石嘴山市2020年2次大霧過程對比分析

薛佩珍,李 榮#楊艷紅,牛宏宇薛 瀟

1.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室,寧夏銀川 750002；2.寧夏氣象防災減災重點實驗室，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數小水滴或小冰晶造成水平能見度不足1 000 m的一種天氣現象。近年來，隨著國民經濟的快速發展，高速公路大霧引發的道路交通安全事故頻發，不僅造成交通堵塞，而且容易引發人員傷亡。同時，大霧還會引起嚴重的環境污染，給人體健康帶來不利影響，容易誘發多種呼吸道和心血管疾病，因此研究大霧的形成機理十分重要。近年來，國內不少氣象專家學者對大霧成因、機理等進行了大量分析與研究，并取得了一定的成果[1-2]。就2020年2次大霧天氣過程環流形式，物理量場等進行分析，以期為今后的預報提供依據。

1 大霧天氣實況

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

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

2 前期背景條件

2次大霧出現前期，受低渦底部擴散冷空氣和切變的影響，2次大霧前一天全區普降小雨。降水結束后，地面受高壓和均壓場的控制，大氣層結穩定，全市空氣相對濕度普遍在90%以上，平均風速在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日清晨寧夏北部兩市均出現了大霧天氣。

3 天氣形勢

3.1 2020年9月10日過程

9月9日08:00～10日08:00 500～700 hPa（圖2）中緯度為兩槽一脊型，即貝加爾湖西側為一槽區，寧夏東部為一槽區，在這兩槽之間為一寬廣的淺脊，石嘴山受穩定的偏西北氣流控制。同時，高度場與溫度場近于重合，無明顯的冷暖平流。這種穩定的形勢有利于均壓場的形成，系統內的風速也會減小。高壓控制下的晴空區有利于地表在夜間輻射冷卻，從而導致氣溫下降，引起近地面層大氣的相對濕度達到飽和或過飽和，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，在河套地區東部有弱的（其溫度）脊，配合高壓脊底部的偏南氣流，帶來了充足的水汽。河套地區弱冷空氣入侵，導致水汽凝結，有利于霧的形成。在2020年9月9—10日地面氣壓場上（圖3b），河套及上游地區基本在均壓場內，等壓線稀疏，氣壓梯度小，風力微弱，地面風速0～3 m/s且風向不定，同時近地面的溫度露點差較小，均在0.5℃左右，地面觀測的相對濕度均在98%以上，說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，整個歐亞大陸中高緯為兩槽一脊型，貝加爾湖西南側為一槽區，寧夏東部為槽區，兩槽之間為較直的西北氣流控制，高度場落后于溫度場，有弱暖平流，使地面增溫，700 hPa水汽條件較好，溫度露點差小于4℃。

圖4 2020年9月13日20:00 500 hPa和700hPa形勢圖

圖5 2020年9月13日20:00、9月14日08:00地面形勢圖

4 氣象要素場分析

4.1 冷卻條件

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

4.2 濕度條件

霧是近地面層水汽凝結現象造成的。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，不利于形成霧。大霧形成前期，9日、13日石嘴山市出現了降水，降水使得地面濕度增加，再加上低層風力較小，水汽不易擴散，在近地層大量聚集。

石嘴山市各個測站相對濕度顯示，受降水影響，9日夜間至10日上午，13日夜間至14日上午，石嘴山的相對濕度相繼顯著增大，達90%以上。從大武口溫度露點曲線（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），大武口的溫度露點差非常小，接近于0℃，說明當時的濕度達到飽和狀態。此外，第二天早晨的預報最低氣溫低于前一天12:00的露點溫度也可作為一個粗略的指標，9日14:00露點溫度為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溫度露點變化曲線

圖7 2020年9月13日11：00—14日14:00溫度露點變化曲線

4.3 層結條件

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

10日08:00銀川（53614）站溫度—對數壓力圖上（圖8a），910～870 hPa有明顯的逆溫層存在，表明層結非常穩定，這是產生霧的有利條件。CCL（對流凝結高度）、LCL（抬升凝結高度）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，大氣層結穩定，有利于水汽的積累與聚集。另外，850 hPa偏東風達8 m/s，有利于低層湍流運動發展，使低層水汽向中上層輸送，濕層增厚，對輻射霧的發展和持續有利，當日大霧一直持續到10:00以后才逐漸消散，這與近地層湍流運動發展存在一定的關系。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，大氣層結穩定，850 hPa東南風達6 m/s。邊界層以上為非常干燥的空氣，溫度露點差非常大，天氣晴好。

圖8 2020年9月10日08:00和14日08:00 T—logP圖

4.4 風力條件

微風對輻射霧的形成最為有利，微風加強近地面層的亂流的作用，使輻射冷卻作用擴散到一定高度，水汽也可達到一定高度，使霧形成一定的厚度[6]。2次過程石嘴山市低層一直維持著弱的（偏東或者偏南氣流）風速基本為微風（觀測風力均在0～3 m/s范圍內）(圖9、圖10)，近地風向和風速均有利于南部暖濕氣流的輸送。地面觀測資料顯示，起霧時間段，地面風速在1.0 m/s以下，維持了地面弱擾動，形成弱的湍流運動，有利于大霧的形成。因此適宜的風向、風速使得逆溫層保持，為大霧的發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大武口站逐時風速變化

圖10 2020年9月13日12:00至14日12:00大武口站逐時風速變化

5 總結

（1）穩定的環流形式和地面較弱的氣壓場是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境場。2020年9月14日大霧500～700 hPa貝加爾湖西南側為一槽區，寧夏東部為槽區，兩槽之間為較直的西北氣流控制，高度場落后于溫度場，有弱暖平流，使地面增溫，700 hPa水汽條件較好，溫度露點差小于4℃，有利于霧的形成，850 hPa為西南氣流為霧區輸送水汽。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源。

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