市、呼和浩特市、錫林郭勒盟、赤峰市、通遼市出現(xiàn)了大霧。

3 預報著眼點

3.1 根據(jù)形成大霧的天氣條件進行分析

大霧是弱天氣過程，主要圍繞逆溫層、弱鋒區(qū)、低空暖平流、穩(wěn)定層結(jié)、地面微風(靜風)、地面弱氣壓場等進行分析。

3.1.1 高空500hPa形勢分析：關(guān)注環(huán)流的緯向特征(寬平槽、寬平脊)、弱鋒區(qū)、弱溫度平流等。

3.1.2 低空850hPa(700hPa)形勢分析：關(guān)注暖平流區(qū)(有利于形成逆溫層)、T-Td≤4℃的濕區(qū)等。

3.1.3 地面形勢分析：關(guān)注范圍寬廣的均勻低壓區(qū)或鞍形場、微風(靜風)區(qū)、晴朗少云區(qū)等。注意上風方已經(jīng)出現(xiàn)大霧的地方是否有平流到本地的可能性。

3.1.4 數(shù)值模式分析：相對濕度(或比濕、水汽通量散度)分析(關(guān)注高濕區(qū))、垂直速度分析(關(guān)注零速度(弱速度)區(qū))。

3.1.5 T-LNP圖上的穩(wěn)定層結(jié)。

3.2 根據(jù)大霧的天氣特征進行分析

①大霧天氣常常出現(xiàn)在降水之后。 ②冬半年出現(xiàn)大霧的概率比夏半年多1倍。 ③內(nèi)蒙古深居大陸，地勢高聳，處于西風帶的上風方，出現(xiàn)的大霧天氣主要是輻射霧，所以應特別注意降水過后晴空輻射且存在逆溫層情況下出現(xiàn)大霧的可能性。 ④從一天之中來看，最容易出現(xiàn)大霧的時間段是02：00～11：00。 ⑤西部大霧的環(huán)流背景可以是寬平槽，也可以是寬平脊，但以寬平槽為主；東部大霧的環(huán)流背景以寬平脊為主。

4 結(jié)束語

①形成內(nèi)蒙古大霧的天氣系統(tǒng)可分為寬平槽、寬平脊、西北氣流和平直西風等4種類型，但這4種類型之間并沒有絕對的界限。實際上，高空環(huán)流的緯向性和地面弱氣壓場是各類型大霧天氣具有的共同特征。②從形成大霧的天氣條件來看，高空天氣圖上的寬平槽和寬平脊、低空的高濕區(qū)和暖平流區(qū)、地面的均壓場是預報大霧天氣的重要著眼點。③從大霧的天氣特征來看，降水之后出現(xiàn)大霧的可能性較大，在冬半年尤其如此。④T-LNP圖上的穩(wěn)定層結(jié)合逆溫層在大霧過程中具有指示意義。大霧的形成不需要很厚的濕層，但低層(尤其是近地面層)的相對濕度必須很高，這在T-LNP圖上層結(jié)曲線和露點曲線之間表現(xiàn)為明顯的“喇叭口”形狀。