雙流機場輻射霧背景場特征及其典型個例分析

袁 藝，趙瑞達，鄒永成

（民航西南空管局，四川 成都 610202）

1 引言

大霧是秋冬季影響民航機場航班正常起降的重要天氣之一[1]，在適宜的條件下，大霧能使主導能見度[2]迅速下降，低于航空器最低起降標準，造成航班大面積延誤，對正在起降的航空器可造成復飛、返航、備降甚至事故，極大地影響民航秋冬運行效率，因此，民航氣象部門對大霧天氣的研究尤為重要。目前，已經有許多學者針對中國大霧天氣的氣候特征、形成機制以及維持機制進行了研究并取得了一定成果[3-5]，為低能見度天氣預測預警業務打下了良好的基礎。成都雙流國際機場位于 N30°34.7′，E103°56.8′，地處四川盆地西部水網地帶，累年年平均能見度為5 821 m，能見度有明顯的季節變化特征[4]，在秋冬季最易產生輻射霧天氣。針對雙流機場大霧天氣的研究多是個例分析研究[5-6]，對輻射霧背景場分析缺少總結，不利于指導雙流機場的低能見度預測預警業務，因此本文利用雙流機場2012—2020 年期間出現的83 次輻射霧天氣過程進行了環流分型，并就不同類型輻射霧進行了典型個例分析研究，該研究結果將可以為雙流機場低能見度天氣預報預警業務提供參考。

2 數據介紹

本文數據采用雙流機場02 左跑道（即R02L，為雙流機場的觀測基準點）自動觀測站的氣溫、相對濕度、風向風速、修正海平面氣壓、跑道視程（RVR）等常規數據；主導能見度采用雙流機場例行觀測報文中的人工觀測數據。高空風場、云分量等參量采用的是空間分辨率為0.25°×0.25°的ERA5 再分析資料，該數據是第五代ECMWF 大氣再分析全球氣候數據，可提供每小時大氣、陸地和海洋氣候變量的估計值。

3 輻射霧背景場特征及其典型個例分析

本文根據2012—2020 年期間雙流機場出現的83 次輻射霧低能見度天氣過程進行環流分型，總結得到雙流機場輻射霧的主要環流分型為高壓型、偏西波動型、弱環流場型。2012—2020 年期間，雙流機場出現高壓型輻射霧次數最多，有58 次，占全部出現次數69.88%；弱環流場型次之，出現17次，占20.48%；偏西波動型最少，出現8 次，占9.64%。以下將依次對上述3 種類型進行分析并給出典型個例。

3.1 高壓型

該型環流特點為500 hPa 高空槽東移過境后，青藏高原北部、青海及四川西北部地區轉為槽后西北氣流控制，或青藏高原、青海及四川西北部為高壓環流東移南壓，本場為高壓前部的偏西北氣流影響；700 hPa 青海及四川西北部有小高壓東移南下，本場為高壓前部的西北氣流影響或切變后部的偏北氣流，850 hPa 盆地為小高壓環流或者切變后部的偏東北氣流形勢。地面圖上青藏高原東部及川西高原有24 正變壓，本場處在高壓環流或均壓場，少數為弱的氣壓梯度場內。

以2017-11-01 大霧天氣過程為例。2017-11-01T08：30雙流機場出現大霧天氣，圖1 為此次大霧天氣過程主導能見度及跑道視程的變化情況。從圖中可以看到此次大霧天氣在10-30 基礎能見度較差，均在4 000 m 以下。大霧過程中最低主導能見度為150 m，出現在11-01T09：00，主導能見度在10：30 恢復至1 000 m 以上，大霧持續時間較短（2 h 左右）。RVR 下降時間略早，在07：30 開始出現波動，最低175 m，出現在08：00。

圖2 為2017-11-01T08：00 各高度風場及云分量的實況圖。10-30T20：00 成都地區位于高空槽前西南氣流，云貴地區以及重慶地區高空風速較大，至11-01T08：00 時高空槽已東移過本場，本場轉為槽后西北氣流；700 hPa 本場位于切變后部，受偏北氣流控制；850 hPa 為輻合后部東北氣流。雙流機場各個高度層的云分量都較小，僅在高原一帶云量較多，本場處于碧空狀態。從環流形勢場上來看，此次天氣過程是一次明顯的高壓型大霧天氣過程。

圖1 主導能見度及跑道視程變化情況

圖2 2017-11-01T08：00 各高度風場及云分量實況圖（ 為雙流機場所在位置）

圖3 為雙流機場2017-10-31T20：00—11-01T14：00 的風和云分量時間-高度剖面圖，從圖中可以看到在夜間02：00 云層厚度開始減小，至07：00 轉為碧空狀態，與此次大霧天氣過程開始時間基本一致。

圖3 2017-10-31T20：00—11-01T14：00 雙流機場風和云分量時間-高度剖面圖

圖4 為雙流機場自動觀測的溫度及露點溫度變化圖。由于降水原因，前一日午后溫度與露點溫度就已經比較接近，濕度維持在95%以上，且溫度變率較小，氣溫變化不明顯，在大霧過程前以及過程中氣溫維持在13～14 ℃，濕度始終保持在高濕度，08：00 左右溫度開始波動上升，11：30 左右濕度明顯降低，空氣變為不飽和。

圖4 雙流機場自動觀測溫度及露點溫度變化圖

圖5 為雙流機場自動觀測修正海平面氣壓、風速時序圖，從圖5 可以看出，大霧過程前后以及過程中氣壓變率均較小，在1 021～1 023 hPa 之間變化，不利于風速變化。從風速的變化來看，大霧過程前一天午后至大霧過程結束期間，風速均較小，基本小于2 m/s。以上條件均有利于輻射霧的形成。

圖5 雙流機場自動觀測修正海平面氣壓、風速時序圖

3.2 偏西波動型

該型環流特點為500 hPa 偏西伴弱波動氣流影響，本場的上游區域為青藏高原，無水汽源地，以干空氣為主；700 hPa 青海及四川西北部有小高壓東移南下，本場為高壓前部的西北氣流影響或切變后部的偏北氣流；850 hPa 盆地為小高壓環流或者切變后部的偏東北氣流形勢；地面圖中青藏高原東部及川西高原有24 正變壓，地面本場處在高壓環流或均壓場，少數為弱的氣壓梯度場內。

以2016-11-11 大霧天氣為例。11-11T01：14 雙流機場本場開始出現大霧天氣。圖6 為主導能見度及跑道視程變化情況圖，由圖可得此次大霧天氣過程前，基礎能見度較好，11-10 午后最高能見度6 000 m，22：00 能見度開始下降，最低能見度200 m，出現在04：00—04：30 間，在06：00—07：00 之間能見度短時上升至1 100 m，后續08：30 下降至300 m，至11：00 能見度上升至1 000 m 以上，此次大霧天氣過程結束。RVR 波動時間落后于能見度下降時間，于01：00 開始下降，大霧過程期間始終穩定保持在500 m 以下，轉好時間與能見度轉好時間一致。在此次大霧天氣過程前，本場前期有降水，提供了良好的濕度條件。

圖6 主導能見度及跑道視程變化情況

圖7 為2016-11-12T08：00 各高度風場及云分量的實況形勢圖。由實況形勢來看，500 hPa 西南大部均受偏西波動氣流影響；700 hPa 本場為弱高壓后部的偏南氣流，本場在該層位于云區的邊緣位置；850 hPa 為切變后部的一個偏東到東北氣流控制，其中500 hPa 與850 hPa 本場都是無云的。

圖7 2016-11-11T08：00 各高度風場及云分量實況形勢圖（ 為雙流機場所在位置）

圖8為 2016-11-10T12：00—11-11T14：00 雙流機場風和云分量時間-高度剖面圖，從圖中可以看出，2016-11-11夜間本場上空的云量較少，在0.6 左右，且云層厚度持續減小，在凌晨02：00 左右，云量也開始有明顯減少，至05：00，本場上空云層完全拉開，為碧空狀態，更有利于輻射降溫。

圖9 為雙流機場自動觀測溫度及露點溫度變化圖，由圖9 可知，雙流機場本場溫度11-11 午后開始逐漸降低，露點溫度呈波動變化，總體濕度呈上升趨勢，在01：45 濕度達到飽和，即大霧開始出現時間。受晴空輻射降溫影響，溫度與露點溫度持續下降，05：00—09：00 期間穩定維持在8 ℃左右，在此期間主導能見度達到最低。09：00 后溫度與露點溫度開始上升，12：30 空氣飽和狀態結束，晚于大霧結束時間。

圖8 2016-11-10T12：00—11-11T14：00 雙流機場風和云分量時間-高度剖面圖

圖9 雙流機場自動觀測溫度及露點溫度變化圖

圖10 為雙流機場自動觀測修正海平面氣壓以及風速時序圖，從圖中可以看到，在大霧出現時段內，修正海平面氣壓的變化率很小，同時風速均低于2 m/s，均有利于輻射霧的形成與維持。

圖10 雙流機場自動觀測修正海平面氣壓、風速時序圖

3.3 弱環流場型

這一類主要體現在低層到高層空氣濕度較小，大氣層結較穩定，天空為多云或少云，夜間形成輻射逆溫，弱的不穩定層結中，以及地面層有一定湍流擾動，有利于霧向上發展。

以2017-01-05 大霧過程為例。圖11 為當日主導能見度及跑道視程變化情況圖，由該圖可知，此次大霧天氣過程前，雙流機場本場基礎能見度較差，01-04 午后主導能見度最高為1 700 m，17：30 主導能見度開始出現波動，至01-05T 05：30 開始波動下降，08：00 主導能見度低于1 000 m，11：00 主導能見度下降至最低100 m，后續開始逐漸波動上升，至13：30 主導能見度恢復至1 000 m 以上。RVR 自01-05T01：00 開始波動下降，最低RVR 為100 m，出現在10：00，后續開始波動上升，于13：30 上升至1 000 m。此次大霧天氣持續約5 h 30 min 左右。

圖11 主導能見度及跑道視程變化情況

圖12 為2017-01-05T08：00 各高度風場及云分量的實況形勢圖，從圖中可知500 hPa 西南地區大部受西南氣流控制，成都地區受偏西弱波動氣流影響；700 hPa 成都為高壓后部的偏南氣流控制；850 hPa 為切變過境后的偏北氣流控制，三層來看云分量都是小于0.2 的，整體天空狀況較好；地面為均壓場控制。

圖12 2017-01-05T08：00 各高度風場及云分量的實況形勢圖（ 為雙流機場所在位置）

圖13為 2017-01-04T12：00—01-05T14：00 雙流機場風和云分量時間-高度剖面圖，由圖13 可知，01-04 夜間雙流機場云層較薄，且云量一直處于減少狀態，在07：30 左右天空完全拉開，有利于加速空氣輻射冷卻降溫，實況證明，在碧空后半個小時內，雙流機場開始出現大霧天氣。

圖13 2017-01-04T12：00—01-05T14：00 雙流機場風和云分量時間-高度剖面圖

圖14 為雙流機場自動觀測溫度及露點溫度變化圖，從圖中可以看出，大霧天氣從01-04T15：00 后溫度開始波動下降，在01-05T08：30 達到最低溫度4 ℃，后續溫度開始逐漸上升。露點溫度前期維持在8 ℃左右，在04：30 后開始下降。濕度在01-04 午后即開始逐漸上升，至06：30 濕度達到100%，空氣達到飽和，并一直維持至12：30，后續濕度開始快速下降，空氣變為不飽和，有利于大霧消散。

圖14 雙流機場自動觀測溫度及露點溫度變化圖

圖15 為雙流機場自動觀測修正海平面氣壓、風速時序圖，由圖15 可知，在大霧過程前期，修正海平面氣壓呈上升趨勢，自1 017.87 hPa 上升至1 019.11 hPa，在大霧過程后期，修正海平面氣壓開始快速降低，有利于大霧消散。而風速在整個大霧天氣過程前期以及期間都維持在一個較小的狀態，均低于2 m/s，對于輻射物的形成和維持是有利的。

4 小結

雙流機場輻射霧典型的環流背景可分為3 類：高壓型、偏西波動型以及弱環流場型，其中高壓型輻射霧出現次數最多，弱環流場型次之，偏西波動型最少。3 種典型輻射霧個例，都是出現在微風、近地層濕度大環境中，天空狀況在入夜后轉為碧空狀態。通過對輻射霧環流背景進行分型，可以給雙流機場低能見度天氣預報預警業務提供參考，提高預報準確率。

圖15 雙流機場自動觀測修正海平面氣壓、風速時序圖