南寧機場2次低云過程對比分析

宛濤 謝忠妙 曾翔宇 劉曄恒 鄒德龍

摘? 要：該文利用云高儀資料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析資料以及風廓線雷達資料對南寧機場2023年1月和2月2次低云過程進行對比分析，結果表明，①2次過程均伴隨降水，差別在于2月過程低云持續時間更長，期間出現一次大霧天氣；②2次過程均受西南急流影響，后期中層西北氣流和地面西南低壓外圍形勢是2次過程低云消散的關鍵，差別在于2月過程低層切變線的維持和地面弱冷空氣的滲透使得低云更容易生成和維持；③2次過程低層都存在濕區且近地層存在逆溫層，差別在于2月過程的逆溫層深厚且長時間維持，逆溫層高度的下降，是2月過程出現大霧的重要原因之一；④1月過程為冷暖交匯型低云轉純回流型低云，2月過程以冷暖交匯型低云為主，短時為純回流型低云；⑤V0H對于低云的預報有一定的指示意義，當南北特征值都存在時，南風特征值的增大有利于低云的出現，當只存在南風特征值時，大于等于8 m/s的南風特征值有利于低云的消散；⑥2次過程云底高度的升降與垂直運動的方向呈現正相關關系。

關鍵詞：低云；天氣形勢；風廓線雷達；大霧；對比分析

中圖分類號：P4? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）06-0088-04

Abstract： Based on the data of the ceilometer and ERA5 （0.25°×0.25°） reanalysis and wind profile radar， this article make a comparative analysis of two low cloud processes at Nanning Airport in January and February 2023. The results show， ①Both processes were accompanied by precipitation， with the difference being that the low cloud duration in February was longer and there was a fog during the process. ②Both processes are influenced by the southwest jet stream， the key to the dissipation of low clouds in the later stage is the northwest airflow in the middle layer and the peripheral situation of the southwest low-pressure on the ground.， the difference lies in the maintenance of the low level shear line in the February process and the infiltration of weak cold air on the ground， which makes it easier for low clouds to generate and maintain.③Both processes have wet areas in the lower layer and inversion layers in the near layer， the difference lies in the fact that the inversion layer in the February process is deep and maintained for a long time.， the decrease in inversion layer height is one of the important reasons for the occurrence of fog in the February process. ④The January process is characterized by a transition from cold and warm converging low clouds to pure reflux low clouds， while the February process is mainly characterized by cold and warm converging low clouds， with a short-term transition to pure reflux low clouds. ⑤V0H has certain indicative significance for the prediction of low clouds， when eigenvalues of north-south winds exist， an increase in the south wind eigen values is conducive to the occurrence of low clouds， when only the south wind eigen values exist， a south wind eigen values greater than or equal to 8m/s are conducive to the dissipation of low clouds. ⑥The rise and fall of cloud base height during the two processes are positively correlated with the direction of vertical motion.

Keywords： low cloud; weather condition; wind profile radar; heavy fog; comparative analysis

云底高度是影響航空器起降的一個重要因素，當云底高度下降至一定程度且長時間維持時，飛行員因看不清地標和跑道，容易操作失誤而造成飛行事故[1]，就南寧吳圩機場而言，當云底高度小于300 m時，飛機的起降會受到一定程度的影響，而當云底高度小于60 m時，飛機的起降會受到嚴重影響，因此，本文主要研究云底高度小于300 m的低云。近年來，隨著航班量的增加，低云對于飛機起降的影響日益突出，越來越多的學者開始對低云進行多方面的研究，王錫東等[2]通過對10 a歷史資料進行統計分析，總結出海口美蘭機場低云的季節性差異及日變化特征，楊瑜等[3]重點分析了低云與降水的變化特征和相關性，指出中等及以上強度降水是判斷浦東機場低云出現的重要依據之一，文丹青等[4]從環流形勢、假相當位溫、溫度平流和地表熱量通量等方面深刻剖析了廣州白云機場兩次低云過程不同的發生和維持機制，目前，利用風廓線雷達對低云案例進行分析的研究還比較匱乏，因此，本文利用云高儀資料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析資料和風廓線雷達資料對南寧機場2023年1月10至13日、2023年2月3至11日2次低云過程進行對比分析，總結二者在形成、維持和消散機制上的異同點，以期為今后類似過程提供預報參考。

1? 天氣概況及形勢分析

1.1? 天氣概況

2023年1月10日19時（北京時間，下同），南寧機場開始出現連續性小雨天氣，本場云底高度迅速降低，11日02時最低云底高度已下降至120 m，此后至13日11：00前，最低云底高度在30～300 m之間波動，30～60 m低云主要出現在每日的05時至10時（圖略），本次過程期間南寧機場未出現大霧天氣。2023年2月3日傍晚，南寧機場云底高度開始緩慢波動下降，3日20時最低云底高度已下降至300 m以下，3日23時本場開始出現間歇性小雨天氣，自2月4日01時后，最低云底高度在30～210 m之間波動，直至2月11日12時后，最低云底高度才穩定上升至300 m以上，30～60 m低云主要出現在每日20時至次日10時（圖略），本次過程期間南寧機場出現一次大霧天氣，最低能見度500 m。通過對比分析可知2次過程均伴隨降水，差別在于1月過程是連續性小雨，云底高度迅速下降，而2月過程是間歇性小雨，云底高度下降緩慢，且2月過程低云持續時間更長，期間出現一次大霧天氣。

1.2? 天氣形勢分析

1月10日20時（圖1（a））至13日08時（圖1（b）），南寧地區500 hPa有加深東移的南支槽過境，由西南氣流逐漸轉為西北氣流，850 hPa較強偏南氣流逐漸為西南急流，925 hPa東南風逐漸轉偏南風，地面為入海高壓后部逐漸轉西南低壓外圍形勢（圖略）。2月3日20時（圖1（c））至11日08時（圖1（d）），南寧地區由偏西氣流轉為西北氣流，850 hPa受西南急流影響，有切變線在桂北維持，925 hPa受桂中切變線南側的暖濕氣流輻合影響，地面前中期有弱冷空氣滲透，后期逐漸轉為西南低壓外圍形勢（圖略）。通過對比分析可知，2次過程低層均西南急流影響，水汽輸送條件較好，有利于低云的維持，后期中層西北氣流和地面西南低壓外圍形勢是2次過程低云消散的關鍵，差別在于2月過程低層有切變線在廣西區域內維持，水汽更容易在南寧機場聚集，這是2月低云過程持續時間更長的重要原因之一，另一個重要原因是2月過程期間持續有弱冷空氣滲透，冷暖氣流的交匯使得低云更容易生成和維持。

1.3? 探空曲線分析

1月10日20時至13日08時南寧站點上空濕層厚度由500 hPa逐漸下降至800 hPa，中低層風向隨高度順轉，存在暖平流，近地層淺薄的逆溫層于13日08時抬升至900～850 hPa，南寧機場的最低云底高度也隨之逐漸抬升（圖略）。2月3日20時至11日08時南寧站點上空濕層厚度由650 hPa逐漸下降至750 hPa，地面持續有弱冷空氣滲透，近地層深厚的逆溫層于11日08時下降至980～940 hPa，此時南寧機場已出現大霧天氣（圖略）。通過對比分析可知，2次過程低層都存在濕區且近地層存在逆溫層，有利于低云的生成和維持，差別在于2月過程濕層厚度較淺薄，但是其變化沒有1月過程明顯，且1月過程的逆溫層是暖平流造成的，厚度淺薄而不利于長時間維持，而2月過程由于持續有弱冷空氣滲透，冷暖氣流的交匯更有利于逆溫層的發展和維持，長時間維持的低層高濕條件和深厚的近地層逆溫層導致2月過程低云持續時間更長，同時，逆溫層高度的下降，是2月過程出現大霧的重要原因之一。

2? 風廓線雷達探測資料分析

2.1? 風廓線雷達風場產品分析

根據梁曉京等[5]統計分類，低云可分為冷暖交匯型和純回流型2大類，其中冷暖交匯型低云的空中水平風場在垂直方向上分為3層，下層是偏北風，中層是南、北風過度層，上層是偏南風，而純回流型低云的空中水平風場均為偏南風。由圖2（a）和圖2（b）可知，1月10日20時至13日20時，南寧機場中層西南氣流逐漸轉為偏西氣流，低層偏南氣流逐漸轉為西南急流，近地層由東北風逐漸轉為偏南風，因此1月過程從風場形勢上可定性為冷暖交匯型低云轉純回流型低云。由圖2（c）和圖2（d）可知，2月3日20時至11日20時，南寧機場中層偏西氣流逐漸轉為西南氣流，低層西南氣流逐漸增強為西南急流，近地層前中期持續有弱冷空氣滲透，后期為偏南風（圖略），2月過程從風場形勢上可定性為冷暖交匯型低云為主，短時為純回流型低云。另外，2次低云過程的最大探測高度均隨時間呈下降趨勢，但是2月過程的整體最大探測高度要大于1月低云過程，同時其低層到中層的西南氣流更強盛，急流高度更低，表明2月過程的大氣層結更穩定、水汽輸送能力更強，有利于低云長時間的維持。綜上所述，1月過程為冷暖交匯型低云轉純回流型低云，2月過程以冷暖交匯型低云為主，短時為純回流型低云，同時，2月過程的大氣層結更穩定、水汽輸送能力更強，更有利于低云長時間的維持。

2.2? 風廓線雷達低云特征產品分析

根據梁曉京等[5]的指標算法，計算出的南寧機場V0H、云底高度、南風和北風特征值的日變化如圖3所示。由圖3（a）和圖3（b）可知，1月10日20時，南寧機場V0H從1 700 m開始波動下降，最低云底高度也隨之下降（圖略），11日03時后V0H穩定在300～500 m之間，此時最低云底高度已下降至150 m以下，11日15時后，隨著地面至中層均吹南風，北風特征值消失，V0H也隨之消失，之后只能探測到南風特征值，對于1月過程，當南北風特征值共存時，低云的出現伴隨著南風特征值的增大，而當只存在南風特征值時，低云的抬升同樣伴隨著南風特征值的增大，8 m/s的南風特征值可能是促使其抬升的臨界值。由圖3（c）和圖3（d）可知，2月10日20時南寧機場V0H從460 m開始波動，呈先下降后上升趨勢，最低云底高度先隨著V0H波動下降（圖略），于4日01時后穩定在150 m以下，之后不再隨著V0H的升高而出現明顯的抬升，10日19時后，隨著北風特征值消失，V0H也隨之消失，之后只能探測到南風特征值，對于2月過程，當南北風特征值共存時，低云的出現同樣伴隨著南風特征值的增大，而當只存在南風特征值時，低云的抬升也同樣伴隨著南風特征值的增大，其抬升的南風特征值臨界值同樣為8 m/s。綜上所述，2次過程在低云開始出現時，V0H的變化趨勢能夠反映最低云底高度的變化趨勢，即V0H對于低云的預報有一定的指示意義，同時2次過程低云的出現與消散均與南風特征值的大小有一定關系，當南北特征值都存在時，南風特征值的增大有利于低云的出現，當只存在南風特征值時，大于等于8 m/s的南風特征值有利于低云的消散，2次過程的差別在于當南風特征值達到8 m/s的臨界值時，2月過程的最低云底高度抬升至300 m以上的時間更長，這與2次過程當時的最低云底高度和低云量的差異有關。

2.3? 風廓線雷達垂直速度產品分析

根據風廓線雷達探測的的垂直風場的日變化可知（圖略），1月10日20時至11日10時，南寧機場上空2 km高度以下為較強的垂直下沉運動，最大垂直下沉速度達到5 m/s以上，這與期間南寧機場出現的連續性小雨天氣有關聯，長時間的降水帶來的拖曳運動使得最低云底高度迅速下降至300 m以下，而在1月13日低云抬升前，南寧機場500 m以下為較弱的垂直上升運動，且垂直上升運動不斷加強并向上層發展，在上升運動的促使下，最低云底高度不斷抬升，最終穩定在300 m以上。2月3日20時至4日20時，南寧機場上空2 km高度以下為較弱的垂直下沉運動，3日23時機場開始出現間歇性小雨天氣，此時最低云底高度已下降至300 m以下，同樣在2月11日低云抬升前，南寧機場500 m以下為較弱的垂直上升運動，且垂直上升運動不斷加強并向上層發展，最低云底高度也隨之抬升至300 m以上。由此可知，1月過程和2月過程云底高度的升降與垂直運動的方向呈現正相關關系，降水的出現是導致2次過程低云出現且維持的重要原因之一，不同的是連續性小雨是1月過程低云迅速出現的關鍵因素，而間歇性小雨對于2月過程低云更多的是起到維持作用。

3? 結論

1）2次過程均伴隨降水，差別在于1月過程云底高度下降較快，2月過程云底高度下降緩慢，且2月過程低云持續時間更長，期間出現一次大霧天氣。

2）2次過程均受西南急流影響，水汽輸送條件較好，有利于低云的維持，后期中層西北氣流和地面西南低壓外圍形勢是2次過程低云消散的關鍵，差別在于2月過程低層切變線的維持和地面弱冷空氣的滲透使得低云更容易生成和維持。

3）2次過程低層都存在濕區且近地層存在逆溫層，有利于低云的生成和維持，差別在于1月過程的逆溫層是暖平流造成的，厚度淺薄而不利于長時間維持，而2月過程的逆溫層是冷暖氣流的交匯造成的，厚度深厚且長時間維持，從而導致2月過程低云持續時間更長，同時逆溫層高度的下降，是2月過程出現大霧的重要原因之一。

4）1月過程為冷暖交匯型低云轉純回流型低云，2月過程以冷暖交匯型低云為主，短時為純回流型低云，同時2月過程的大氣層結更穩定、水汽輸送能力更強，更有利于低云長時間的維持。

5）V0H對于低云的預報有一定的指示意義，當南北特征值都存在時，南風特征值的增大有利于低云的出現，當只存在南風特征值時，大于等于8 m/s的南風特征值有利于低云的消散，低云的消散時間與最低云底高度和低云量的差異有關。

6）2次過程云底高度的升降與垂直運動的方向呈現正相關關系，連續性小雨是1月低云迅速出現的關鍵因素，而間歇性小雨對于2月過程低云更多的是起到維持作用。

參考文獻：

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