2021年长沙黄花机场连续两日辐射雾对比分析

摘 要：本研究选取了2021年1月23日和24日连续两日的vaisala自动观测的风、温度、能见度数据以及探空图数据，从辐射雾发生和消散的几大原因对这两次辐射雾过程进行对比分析，讨论了连续两日出现大雾过程的原因以及第二日过程中能见度在日出后再次转差的原因。分析发现：空中污染物多，PM2.5数值大的时候容易连续几日出现早间辐射雾天气;3 m/s或以上的风速有利于辐射雾的消散;1～2 m/s的风速有利于辐射雾的发展。辐射逆温层有多层结构，逆温层内风场和温度场之间具有相互作用的关系，这正是辐射雾过程中风速、能见度以及温度等要素有反复的原因。

关键词：辐射雾;PM2.5;风速;逆温层

中图分类号：P426.4;V321.222 文献标志码：A    文章编号：1003-5168（2022）1-0113-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.025

Comparative Analysis of Radiation Fog in Changsha Huanghua Airport for Two Consecutive Days in 2021

YU Jia

（Meteorological office of Hunan ATM Sub-bureau， Changsha  410000，China）

Abstract： This study selects the wind， temperature， visibility data and radiosonde data automatically observed by Vaisala on January 23 and 24， 2021， compares and analyzes the two radiation fog processes from several major reasons for the occurrence and dissipation of radiation fog， and discusses the reasons for the heavy fog process for two consecutive days and the reason for the poor visibility again after sunrise on the second day. After analysis， it is found that there are many air pollutants， and when the PM2.5 value is large， it is easy to have morning fog for several consecutive days. The wind speed of 3 m/s or above is conducive to the dissipation of heavy fog， and the wind speed of 1-2 m/s is conducive to the development of heavy fog. The radiation inversion layer has a multi-layer structure， and there is an interactive relationship between the wind field and temperature field in the inversion layer， which is the reason for the repetition of wind speed， visibility and temperature in the process of radiation fog.

Keywords： radiation fog;PM2.5;wind speed; inversion layer

0 引言

冬季大霧给民航经济效益和飞行安全造成严重影响。据中国民航统计，由于天气原因导致航班延误一般占总延误次数的70%，而天气原因中又以大雾最为多见。1998年2月16日晚8时，一架客机在台北中正机场降落时，因大雾影响能见度约200 m，造成飞机失事，死亡200余人。2010年8月24日伊春空难，导致44人死亡，52人受伤。因此，大雾天气，是民航气象需要研究的重点。

辐射雾形成是由多种天气条件、环境因素决定的。从气候和天气学角度出发，大多数研究主要分析各地大雾时空分布特征和天气学成因，其中对辐射雾研究较多，共性特点是微风、逆温、相对湿度大[1-5]。从统计学角度出发，相关研究对大雾影响因子和客观预报方法进行了分析[6-8]，为大雾天气预报和科研奠定了良好基础，但大雾预报仍然是预报业务的难点，且大雾成因存在地域差别。

2021年1月23日和24日，长沙黄花机场罕见连续两日出现了辐射雾天气。尤其是24日，辐射雾在消散过程中出现反复，日出以后出现罕见的再次转差现象，导致航班大量延误，光是备降的航班就多达7架次，给航空运行带来了较大影响以及财产损失。本文选取了两日的vaisala自动观测的风、温度、能见度数据以及探空图数据，从辐射雾发生和消散的几大原因对这两次过程进行对比分析，讨论了连续两日出现辐射雾过程的原因以及第二日过程中能见度反复的原因。

1 两次过程天气形势简述

23日和24日长沙黄花机场的连续两次大雾过程都是辐射雾。在华北中南部、黄淮、汾渭平原、江汉等地，空中有着大量的污染物。然而这几日大气扩散条件一般，有轻到中度霾天气在我国中部地区堆积。受地面偏东弱冷空气影响，这些污染物向南向西扩散影响到两湖及四川地区，受其影响，长沙22—24日空气中的PM2.5的数值分别为147、144、132。这些污染物的传输为两日连续大雾天气过程提供了充分的凝结核。

23日大雾为典型的辐射雾过程，前一日白天黄花机场阴天有零星小雨，夜间空中各层均转为槽后西北气流，云系减少，23日凌晨04：00转为碧空天气，温度迅速降低。大雾持续时间为05：14—08：00。

23日长沙黄花机场为晴天，空中渐转偏南风，近地面仍为弱的偏北风。夜间由于辐射降温而出现大雾，24日04：40—06：00机场出现部分雾，最低主导能见度900 m，跑道视程（Runway Visual Range，简称RVR）125 m。06：00—07：27主导能见度上升至1 500 m，RVR也上升至1 400 m。然而07：27后能见度迅速降低，主导能见度降至500 m，RVR也降至 200 m。后面大雾一直持续至09：41才逐渐好转。中间能见度的一度好转给了航空公司错误的信号，大量航班开始起飞，等到了长沙机场突然发现能见度再次转差，只好转为备降。当日日出时间为07：18，是在日出以后能见度已经好转的情况下再次形成的辐射雾。

2 两日辐射雾天气要素对比分析

2.1 水汽条件对比

23日凌晨的辐射雾前一日白天为阴天有零星小雨，夜间转为碧空。从黄花机场自动观测系统数据显示，22日全天湿度都在80%以上，因此23日凌晨的大雾水汽条件是非常好的。相对而言，23日白天为晴天，最低湿度为60%，但是由于空气中霾比较严重（白天能见度最高4 000 m，多数时间仅为2 000～3 000 m），水汽蒸发并不太多。两日辐射雾过程的水汽条件比较而言，显然是前一日更为充分。从两日湖南区域8时能见度实况对比可以看出，23日凌晨整个湘中以北地区均为200～500 m的浓雾天气，而24日凌晨仅湘东北角落有200～500 m的浓雾天气。然而23日更浓的雾却消散得更加早一些，24日范围小、浓度小的雾却消散得更加晚，这说明24日辐射雾消散晚的原因不是水汽原因，也不是因为雾浓度大的原因，需要从其他方向对比分析。

2.2 风速对比

23日凌晨5：00之前风速维持在2 m/s以下，04：00—5：00风速小于1 m/s，而同时间能见度也从800 m迅速下降至100 m附近。6：00开始风速上升至2～3 m/s，同时间能见度从100 m上升至200 m。具体如图1所示。

24日凌晨03：50—04：40风速一直很小，维持在0～1 m/s，相对应的能见度也从800 m迅速下降至小于50 m。从05：30后风速加大到3 m/s，能见度也从小于50 m向上爬升，在400 ～1 600 m波动。07：20后风速重新降到了1～2 m/s，能见度也再次从400～800 m下跌至小于50 m。具体如图2所示。

对比两日辐射雾过程中地面风速的变化曲线可以发现一些规律：在辐射雾彻底稳定之前，两日都有一个风速的极小值區域维持40 min以上，风速维持在0～1 m/s，然而在风速极小的时候能见度并没有迅速跌到最低，而是在这个极小值时段之后风速重新回到1～2 m/s的时候才出现能见度的极小值。这说明0～1 m/s的极小风速并不是最有利于辐射雾发展的风速，1～2 m/s的风速才使得大雾得到更好的发展。23日6：00风速维持3 m/s后辐射雾逐渐消散，24日6：00风速维持3 m/s后辐射雾也逐渐消散，但是在07：20之后风速重新下降至1 m/s附近时，辐射雾又重新开始发展。对比两者可以发现3 m/s或以上的风速有利于辐射雾的消散，1～2 m/s的风速有利于辐射雾的发展。

2.3 空中层结对比

23日08：00探空图[图（3a）]显示长沙站上空的逆温层已经破坏，在日出以后辐射雾很快就消散。而24日8：00探空图[图（3b）]）显示长沙上空还有着很厚的逆温层，逆温层顶的高度达到了将近2 km，深厚的逆温层使得即使已经到了日出时间，低层的温度层结很难被破坏，在低层的风速重新变小以后，雾滴重新开始堆积，辐射雾重新发展起来并维持较长时间，一直等到深厚的逆温层被破坏以后辐射雾才彻底消散。

由于湍流混合作用随高度是分层的，因而动量、热量、水汽的输送也是不连续的，从而出现了逆温层的多层结构。从图3（b）中可以明显看到逆温层的多层结构。即除了贴地逆温层外，还有低空和中空逆温。由于地面的长波辐射冷却形成辐射逆温后，随着逆温强度的不断加强，近地面逆温层附近湍流运动逐渐减弱，近地面风速减小。因此可见图3中两日04：00前后风速降低到0～1 m/s，同一时间受逆温层的影响能见度也降低到最差时刻。而在逆温层上部动量在逆温层上部不断堆积起来，从而使得这里风速逐渐加大，尤其是使该处的风速切变更加迅速地发展起来。然而正是由于这种风速切变的迅速加大，反过来使得该层的梯度里查逊数Ri迅速减小，当Ri减小到临界值 0.25 （临界理查逊数）以下时，便满足了Kelvin-Helmoholtz 切变不稳定条件，使该层内湍流运动急剧地产生和加强，从而湍流混合作用突然增大，便会引起动量和热量爆发性地向下输送达到地面，伴随着这一动力过程的是低层温度、风速在几十分钟内发生剧烈地变化[9]。这就解释了图3中两日06：00—07：00的风速都有一个爆发性增强至3～4 m/s的现象，23日能见度从100 m上升至200 m，24日则从50 m上升至800 m以上。正是因为逆温层的这种起伏式的结构，导致辐射雾出现能见度的反复情况。之后风速逆温中心强度迅速削弱，风速和风速切变迅速减小，结果很快使得切变不稳定条件消失从而又重新恢复到该层逆温开始发展时的情况，于是贴地逆温强度再次开始逐渐加强。23日由于逆温层比较薄，导致从07：00风速增大以后逆温层没能够再次形成，加上日出后增温明显，雾层没有逆温层的阻挡很快抬升消散。而24日由于逆温层厚度一直到2 km左右，雾层抬升以后并不能很快消散，反而减弱了太阳辐射导致的地面增温，于是逆温层再次开始加强，近地面风速再次减小。

3 结语

①空中污染物多，PM2.5数值大的时候容易连续几日出现早间辐射雾天气。

②3 m/s或以上的风速有利于辐射雾的消散，1～2 m/s的风速有利于辐射雾的发展。

③辐射逆温层有多层结构，逆温层内风场和温度场之间具有相互作用的关系，这正是辐射雾过程中风速、能见度以及温度等要素有反复的原因。

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收稿日期：2021-09-17

作者简介：余佳（1988—），男，本科，工程师，研究方向：气象短临预报。

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