東蘭縣一次輻射霧和雨霧氣象要素特征的對比分析

摘 要 采用Micaps資料、NCEP再分析資料及東蘭縣氣象觀測資料，分析2014年1月21-23日及2015年2月12-14日的霧過程。結(jié)果表明：第一，輻射霧主要受偏北氣流影響，夜間天氣晴空少云，輻射降溫快，當(dāng)?shù)蛯铀渥銜r，易出現(xiàn)輻射霧。雨霧受南支槽東移影響，水汽供應(yīng)充足，有利于降水天氣發(fā)生，易出現(xiàn)雨霧；第二，輻射霧和雨霧均發(fā)生在氣壓梯度較小的區(qū)域。輻射霧相比于雨霧，晝夜溫差大，具有明顯的日變化；第三，濕度高及地面風(fēng)速小或者靜風(fēng)，是輻射霧和雨霧發(fā)生的共同條件

關(guān)鍵詞 輻射霧；雨霧；氣象要素

中圖分類號：P458.12 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.23.052

霧的形成往往與局地條件有關(guān)，各地地形和生態(tài)環(huán)境不同，霧的結(jié)構(gòu)和生消過程會有很大的差異[1-2]。近年來，對霧的研究取得了很多成果。如王麗萍[3]對1961-2000年中國霧區(qū)的分布及季節(jié)變化進行了研究，指出了中國地區(qū)的6個主要霧區(qū)，霧日顯著趨勢呈西南-東北方向，秋冬季節(jié)霧日最多。張光智[4]等人對大霧的形成、發(fā)展、持續(xù)等不同階段邊界層動力，勢力特征及層結(jié)結(jié)構(gòu)演變特征進行分析，指出起霧前低空風(fēng)切變的增強，有利于激發(fā)湍流，此強信號對指示起霧和預(yù)測霧的發(fā)生、發(fā)展有重要意義。張新榮[5]指出，大氣低層暖平流、大氣層結(jié)的相對穩(wěn)定及充沛的水汽條件對中國東部大范圍大霧的產(chǎn)生有重要作用。

1 資料與方法

本文采用Micaps資料、NCEP再分析資料以及東蘭縣氣象觀測資料，針對2014年1月21-23日輻射霧和2015年2月12-14日雨霧兩個過程進行分析，主要從環(huán)流形勢、探空和地面氣象要素特征、高空濕度場和風(fēng)場等幾個方面，初步探討“兩個過程”的氣象要素特征，為臺站大霧的預(yù)報準(zhǔn)確率提供依據(jù)。

2 霧的天氣過程概述

如表1所示，第1～3次大霧天氣過程簡稱“過程1”，第4～6次大霧過程簡稱“過程2”，通過對比發(fā)現(xiàn)，“過程1”中最低水平能見度都小于500 m，而“過程2”中有1 d小于500 m，其余2 d都大于500 m。從大霧起止時間和持續(xù)時間來看，第5次大霧出現(xiàn)時間在傍晚，而其他次大霧出現(xiàn)時間大都在凌晨或者日出前后，09：00左右消散，持續(xù)時間見表1。由宋潤田等[6]對輻射霧和雨霧的定義可知，輻射霧多在后半夜至次日日出前形成，此時輻射冷卻達到最大，對于“過程1”而言，其成霧時的溫度均低于前1 d 20：00的地面露點溫度，且宋潤田根據(jù)其結(jié)果是否小于0來判斷霧的性質(zhì)，公式為：

?T=[Tmin-Td（20）]（1）

式（1）中：Tmin為成霧時地面溫度，Td（20）為前1 d 20：00地面露點溫度，計算逐日?T發(fā)現(xiàn)，第1～3次霧過程?T≤0，第4～6次?T≥0同時從表中可以看出，第4～6次大霧發(fā)生時，地面降水與水平能見度有一定的關(guān)系，即降水越少能見度越低。根據(jù)以上判定可知，前3次為輻射霧，后3次為雨霧。而雨霧天氣能見度相比輻射霧要高，最低能見度也在200 m以上，且持續(xù)時間不長。

3 環(huán)流形勢分析

分析“過程1”，大霧過程前期歐亞大陸中高緯地區(qū)為“兩槽一脊”形勢，槽位于烏拉爾山及亞洲東岸，脊位于貝加爾湖及其以西地區(qū)。隨后槽脊東移，20日廣西處于槽前西南氣流控制下，21日08：00開始南支槽逐漸與華北槽合并加深，廣西轉(zhuǎn)受西北氣流控制，強烈的輻射冷卻使21日凌晨出現(xiàn)輻射霧。至23日08：00，貝湖地區(qū)轉(zhuǎn)為低槽控制。850 hPa20日08：00-22日08：00廣西受偏東北氣流控制。22日20：00廣西上空轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，風(fēng)速逐漸加大，23日20：00桂西北至桂中出現(xiàn)低空急流，24日08：00河池站上空低空急流強盛，中心最大數(shù)值達20 m/s。中低層風(fēng)速加大，穩(wěn)定的環(huán)流形勢遭到破壞，大霧結(jié)束。

分析“過稱2”可以發(fā)現(xiàn)，大霧過程前期歐亞大陸中高緯地區(qū)為“兩槽一脊”形勢，槽位于烏拉爾山及亞洲東岸，脊位于貝加爾湖地區(qū)，廣西處于槽后西北氣流中，環(huán)流形勢比較穩(wěn)定。系統(tǒng)攜帶弱冷空氣南下，氣溫下降，有利于水汽凝結(jié)成霧滴。同時，孟加拉灣有低槽發(fā)展，副熱帶高壓主體位于西太平洋上。12日20：00廣西上空轉(zhuǎn)為偏西氣流，隨后南支槽加深東移影響廣西，桂西處在槽前西南氣流控制下。11日20：00 850 hPa切變線快速南壓至沿海，桂西受偏北氣流影響。12日20：00桂西轉(zhuǎn)南風(fēng)，并不斷加大，14日08：00形成西南低空急流，中心最大風(fēng)速16 m/s，20：00加強至20 m/s，持續(xù)不斷地為桂西輸送暖濕平流。

分析圖1，21日開始連續(xù)3 d在下半夜至清晨期間出現(xiàn)的大霧天氣，均表現(xiàn)為晝夜溫差大10 ℃，夜間地面輻射降溫，氣溫持續(xù)下降，露點變化小，相對濕度逐漸增大，溫度露點差小于2 ℃，空氣近似飽和，水汽凝結(jié)，出現(xiàn)了大霧天氣。隨后氣溫繼續(xù)下降，溫度降至露點，大霧持續(xù)。同時，地面風(fēng)力微弱，2 m/s左右。隨著日出后氣溫快速上升，大霧消散，具有明顯日變化。此次持續(xù)出現(xiàn)的大霧過程未伴有降水，空氣濕度低，水汽含量少，大霧發(fā)生時露點溫度均為超過5 ℃，且晝夜溫差大，大霧發(fā)生時氣溫較低，其中23日最低溫度為0 ℃，具有明顯的輻射霧特征。

注：溫度單位℃，露點單位℃，氣壓單位hPa。

從圖2地面三線圖上分析可知，受前期降水影響，濕度條件良好，11日白天溫度升高，露點溫度維持不變，整個近地層水汽在增加。11日20：00東蘭站能見度開始降低，出現(xiàn)輕霧。12日夜間地表大氣輻射冷卻，溫度不斷降低，露點變化較小。至12日08：00，氣溫達到最低為8 ℃，等于露點溫度，空氣中水汽達到飽和而凝結(jié)，風(fēng)速<3 m/s，能見度不足1 km。隨后溫度露點差逐漸加大，大霧消散。12日、13日白天，東蘭站氣溫上升，露點溫度也升高，近地面水汽補充，水汽含量增加。13日20：00-14日08：00溫度露點差小于1 ℃，空氣中水汽近似飽和。14日08：00風(fēng)力微弱，能見度低，并伴隨降雨天氣，再次出現(xiàn)大霧天氣，具有明顯的雨霧特征。

4 探空分析

分析圖3，21日08：00、22日08：00和23日08：00探空圖均具有近地面層空氣飽和、風(fēng)力微弱、逆溫，邊界層以上溫度露點差很大的特征。22日08：00河池站探空圖顯示，逆溫層為地面至950 hPa，層結(jié)穩(wěn)定，風(fēng)力微弱。濕層（相對濕度>80%）位于地面至997 hPa，近地面水汽達到飽和狀態(tài)，溫度層結(jié)曲線和露點層結(jié)曲線在974 hPa以上呈“喇叭狀”，溫度露點差非常大，水汽含量少。700 hPa以下風(fēng)速<4 m/s，風(fēng)力微弱，給霧的維持提供了條件。

注：溫度單位℃，露點單位℃，氣壓單位hPa。

分析圖4。11日08：00，該站上空濕層深厚，從地面至700 hPa均為小于2 ℃的飽和區(qū)，水汽條件良好。12日08：00開始近地面層開始出現(xiàn)逆溫，靜力穩(wěn)定形勢形成，并不斷發(fā)展。12日08：00河池站探空圖顯示，925 hPa以下為逆溫層，層結(jié)穩(wěn)定，垂直湍流混合受到抑制。低層溫度露點差小，具有較大的相對濕度，水汽達到飽和狀態(tài)，飽和層高度從地面伸展至925 hPa，水汽條件已具備。溫度露點差隨高度升高逐漸增大，呈“喇叭狀”，邊界層以上溫度露點差非常大，為非常干燥的空氣。分析風(fēng)的垂直分布，可以發(fā)現(xiàn)邊界層內(nèi)為微風(fēng)，

700 hPa以下為弱風(fēng)，有利于霧的形成。

分析圖5，可見從地面到700 hPa為濕層，邊界層內(nèi)水汽條件良好。925 hPa附近出現(xiàn)淺薄逆溫。近地面層風(fēng)速小于4 m/s，風(fēng)力微弱，隨著高度的升高，風(fēng)速增大，風(fēng)向呈弱氣旋式環(huán)流，弱的湍流有利于增大飽和層厚度。

5 地面氣象要素場特征分析

對輻射霧和雨霧形成前后的地面氣象要素分析后可以看出，兩類霧發(fā)生前后本地氣象要素變化有較大差異。第一，“過程1”東蘭存在明顯的日變化，成霧當(dāng)天氣溫日較差為16～20 ℃；“過程2”，成霧當(dāng)天氣溫日較差為6～14 ℃。對比可知，輻射霧發(fā)生期間地面輻射冷卻降溫幅度大，導(dǎo)致當(dāng)天氣溫日較差大，并且要比雨霧發(fā)生當(dāng)天明顯很多。第二，“過程1”大霧形成當(dāng)天氣壓稍有降低，但形成前1 d地面氣壓由995.2 hPa上升到998.5 hPa，略有升高，而表明當(dāng)有冷空氣入侵且有降雨天氣發(fā)生后，水汽飽和，容易形成輻射霧，而“過程2”中大霧形成期間氣壓稍有降低，但大霧發(fā)生的前幾天氣壓場變化較“過程1”而言不明顯，說明了雨霧形成期間暖濕氣流比較活躍，當(dāng)有弱冷空氣影響時，大霧消散。第三，對比相對濕度可知，雨霧發(fā)生時平均相對濕度大于輻射霧，說明雨霧發(fā)生期間，水汽相對充足、飽和，且地面平均相對濕度均在92%以上，從圖6可以看出，雨霧形成期間相對濕度逐漸增加。輻射霧發(fā)生期間日平均相對濕度在71%左右，地面相對濕度變化相對于雨霧而言不明顯，兩種霧非形成階段相對濕度均低于7O%[7]。這說明地面增濕對雨霧更起重要作用。4）輻射霧和雨霧發(fā)生期間，風(fēng)速變化趨勢大致相同，總體看來輻射霧形成當(dāng)天的風(fēng)速稍有加大，平均風(fēng)速達1.0 m/s。而雨霧發(fā)生時風(fēng)速稍有減小，或是以靜風(fēng)為主，平均風(fēng)速為0.6 m/s，近地面凝結(jié)的水汽不被迅速帶走的原因則為靜風(fēng)或者較小的風(fēng)速。

分析“過程2”地面逐小時降水量和能見度的變化可知，降水時間段和降水量分別為2015年2月12日20：00-13日08：00，降水量為0.0 mm，13日降水時段為16：00-20：00，降水量為1.0 mm，14日降水時段為23：00-次日08：00，降水量為1.3 mm。由表1得出，“過程2”中雨霧的起止時間與降水時間段和降水量有一定的對應(yīng)關(guān)系，且在相對應(yīng)降水時段中，降水量小相應(yīng)的能見度低。由此得出，降水蒸發(fā)增濕有利于雨霧的形成和維持。

注：橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為氣象要素。

6 結(jié)論

一是輻射霧主要受偏北氣流影響，夜間天氣晴空少云，輻射降溫快，當(dāng)?shù)蛯铀渥銜r，易出現(xiàn)輻射霧。雨霧受南支槽東移影響，水汽供應(yīng)充足，有利于降水天氣發(fā)生，易出現(xiàn)雨霧。二是輻射霧和雨霧均發(fā)生在氣壓梯度較小的區(qū)域。輻射霧發(fā)生時，晝夜溫差大，具有明顯的日變化，且過程未伴有降水，空氣濕度低，水汽含量少。而雨霧發(fā)生時，晝夜溫差沒有輻射霧明顯，空氣中水汽含量近似飽和，伴隨降雨天氣。三是輻射霧和雨霧兩種霧形成時，東蘭縣上空濕層深厚，邊界層以上溫度露點差均很大，近地層風(fēng)速均較小。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：劉昀）