石嘴山市2020年2次大霧過(guò)程對(duì)比分析

薛佩珍,李 榮#楊艷紅,牛宏宇薛 瀟

1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,寧夏銀川 750002；2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏鹽池 751500；3.寧夏石嘴山市氣象局，寧夏石嘴山 753000；4.甘肅省定西市通渭縣氣象局，甘肅通滑 743000）

大霧是指懸浮于近地面層空氣中無(wú)數(shù)小水滴或小冰晶造成水平能見(jiàn)度不足1 000 m的一種天氣現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路大霧引發(fā)的道路交通安全事故頻發(fā)，不僅造成交通堵塞，而且容易引發(fā)人員傷亡。同時(shí)，大霧還會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，給人體健康帶來(lái)不利影響，容易誘發(fā)多種呼吸道和心血管疾病，因此研究大霧的形成機(jī)理十分重要。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)不少氣象專家學(xué)者對(duì)大霧成因、機(jī)理等進(jìn)行了大量分析與研究，并取得了一定的成果[1-2]。就2020年2次大霧天氣過(guò)程環(huán)流形式，物理量場(chǎng)等進(jìn)行分析，以期為今后的預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1 大霧天氣實(shí)況

2020年9月10日清晨，石嘴山市出現(xiàn)了明顯的大霧天氣，全市能見(jiàn)度均小于200 m。其中，大武口、惠農(nóng)、沙湖、平羅和陶樂(lè)最小能見(jiàn)度分別為47、134、84、90、109 m（圖1a）。2020年9月14日清晨，石嘴山市出現(xiàn)了明顯的大霧天氣，全市能見(jiàn)度均小于200 m。其中，大武口最小能見(jiàn)度為115 m，平羅最小能見(jiàn)度為127 m（圖1b）。2次大霧對(duì)市民出行、大氣環(huán)境都造成了一定的不利影響。

圖1 2020年 9月10日各站最小能見(jiàn)度（a）和2020年9月14日各站最小能見(jiàn)度（b）

2 前期背景條件

2次大霧出現(xiàn)前期，受低渦底部擴(kuò)散冷空氣和切變的影響，2次大霧前一天全區(qū)普降小雨。降水結(jié)束后，地面受高壓和均壓場(chǎng)的控制，大氣層結(jié)穩(wěn)定，全市空氣相對(duì)濕度普遍在90%以上，平均風(fēng)速在3.0 m/s以下。隨著氣溫的降低，在有利的氣象條件下，10日和14日清晨寧夏北部?jī)墒芯霈F(xiàn)了大霧天氣。

3 天氣形勢(shì)

3.1 2020年9月10日過(guò)程

9月9日08:00～10日08:00 500～700 hPa（圖2）中緯度為兩槽一脊型，即貝加爾湖西側(cè)為一槽區(qū)，寧夏東部為一槽區(qū)，在這兩槽之間為一寬廣的淺脊，石嘴山受穩(wěn)定的偏西北氣流控制。同時(shí)，高度場(chǎng)與溫度場(chǎng)近于重合，無(wú)明顯的冷暖平流。這種穩(wěn)定的形勢(shì)有利于均壓場(chǎng)的形成，系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)速也會(huì)減小。高壓控制下的晴空區(qū)有利于地表在夜間輻射冷卻，從而導(dǎo)致氣溫下降，引起近地面層大氣的相對(duì)濕度達(dá)到飽和或過(guò)飽和，從而有利于底層逆溫層的形成，為大霧的形成提供了汽水條件[3]。

圖2 2020年9月9日20:00 500 hPa和700 hPa形勢(shì)圖

9月10日08:00 850 hPa（圖3a）,寧夏處在貝加爾低壓槽底部，受弱的冷平流控制，在河套地區(qū)東部有弱的（其溫度）脊，配合高壓脊底部的偏南氣流，帶來(lái)了充足的水汽。河套地區(qū)弱冷空氣入侵，導(dǎo)致水汽凝結(jié)，有利于霧的形成。在2020年9月9—10日地面氣壓場(chǎng)上（圖3b），河套及上游地區(qū)基本在均壓場(chǎng)內(nèi)，等壓線稀疏，氣壓梯度小，風(fēng)力微弱，地面風(fēng)速0～3 m/s且風(fēng)向不定，同時(shí)近地面的溫度露點(diǎn)差較小，均在0.5℃左右，地面觀測(cè)的相對(duì)濕度均在98%以上，說(shuō)明空氣中水汽含量較多，天氣晴好，低空水汽充沛很容易形成輻射霧。

圖3 2020年9月10日08:00 850 hPa及地面圖

3.2 2020年9月14日過(guò)程

13日20:00到14日08:00 500～700 （圖4～圖5）石嘴山處在蒙古冷渦底部，整個(gè)歐亞大陸中高緯為兩槽一脊型，貝加爾湖西南側(cè)為一槽區(qū)，寧夏東部為槽區(qū)，兩槽之間為較直的西北氣流控制，高度場(chǎng)落后于溫度場(chǎng)，有弱暖平流，使地面增溫，700 hPa水汽條件較好，溫度露點(diǎn)差小于4℃。

圖4 2020年9月13日20:00 500 hPa和700hPa形勢(shì)圖

圖5 2020年9月13日20:00、9月14日08:00地面形勢(shì)圖

4 氣象要素場(chǎng)分析

4.1 冷卻條件

晴朗少云的夜間或清晨，地面有效輻射強(qiáng)，散熱迅速，近地面層降溫多，有利于水汽凝結(jié)。2次大霧形成前，9日、13日下午至夜間天氣逐漸轉(zhuǎn)晴。從石嘴山各個(gè)測(cè)站10日、14日01:00～08:00溫度變化情況來(lái)看，溫度一直處于不斷下降的狀態(tài)，有利于輻射冷卻。

4.2 濕度條件

霧是近地面層水汽凝結(jié)現(xiàn)象造成的。近地面層有濕度較大的空氣存在，濕度越大，濕層越厚，越有利于霧的形成；空氣干燥，濕度小時(shí)，不利于形成霧。大霧形成前期，9日、13日石嘴山市出現(xiàn)了降水，降水使得地面濕度增加，再加上低層風(fēng)力較小，水汽不易擴(kuò)散，在近地層大量聚集。

石嘴山市各個(gè)測(cè)站相對(duì)濕度顯示，受降水影響，9日夜間至10日上午，13日夜間至14日上午，石嘴山的相對(duì)濕度相繼顯著增大，達(dá)90%以上。從大武口溫度露點(diǎn)曲線（圖6）也可看出明顯的喇叭口狀分布。尤其是9日夜間至10日上午，13日夜間至14日上午（圖7），大武口的溫度露點(diǎn)差非常小，接近于0℃，說(shuō)明當(dāng)時(shí)的濕度達(dá)到飽和狀態(tài)。此外，第二天早晨的預(yù)報(bào)最低氣溫低于前一天12:00的露點(diǎn)溫度也可作為一個(gè)粗略的指標(biāo)，9日14:00露點(diǎn)溫度為13.6℃,次日最低氣溫為10.3℃。

圖6 2020年9月13日11：00—14日14:00溫度露點(diǎn)變化曲線

圖7 2020年9月13日11：00—14日14:00溫度露點(diǎn)變化曲線

4.3 層結(jié)條件

近地面層比較穩(wěn)定或有逆溫存在，有利于水汽和塵埃雜質(zhì)的聚集，從而有利于霧的形成；而層結(jié)不穩(wěn)定，有利于上下層熱量交換和水汽的擴(kuò)散，使水汽大量上傳，不利于霧的形成。

10日08:00銀川（53614）站溫度—對(duì)數(shù)壓力圖上（圖8a），910～870 hPa有明顯的逆溫層存在，表明層結(jié)非常穩(wěn)定，這是產(chǎn)生霧的有利條件。CCL（對(duì)流凝結(jié)高度）、LCL（抬升凝結(jié)高度）位置很低，位于800～870 hPa,表明近地層濕度很大，水汽條件非常充沛，大氣層結(jié)穩(wěn)定，有利于水汽的積累與聚集。另外，850 hPa偏東風(fēng)達(dá)8 m/s，有利于低層湍流運(yùn)動(dòng)發(fā)展，使低層水汽向中上層輸送，濕層增厚，對(duì)輻射霧的發(fā)展和持續(xù)有利，當(dāng)日大霧一直持續(xù)到10:00以后才逐漸消散，這與近地層湍流運(yùn)動(dòng)發(fā)展存在一定的關(guān)系。14日早上08:00(圖8b)，910～860 hPa之間從在較為淺薄的逆溫層，表明近地面水汽條件非常充沛，大氣層結(jié)穩(wěn)定，850 hPa東南風(fēng)達(dá)6 m/s。邊界層以上為非常干燥的空氣，溫度露點(diǎn)差非常大，天氣晴好。

圖8 2020年9月10日08:00和14日08:00 T—logP圖

4.4 風(fēng)力條件

微風(fēng)對(duì)輻射霧的形成最為有利，微風(fēng)加強(qiáng)近地面層的亂流的作用，使輻射冷卻作用擴(kuò)散到一定高度，水汽也可達(dá)到一定高度，使霧形成一定的厚度[6]。2次過(guò)程石嘴山市低層一直維持著弱的（偏東或者偏南氣流）風(fēng)速基本為微風(fēng)（觀測(cè)風(fēng)力均在0～3 m/s范圍內(nèi)）(圖9、圖10)，近地風(fēng)向和風(fēng)速均有利于南部暖濕氣流的輸送。地面觀測(cè)資料顯示，起霧時(shí)間段，地面風(fēng)速在1.0 m/s以下，維持了地面弱擾動(dòng)，形成弱的湍流運(yùn)動(dòng)，有利于大霧的形成。因此適宜的風(fēng)向、風(fēng)速使得逆溫層保持，為大霧的發(fā)展和維持提供了有利的條件。

圖9 2020年9月9日15:00至10日12:00大武口站逐時(shí)風(fēng)速變化

圖10 2020年9月13日12:00至14日12:00大武口站逐時(shí)風(fēng)速變化

5 總結(jié)

（1）穩(wěn)定的環(huán)流形式和地面較弱的氣壓場(chǎng)是2次大霧天氣形成有利條件，2020年9月10日大霧500 hPa中緯度西風(fēng)氣流，850 hPa弱偏南氣流，地面位于減弱冷高壓后部，為大霧天氣的形成提供了有利的環(huán)境場(chǎng)。2020年9月14日大霧500～700 hPa貝加爾湖西南側(cè)為一槽區(qū)，寧夏東部為槽區(qū)，兩槽之間為較直的西北氣流控制，高度場(chǎng)落后于溫度場(chǎng)，有弱暖平流，使地面增溫，700 hPa水汽條件較好，溫度露點(diǎn)差小于4℃，有利于霧的形成，850 hPa為西南氣流為霧區(qū)輸送水汽。2次大霧都伴有晴空輻射，是典型的輻射霧。

（2）前期降雨使近地面層濕度增大是此次大霧生成的主要原因。

（3）低層的西南氣流是大氣形成和維持的主要水汽來(lái)源。

（4）近地層有逆溫層，使大氣層結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)，水汽在近地面聚集，有利于大霧的形成和維持。