2020年泰州一次持续性大雾过程的诊断分析

夏雨晨　杨梦兮　孙诚

关键词： 辐射雾 持续性大雾 逆温层 微波辐射计

中图分类号： P458 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）15-0174-05

雾是指近地面层空气中悬浮的大量小水滴和冰晶使得水平能见度降到1 km 以内的一种天气现象。大雾都是一种严重的自然灾害现象，会造成严重的经济损失和人员伤亡。浓雾对飞机的起飞和降落、公路交通安全都有严重的影响；空气污染产生的酸雾会对人类健康产生危害，也是建筑物和各类设施腐蚀的重要原因。另外，雾还会导致电线之间的放电，损坏电力设备，造成电力事故。随着中国城市化和工业化的快速发展，大雾事件发生的频率和强度都呈明显的上升趋势，引起了极为广泛的关注。因此，研究大雾的形成与维持机制对经济和人民生命财产安全都有着重要意义。

近年来，由于大雾天气引发的交通事故不断出现，使人们对大雾天气的关注程度越来越高。国内外很多学者都对大雾天气的产生机制进行深入研究与探讨，并获得了一系列成果。方莎莎等人[1]利用多种探测资料对武汉地区不同降水情况下大雾天气的气温、液水含量和相对湿度层结特征进行了研究，验证了大雾天气时微波辐射计资料的可用性，分析了垂直要素变化对大雾生消的影响。结果表明：降水对雾的生消有双重影响，降水的蒸发可为雾的形成提供水汽，同时降水的形成会消耗空气中的水汽，加速雾的消散。王赛頔等人[2]使用多种观测手段对2014 年辽宁地区一次长时间大范围强浓雾天气成因进行了诊断。结果表明：在辐射雾阶段，975 hPa 高度以下形成逆温，气温下降、温度露点差减小、相对湿度增大；近地面微风利于降温，同时水汽不易流出，逆温作用使水汽不易向高层扩散。在锋面雾阶段，锋面附近辐合导致水汽上升冷却凝结，同时锋面附近低云降下雨滴在干冷空气中蒸发，利于近地面附近水汽饱和、冷凝。王明等人[3]利用FY-4A卫星对夜间大雾进行识别，发现卫星对夜间大雾的识别命中率普遍在70% 以上，不考虑地形影响，识别命中率可提高5%～8%；不考虑云影响，识别命中率可提高3%～4%。与高速公路交通管制信息对比，FY-4A 卫星对收费站点大雾识别命中率均高于70%，并在部分国家气象站未观测到大雾而因雾封路的区域可实现对大雾天气的有效识别。朱丽等人[4]对泰州一次持续性强雾-霾过程进行了分析，结果表明：风力较小，弱的垂直交换为雾的形成提供了较好的热、动力条件，对气团的后向轨迹特征分析发现，霾天气期间500 ｍ以下气团稳定少动。500 m 以上清洁气团向低空补充，利于污染物的扩散，霾减轻。TIAN M 等人[5]对渤海湾大雾天气的水汽输送进行了观测和模拟研究，发现大雾出现前，925 hPa 出现了西南低空急流，有利于大雾的产生；弱冷空气未能破坏底层逆温结构，大雾持续存在，随着锋面移动，大雾持续覆盖海面。李美琪等人[6]对河北一次持续大雾过程进行分析发现，大雾产生于稳定的纬向环流背景下，高空有弱短波槽快速东移，干性短波槽分别促成了大雾的形成、雾区范围扩大及强度增强。

本文针对2020 年2 月11—15 日江苏泰州地区的一次持续性大雾天气过程，利用ERA5 再分析资料、地面观测资料和微波辐射计资料对此次大雾天气过程进行诊断分析，从大尺度天气背景、水汽条件、动力条件等多方面进行分析，探讨该次持续性大雾天气的成因和维持机制，为持续性大雾预报思路提供参考，提供大雾预报准确率。

1 天气实况

2020 年2 月11—15 日，江苏泰州地区出现持续4天的区域性大雾天气，2 月11 日22∶00 泰州开始出现能见度小于500 m 的雾，12 日0∶00 开始出现能见度小于200 m 浓雾。从泰州站能见度的演变趋势来看，此次大雾天气过程可分为以下3 个阶段：

第一个阶段为2月11日夜间至12日凌晨，11日22∶00 前后泰州站出现能见度小于500 m 的雾，到了12 日02∶00 能见度降到200 m 以下；第二个阶段为13 日凌晨和14 日早晨，泰州站出现了能见度200～500 m 之间的雾，持续时间较短；第三个阶段为15 日凌晨，出现了能见度低于200 m的浓雾。

此次大雾天气最严重的时段为12 日凌晨和15 日凌晨，能见度均小于200 m，且持续时间较长。12日，泰州站能见度最低仅76 m，出现在04∶19。15 日凌晨，全市大部分地区能见度在200 m以下，泰州站最低能见度仅126 m，出现在02∶58。15 日08∶00 以后，随着北方冷空气南下，泰州地区西北风力增大，大气稳定层结遭到破坏，能见度迅速上升，大雾消散。

2 环流背景

本文采用欧洲中期天气预报中心再分析资料第5版（简称ERA5）逐6 h 再分析资料，对此次持续性大雾天气过程的天气形势进行分析。图2 是2 月11—14 日500 hPa 高空天气形势图。从500 hPa 环流形势上看，11—12 日泰州地区主要受中纬度偏西气流的影响，高空有短波槽过境，高空有湿区东移，水汽条件较好，多阴雨天气，为大雾天气的形成提高了较好的天气尺度背景。13—14 日高纬度有东北冷涡生成，泰州地区主要受冷涡底部的偏西气流影响，随着东北冷涡东移南落，泰州地区逐渐转为冷高压控制，冷空气南下，大气扩散条件逐渐转好，对大雾天气的消散有着重要作用。

图3 是11—14 日海平面气压场形势，从地面形势图上可以看出，11—13 日泰州地區受到均压场的控制，地面等压线较稀疏，以静稳大气为主，地面风场为南到西南风，且风力条件一般，不利于本地污染物的扩散，有利于大雾天气的产生。13 日起阿尔泰山至萨彦岭一带有冷空气堆积，形成冷高压，冷高压前部不断有弱冷空气向东北、华北地区扩散，至14 日后半夜冷空气波动南下影响泰州地区，地面等压线密集，风场逐渐由偏南风转为西北风，风力明显增大，有利于大雾的消散，因此14 日后半夜至15 日早晨此次持续性大雾天气逐渐消散。

3 大雾生成和维持机制

图4 为2020 年2 月11 日08∶00—15 日08∶00 过点（32.5°N，120°N）的风、温度和湿度的时间-高度剖面。从数据可以看出：11 日夜里和14 日夜里地面相对湿度均接近饱和状态，湿度条件明显好于13—14日，與强浓雾的爆发时间段相吻合；12 日凌晨起850 hPa 相对湿度由80% 以上逐渐减弱，至14 日下午重新增强至80% 以上。从风向的变化可以看出：13日08∶00和14日08∶00有短波槽过境，两次均为干性短波槽，短波槽过境后高空湿度开始下降，天空云量减少，有利于辐射降温；而900 hPa 温度开始上升，有利于近地面逆温层的形成和维持，因此13—14 日大雾属于辐射雾。14 日夜里泰州地区处于冷锋前部，但冷锋前的地面水汽接近饱和，大雾转为锋面雾。

图5 为11 日08∶00—15 日08∶00 过点（32.5°N，120°N）的涡度、散度、垂直速度时间-高度剖面。可以看出，11 日夜里和14 日夜里850 hPa 均有较强的正涡度，表明底层有暖湿气流，12—13 日低层有负涡度，大雾减弱，15 日早晨受冷空气南下影响，低层转为负涡度，大雾消散，与此次持续性大雾天气过程的生成和消散时间对应较好。从散度场的分布来看，此次大雾过程低层辐射辐合相间，11 日20∶00—13 日08∶00 低层有弱的辐合上升运动，13 日白天有弱的辐散下沉运动，弱的辐合上升运动可以使近地面的水汽向上输送，使湿层到达一定的高度，有利于大雾的维持，弱的辐散下沉运动有利于逆温层的形成，阻止中低层水汽交换，使得低层湿度条件达到饱和。从散度场的时间变化情况来看，与图5 的湿度随时间变化有较好的吻合，可以对应上此次大雾天气的发展过程。从垂直速度随时间的变化来看，11 日20∶00—14 日08∶00 和14 日20∶00 之后均以下沉气流为主，垂直运动较弱，有利于大气稳定层结的形成，下沉气流的增强会导致水汽向近地面的堆积，使得近地面湿度增大，对应大雾的发展。

由于微波辐射计的缺测，11—12 日数据无效，因此对13—15 日的微波辐射计观测资料进行分析。图6为基于微波辐射计资料的13—15 日泰州站温度和相对湿度的时间-高度剖面。由数据可以看出，泰州站在13 日16∶00 之后，1 km 以下相对湿度接近100%，14 日08∶00 之后2 km 以下相对湿度接近100%，水汽达到饱和状态，湿层深厚，有利于大雾的生成。从气温的变化情况来看，13 日和14 日夜间低层均有逆温层存在，13日夜间逆温层较明显，15 日早晨随着冷空气南下，气温迅速降低，逆温层遭到破坏，大雾逐渐消散。

4 结论与讨论

本文针对泰州一次持续性大雾天气过程，利用ERA5 再分析资料、地面观测资料和微波辐射计资料进行诊断分析，从大尺度天气背景、动力条件、水汽条件等多方面进行分析，探讨此次持续性大雾天气的成因和维持机制，结论如下。

（1）此次持续性大雾天气500 hPa 前期受纬向偏西气流控制，后期东北冷涡东移南落，多短波槽过境活动，湿度条件较好。该次过程前期地面受均压场控制，气压梯度小，风力较弱，为大雾天气的形成提供了有利的天气背景条件。短波槽过境后高空湿度开始下降，天空云量减少，有利于辐射降温，低层温度升高，为近地面逆温层的形成和维持提高有利条件，13—14 日形成辐射雾，14 日夜里泰州地区处于冷锋前部，冷锋前的地面水汽接近饱和，大雾转为锋面雾，15 日早晨冷空气开始影响泰州，大雾消散。

（2）此次大雾持续阶段，低层有暖湿气流，辐合辐散过程相间，低层弱辐合上升运动使湿层可以达到一定的高度并维持，提供了有利的水汽条件，弱辐散下沉运动为逆温层的形成提供了有利的动力条件。从微波辐射计观测资料来看，13 日16 时之后近地面相对湿度接近饱和，13 日和14 日夜间低层均有逆温层存在，为大雾的爆发提供了有利条件。最终大雾消散主要是由于冷空气的入侵，逆温层遭到破坏。