广宁一次典型辐射雾特征分析

莫火娇，林颖仪，李蕾，邓静华

（1.广宁县气象局，广东广宁 526300；2.成都信息工程大学，四川成都 610225）

浓雾具有发生几率高、影响范围广的特点，影响着人民群众身体健康、生态环境和交通安全［1］。近年来，我国对雾的研究有张弘豪等［2］研究阳江大雾气候特征和地面气象要素；周之栩等［3］用MM5数值预报和统计分析法研究大雾与各类气象因子的关系，建立大雾数值预报模式；李才媛等［4］对1995—2005年大雾形成环流形势的天气学分析，以及闫敬华［5］探索华南地区降水与雾的关系等。但上述研究大都使用小时观测数据，对大雾的生消过程描述还不够精细。因此，本研究通过分析雾日过程中连续观测的分钟能见度等气象观测资料，并结合天气学分析方法探讨浓雾的发生、发展和消散过程，为浓雾的临近预报方法和预警奠定基础。

业务上对雾的定义是悬浮在贴近地面大气中的大量细微水滴（冰晶）的可见集合体，使能见度小于1.0 km的天气现象［6－7］。华南地区具有多种类型的雾，如辐射雾、平流雾、混合雾、蒸发雾、上坡雾和锋面雾等。而广宁站常见的是辐射雾和平流雾［8］。但不同类型浓雾的影响因子和天气条件各有差异，本研究探讨辐射雾的生消过程及气象要素的变化，可以进一步提高对浓雾的产生、演变及消散过程的掌握和预报效果。

1 资料和方法

1.1 资料

本研究使用2018年11月24—27日广宁国家基本气象站雾日常规气象自动观测资料：逐1 min能见度（V）、相对湿度、温度、气压、露点、地面风向风速、小时降水量、5 cm地温等气象要素资料；Micaps资料；NCEP／NCAR逐日的1°×1°再分析资料对环境场中物理量。

1.2 方法

本研究中能见度变率的定义如下：

其中，ΔV为能见度变化值（m）；Δt为变化分钟数（本研究中Δt＝1 min），因此Vt为单位时间能见度变化（m·min－1）。

2 天气形势分析和物理量诊断

据唐洁等［9］对肇庆地区大雾气候特征分析，每年11月到次年1月的秋冬季是肇庆广宁浓雾多发的季节。由于秋冬季冷空气活动较为活跃，且广宁位于丘陵地带，地形多起伏，多山涧水库相间，山区地面风力弱且水汽充足。影响广宁秋冬季持续性浓雾主要的天气系统为锋面低槽型、变性脊型、冷高压脊型和冷空气补充型，主要表现为低空的暖湿平流经过冷的下垫面出现持续3 d或以上的平流雾和平流辐射雾或因晴空辐射冷却作用，水汽凝结释放形成辐射雾。

2018年11月24—27日持续4 d出现浓雾期间，500 hPa西南气流强盛，湿度明显增加。2018年11月23日20：00（北京时，下同）中高纬度的阻塞高压崩溃，呈现两槽一脊型，华南为槽后西北气流。24日08：00起，中纬度西南地区不断地分裂出小槽东移，并逐渐叠加南支槽东移上滑，转为槽前西南气流，水汽含量增加。850 hPa渐转为西北到东北风，中低层转干冷气团控制。23日20：00仍受西南风影响，24日20：00起随着冷空气的渗透转为偏北风，并逐渐加大。地面受冷高压脊控制，夜间天气晴朗，风力微弱。从地面形势分析23日夜间至28日凌晨广东位于高压底部均压区，等压线稀疏，近地面层风速小，且25—27日间有冷空气补充影响，有利于大雾天气的维持［10］。

2.1 大气稳定度

从2018年11月23—26日20：00的清远探空站的温度对数压力图（图略）可以看出，辐射逆温层出现在1 000 hPa，850 hPa以下湿度较大，中高层较干。整层大气表现为干冷空气分布在近地面低层湿冷空气上，严重阻塞近地面水汽向上发展，致使水汽在近地面层积聚，加上夜间转晴地面辐射冷却作用加强，地面平均风速小于2 m／s，致使近地面水汽凝结成水滴，形成辐射雾［11－12］。

2.2 动力因子涡度、散度场

低层辐散、高层辐合则容易产生下沉气流，这有利于大气层结的稳定，为雾的形成和发展提供动力条件［13］。从沿北纬23°散度的垂直剖面（图1a－d）可以看出，肇庆广宁县边界层散度分布呈现随高度正负区域相间的特点。11月24日08：00至27日08：00期间，在边界层900 hPa以下，散度为正值区，说明边界层存在辐散下沉气流，适当的下沉气流对低层逆温层的维持起到一定的辅助作用；900 hPa以上为较弱的辐合上升运动，中心值为（－0.6～－0.2）×10－5s－1，弱的扰动有利于大雾的维持和发展。

同时，从沿23°N的涡度垂直剖面图（图1eh）可以看出，11月24日08：00—27日08：00肇庆广宁县整层大气以负涡度为主，对应槽后脊前的负涡度平流，使地面反气旋发展，地面辐散下沉运动增强，有利于水汽下沉形成大雾。

图1 2018年11月24—27日08：00沿23°N的散度（a、b、c、d）和涡度（e、f、g、h）垂直剖面图（单位：10－5 s－1）

3 能见度及相关要素的日变化特征

3.1 地面气象要素日变化

大雾的形成是由多种天气条件和环境因素决定的，图2可反映浓雾过程中地面温度和湿度湍流发展状况及热通量大小的量化过程。从图2可以看出广宁县国家基本站起雾时间是2018年11月24日04：00，能见度达到500 m（大雾黄色预警发布标准）在06：00出现，浓雾持续时间长达5 h，09：20转为轻雾，并随着太阳升起逐渐消散。

图2 广宁站11月23日20：00—24日20：00各气象要素逐分钟变化曲线

地面气象要素的演变情况：浓雾生成前6 h，5 cm地温、露点温度、水汽压、气温（百叶箱）逐渐降低，且露点温度和气温（百叶箱）比较接近，相对湿度和本站气压逐渐上升，近地面空气升压降温增湿，有利于水汽饱和析出；浓雾生成前3 h，继续升压降温增湿，进程缓慢；浓雾发生时，相对湿度达到并持续饱和状态，其余气象要素达到谷值后缓慢略微上升；浓雾发生后3和6 h，气温、5 cm地温开始明显上升，本站气压、相对湿度较气温、5 cm地温变化反位相，露点温度、水汽压呈微幅振荡变化［14］。说明浓雾生成前6 h的升压降温增湿低能见度过程是浓雾发生的前兆，气温明显上升是浓雾消散的指示。

3.2 能见度的日变化和振荡特征

研究发现，浓雾的生消过程中能见度的变化可分为5个阶段（图3）。

图3 广宁站2018年11月24日能见度、温度、能见度变率逐时演变

第1阶段为振荡阶段：能见度反复性小幅振荡，存在着某种准周期性的特征。第2阶段为突变阶段：能见度和能见度变率突然变幅增大，短时间内能见度发生跃变，该阶段的振荡通常被认为是浓雾发生前的前导振荡，即能见度变化率突然增大到前期能见度变率的2～10倍以上。同时前导振荡可被理解为浓雾发生前大气中液态水分布不均匀的表现。第3阶段为平稳阶段：当能见度达到50～500 m即最低值后，能见度长时间维持稳定，为近似水平的一条直线。振荡特性表现为短时间内能见度变化很小，能见度变率趋近于零，仅在平衡态附近持续10～30 min小幅脉动的中间振荡。第4阶段为突变阶段：此阶段维持浓雾的温湿条件逐渐被改变，平衡状态逐渐被破坏，发生能见度快速上升，能见度变率快速增大的后位振荡。第5阶段为振荡阶段，能见度已经好转，其振荡特征与第1阶段类似［15］。同时从图3分析可知，在浓雾的生消过程中温度的变化趋势与能见度正位相，但其变化幅度小，几乎无较为明显的温度振荡。

图4为广宁县2018年11月25日能见度、温度、能见度变率逐分钟演变个例。由图4可以看出，从24日夜间开始温度逐渐下降，与此同时空气中水汽的饱和度上升，能见度在2～4 km之间变化，能见度变率较大。25日02：00至02：40温度继续再下降，能见度快速下降至1 km以下，能见度变率继续增大，该次振荡为浓雾来临之前的前导振荡。03：20至09：00进入浓雾的平稳阶段，能见度维持100 m左右，能见度变率趋近于零，同时温度达到最低点。09：00左右温度开始明显上升，雾中饱和水汽变得不饱和，层结逐渐不稳定，能见度陡升，维持了近6 h的浓雾消散，同时能见度变率振荡加大，体现出浓雾后位振荡的特征。

图4 广宁站2018年11月25日能见度、温度、能见度变率演变图及局部放大图

4 结论

1）近地面逆温层、风力微弱、夜间少云、水汽分布上干下湿和边界层微弱的辐散下沉运动是形成辐射雾的特征。

2）辐射雾的生消过程与地面气象要素的演变关系为辐射雾生成前6 h的升压降温增湿低能见度，该过程是浓雾发生的前兆，气温明显上升则是浓雾消散的指示。

3）辐射雾的发展、形成和消散过程中能见度的变化可分为能见度正常的振荡阶段、能见度下降浓雾发展的突变阶段、维持低能见度浓雾形成的平稳阶段、能见度上升浓雾消散的突变阶段和能见度正常的振荡阶段。

4）能见度不同阶段，振荡特性各异。突变阶段为浓雾发生前的前导振荡，能见度振荡增大，即能见度变率突然增大到前期能见度变率的2到10倍以上；平稳阶段为浓雾发生时的中间振荡，能见度长时间维持稳定，为近似水平的一条直线，能见度变率趋近于零；再一次突变阶段为浓雾消散时的后位振荡，能见度快速上升，能见度变率快速增大。