劉德安　王鳳嬌　劉慧　徐玲玲

摘要利用多種常規(guī)觀測(cè)資料對(duì)濱州市2011年12月3～7日和2012年3月16～17日2次大霧天氣過程進(jìn)行分析，探討了大霧天氣產(chǎn)生的環(huán)流形勢(shì)及其形成的大氣層結(jié)特征、垂直運(yùn)動(dòng)特征、溫濕條件等。結(jié)果表明，穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)及地面較弱的氣壓場(chǎng)是大霧形成的有利天氣形勢(shì)；風(fēng)力小，空氣濕度大，有利于霧的形成；低層西南氣流是大霧形成并維持的主要水汽來源；近地層形成逆溫層，使大氣層結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)，是大霧形成和維持的重要條件；低層垂直運(yùn)動(dòng)較弱，對(duì)水汽的擴(kuò)散不利，有利于霧的維持。

關(guān)鍵詞大霧；環(huán)流形勢(shì)；垂直運(yùn)動(dòng)；溫濕條件；層結(jié)特征；濱州市

中圖分類號(hào)S161.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）04-01117-04

作者簡(jiǎn)介劉德安（1965-），男，山東寧陽(yáng)人，工程師，從事氣象服務(wù)工作。

在各種天氣現(xiàn)象中，大霧是常見主要災(zāi)害性天氣之一，主要發(fā)生在近地面層，嚴(yán)重的視程障礙威脅著交通安全。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大霧對(duì)交通的影響表現(xiàn)得越來越突出，越來越受到公眾的關(guān)注。同時(shí)，大霧天氣的出現(xiàn)也嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，給人們的身體健康帶來不利影響。因此，了解大霧天氣產(chǎn)生的背景和原因并對(duì)它進(jìn)行預(yù)報(bào)是非常重要的。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)此已經(jīng)有了多方面的研究[1-3]，如曹治強(qiáng)等對(duì)華北和黃淮地區(qū)的雪后大霧天氣產(chǎn)生的天氣背景及其形成的溫濕條件和層結(jié)特征進(jìn)行分析，指出華北和黃淮較低的海拔高度，有利于暖濕空氣的平流進(jìn)入，是大霧形成的重要因子[1]；胡鵬等利用NCEP 1°×1°再分析資料等通過計(jì)算動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)物理量場(chǎng)，對(duì)大霧形成與維持的動(dòng)力學(xué)原因進(jìn)行研究[2]。冬半年是濱州市大霧的頻發(fā)時(shí)段。2011 年12月3～7日濱州市持續(xù)出現(xiàn)大霧，這次大霧具有分布范圍廣、濃度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。大霧作為一種災(zāi)害性天氣受到了廣泛關(guān)注。筆者利用常規(guī)觀測(cè)資料對(duì)此次過程和2012年3月16～17日2次典型大霧天氣過程進(jìn)行分析，探討大霧天氣產(chǎn)生的環(huán)流形勢(shì)及其形成的層結(jié)特征和溫濕條件，以期對(duì)大霧的主要成因有更加深入的認(rèn)識(shí)，為實(shí)際大霧天氣預(yù)報(bào)工作提供理論支撐。

1天氣實(shí)況

1.1 2011年12月3～7日過程受弱冷空氣影響，2011年12月3日早晨，河北南部及山東省西部地區(qū)（聊城、德州市等）先后出現(xiàn)能見度<50 m的強(qiáng)濃霧；日出后，這些地區(qū)的能見度雖逐漸有所好轉(zhuǎn)，但仍不足1 km，且霧區(qū)逐漸向東擴(kuò)展；中午開始，濱州市自西向東能見度開始迅速下降，惠民縣由12：00的6 km到14：00下降至0.3 km，20：00除博興縣以外其余各縣區(qū)能見度均降至1 km以下；夜間大霧擴(kuò)展到全市并持續(xù)，能見度繼續(xù)緩慢下降，一直持續(xù)到4日午后，期間最低能見度僅60 m。4日夜間大霧再次出現(xiàn)并持續(xù)到5日中午。5日下午～7日濱州市出現(xiàn)弱降水天氣，低層濕度維持，能見度有所上升，霧出現(xiàn)區(qū)域向西部?jī)?nèi)陸收縮；到7日中午開始受強(qiáng)冷空氣影響，北風(fēng)逐漸加強(qiáng)，下午大霧逐漸消散。12月3～7日惠民縣大霧持續(xù)時(shí)間達(dá)72 h。

1.2 2012年3月16～17日過程 2012年3月16日半夜濱州市開始出現(xiàn)小雨，隨著降水結(jié)束，濱州市北部的無棣、沾化縣開始出現(xiàn)大霧天氣，08：00能見度600～700 m；14：00能見度明顯好轉(zhuǎn)，無棣12 km、沾化8 km；傍晚隨著溫度的降低，能見度也逐漸下降，到20：00，大部出現(xiàn)輕霧，特別是沾化縣，能見度已下降至1.2 km，相對(duì)濕度達(dá)97%。到17日02：00，相對(duì)濕度達(dá)100%，相鄰的墾利縣已出現(xiàn)濃霧，能見度僅300 m；08：00，全市除鄒平縣外均出現(xiàn)濃霧，其他各縣區(qū)能見度不足或僅100 m，最小僅30 m；隨著日出后溫度逐漸升高，大霧從09：00后開始逐漸減弱、消散，能見度轉(zhuǎn)好，惠民縣能見度由09：00的50 m上升至10：00的900 m、11：00上升至1 500 m，到14：00大霧完全消散。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

2.12011年12月3～7日過程在這次大霧天氣過程前，亞歐大陸環(huán)流形勢(shì)為兩槽一脊，位于我國(guó)東部的低槽于2日白天影響山東省，雖由于水汽條件不佳，沒有產(chǎn)生降水，但槽前的西南氣流還是使?jié)穸扔兴黾印?日08：00 500～850 hPa全省均為西北氣流控制（圖1a1、a3），850 hPa以上冷空氣不明顯，但925及1 000 hPa山東省西部有弱冷平流影響；地面圖上（圖1b1），冷高壓控制蒙古國(guó)，高壓壩伸至河套地區(qū)，山東省西部處于冷高壓壩前部，為弱西到西北風(fēng)，輻射降溫明顯，有利于霧的形成，魯西北西部出現(xiàn)了大霧。11：00后，隨著低層冷平流的入侵，濱州市氣溫緩慢下降，濕度迅速增大，并達(dá)到飽和，自西向東能見度逐漸變差，形成平流霧，并逐漸擴(kuò)展到全市。4～6日500 hPa亞歐大陸一直維持兩槽一脊環(huán)流形勢(shì)，僅高脊發(fā)展并緩慢東移；山東省上空環(huán)流平直，陸續(xù)有淺槽移過濱州市；700和850 hPa一直為弱的西南氣流，地面冷高壓在蒙古國(guó)穩(wěn)定緩慢地東移，河套的高壓壩也緩慢東移，濱州市一直處于高壓壩的東南側(cè)，環(huán)流形勢(shì)穩(wěn)定，大霧維持。受東移淺槽的影響，5和6日下午到夜間分別出現(xiàn)弱降水，雖使近地面濕度維持，但降水也使近地層的凝結(jié)核減少，不利于霧的形成。7日08：00 500 hPa高脊（阻高）減弱，橫槽轉(zhuǎn)豎，引導(dǎo)冷空氣南下（圖1a2）；700、850 hPa均轉(zhuǎn)為西北氣流（圖1a4），850 hPa以下冷空氣明顯并南壓，地面上濱州市雖然轉(zhuǎn)為北風(fēng)（圖1b2），但風(fēng)力不大，難以完全驅(qū)散大霧，08：00西部的惠民縣能見度仍維持在700 m左右。7日中午隨著冷空氣主體不斷南下，風(fēng)力加強(qiáng)，以及降水的沖刷作用，能見度迅速轉(zhuǎn)好，13：00以后大霧消散。隨著亞歐環(huán)流形勢(shì)由兩槽一脊向一槽一脊的轉(zhuǎn)換，引導(dǎo)冷空氣南下，終結(jié)了持續(xù)5 d的大霧天氣。

注：a1、a3、b1為3日08：00；a2、a4、b2為7日08：00。a1、a2為500 hPa形勢(shì)場(chǎng)；a3、a4為850 hPa形勢(shì)場(chǎng)。

圖12011年12月3～7日高空形勢(shì)場(chǎng)（a）和地面氣壓場(chǎng)（b）2.22012年3月16～17日過程亞歐大陸中高緯度為兩槽一脊形勢(shì)，貝湖西北為高壓脊控制，中緯度地區(qū)環(huán)流較平直，15日夜間有一中支淺槽移出，濱州市出現(xiàn)了弱降水，使近地面濕度明顯增大，河北省南部大部地區(qū)出現(xiàn)了輕霧，濱州市東部的無棣、沾化縣出現(xiàn)了大霧；16日夜間高層仍為平直的偏西氣流，中低層則為淺槽后部的西北氣流控制。17日08：00 500 hPa高空濱州市處于南支槽前平直的偏西氣流中，北支槽于中蒙邊界（圖2a）；中低層南支槽于河套地區(qū)，濱州市處于弱脊控制下，北支槽及其后冷空氣已經(jīng)南壓至京津地區(qū)（圖2b）。16日20：00～17日08：00，地面上蒙古冷高壓緩慢南壓，其前冷鋒到17日08：00已移至東北東南部到京津以西地區(qū)（圖2c）；河套地區(qū)為倒槽所控制，倒槽在逐漸向東移動(dòng)；濱州市處于河套低壓倒槽與入海低壓、蒙古冷高壓與江淮小高壓之間的均壓場(chǎng)中，氣壓場(chǎng)較弱，風(fēng)向在西南與東南之間擺動(dòng)，風(fēng)力2～3 m/s，氣溫與露點(diǎn)溫度差逐漸縮小到不足1 ℃，近乎飽和。因此，無論是高低空環(huán)流形勢(shì)還是地面形勢(shì)、風(fēng)場(chǎng)、濕度條件等，均有利于大霧的形成。隨著太陽(yáng)的升高，氣溫逐漸升高，氣溫與露點(diǎn)溫度差增大，大霧逐漸減弱并消散。17日夜間北支槽南壓，引導(dǎo)冷空氣南下影響濱州市，大霧形成的環(huán)流形勢(shì)被破壞，大霧過程結(jié)束。

3.12011年12月3～7日過程由圖3可見，3～5日濟(jì)南章丘探空站上空1 km以下一直存在逆溫層，逆溫層下露點(diǎn)溫度與氣溫十分接近。逆溫的存在形成“暖蓋”，大氣層結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)，使近地面水汽僅能在近地面層湍流擾動(dòng)，有利于大霧的形成、維持。5日白天降水后，低層逆溫層明顯減弱并抬高至1.8 km以上，對(duì)霧的形成不太有利，但濕度仍接近飽和，低層風(fēng)力仍較弱，大霧形成的穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)仍維持，因此大霧仍維持，但濃度已明顯減弱。7日20：00弱的逆溫層一抬高至3.0 km左右，雖然其下空氣接近飽和，但低層風(fēng)已轉(zhuǎn)為一致的東北風(fēng)，風(fēng)力加大至8 m/s以上，使近地層水汽擴(kuò)散，不利于霧的形成，大霧減弱消失。

圖32011年12月3日08：00（a）、5日20：00（b）和7日20：00（c）濟(jì)南章丘探空站T-logP圖3.22012年3月16～17日過程15日夜間中支淺槽移出，濱州市出現(xiàn)了弱降水，使近地面濕度明顯增大。從濟(jì)南章丘探空站T-logP圖的變化（圖4）來看，16日08：00章丘站上空2.5 km處存在弱逆溫層，逆溫層以下溫度線幾乎與濕度線重合，大氣層結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)。但逆溫層弱且高度較高，水汽可以在較大的高度擾動(dòng)擴(kuò)散，對(duì)大霧的形成、維持不是太有利，因此，河北省南部大部地區(qū)出現(xiàn)了輕霧，僅在濱州市東部的無棣、沾化縣出現(xiàn)了大霧。17日08：00，1.5 km以下有2個(gè)逆溫層，特別是近地面逆溫層的存在形成“暖干蓋”，其下的近地面水汽幾乎達(dá)到飽和，大氣層結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)，使近地面水汽僅能在近地面層湍流擾動(dòng)，有利于大霧的形成和維持；18日08：00雖然1.3 km處逆溫層明顯，且逆溫層上下水汽接近飽和，但高層西北風(fēng)較大，低層?xùn)|北風(fēng)風(fēng)力較大，說明冷空氣已經(jīng)南下，因此，此逆溫層應(yīng)為鋒面逆溫。逆溫層下，受冷空氣影響，各層風(fēng)力較大，擾動(dòng)較強(qiáng)，使低層水汽擴(kuò)散，不利于大霧形成。

4 垂直運(yùn)動(dòng)分析

4.12011年12月3～7日過程通過分析濱州市上空的垂直速度時(shí)間剖面圖（圖5）可以看出2日夜間高空槽移出，3日上空處于一致的下沉氣流中，不利于大氣對(duì)流，但下沉中心位于500 hPa以上，近地面大氣下沉運(yùn)動(dòng)弱，有利于大霧的維持；4日08：00，400 hPa以上為下沉運(yùn)動(dòng)，而400 hPa以下為弱上升運(yùn)動(dòng)，中低層上升運(yùn)動(dòng)受到中上層下沉運(yùn)動(dòng)的抑制，不利于大氣對(duì)流發(fā)展，有利于霧的生成；低層上升運(yùn)動(dòng)伸展到一定高度，有利于水汽的垂直交換，使霧能再較厚的形成、發(fā)展，因此，對(duì)霧的維持和發(fā)展十分有利；5日08：00，上升運(yùn)動(dòng)幾乎控制了整層大氣，利于大氣對(duì)流發(fā)展，對(duì)降水有利；低層水汽上升，不利于霧的生成、維持，但近地層上升運(yùn)動(dòng)弱，造成的水汽擴(kuò)散也較慢，對(duì)大霧的減弱作用也緩慢；6日08：00，下沉運(yùn)動(dòng)幾乎控制了整層大氣，不利于大氣對(duì)流發(fā)展，不利于霧的生成，但近地層下沉運(yùn)動(dòng)弱，有利于大霧的維持；7日08：00以后，上升運(yùn)動(dòng)幾乎控制了整層大氣，上升運(yùn)動(dòng)中心下降至700 hPa附近，大氣垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，利于近地層水汽擴(kuò)散，大霧趨于減弱。

（1）穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)及地面較弱的氣壓場(chǎng)是大霧形成的有利天氣形勢(shì)；風(fēng)力小，空氣濕度大，有利于霧的形成。2011年12月3～7日大霧發(fā)生在兩槽一脊的環(huán)流形勢(shì)下，高空為槽后西北氣流控制，弱冷空氣影響下形成平流大霧；大霧發(fā)生后高空平直環(huán)流多淺槽東移，低層西南氣流為霧區(qū)輸送水汽；降水的沖刷，減少了凝結(jié)核，使大霧減弱；亞歐環(huán)流形勢(shì)由兩槽一脊向一槽一脊的轉(zhuǎn)換，引導(dǎo)冷空氣南下，大霧逐漸消散。2012年3月16～17日大霧發(fā)生在高空為平直偏西氣流控制下，有淺槽過境，低層西南氣流為霧區(qū)輸送了水汽；地面形成均壓場(chǎng)，風(fēng)力小，溫度與露點(diǎn)接近，有利于霧的形成；冷空氣南下后，大霧形勢(shì)場(chǎng)破壞。

（2）低層西南氣流是大霧形成并維持的主要水汽來源。

（3）近地層形成逆溫層，使大氣層結(jié)處于穩(wěn)定狀態(tài)，水汽得以聚集于近地面層，是大霧形成和維持的重要條件。

（4）低層垂直運(yùn)動(dòng)較弱，對(duì)水汽的擴(kuò)散不利，有利于霧的維持；低層有微弱的上升運(yùn)動(dòng)并有一定的厚度，有利于水汽在垂直風(fēng)向上的輸送，使霧在垂直方向上發(fā)展，有利于霧維持和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹治強(qiáng)，方翔，吳曉京，等. 2007年初一次雪后大霧天氣過程分析[J].氣象，2007，33（9）：52-58.