雙流機(jī)場(chǎng)輻射霧背景場(chǎng)特征及其典型個(gè)例分析

袁 藝，趙瑞達(dá)，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(jī)場(chǎng)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(dǎo)能見(jiàn)度[2]迅速下降，低于航空器最低起降標(biāo)準(zhǔn)，造成航班大面積延誤，對(duì)正在起降的航空器可造成復(fù)飛、返航、備降甚至事故，極大地影響民航秋冬運(yùn)行效率，因此，民航氣象部門(mén)對(duì)大霧天氣的研究尤為重要。目前，已經(jīng)有許多學(xué)者針對(duì)中國(guó)大霧天氣的氣候特征、形成機(jī)制以及維持機(jī)制進(jìn)行了研究并取得了一定成果[3-5]，為低能見(jiàn)度天氣預(yù)測(cè)預(yù)警業(yè)務(wù)打下了良好的基礎(chǔ)。成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于 N30°34.7′，E103°56.8′，地處四川盆地西部水網(wǎng)地帶，累年年平均能見(jiàn)度為5 821 m，能見(jiàn)度有明顯的季節(jié)變化特征[4]，在秋冬季最易產(chǎn)生輻射霧天氣。針對(duì)雙流機(jī)場(chǎng)大霧天氣的研究多是個(gè)例分析研究[5-6]，對(duì)輻射霧背景場(chǎng)分析缺少總結(jié)，不利于指導(dǎo)雙流機(jī)場(chǎng)的低能見(jiàn)度預(yù)測(cè)預(yù)警業(yè)務(wù)，因此本文利用雙流機(jī)場(chǎng)2012—2020 年期間出現(xiàn)的83 次輻射霧天氣過(guò)程進(jìn)行了環(huán)流分型，并就不同類(lèi)型輻射霧進(jìn)行了典型個(gè)例分析研究，該研究結(jié)果將可以為雙流機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)提供參考。

2 數(shù)據(jù)介紹

本文數(shù)據(jù)采用雙流機(jī)場(chǎng)02 左跑道（即R02L，為雙流機(jī)場(chǎng)的觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)）自動(dòng)觀測(cè)站的氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、修正海平面氣壓、跑道視程（RVR）等常規(guī)數(shù)據(jù)；主導(dǎo)能見(jiàn)度采用雙流機(jī)場(chǎng)例行觀測(cè)報(bào)文中的人工觀測(cè)數(shù)據(jù)。高空風(fēng)場(chǎng)、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(shù)據(jù)是第五代ECMWF 大氣再分析全球氣候數(shù)據(jù)，可提供每小時(shí)大氣、陸地和海洋氣候變量的估計(jì)值。

3 輻射霧背景場(chǎng)特征及其典型個(gè)例分析

本文根據(jù)2012—2020 年期間雙流機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)的83 次輻射霧低能見(jiàn)度天氣過(guò)程進(jìn)行環(huán)流分型，總結(jié)得到雙流機(jī)場(chǎng)輻射霧的主要環(huán)流分型為高壓型、偏西波動(dòng)型、弱環(huán)流場(chǎng)型。2012—2020 年期間，雙流機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)高壓型輻射霧次數(shù)最多，有58 次，占全部出現(xiàn)次數(shù)69.88%；弱環(huán)流場(chǎng)型次之，出現(xiàn)17次，占20.48%；偏西波動(dòng)型最少，出現(xiàn)8 次，占9.64%。以下將依次對(duì)上述3 種類(lèi)型進(jìn)行分析并給出典型個(gè)例。

3.1 高壓型

該型環(huán)流特點(diǎn)為500 hPa 高空槽東移過(guò)境后，青藏高原北部、青海及四川西北部地區(qū)轉(zhuǎn)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(huán)流東移南壓，本場(chǎng)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(chǎng)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(huán)流或者切變后部的偏東北氣流形勢(shì)。地面圖上青藏高原東部及川西高原有24 正變壓，本場(chǎng)處在高壓環(huán)流或均壓場(chǎng)，少數(shù)為弱的氣壓梯度場(chǎng)內(nèi)。

以2017-11-01 大霧天氣過(guò)程為例。2017-11-01T08：30雙流機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)大霧天氣，圖1 為此次大霧天氣過(guò)程主導(dǎo)能見(jiàn)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(chǔ)能見(jiàn)度較差，均在4 000 m 以下。大霧過(guò)程中最低主導(dǎo)能見(jiàn)度為150 m，出現(xiàn)在11-01T09：00，主導(dǎo)能見(jiàn)度在10：30 恢復(fù)至1 000 m 以上，大霧持續(xù)時(shí)間較短（2 h 左右）。RVR 下降時(shí)間略早，在07：30 開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)，最低175 m，出現(xiàn)在08：00。

圖2 為2017-11-01T08：00 各高度風(fēng)場(chǎng)及云分量的實(shí)況圖。10-30T20：00 成都地區(qū)位于高空槽前西南氣流，云貴地區(qū)以及重慶地區(qū)高空風(fēng)速較大，至11-01T08：00 時(shí)高空槽已東移過(guò)本場(chǎng)，本場(chǎng)轉(zhuǎn)為槽后西北氣流；700 hPa 本場(chǎng)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(jī)場(chǎng)各個(gè)高度層的云分量都較小，僅在高原一帶云量較多，本場(chǎng)處于碧空狀態(tài)。從環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)上來(lái)看，此次天氣過(guò)程是一次明顯的高壓型大霧天氣過(guò)程。

圖1 主導(dǎo)能見(jiàn)度及跑道視程變化情況

圖2 2017-11-01T08：00 各高度風(fēng)場(chǎng)及云分量實(shí)況圖（ 為雙流機(jī)場(chǎng)所在位置）

圖3 為雙流機(jī)場(chǎng)2017-10-31T20：00—11-01T14：00 的風(fēng)和云分量時(shí)間-高度剖面圖，從圖中可以看到在夜間02：00 云層厚度開(kāi)始減小，至07：00 轉(zhuǎn)為碧空狀態(tài)，與此次大霧天氣過(guò)程開(kāi)始時(shí)間基本一致。

圖3 2017-10-31T20：00—11-01T14：00 雙流機(jī)場(chǎng)風(fēng)和云分量時(shí)間-高度剖面圖

圖4 為雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)的溫度及露點(diǎn)溫度變化圖。由于降水原因，前一日午后溫度與露點(diǎn)溫度就已經(jīng)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(guò)程前以及過(guò)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(kāi)始波動(dòng)上升，11：30 左右濕度明顯降低，空氣變?yōu)椴伙柡汀?/p>

圖4 雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)溫度及露點(diǎn)溫度變化圖

圖5 為雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)修正海平面氣壓、風(fēng)速時(shí)序圖，從圖5 可以看出，大霧過(guò)程前后以及過(guò)程中氣壓變率均較小，在1 021～1 023 hPa 之間變化，不利于風(fēng)速變化。從風(fēng)速的變化來(lái)看，大霧過(guò)程前一天午后至大霧過(guò)程結(jié)束期間，風(fēng)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(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)修正海平面氣壓、風(fēng)速時(shí)序圖

3.2 偏西波動(dòng)型

該型環(huán)流特點(diǎn)為500 hPa 偏西伴弱波動(dòng)氣流影響，本場(chǎng)的上游區(qū)域?yàn)榍嗖馗咴瑹o(wú)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(chǎng)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(huán)流或者切變后部的偏東北氣流形勢(shì)；地面圖中青藏高原東部及川西高原有24 正變壓，地面本場(chǎng)處在高壓環(huán)流或均壓場(chǎng)，少數(shù)為弱的氣壓梯度場(chǎng)內(nèi)。

以2016-11-11 大霧天氣為例。11-11T01：14 雙流機(jī)場(chǎng)本場(chǎng)開(kāi)始出現(xiàn)大霧天氣。圖6 為主導(dǎo)能見(jiàn)度及跑道視程變化情況圖，由圖可得此次大霧天氣過(guò)程前，基礎(chǔ)能見(jiàn)度較好，11-10 午后最高能見(jiàn)度6 000 m，22：00 能見(jiàn)度開(kāi)始下降，最低能見(jiàn)度200 m，出現(xiàn)在04：00—04：30 間，在06：00—07：00 之間能見(jiàn)度短時(shí)上升至1 100 m，后續(xù)08：30 下降至300 m，至11：00 能見(jiàn)度上升至1 000 m 以上，此次大霧天氣過(guò)程結(jié)束。RVR 波動(dòng)時(shí)間落后于能見(jiàn)度下降時(shí)間，于01：00 開(kāi)始下降，大霧過(guò)程期間始終穩(wěn)定保持在500 m 以下，轉(zhuǎn)好時(shí)間與能見(jiàn)度轉(zhuǎn)好時(shí)間一致。在此次大霧天氣過(guò)程前，本場(chǎng)前期有降水，提供了良好的濕度條件。

圖6 主導(dǎo)能見(jiàn)度及跑道視程變化情況

圖7 為2016-11-12T08：00 各高度風(fēng)場(chǎng)及云分量的實(shí)況形勢(shì)圖。由實(shí)況形勢(shì)來(lái)看，500 hPa 西南大部均受偏西波動(dòng)氣流影響；700 hPa 本場(chǎng)為弱高壓后部的偏南氣流，本場(chǎng)在該層位于云區(qū)的邊緣位置；850 hPa 為切變后部的一個(gè)偏東到東北氣流控制，其中500 hPa 與850 hPa 本場(chǎng)都是無(wú)云的。

圖7 2016-11-11T08：00 各高度風(fēng)場(chǎng)及云分量實(shí)況形勢(shì)圖（ 為雙流機(jī)場(chǎng)所在位置）

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

圖9 為雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)溫度及露點(diǎn)溫度變化圖，由圖9 可知，雙流機(jī)場(chǎng)本場(chǎng)溫度11-11 午后開(kāi)始逐漸降低，露點(diǎn)溫度呈波動(dòng)變化，總體濕度呈上升趨勢(shì)，在01：45 濕度達(dá)到飽和，即大霧開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)間。受晴空輻射降溫影響，溫度與露點(diǎn)溫度持續(xù)下降，05：00—09：00 期間穩(wěn)定維持在8 ℃左右，在此期間主導(dǎo)能見(jiàn)度達(dá)到最低。09：00 后溫度與露點(diǎn)溫度開(kāi)始上升，12：30 空氣飽和狀態(tài)結(jié)束，晚于大霧結(jié)束時(shí)間。

圖8 2016-11-10T12：00—11-11T14：00 雙流機(jī)場(chǎng)風(fēng)和云分量時(shí)間-高度剖面圖

圖9 雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)溫度及露點(diǎn)溫度變化圖

圖10 為雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)修正海平面氣壓以及風(fēng)速時(shí)序圖，從圖中可以看到，在大霧出現(xiàn)時(shí)段內(nèi)，修正海平面氣壓的變化率很小，同時(shí)風(fēng)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(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)修正海平面氣壓、風(fēng)速時(shí)序圖

3.3 弱環(huán)流場(chǎng)型

這一類(lèi)主要體現(xiàn)在低層到高層空氣濕度較小，大氣層結(jié)較穩(wěn)定，天空為多云或少云，夜間形成輻射逆溫，弱的不穩(wěn)定層結(jié)中，以及地面層有一定湍流擾動(dòng)，有利于霧向上發(fā)展。

以2017-01-05 大霧過(guò)程為例。圖11 為當(dāng)日主導(dǎo)能見(jiàn)度及跑道視程變化情況圖，由該圖可知，此次大霧天氣過(guò)程前，雙流機(jī)場(chǎng)本場(chǎng)基礎(chǔ)能見(jiàn)度較差，01-04 午后主導(dǎo)能見(jiàn)度最高為1 700 m，17：30 主導(dǎo)能見(jiàn)度開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)，至01-05T 05：30 開(kāi)始波動(dòng)下降，08：00 主導(dǎo)能見(jiàn)度低于1 000 m，11：00 主導(dǎo)能見(jiàn)度下降至最低100 m，后續(xù)開(kāi)始逐漸波動(dòng)上升，至13：30 主導(dǎo)能見(jiàn)度恢復(fù)至1 000 m 以上。RVR 自01-05T01：00 開(kāi)始波動(dòng)下降，最低RVR 為100 m，出現(xiàn)在10：00，后續(xù)開(kāi)始波動(dòng)上升，于13：30 上升至1 000 m。此次大霧天氣持續(xù)約5 h 30 min 左右。

圖11 主導(dǎo)能見(jiàn)度及跑道視程變化情況

圖12 為2017-01-05T08：00 各高度風(fēng)場(chǎng)及云分量的實(shí)況形勢(shì)圖，從圖中可知500 hPa 西南地區(qū)大部受西南氣流控制，成都地區(qū)受偏西弱波動(dòng)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(guò)境后的偏北氣流控制，三層來(lái)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(chǎng)控制。

圖12 2017-01-05T08：00 各高度風(fēng)場(chǎng)及云分量的實(shí)況形勢(shì)圖（ 為雙流機(jī)場(chǎng)所在位置）

圖13為 2017-01-04T12：00—01-05T14：00 雙流機(jī)場(chǎng)風(fēng)和云分量時(shí)間-高度剖面圖，由圖13 可知，01-04 夜間雙流機(jī)場(chǎng)云層較薄，且云量一直處于減少狀態(tài)，在07：30 左右天空完全拉開(kāi)，有利于加速空氣輻射冷卻降溫，實(shí)況證明，在碧空后半個(gè)小時(shí)內(nèi)，雙流機(jī)場(chǎng)開(kāi)始出現(xiàn)大霧天氣。

圖13 2017-01-04T12：00—01-05T14：00 雙流機(jī)場(chǎng)風(fēng)和云分量時(shí)間-高度剖面圖

圖14 為雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)溫度及露點(diǎn)溫度變化圖，從圖中可以看出，大霧天氣從01-04T15：00 后溫度開(kāi)始波動(dòng)下降，在01-05T08：30 達(dá)到最低溫度4 ℃，后續(xù)溫度開(kāi)始逐漸上升。露點(diǎn)溫度前期維持在8 ℃左右，在04：30 后開(kāi)始下降。濕度在01-04 午后即開(kāi)始逐漸上升，至06：30 濕度達(dá)到100%，空氣達(dá)到飽和，并一直維持至12：30，后續(xù)濕度開(kāi)始快速下降，空氣變?yōu)椴伙柡停欣诖箪F消散。

圖14 雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)溫度及露點(diǎn)溫度變化圖

圖15 為雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)修正海平面氣壓、風(fēng)速時(shí)序圖，由圖15 可知，在大霧過(guò)程前期，修正海平面氣壓呈上升趨勢(shì)，自1 017.87 hPa 上升至1 019.11 hPa，在大霧過(guò)程后期，修正海平面氣壓開(kāi)始快速降低，有利于大霧消散。而風(fēng)速在整個(gè)大霧天氣過(guò)程前期以及期間都維持在一個(gè)較小的狀態(tài)，均低于2 m/s，對(duì)于輻射物的形成和維持是有利的。

4 小結(jié)

雙流機(jī)場(chǎng)輻射霧典型的環(huán)流背景可分為3 類(lèi)：高壓型、偏西波動(dòng)型以及弱環(huán)流場(chǎng)型，其中高壓型輻射霧出現(xiàn)次數(shù)最多，弱環(huán)流場(chǎng)型次之，偏西波動(dòng)型最少。3 種典型輻射霧個(gè)例，都是出現(xiàn)在微風(fēng)、近地層濕度大環(huán)境中，天空狀況在入夜后轉(zhuǎn)為碧空狀態(tài)。通過(guò)對(duì)輻射霧環(huán)流背景進(jìn)行分型，可以給雙流機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)提供參考，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

圖15 雙流機(jī)場(chǎng)自動(dòng)觀測(cè)修正海平面氣壓、風(fēng)速時(shí)序圖