新鄭機場一次降水過后的大霧診斷分析

宋晨飛，王晶晶，岳林源

（民航河南空管分局，河南鄭州 450000）

大霧直接影響航班的起飛及降落，容易造成航班延誤、返航、備降，影響飛行安全。新鄭機場冬季和初春季節大霧頻發，隨著新鄭機場的快速發展，航班數量逐年增加，大霧預報的精準度成為制約航運效率的重要因素。國內外學者及氣象一線工作人員針對大霧天氣做了大量的研究工作。邵振平[1]的研究表明了鄭州機場低能見度現象97%是由霧引起的，其中輻射霧和平流霧引起的低能見度現象占76%。祖繁等[2]研究認為，輻射霧爆發性發展是在快速降溫條件下，霧體爆發性發展階段，較小粒徑段霧滴數質量濃度經歷“增長—回落—再增長”過程，較大粒徑段的霧滴數質量濃度會在回落過程中增長，并在再增長過程中一同增長。彭雙姿等[3]研究認為，地面輻射冷卻作用形成近地輻射逆溫層，是輻射霧形成和發展的主要因素，而日出后太陽短波輻射對地面的加熱和熱量湍流輸送是白天輻射霧消散的重要原因。2021-05-27 凌晨至上午，新鄭機場出現了大霧天氣，主導能見度最低為150 m，RVR 最低為125 m，低于Ⅱ類精密進近運行標準，造成數10 架航班延誤，嚴重影響了航運效率。本文利用ERA5 再分析資料，結合自動觀測數據、衛星云圖、河南省自動監測數據等對此次大霧過程進行了診斷分析，研究此次大霧過程的生成和消散條件。

1 天氣實況

2021-03-26 新鄭機場出現了連續性降水天氣，2021-03-26 下午至2021-03-27T01：00 為小到中雨天氣。主導能見度在降雨期間為1 000～4 000 m，2021-03-27T01：00 低于800 m，2021-03-27 T01：00—03：00 降至500 m，05：00—08：00 降至300 m，09：00 上升至300 m，10：00 上升至1 300 m，在11：00 上升至2 500 m。在大霧期間，05：00—09：00 的RVR 數值最低，在125～450 m 之間波動。

在大霧前期2021-03-27T01：00—03：00，新鄭機場南北跑道能見度差異較大，北跑道RVR 數值明顯高于南跑道。在機場范圍觀測到有團霧漂浮，造成了RVR數值劇烈波動，RVR 數值最低為325 m，最高為1 900 m。04：00 以后RVR 數值趨于穩定，南北跑道數值均低于325 m，表明大霧已經完全生成并覆蓋整個機場。09：00—10：00 的RVR 數值快速上升，大霧消散。

2 環流形勢特征

根據2021-03-26T20：00 環流形勢分析，500 hPa西部有低槽東移，700 hPa、850 hPa 中東部和南部有切變線影響。根據2021-03-27T02：00 環流形勢分析，500 hPa 轉為偏西到西北氣流控制，700 hPa、850 hPa切變線東移至東部， 表明降水結束。 根據2021-03-27T08：00 環流形勢分析，500 hPa、700 hPa、850 hPa 均轉為西北氣流，天空狀況逐漸轉為晴空，有利于夜間的輻射降溫和早晨的輻射增溫。2021-03-27凌晨至上午，地面圖上氣壓場較弱，東部有弱低壓存在，地面風速較弱，有利于逆溫層的形成。

3 物理量場分析

3.1 濕度條件

3.1.1 水汽來源分析

2021-03-26 下午至2021-03-27 凌晨，新鄭機場為小到中雨天氣，前期的降水導致土壤中儲存了大量的水分，濕度較大。根據自動觀測數據濕度統計，2021-03-26T20：00—2021-03-27T08：00，相對濕度為97%～100%，一直處于高濕度狀態，為大霧的生成提供了充沛的水汽條件。

3.1.2 蒸發作用分析

新鄭機場2021-03-27 雙跑道RVR 監測數據如表1所示。新鄭機場南跑道（12R、MID1、30L）RVR 數值在2021-03-27T01：00—03：00 明顯低于北跑道（12L、MID2、30L）RVR 數值，且南跑道東部30L 端數值最低。2021-03-26 夜間至2021-03-27 早晨，新鄭機場風向不定，風速為0～1 m/s，空氣流動性低。在新鄭機場東部有南水北調河環繞，南部植被覆蓋較多。因前期有降水過程，地面有積水，土壤含水量高，地面相對濕度維持在97%以上，同時地面高度為2 m 時溫度大約為12 ℃，溫度較高。濕地面蒸發、水面蒸發和植被呼吸作用增加空氣中水汽含量，使空氣中水汽達到飽和，從而導致新鄭機場南部、東部近地面出現了漂浮的團霧，造成RVR 數值劇烈波動。

表1 新鄭機場2021-03-27 雙跑道RVR 監測數據單位：m

3.2 溫度條件

3.2.1 輻射作用分析

2021-03-27T00：00 河南區域西部為晴空，新鄭機場及周圍區域上空還有滿天云存在，03：00 新鄭機場上空云量減少。2021-03-26T20：00—2021-03-27T11：00溫度及露點曲線如圖1 所示。2021-03-26T23：00—2021-03-27T06：00，機場基準站點溫度持續為12 ℃左右，2021-03-27T06：00—08：00 溫度降低至11 ℃，后續逐漸上升，10：00 溫度抬升至13 ℃，11：00 抬升至16 ℃。2021-03-27T03：00 后雖然天空轉晴，但是過早出現的大霧形成了“暖蓋”，阻礙了長波輻射，導致地面溫度沒有出現明顯變化。日出后，太陽輻射導致地面溫度開始抬升，湍流加強，逆溫層被破壞，當霧質量濃度降低時，地面溫度升高加快，進一步降低了空氣濕度和增強了對流運動，加快了大霧的消散。

圖1 2021-03-26T20：00—2021-03-27T11：00溫度露點曲線圖

3.2.2 溫度平流分析

925 hPa 溫度平流如圖2 所示。

圖2 925 hPa 溫度平流

從圖2 中可以看出，2021-03-26T20：00 新鄭機場所在區域的冷平流大約為-7×10-5℃·s-1，但2021-03-27T02：00 新鄭機場所在區域轉變為暖平流，大約為8×10-5℃·s-1，2021-03-27T04：00 暖平流繼續維持，大約為6×10-5℃·s-1。925 hPa 暖平流的增溫作用特別有利于2021-03-27 凌晨至早晨逆溫層的出現和維持。

3.3 風場條件

3.3.1 流場分析

利用ERA5 再分析性數據對河南的中尺度環流進行分析，發現2021-03-27T02：00 在河南西部主要為西北氣流，河南中東部主要為西南氣流，其中部區域西南到東北方向有帶狀輻合帶。新鄭機場位于其輻合帶上。風場的輻合有利于水汽積累達到飽和，從而有利于大霧的形成。1 000 hPa 流場（2021-03-27T02：00）如圖3 所示，河南省2021-03-27T02：00 實時能見度如圖4 所示。對比分析發現，1 000 hPa 風場輻合區域和大霧區域基本吻合。

圖3 1 000 hPa 流場（2021-03-27T02：00）

3.3.2 風速分析

根據2021-03-27 實況報文統計，2021-03-26 T20：00—2021-03-27T08：00，新鄭機場風向為VRB（風向不定），風速為1 m/s，風速符合微風條件。1 000 hPa垂直速度圖，如圖5 所示，新鄭機場所在區域垂直運動弱，2021-03-27T02：00 和2021-03-27T04：00 垂直速度小于0.2 Pa·s-1。水平風速和垂直速度較弱，有利于水汽聚集，為大霧形成了水汽條件。日出后，太陽短波輻射造成地面溫度升高，湍流作用加強，2021-03-27T08：00 增大了0.2 Pa·s-1。

圖5 1 000 hPa 垂直速度圖

3.4 層結條件

根據2021-03-27T08：00 新鄭站探空圖可知，925 hPa 出現了弱的逆溫層，大氣層結穩定。盡管地面無明顯輻射冷卻，但是暖平流的出現導致2021-03-27早晨逆溫層的出現，逆溫層的出現有利于地面水汽的聚集。925 hPa 以下高度溫度和露點曲線重合，相對濕度較大，925 hPa 以上高度濕度較小，從而間接證明了逆溫層的作用。當太陽升起后，地面溫度開始增長，破壞逆溫層，從而導致大霧消散。

4 結論

通過對2021-03-27 的大霧過程進行分析，得出以下結論：①此次大霧天氣過程，前期的降水和地面風場輻合提供了充足的水汽來源；近地面有弱逆溫層存在，層結穩定；地面氣壓為均壓場，風速較弱，以上條件為大霧的生成提供了較好的條件。日出后，太陽輻射導致地面溫度升高，湍流加強，破壞逆溫層從而導致大霧快速消散。②與典型輻射霧不同，在微風條件下，當地面水汽充沛、地面溫度高、相對濕度處于高值時，通過地面和水面蒸發、植被呼吸作用增加空氣中水汽含量，從而使水汽達到飽和，在近地面出現團霧或局地大霧。當有大霧覆蓋地面時，不利于輻射降溫，從而不利于形成逆溫層，但是925 hPa 的暖平流導致在機場區域上空形成了弱的逆溫層。