榆林機場一次復雜大霧演變分析

張靜芳,朱崔瑩,喬 芬

(榆林機場氣象臺,陜西榆林 719000)

榆林機場一次復雜大霧演變分析

張靜芳,朱崔瑩,喬 芬

(榆林機場氣象臺,陜西榆林 719000)

為了解榆林機場復雜大霧變化過程中近地層氣象要素變化特征,利用常規天氣圖和AWOS系統采集的氣溫、氣壓、風向、風速、能見度等實時資料,利用天氣學原理對 2011年 12月 1日榆林機場出現的復雜大霧天氣過程進行綜合分析。得出相對濕度為 91%～95%是榆林機場冬季大霧形成的臨界狀態,相對濕度 95%是榆林機場大霧穩定持續的臨界值,機場積雪被清掃的跑道與周圍覆蓋著厚厚積雪的地表之間存在輻射差異,該差異可能導致淺霧、碎霧發生明顯變化。

機場;復雜霧;能見度;變化特征

2011年 12月 1日陜西省榆林市榆陽機場出現了復雜大霧天氣過程,此次霧對飛行影響較大。07— 10時機場能見度忽高忽低,10:13機場能見度突然降低,低于機場起降標準,并持續 2 h,造成上午兩個航班備降,其他航班均延誤。有大量文獻分析了沿海和內陸的大霧特征[1-7],而針對地處黃土高原又在沙漠邊緣機場的大霧分析較少,為此,根據常規天氣資料以及 AWOS自動觀測系統的數據,對這次復雜大霧天氣過程的形成及演變進行詳細分析,以求得到對榆林機場復雜大霧預報有用的氣象要素特征和預報著眼點。

1 天氣概況

2011年 11月 28— 29日榆林出現一次強降雪天氣過程,過程期間,能見度下降,24 h降水量 22 mm,地面積雪厚 10cm,這在干旱的榆林地區少有。強降水為后期出現的復雜大霧天氣提供重要的水汽條件。29日下午天氣轉為多云,30日少云,12月 1日 06— 13時出現復雜的大霧天氣。

2 環流背景

11月 30日 20時 500 hPa為兩槽一脊型,里海、紅海一線有一槽線,另一條為東亞大槽,中緯度西亞至我國東部為寬廣脊區,受貝加爾湖西側西伯利亞南部小股冷空氣影響,在內蒙古西部(102°E)有小短波槽東移,槽后有弱冷平流,榆林機場處在脊前偏西北風控制區域。低層 700、850 hPa也為脊前西北氣流控制。

12月 1日 08時 500 hPa短波槽發展東移至107°E(寧夏與陜西交界處),榆林處在槽前偏西氣流里,槽后有弱降溫區;700hPa有槽和降溫區與高層配合,850 hPa與之相反為高壓脊和暖溫區,低層相對濕度較大,溫度露點差平均是 2.4oC。08時地面圖上榆林機場處在高壓后部,地面氣壓梯度小,有弱的東南風。受高空槽影響陜北以北區域云量從 1日 05時增多,地面濕度大,大氣層結較穩定 (見圖 4),有利于地面霧的形成。

3 霧生消期間各要素變化特征

霧是貼地層空氣中懸浮著大量水滴或冰晶微粒而使水平能見距離降到 1 km以內的天氣現象[1]。分析大霧生消期間各要素變化特征是預報機場大霧生消的關鍵。由于地面環境條件的不同,可生成不同類型的霧,榆林機場同一天出現輻射霧、平流霧,這與期間各氣象要素的變化有關。

3.1 地面風場

12月 1日 06— 08時近地面微風,有利于地面輻射冷卻形成大霧;08— 10時地面風速逐時平均值 1.5 m/s,最大值 2.8 m/s,受高空槽影響天空生成大量云,阻擋地面和太陽輻射,有利于地面霧維持;10— 12時,近地面層風速增大,地面風速逐時平均值 3.7 m/s,最大值 4.7 m/s,風向140～170°(見圖 1),從圖 2可見,市區氣溫比機場平均高 3oC,相對濕度平均高 3%,明顯的東南風持續從市區吹向機場,為機場區域輸送大量的暖濕氣體。使機場相對濕度維持在 96%,大霧天氣持續 (見圖 2)。12:30風速迅速減小,風向也逐步轉向偏西,機場區域的水汽輸送也隨之迅速減弱,相對溫度降到 39%以下,大霧開始消散。

圖 1 2011-12-01T06— 14風向、 風速隨時間變化曲線

圖 2 2011-12-01T06— 14地面氣溫、相對濕度隨時間變化曲線

3.2 地面相對濕度

從 2011年 12月 1日 06— 14時地面相對濕度逐時變化曲線圖上 (圖 2)可以看出,大霧期間相對濕度大于 90%,逐時平均相對濕度為 95%,最大可達 96%,這表明近地層的水汽條件十分充足;08— 10時相對濕度在 91%～ 95%波動時,對應的能見度也在變化,時而低于 1 000 m,時而高于 1 000 m,說明相對濕度在 91%～95%是大霧形成的臨界狀態;10:05以后相對濕度穩定在95%以上時,大霧穩定不變,并持續到 13時。說明在這種背景條件下,相對溫度在 95%是大霧穩定持續的臨界值,對預報大霧的形成有指示意義。

3.3 地面氣溫

從 12月 1日 06— 14時地面氣溫演變曲線可見 (見圖 2),氣溫變化分為 3段。 06— 08:50,氣溫從-12.3oC緩慢上升至-10.3oC,近 3 h上升2.0oC,主要以淺霧和碎霧為主;08:50— 09:40,氣溫快速上升到-7oC,近 1h上升 2.7oC,這一時段大霧不斷變化,對氣溫回升影響較小,屬于日出后的氣溫回升;09:40— 12:40時,氣溫上升很慢,遠低于正常升幅,3 h僅上升 2oC,主要受霧影響。此時,地面氣溫仍維持在-5oC,市區氣溫這時仍然比機場高 2oC,持續從市區吹向機場的東南風有利于平流霧的形成及維持。

3.4 地面氣壓

1日 06— 13時機場地面氣壓隨時間變化受日變化影響明顯,總體呈下降趨勢,氣壓值變化不大,06— 10時,4 h變壓小于 1 hPa,地面天氣圖 (圖略)上 08時 榆林機場處在均壓場里,氣壓梯度小,穩定的近地面大氣層結有利霧的形成。10—12時地面氣壓受大霧和暖濕氣團影響顯著下降,2 h變壓達 1.7 hPa。

3.5 復雜霧成因分析及其對能見度的影響

12月 1日 05時天氣現象是輕霧,能見度為5 000 m,隨著地面輻射冷卻氣溫持續下降,能見度也隨之下降,06時能見度 1 900 m(見圖 3),輕霧逐漸變為碎霧。 07: 00— 08:30,近地面彌漫著上限高度不超過 2 m、多呈不連續的帶狀或片狀的淺霧。06:00— 08:30地面是靜風或微風,大氣層結穩定,天空有卷云,相對濕度在 90%以上,在 08時溫度對數壓力圖上近地面附近有逆溫層存在 (見圖 4),因此,可確定以地面輻射冷卻為主因形成該時段的碎霧和淺霧。長達 2 400 m,寬45 m的跑道上積雪被清掃,水泥地表與周圍覆蓋著厚厚積雪的地表之間存在輻射差異,造成兩者之間的溫度差異,該溫差可能導致碎霧和淺霧發生明顯變化。

圖 3 2011-12-01T06— 14地面氣壓、能見度隨時間變化曲線

圖 4 2011-12-01T08銀川站溫度對數壓力圖

08:37后能見度開始降低,低于 800 m,一直維持到 09:15,顯然這是日出后,氣溫上升造成霧變濃,該時段為微風,風速有所增大,2～ 3 m/s,微風可形成湍流把低層的水汽輸送到較高的空中,加速和增強霧的變化。以后能見度逐漸轉至 4 900 m,正常情況大霧應該終止。但 10:02開始短短 5 min能見度發生急劇變化,由 2 000 m快速降至 800 m,霧很濃且厚,10:30能見度降至 200 m,垂直能見度 60 m,維持近 2 h。這次較罕見的持續大霧天氣造成 2架次飛機返航備降。

機場地處榆林市區的西北方,距市區 15.6 km,市區城市 “熱島效應”明顯。大霧期間市區吹東南風,地面風速逐時平均值 3.5 m/s,相對濕度維持在 95%以上,氣溫在-7～-5oC,東南風將市區帶有大量凝結核的暖濕空氣輸送到較冷的機場區域,快速形成平流霧。維持 2 h,12:30以后隨著風速的減小,暖濕空氣的輸送明顯減弱,再加上地面增溫,逆溫層被破壞,霧滴蒸發消散,能見度轉好,大霧解除。

4 結論

4.1 前期強降雪天氣過程為復雜大霧天氣提供了基本水汽條件,有利的環流形勢形成較穩定的大氣層結,為大霧天氣的形成提供良好的天氣背景。相對濕度在 91%～ 95%是榆林機場大霧形成的臨界狀態,對預報大霧的形成有指示意義。

4.2 氣溫在-5oC以下,相對濕度 95%是榆林機場大霧穩定持續的臨界值,對預報大霧的持續有指示意義。

4.3 機場積雪被清掃的跑道與周圍覆蓋積雪的地表間存在輻射差異,進而造成兩者之間的溫度差異,該溫差可能導致淺霧發生明顯變化。

4.4 榆林機場東南方位的城市“熱島效應”形成較暖濕的氣團,在高空有淺槽影響,中低層較穩定,近地層有 3～ 4 m/s東南風作用,將市區帶有大量凝結核的暖濕空氣輸送到機場較冷的下墊面,形成機場 10:05— 12:00時少見的平流霧。

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P457.7

A

1006-4354(2013)02-0008-03

2012-10-24

張靜芳 (1965—),女,陜西榆陽人,漢族,工程師,從事民航短期天氣預報研究。