新郑机场一次降水过后的大雾诊断分析

宋晨飞，王晶晶，岳林源

（民航河南空管分局，河南郑州 450000）

大雾直接影响航班的起飞及降落，容易造成航班延误、返航、备降，影响飞行安全。新郑机场冬季和初春季节大雾频发，随着新郑机场的快速发展，航班数量逐年增加，大雾预报的精准度成为制约航运效率的重要因素。国内外学者及气象一线工作人员针对大雾天气做了大量的研究工作。邵振平[1]的研究表明了郑州机场低能见度现象97%是由雾引起的，其中辐射雾和平流雾引起的低能见度现象占76%。祖繁等[2]研究认为，辐射雾爆发性发展是在快速降温条件下，雾体爆发性发展阶段，较小粒径段雾滴数质量浓度经历“增长—回落—再增长”过程，较大粒径段的雾滴数质量浓度会在回落过程中增长，并在再增长过程中一同增长。彭双姿等[3]研究认为，地面辐射冷却作用形成近地辐射逆温层，是辐射雾形成和发展的主要因素，而日出后太阳短波辐射对地面的加热和热量湍流输送是白天辐射雾消散的重要原因。2021-05-27 凌晨至上午，新郑机场出现了大雾天气，主导能见度最低为150 m，RVR 最低为125 m，低于Ⅱ类精密进近运行标准，造成数10 架航班延误，严重影响了航运效率。本文利用ERA5 再分析资料，结合自动观测数据、卫星云图、河南省自动监测数据等对此次大雾过程进行了诊断分析，研究此次大雾过程的生成和消散条件。

1 天气实况

2021-03-26 新郑机场出现了连续性降水天气，2021-03-26 下午至2021-03-27T01：00 为小到中雨天气。主导能见度在降雨期间为1 000～4 000 m，2021-03-27T01：00 低于800 m，2021-03-27 T01：00—03：00 降至500 m，05：00—08：00 降至300 m，09：00 上升至300 m，10：00 上升至1 300 m，在11：00 上升至2 500 m。在大雾期间，05：00—09：00 的RVR 数值最低，在125～450 m 之间波动。

在大雾前期2021-03-27T01：00—03：00，新郑机场南北跑道能见度差异较大，北跑道RVR 数值明显高于南跑道。在机场范围观测到有团雾漂浮，造成了RVR数值剧烈波动，RVR 数值最低为325 m，最高为1 900 m。04：00 以后RVR 数值趋于稳定，南北跑道数值均低于325 m，表明大雾已经完全生成并覆盖整个机场。09：00—10：00 的RVR 数值快速上升，大雾消散。

2 环流形势特征

根据2021-03-26T20：00 环流形势分析，500 hPa西部有低槽东移，700 hPa、850 hPa 中东部和南部有切变线影响。根据2021-03-27T02：00 环流形势分析，500 hPa 转为偏西到西北气流控制，700 hPa、850 hPa切变线东移至东部， 表明降水结束。 根据2021-03-27T08：00 环流形势分析，500 hPa、700 hPa、850 hPa 均转为西北气流，天空状况逐渐转为晴空，有利于夜间的辐射降温和早晨的辐射增温。2021-03-27凌晨至上午，地面图上气压场较弱，东部有弱低压存在，地面风速较弱，有利于逆温层的形成。

3 物理量场分析

3.1 湿度条件

3.1.1 水汽来源分析

2021-03-26 下午至2021-03-27 凌晨，新郑机场为小到中雨天气，前期的降水导致土壤中储存了大量的水分，湿度较大。根据自动观测数据湿度统计，2021-03-26T20：00—2021-03-27T08：00，相对湿度为97%～100%，一直处于高湿度状态，为大雾的生成提供了充沛的水汽条件。

3.1.2 蒸发作用分析

新郑机场2021-03-27 双跑道RVR 监测数据如表1所示。新郑机场南跑道（12R、MID1、30L）RVR 数值在2021-03-27T01：00—03：00 明显低于北跑道（12L、MID2、30L）RVR 数值，且南跑道东部30L 端数值最低。2021-03-26 夜间至2021-03-27 早晨，新郑机场风向不定，风速为0～1 m/s，空气流动性低。在新郑机场东部有南水北调河环绕，南部植被覆盖较多。因前期有降水过程，地面有积水，土壤含水量高，地面相对湿度维持在97%以上，同时地面高度为2 m 时温度大约为12 ℃，温度较高。湿地面蒸发、水面蒸发和植被呼吸作用增加空气中水汽含量，使空气中水汽达到饱和，从而导致新郑机场南部、东部近地面出现了漂浮的团雾，造成RVR 数值剧烈波动。

表1 新郑机场2021-03-27 双跑道RVR 监测数据单位：m

3.2 温度条件

3.2.1 辐射作用分析

2021-03-27T00：00 河南区域西部为晴空，新郑机场及周围区域上空还有满天云存在，03：00 新郑机场上空云量减少。2021-03-26T20：00—2021-03-27T11：00温度及露点曲线如图1 所示。2021-03-26T23：00—2021-03-27T06：00，机场基准站点温度持续为12 ℃左右，2021-03-27T06：00—08：00 温度降低至11 ℃，后续逐渐上升，10：00 温度抬升至13 ℃，11：00 抬升至16 ℃。2021-03-27T03：00 后虽然天空转晴，但是过早出现的大雾形成了“暖盖”，阻碍了长波辐射，导致地面温度没有出现明显变化。日出后，太阳辐射导致地面温度开始抬升，湍流加强，逆温层被破坏，当雾质量浓度降低时，地面温度升高加快，进一步降低了空气湿度和增强了对流运动，加快了大雾的消散。

图1 2021-03-26T20：00—2021-03-27T11：00温度露点曲线图

3.2.2 温度平流分析

925 hPa 温度平流如图2 所示。

图2 925 hPa 温度平流

从图2 中可以看出，2021-03-26T20：00 新郑机场所在区域的冷平流大约为-7×10-5℃·s-1，但2021-03-27T02：00 新郑机场所在区域转变为暖平流，大约为8×10-5℃·s-1，2021-03-27T04：00 暖平流继续维持，大约为6×10-5℃·s-1。925 hPa 暖平流的增温作用特别有利于2021-03-27 凌晨至早晨逆温层的出现和维持。

3.3 风场条件

3.3.1 流场分析

利用ERA5 再分析性数据对河南的中尺度环流进行分析，发现2021-03-27T02：00 在河南西部主要为西北气流，河南中东部主要为西南气流，其中部区域西南到东北方向有带状辐合带。新郑机场位于其辐合带上。风场的辐合有利于水汽积累达到饱和，从而有利于大雾的形成。1 000 hPa 流场（2021-03-27T02：00）如图3 所示，河南省2021-03-27T02：00 实时能见度如图4 所示。对比分析发现，1 000 hPa 风场辐合区域和大雾区域基本吻合。

图3 1 000 hPa 流场（2021-03-27T02：00）

3.3.2 风速分析

根据2021-03-27 实况报文统计，2021-03-26 T20：00—2021-03-27T08：00，新郑机场风向为VRB（风向不定），风速为1 m/s，风速符合微风条件。1 000 hPa垂直速度图，如图5 所示，新郑机场所在区域垂直运动弱，2021-03-27T02：00 和2021-03-27T04：00 垂直速度小于0.2 Pa·s-1。水平风速和垂直速度较弱，有利于水汽聚集，为大雾形成了水汽条件。日出后，太阳短波辐射造成地面温度升高，湍流作用加强，2021-03-27T08：00 增大了0.2 Pa·s-1。

图5 1 000 hPa 垂直速度图

3.4 层结条件

根据2021-03-27T08：00 新郑站探空图可知，925 hPa 出现了弱的逆温层，大气层结稳定。尽管地面无明显辐射冷却，但是暖平流的出现导致2021-03-27早晨逆温层的出现，逆温层的出现有利于地面水汽的聚集。925 hPa 以下高度温度和露点曲线重合，相对湿度较大，925 hPa 以上高度湿度较小，从而间接证明了逆温层的作用。当太阳升起后，地面温度开始增长，破坏逆温层，从而导致大雾消散。

4 结论

通过对2021-03-27 的大雾过程进行分析，得出以下结论：①此次大雾天气过程，前期的降水和地面风场辐合提供了充足的水汽来源；近地面有弱逆温层存在，层结稳定；地面气压为均压场，风速较弱，以上条件为大雾的生成提供了较好的条件。日出后，太阳辐射导致地面温度升高，湍流加强，破坏逆温层从而导致大雾快速消散。②与典型辐射雾不同，在微风条件下，当地面水汽充沛、地面温度高、相对湿度处于高值时，通过地面和水面蒸发、植被呼吸作用增加空气中水汽含量，从而使水汽达到饱和，在近地面出现团雾或局地大雾。当有大雾覆盖地面时，不利于辐射降温，从而不利于形成逆温层，但是925 hPa 的暖平流导致在机场区域上空形成了弱的逆温层。