贵阳机场一次准静止锋影响下的锋面雾天气诊断分析

杨凤婷，张　媛

(民航贵州空管分局，贵州 贵阳　550012)

1　引言

昆明准静止锋又称云贵准静止锋，是影响云贵地区的一种重要的天气系统，通常位于四川宜宾、贵州兴仁至云南广南一带[1]，是由变性的极地大陆气团与西南暖湿气流相遇并受到云贵高原地形的阻滞而形成。由于云贵准静止锋独特的形成机理，使得锋面坡度很小且覆盖面较广，锋面两侧的气象要素存在明显的不连续[2]，天气特点相差很大，锋前天气晴好，锋区较少对流，锋后常降水，并伴随低温凝冻等重大天气发生[3]。

国内学者对云贵准静止锋及其影响下的天气类型等均有较深入的探讨，樊平[4]在1956年首次提出云贵准静止锋；王曼等[5]利用MM5中尺度数值模拟地形对准静止锋的影响，表明地形阻挡和特定天气系统的配置构成准静止锋形成和维持的必要条件；杨贵名等[6]指出，2008年初低温雨雪冰冻期间，冷暖气团长期对峙是“低温雨雪冰冻”天气维持的主要原因；李英等[7-8]对云贵准静止锋造成云南地区寒潮、风雹的天气过程进行了诊断分析；杨静[9]等、徐海等[10]通过对准静止锋影响下的锋面雾个例探讨，分析锋面雾形成的环流、要素配合特征。

贵州每年11月—次年4月受云贵准静止锋的影响较大，常常有锋面雾出现，且具有影响时间长、浓度大、消散慢的特点，对航空飞行运输正常性影响显著。本文主要分析2016年11月17日贵阳机场出现的一次准静止锋影响下的大雾天气，探讨环流背景、气象要素特征等，以期为云贵准静止锋的分析和预报提供一定的参考，为锋面雾天气下贵阳机场的预报、预警技术提供一些思路。

2　过程简介及资料与方法

贵阳龙洞堡机场(26.53°N，106.80°E)地处贵阳市东郊，海拔高度1 138.9 m。2016年11月17日06—10时(北京时，下同)，贵阳机场出现锋面雾天气，最低能见度200 m，造成79个航班延误，4个航班备降。此次过程持续时间长，对飞行的影响较大。

文章利用地面观测站数据、常规气象资料、贵阳探空站资料，通过天气学分析和物理量诊断方法，从锋面雾天气实况演变过程、环流形势、物理量条件等方面，探讨本次过程的特征和成因。

3　环流背景

从2016年11月16日20时—17日20时的环流形势综合图(图1)可以看出，大雾发生前，500 hPa在川黔渝交界处存在一高原槽，贵州位于槽前，至17日08时大雾发生期间，高原槽稍有西退，到了17日夜间槽再次东移南压影响到贵州西北部。而在过程前与过程中，位于四川东部的700 hPa槽东南移进入贵州北部，在移动过程中逐渐减弱，至17日20时已消散，低空西南暖湿急流带持续维持在云南中部经贵州至我国华中、华东一带。850 hPa位于贵州西北部边缘的切变线先东进至贵州北部，进而西退至川渝交界。地面静止锋由贵州中部附近摆动至贵州西北部。综上，贵州处于高原槽前强盛的西南气流之中，槽后西北气流引导冷空气入侵贵州，低空西南急流则带来源源不断的暖湿气流，使得冷暖空气在贵州中部一带汇合，冷暖空气势力相当，并受到云贵高原特殊地形的影响，二者相互对峙，为静止锋的建立及维持提供有利条件。随着500 hPa槽的西退及700 hPa槽的减弱消散，加之850 hPa切变北撤西退，冷空气的注入开始减弱，使得夜间至早晨地面有弱冷空气入侵，致使夜间静止锋在贵州中部维持较长时间。静止锋附近的弱降水不断，也造成了近地面空气湿度大，空气接近饱和，进而形成锋面雾。850～500 hPa较一致的西南气流和低空急流的维持有利于白天地面昆明热低压的发展，白天暖势力发展后将静止锋北推至贵州东北部，雾开始逐渐消散。

槽前西南暖湿气流、低空西南急流、高空槽与低空切变线的减弱或西退导致弱冷空气的加入、准静止锋的摆动共同造成了此次锋面雾过程。

图1　2016年11月16日20时、17日08时、20时环流形势综合图(曲线为高空天气系统，细箭头为冷暖气流，粗箭头为低空急流轴，点线为850 hPa温度平流0线(单位：℃/h))Fig.1　Atmosphere circulation at 20∶00 on 16、08∶00 and 20∶00 on 17 November 2016(Curve: weather system, fine arrows: cold and warm air, thick arrows: low-level jet shaft, dotted line: 0 ℃ line of 850 hPa temperature advection. Unit: ℃/h)

4　物理量诊断分析

4.1　温度条件

冷暖空气的对峙而形成的准静止锋，使得锋面两侧的气温存在明显差异。图2给出了温度沿26.53°N垂直剖面分布。从温度场来看，地形对气流的抬升作用使近地层的等温线走向与地形走向基本一致。锋面雾发生前与发生时，0 ℃线最低位于600～700 hPa之间， 500 hPa以下至850 hPa附近在105°E以东地区有较宽广的等温线漏斗区，漏斗口随高度向东倾斜，表明中低层有冷平流的锲入。随着静止锋北抬，大雾消散后，等温线漏斗区变得不明显，而是随高度升高等温线逐渐变平缓，中低层气温回升，表明锋后冷气团已经显著变性。

等温线漏斗口的形成表明，高空有冷平流锲入到被高原地形阻挡抬升后的近地面冷气团，使静止锋有了得以维持的条件，出现时间较长的大雾天气。等温线漏斗口大约位于500 hPa附近，即冷气团尽管被地形抬升，准静止锋仍然是较浅薄的天气系统。随着冷平流的减缓加入，等温线漏斗口逐渐消失，使得静止锋减弱向北收缩，贵阳区域出现的大雾天气结束。

图2　温度沿26.53°N的垂直剖面(单位：℃)(a)11月16日20时、(b)11月17日08时、(c)11月17日20时Fig.2　Temperature of vertical cross-section distribution along 26.53°N. Unit: ℃(a)20∶00 on 16 November,(b)08∶00 on 17 November,(c) 20∶00 on 17 November

4.2　水汽条件

雾是近地层水汽的凝结产物，水汽含量充足是其形成与发展不可缺少的重要条件。图3是大雾发生前后贵阳站温度、露点及温度露点差的变化。从时间演变上看，自16日夜间起，温度、露点折线开始重合，且锋面雾的持续阶段温度露点差一直维持在0 ℃，近地面水汽饱和，17日09时之后，温度、露点折线逐渐分开，10时之后温度露点差大于4 ℃，近地面空气湿度降低，能见度开始大幅度好转。近地面空气湿度大、水汽充足、维持时间长，是大雾得以维持的条件之一。

图3　2016年11月16—17日温度、露点、温度露点差折线(单位：℃))Fig.3　Broken lines of temperature, dew point and temperature dew point difference from 16 to 17 November 2016. Unit: ℃

从比湿的垂直分布(图4)可以发现，比湿随着高度的升高而降低，且由于低空急流对水汽的输送，800～700 hPa之间是等比湿线密集区，低层水汽含量充足，为雾的形成奠定一定的水汽条件，700 hPa以上湿度递减较快，等比湿线明显变得稀疏，至400 hPa附近已变为零值，表明高层较干。锋面雾发生前，贵阳上空比湿最大值为11 g/kg，大雾发生时，比湿最大值含量增加到12 g/kg，大雾消散后，比湿最大值降低至10 g/kg左右。低层充足的水汽是出现大雾天气的重要条件之一，比湿值的变化也直观展现了锋面雾发生前后水汽含量的改变，说明近地层中水汽含量的变化是雾形成、消散的重要原因。等湿度线与地面呈一定角度交角，在低层表现出湿度锋的特点，静止锋在低层表现出了湿度锋的特性。

图4　比湿沿26.53°N的垂直剖面(单位：g/kg)(a)11月16日20时、(b)11月17日08时、(c)11月17日20时Fig. 4　Specific humidity of vertical cross-section distribution along 26.53°N. Unit:g/kg (a)20∶00 on 16 November,(b)08∶00 on 17 November,(c) 20∶00 on 17 November

分析锋面雾发生前的水汽通量及水汽通量散度(图略)，贵州区域受到来自南海的水汽输送影响，并且水汽在低层于贵州中西部汇集，在中层于贵州中北部辐散，即此次锋面雾所需的水汽主要来源于南海。具体从大雾期间水汽通量、水汽通量散度的各层次分布(图5)来看，贵州区域内的水汽通量在850 hPa呈西南—东北向，在700 hPa呈自西向东向，最大值为5 g/(cm· hPa·s)，来自南海的水汽供给使得锋面雾能维持较长时间。850 hPa水汽通量散度贵阳正处于弱辐合区，辐合中心位于四川重庆交界，中心强度-1 g/(cm2· hPa·s)，700 hPa上水汽通量散度是一个弱的辐散中心，中心位于四川东部，中心最大值为0.8 g/(cm2· hPa·s)。这种水汽在低层辐合而在700 hPa上有辐散，有利于近地层的水汽辐合聚集，配合相应的垂直运动，有利于水汽维持到一定高度而形成雾。

图5　2016年11月17日08时水汽通量(箭头，单位：g/(cm· hPa·s))、水汽通量散度(曲线，单位：g/(cm2· hPa·s))分布(a)850 hPa,(b)700 hPaFig. 5　The distribution of vapor flux (arrow, unit: g/(cm· hPa·s)) and moisture flux divergence (curve, unit: g/(cm2· hPa·s)) at 08∶00 on 17 November 2016(a)850 hPa,(b)700 hPa

4.3　风场条件

大雾发生时，近地面风速通常较小，地面弱风条件有利于空气中的水汽在原地滞留，也使水汽垂直输送到达一定高度，有利于形成一定厚度的雾。从地面观测的风速(图6)来看，大雾开始时，风速较为迅速的下降，大雾期间，风速在1～2 m/s之间，风力较小。大雾逐渐消散时，风开始转为风速较大的偏南风，表明暖空气势力加强，静止锋继续北抬。大雾期间，风速均小于3 m/s，这种近地层的微风能将水汽垂直输送到一定的高度，有利于锋面雾的形成和维持。风速的增大，湍流混合作用增强，水汽上传，热量下递，有利于近地层雾滴的蒸发，从而能见度和云高迅速好转。静止锋的继续北抬，使得贵阳机场形成锋面雾的形势逐渐破坏，大雾开始消散。

图6　2016年11月16—17日风速折线(单位：m/s)Fig. 6　Wind speed line from 16 to 17 November 2016. Unit: m/s

4.4　动力条件

分析垂直速度剖面，大雾形成前(图7a)，贵阳从地面—600 hPa附近、400—300 hPa为垂直速度负值区，中心分别位于800 hPa及350 hPa，中心最大值达-0.8 Pa/s，弱的上升运动配合低层水汽的辐合，有利于将水汽输送到一定高度，为雾的形成提供了前期的水汽条件。到大雾期间(图7b)，贵阳上空整层已经变成下沉运动，中心位于600 hPa附近，最大值达1.6 Pa/s，从形成雾的动力条件看，弱下沉运动，有利于稳定层结的维持，不利于水汽的扩散，从而凝结成雾。随着上升运动的逐渐加强，500—250 hPa出现了明显的上升运动，上升中心最大值位2.0 Pa/s，对流发展，雾缓慢消散。

雾前期弱的上升运动有利于低层的水汽抬升成雾，而大雾发生时持续的下沉运动有利于稳定层结的维持，使雾能维持较长时间，当发生上下层之间的湍流交换后，雾逐渐消散。

4.5　层结条件分析

选取贵阳探空站来讨论锋面雾发生过程中的层结特征。从T-Lnp图(图8)中可知，由于准静止锋稳定存在于云贵间，在此次雾的发生、发展、消散的整个过程中锋面逆温一直在贵阳上空维持，并与地面辐射降温相互作用形成了双层逆温，逆温的稳定层结抑制水汽的扩散。温度廓线显示，在过程前和过程后，逆温层主要位于中低层800～600 hPa之间，且较为浅薄，梯度均较小，而在大雾时段，随着温度的升高，第二层逆温层被破坏，贵阳上空变为单层逆温，高度位于700 hPa附近，浅薄的近地面单层逆温层有利于雾的维持而不会抬升过高而变为云。从湿层特征来看，高湿区均位于第一层逆温层以下，在700 hPa以上空气变得干燥，在过程前和过程后，湿度较大部分主要集中于第一层逆温层底部高度，而在大雾时段，从地面至第二层逆温层底部，都保持着高湿状态。另外，在过程前后，抬升凝结高度(LCL)在2 km附近，而在过程期间，抬升凝结高度降低至1 km左右。各层的风向为偏南风或西南风。

图7　垂直速度沿26.53°N的垂直剖面(单位：Pa/s)(a)11月16日20时、(b)11月17日08时、(c)11月17日20时Fig. 7　Vertical velocity of vertical cross-section distribution along 26.53°N. Unit: Pa/s(a)20∶00 on 16 November,(b)08∶00 on 17 November,(c) 20∶00 on 17 November

上述分析可见，不仅在单层逆温状态下，双层逆温情况下也可出现大雾天气。逆温层的存在， 低层大气的垂直运动减弱，抑制了水汽的向上扩散，有利于大量水滴聚积于逆温层下，使得近地层保持充足的水汽，为大雾天气和低云的形成提供条件。较低的锋面逆温层也使得低层水汽更易达到饱和，抬升凝结高度降低，空气中大量的水汽很容易上升到抬升凝结高度，从而形成雨雾。偏南风的出现，表明冷气团势力较弱，造成冷暖气团对峙，有助于静止锋的维持。此外，双层逆温层的破坏相较单层需耗费更长时间，也是造成本次过程维持时间长的原因。

图8　贵阳站探空图(a)11月16日20时、(b)11月17日08时、(c)11月17日20时Fig. 8　T-logP in Guiyang(a)20∶00 on 16 November,(b)0800 on 17 November,(c) 20∶00 on 17 November

5　讨论

云贵准静止锋是形成此次贵阳机场大雾天气的主要原因，分析锋面雾的基本特征，得到如下结论：

①此次锋面雾持续时间长，对航班影响较大。高空槽前强盛的西南暖湿气流、低空西南急流与高空系统减弱西退导致的弱冷空气加入、准静止锋的摆动是此次锋面雾生成的关键系统。

②受到准静止锋的影响，近地面水汽含量高，来自南海的水汽为此次过程的水汽源。风速较小，弱风条件有利于空气中的水汽在原地滞留，也使水汽垂直输送到达一定高度，有利于锋面雾的形成和维持。过程前大气弱的上升运动与过程中弱下沉运动为形成锋面雾的动力条件。过程前双层逆温层的形成使得大气层结稳定，有利于大雾天气的产生，过程中单层逆温的出现有利于雾的维持。同时双层逆温较难破坏也使得静止锋能长时间维持。

③随着锋面北抬减弱，气温的升高，风速的增大，上升运动的加强，大雾也随之消散。

本文主要从大尺度环流背景、形成雾的温湿条件、风场条件、动力条件、层结条件来分析贵阳机场在云贵准静止锋影响下的大雾天气，但对于地形影响的讨论还未有深入分析，因此还需要开展更多、更全面的研究工作，有关锋面雾的预报预警技术的分析有待更多个例进行总结。