韓 磊，王春紅，王 勇，陳陽(yáng)權(quán)，譚艷梅

（1.新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊830016；2.中亞遙感應(yīng)用中心烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站，新疆 烏魯木齊830000）

霧是影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民健康的重要災(zāi)害性天氣之一。 長(zhǎng)時(shí)間維持的霧天不僅嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸活動(dòng)，導(dǎo)致高速公路封閉、水上航道停運(yùn)、機(jī)場(chǎng)航班延誤， 還會(huì)誘發(fā)各類運(yùn)輸安全事故與不安全事件。 霧的研究越來(lái)越受重視[1-4]。

新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣是我國(guó)冬季霧比較集中的區(qū)域之一， 經(jīng)常出現(xiàn)范圍較大、 時(shí)間較長(zhǎng)的陰?kù)F天氣， 是特殊的地形特點(diǎn)與有利天氣形勢(shì)的共同產(chǎn)物[5-10]。 烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于烏魯木齊市西北方向，年平均大霧日數(shù)44 d，年際變化顯著[11]。近年來(lái)，機(jī)場(chǎng)大霧明顯增多，2016 年出現(xiàn)80 個(gè)霧日， 突破了30 a 極值。 2015—2016 年和2016—2017 年冬季霧日數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出30 a 均值。大霧是影響機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的首要因素[12-13]。 以2019 年1 月25 日為例，受大霧影響，當(dāng)天航班共取消317 班，延誤93 班，備降62 班，返航3 班，上萬(wàn)名旅客出行受阻。開展烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)低能見度、 低跑道視程大霧的天氣特點(diǎn)及預(yù)報(bào)技術(shù)研究十分必要。

1 術(shù)語(yǔ)定義、數(shù)據(jù)和方法

《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—霧的預(yù)報(bào)等級(jí)》（簡(jiǎn)稱《國(guó)標(biāo)》）中，依據(jù)能見度（VIS）將霧劃分為輕霧（1000 m≤VIS＜10 000 m）、大霧（500 m≤VIS＜1000 m）、濃霧（200 m≤VIS＜500 m）、強(qiáng)濃霧（50 m≤VIS＜200 m）、特強(qiáng)濃霧（VIS＜50 m）5 個(gè)等級(jí)。

《民用航空地面氣象觀測(cè)規(guī)范》（AP-117-TM-02R1）（簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）中將輕霧定義為：“近地面空氣中水汽凝結(jié)或凝華而使主導(dǎo)能見度降低到1000 m（含）至小于10 000 m 的現(xiàn)象”，指出輕霧時(shí)相對(duì)濕度通常在75%以上。 將霧定義為：“近地面空氣中水汽凝結(jié)或凝華而使主導(dǎo)能見度降低到小于1000 m的現(xiàn)象”，并未給出相對(duì)濕度的參考判定值。 在烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)地面氣象觀測(cè)的實(shí)踐中， 當(dāng)有霧出現(xiàn)時(shí)一般來(lái)說(shuō)相對(duì)濕度在80%以上。 輕霧與霧的定義中的主導(dǎo)能見度（Prevailing Visibility），是指“觀測(cè)到的達(dá)到或超過(guò)四周一半或機(jī)場(chǎng)地面一半的范圍所具有的能見度值”，是由觀測(cè)人員在觀測(cè)平臺(tái)或觀測(cè)場(chǎng)上參照目標(biāo)物或目標(biāo)燈人工目測(cè)得到， 例行觀測(cè)每半小時(shí)一次，天氣變化達(dá)到一定條件時(shí)，隨時(shí)進(jìn)行特殊觀測(cè)。 跑道視程（Runway Visibility Range， 簡(jiǎn)稱RVR）是指“在跑道中心線上，航空器上的駕駛員能看到跑道道面上的標(biāo)志或跑道邊燈或中線燈的距離”，在安裝有跑道自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)，是由跑道視程（RVR）探測(cè)設(shè)備器測(cè)得到，每15 s 一次實(shí)時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)，在管制指揮中使用1 min 平均的RVR數(shù)據(jù)， 在天氣報(bào)告中則使用10 min 平均的RVR 數(shù)據(jù)。

由于《規(guī)范》沒(méi)有對(duì)霧的等級(jí)進(jìn)行類似《國(guó)標(biāo)》劃分，在民航氣象觀測(cè)和預(yù)報(bào)的各類研究中，常會(huì)使用“濃霧”，“低能見度大霧”等說(shuō)法，但具體的能見度數(shù)值范圍則是根據(jù)研究需要進(jìn)行主觀定義[14-16]，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)在低能見度條件下， 可實(shí)施盲降I 類和II 類運(yùn)行，以及使用平視顯示器（HUD）的特殊II 類運(yùn)行。 對(duì)運(yùn)行有顯著影響的主要是低能見度大霧，尤其是跑道視程（RVR）持續(xù)低于550 m的情況。 因此，本文在前人研究[17-20]的基礎(chǔ)上，借鑒《國(guó)標(biāo)》中有關(guān)霧的等級(jí)規(guī)定，結(jié)合機(jī)場(chǎng)低能見度運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，將烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)持續(xù)2 h（含）以上出現(xiàn)主導(dǎo)能見度≤500 m，且跑道主降方向RVR≤550 m 的大霧定義為“持續(xù)雙低濃霧”。

個(gè)例挑選的時(shí)間段為2014 年1 月—2017 年3月， 主要依據(jù)每半小時(shí)一次的烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)地面觀測(cè)例行天氣報(bào)告中的主導(dǎo)能見度和主降方向RVR 數(shù)值，同時(shí)參考了特殊天氣報(bào)告資料。 從主導(dǎo)能見度和RVR 同時(shí)低于標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間開始，且維持2 h 以上， 到二者中有任何一個(gè)開始不滿足標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間截止，即記為一次“持續(xù)雙低濃霧”過(guò)程。所使用的資料主要包括： 常規(guī)地面、 高空觀測(cè)資料， 新疆區(qū)域104 個(gè)地面自動(dòng)站每小時(shí)資料， 烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀測(cè)的跑道視程及風(fēng)溫壓濕資料，24 h 連續(xù)人工觀測(cè)的整點(diǎn)、半點(diǎn)主導(dǎo)能見度、天氣現(xiàn)象資料及觀測(cè)紀(jì)要欄每日積雪深度、 降水量資料等。 所使用時(shí)間如無(wú)特別說(shuō)明， 均為世界時(shí)（UTC）。

分析方法為統(tǒng)計(jì)學(xué)和天氣學(xué)方法。按照《中華人民共和國(guó)民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——民用航空氣象第7部分：氣候資料整編與分析》（MH/T 4016.7-2008）中的統(tǒng)計(jì)要求，時(shí)次頻數(shù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，每個(gè)時(shí)段自前一整點(diǎn)的01 分至該整點(diǎn)00 分止，如08 時(shí)段是自07 時(shí)01分至08 時(shí)00 分止。 風(fēng)向統(tǒng)計(jì)使用16 方位風(fēng)向。

2 “持續(xù)雙低濃霧”的總體特征

2.1 與大霧過(guò)程的關(guān)系

“持續(xù)雙低濃霧”和大霧過(guò)程的關(guān)系主要有以下幾種情況：一是“持續(xù)雙低濃霧”時(shí)段基本就是霧生霧消時(shí)段，共4 例；二是在大霧過(guò)程中出現(xiàn)一個(gè)“持續(xù)雙低濃霧”時(shí)段，共26 例；三是在連續(xù)的大霧過(guò)程中，出現(xiàn)多個(gè)有時(shí)間間隔的“持續(xù)雙低濃霧”時(shí)段，共17 例，包含在7 個(gè)連續(xù)大霧過(guò)程中。

2.2 能見度特征

大多數(shù)情形下， 主導(dǎo)能見度和跑道視程低于400 m，尤以主導(dǎo)能見度低于200 m，跑道視程低于400 m 為甚（圖1）。 主導(dǎo)能見度和跑道視程的高頻區(qū)間有顯著差別。 主導(dǎo)能見度在50～100 m 區(qū)間頻數(shù)最高，為40%，以下依次為＜50 m、100～200 m、200～300 m，300～400 m 和400～500 m 區(qū)間， 頻數(shù)分別為25%、19.5%、10.5%、4%和1%。 跑道視程在200～300 m 區(qū)間頻數(shù)最高， 為26.4%， 以下依次為300～400 m、400～500 m、＜150 m 和150～200 m 區(qū)間，頻數(shù)分別為22.6%、20.5%、19.8%、和10.7%（表1）。

2.3 氣候背景

圖1 烏魯木齊機(jī)場(chǎng)持續(xù)雙低濃霧天氣主導(dǎo)能見度（VIS）與跑道視程（RVR）的關(guān)系

表1 烏魯木齊機(jī)場(chǎng)持續(xù)雙低濃霧天氣主導(dǎo)能見度（VIS）與跑道視程（RVR）分段頻數(shù)

統(tǒng)計(jì)2014—2017 年冬季（11 月—次年3 月）烏魯木齊機(jī)場(chǎng)氣溫、降水情況，并與30 a 氣候平均值（表2） 比較分析可知：3 個(gè)冬季氣溫均偏暖， 除了2015—2016 年冬季降水量偏多之外，其他兩個(gè)冬季降水量均偏少。2014—2015 年冬季霧的日數(shù)較正常略偏多， 其它兩個(gè)冬季則顯著偏多， 尤以2015—2016 年冬季為甚。霧日距平基本與月平均氣溫距平呈正相關(guān)，但霧日正距平在降水量正、負(fù)距平的情況下都有出現(xiàn)，“持續(xù)雙低濃霧” 頻繁出現(xiàn)與冬季氣溫偏暖有關(guān)。

分析“持續(xù)雙低濃霧”與氣溫、降水過(guò)程和積雪的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)：一是“持續(xù)雙低濃霧”一般在當(dāng)年冬季初雪之后半個(gè)月左右開始出現(xiàn)， 初雪的出現(xiàn)說(shuō)明有利的溫度濕度條件開始逐漸具備；二是“持續(xù)雙低濃霧” 大都在先期有降水或者地面有積雪的情況下出現(xiàn)，有積雪情況約占84%，無(wú)積雪但先期有明顯降水天氣過(guò)程的約占16%。

3 典型環(huán)流形勢(shì)特點(diǎn)

從成霧的兩個(gè)必要條件，即層結(jié)和水汽的角度，對(duì)“持續(xù)雙低濃霧”的高低空形勢(shì)進(jìn)行分類（圖2）。高空形勢(shì)可分為高壓脊前型、高壓脊區(qū)型、西風(fēng)波動(dòng)型3 類。 地面形勢(shì)，在隆冬季節(jié)，以蒙古冷高壓后部型為主， 個(gè)別西風(fēng)帶波動(dòng)型對(duì)應(yīng)的地面形勢(shì)為帶狀高壓型，除了上述兩種形勢(shì)外，在初冬和初春，還有冷高壓前部型。

高壓脊前型： 前期有低槽入侵北疆造成一次降水天氣，高空槽剛過(guò)，烏魯木齊機(jī)場(chǎng)正處于脊前西北氣流的形勢(shì)下，水汽條件好，但穩(wěn)定性條件并不好，“持續(xù)雙低濃霧”一般維持時(shí)間不長(zhǎng)。此型數(shù)量不多，共7 例，占14.9%。

西風(fēng)帶波動(dòng)型： 西風(fēng)帶上不斷有弱波動(dòng)?xùn)|移影響北疆地區(qū)， 有時(shí)為北疆北部或沿天山帶來(lái)降水增濕，水汽條件得到一定程度的加強(qiáng)，穩(wěn)定性條件或是短暫破壞后恢復(fù)， 或是有所削弱，“持續(xù)雙低濃霧”一般維持時(shí)間不長(zhǎng)，但有時(shí)會(huì)間隔一段時(shí)間后，再度出現(xiàn)。 此型共18 例，占38.3%。

高壓脊區(qū)型： 北疆地區(qū)為穩(wěn)定和顯著的暖高壓脊控制。具體又有兩種情況：一是前期有低槽或西風(fēng)帶波動(dòng)影響北疆，帶來(lái)降水天氣，在槽或波動(dòng)?xùn)|移過(guò)程中，北疆地區(qū)迅速演變?yōu)榕剐蝿?shì)，水汽條件和穩(wěn)定性條件同時(shí)具備，“持續(xù)雙低濃霧”維持時(shí)間較長(zhǎng)；二是中亞—新疆—貝加爾湖暖脊脊區(qū)寬廣強(qiáng)盛，穩(wěn)定度條件較好。如果前期沒(méi)有降水增濕，水汽條件主要由地面積雪提供，“持續(xù)雙低濃霧” 維持時(shí)間視水汽條件好壞而或長(zhǎng)或短?！案邏杭箙^(qū)型”共22 例，占46.8%。

表2 2014—2017 年冬季烏魯木齊機(jī)場(chǎng)氣溫、降水量與30 a 氣候平均值比較

圖2 烏魯木齊機(jī)場(chǎng)持續(xù)雙低濃霧天氣典型高空和地面形勢(shì)

4 “持續(xù)雙低濃霧”的時(shí)間特征

“持續(xù)雙低濃霧” 與霧日的月際分布特征較一致，在12 月出現(xiàn)最多，共21 例，占44.7%，1 月和11月其次，分別為13 例和7 例，占比27.6%和14.9%，2 月和3 月相對(duì)較少， 分別為5 例和1 例， 占比10.6%和2.1%。

4.1 起止時(shí)間特征

“持續(xù)雙低濃霧” 在一天中的各時(shí)段都會(huì)出現(xiàn)，但以后半夜和上午為多， 中午到前半夜出現(xiàn)次數(shù)相對(duì)較少， 即03—04 時(shí)UTC 最多，10—12 時(shí)UTC 最少（圖3a）?！俺掷m(xù)雙低濃霧”的起始和結(jié)束時(shí)間，在全天之中各時(shí)刻幾乎都有。開始于后半夜的最多，約占50%；上午其次，約占24%；前半夜再次，約占21%；起始于中午和下午的最少，約占5%，（圖3b）。結(jié)束于上午—中午的最多，約占50%；其次是后半夜，約占31%；結(jié)束于下午和前半夜的相對(duì)較少，約占19%，大部分持續(xù)濃霧延續(xù)不到下午即減弱或消散了（圖3c）。

4.2 維持時(shí)間特征

持續(xù)濃霧天氣維持時(shí)間的特點(diǎn)與霧和濃霧的維持時(shí)間特點(diǎn)基本一致，都是較短時(shí)間的占多數(shù)，隨著維持時(shí)間的增長(zhǎng)，其占比越來(lái)越少[8，16，18]。 雖然沒(méi)有出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間≥24 h 的情況（圖3d），但也不乏長(zhǎng)時(shí)間維持的情況，維持時(shí)間≥10 h 以上的占了總數(shù)的21%，最長(zhǎng)的維持了18.5 h。 長(zhǎng)時(shí)間維持的持續(xù)濃霧天氣主要出現(xiàn)在11 月—次年1 月。

圖3 烏魯木齊機(jī)場(chǎng)持續(xù)雙低濃霧的生消維持時(shí)間特點(diǎn)

分析不同起始時(shí)間的“持續(xù)雙低濃霧”的維持時(shí)間特點(diǎn)（表3）可以發(fā)現(xiàn)：起始于上午時(shí)段的雖多，但大多數(shù)維持時(shí)間小于4 h，在中午前后結(jié)束，個(gè)別的能持續(xù)到前半夜；起始于夜間（前半夜和后半夜）的數(shù)量多，維持時(shí)間長(zhǎng)短不一，約有1/3 的個(gè)例維持時(shí)間在2～4 h， 長(zhǎng)時(shí)間維持的個(gè)例也不少， 特點(diǎn)較復(fù)雜。 有的在后半夜結(jié)束， 有的持續(xù)到次日凌晨或上午，個(gè)別的可持續(xù)到次日下午。起始于中午和下午時(shí)段的最少，僅各1 例，但其維持時(shí)間均較長(zhǎng)。 一例中午開始，前半夜結(jié)束，維持7 h，一例下午開始，持續(xù)到次日中午，維持18.5 h。

表3 不同起始時(shí)間段的持續(xù)雙低濃霧維持時(shí)間統(tǒng)計(jì)（個(gè)例數(shù)）

由以上分析可知，“持續(xù)雙低濃霧”生消、維持不僅具有與局地風(fēng)、 溫日變化有密切關(guān)聯(lián)的日變化特點(diǎn)，也具有其他因素導(dǎo)致的復(fù)雜性特點(diǎn)。 具體而言，氣溫的日變化體現(xiàn)的是熱力作用，決定了“持續(xù)雙低濃霧”大多在后半夜到早上的顯著降溫段形成，在上午到中午這一升溫段結(jié)束。而風(fēng)的日變化則在熱力、動(dòng)力兩方面均有作用。天氣形勢(shì)的演變會(huì)帶來(lái)層結(jié)、水汽條件以及其他氣象要素的變化， 打破或改變基本的日變化特征，如中午或下午形成的持續(xù)濃霧，就無(wú)法僅用氣溫與風(fēng)場(chǎng)的日變化來(lái)做解釋； 系統(tǒng)性天氣的到來(lái)以及局地東南來(lái)向焚風(fēng)的作用也常常使“持續(xù)雙低濃霧”迅即消散。

5 “持續(xù)雙低濃霧”的地面氣象要素特點(diǎn)

5.1 溫濕條件

47 例“持續(xù)雙低濃霧”均為凍霧，溫度范圍-0～-21 ℃。 從各溫度段的出現(xiàn)時(shí)次頻數(shù)來(lái)看， -0～-15 ℃占總數(shù)的95%以上， -5～-10 ℃出現(xiàn)頻數(shù)最多，其次是-10～-15 ℃和-0～-5 ℃。-15 ℃以下甚至-20 ℃仍有出現(xiàn)（圖4a）。 溫度露點(diǎn)差（T-Td）范圍為0～3 ℃，99%的持續(xù)濃霧T-Td在0～2 ℃， 其中1～2 ℃出現(xiàn)最多。相對(duì)濕度（RH）范圍為74%～98%，99%的持續(xù)濃霧RH≥80%，85%～90%出現(xiàn)頻數(shù)最多（圖4b）。

將溫濕條件結(jié)合起來(lái)分析，在0～-5 ℃的“持續(xù)雙低濃霧”， 相對(duì)濕度＞95%，T-Td為0～1 ℃；-5～-10 ℃時(shí)，相對(duì)濕85%～95%，溫度露點(diǎn)差0～2 ℃；-10～-15 ℃時(shí)，相對(duì)濕度80%～95%，溫度露點(diǎn)差1～3 ℃； 在≤-15 ℃出現(xiàn)時(shí)， 相對(duì)濕度80%～90%，溫度露點(diǎn)在1～3 ℃。

總體而言，溫度-5～-15 ℃，相對(duì)濕度≥85%，溫度露點(diǎn)差≤2 ℃， 是持續(xù)濃霧最易出現(xiàn)的溫濕條件范圍。氣溫越低，“持續(xù)雙低濃霧”所要求的相對(duì)濕度也相對(duì)要低，但溫度露點(diǎn)差均在3 ℃以下。監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)低溫條件下的霧，不僅要看相對(duì)濕度條件，還應(yīng)同時(shí)關(guān)注溫度露點(diǎn)差大小。

5.2 風(fēng)向風(fēng)速

47 例“持續(xù)雙低濃霧”風(fēng)速范圍為0～5 m/s。 ≤2 m/s 的占到了絕大多數(shù)（頻數(shù)98.12%），其中0～1 m/s的頻數(shù)最高，為64.2%，其次是1～2 m/s，為26.1%，再次是靜風(fēng)，為8.2%（圖5a）。 風(fēng)向范圍為0～360°，超過(guò)一半的情況為風(fēng)向不定（VRB）和靜風(fēng)（C），除此之外，西北風(fēng)、西風(fēng)和偏北風(fēng)占多數(shù)，偏南風(fēng)較少（圖5b）。

烏魯木齊機(jī)場(chǎng)局地風(fēng)向與霧的生消維持有密切關(guān)聯(lián)。烏魯木齊機(jī)場(chǎng)如出現(xiàn)偏北風(fēng)，從北邊準(zhǔn)噶爾盆地帶來(lái)冷平流，有利于霧的出現(xiàn)和維持。冬季靜穩(wěn)天氣情形下，烏魯木齊經(jīng)常出現(xiàn)的東南風(fēng)，具有焚風(fēng)性質(zhì)，是一股干燥、溫暖的下沉氣流，不利于霧的出現(xiàn)和維持[21]。

6 結(jié)論

綜合上述，烏魯木齊國(guó)際機(jī)場(chǎng)“持續(xù)雙低濃霧天氣”的特征總結(jié)如下：

（1）12 月出現(xiàn)最多，占比44.7%，1 月和11 月其次，占比27.6%和14.9%，2 月和3 月相對(duì)較少，占比10.6%和2.1%?！俺掷m(xù)雙低濃霧”的頻繁出現(xiàn)與冬季氣溫偏暖有關(guān)，一般前期有降水或是地面有積雪。

圖4 烏魯木齊機(jī)場(chǎng)“持續(xù)雙低濃霧”的溫濕條件特點(diǎn)

圖5 “持續(xù)雙低濃霧”風(fēng)向風(fēng)速特征

（2）大多數(shù)情形下，主導(dǎo)能見度和跑道視程低于400 m，尤以主導(dǎo)能見度低于200 m，且跑道視程低于400 m 為甚，嚴(yán)重影響機(jī)場(chǎng)運(yùn)行。 主導(dǎo)能見度和跑道視程的高頻區(qū)間有顯著差別，分別為50～100 m和200～300 m，頻數(shù)分別為40%和26.4%。

（3） 高空環(huán)流形勢(shì)以高壓脊區(qū)型最多，占46.8%，西風(fēng)波動(dòng)型次之，占38.3%，占高壓脊前型最少， 占14.9%。 地面形勢(shì)則以蒙古冷高壓后部型為主，北疆沿天山多為均壓或弱氣壓場(chǎng)。

（4） 生消演變與局地風(fēng)溫的日變化密切相關(guān)，有基本的日變化特點(diǎn)。 多在夜間—上午出現(xiàn)，在中午—下午結(jié)束。起始于上午的，維持時(shí)間大多數(shù)小于4 h；起始于夜間的，維持時(shí)間長(zhǎng)短均有，但長(zhǎng)時(shí)間維持的較多；起始于中午或下午的，數(shù)量少，維持時(shí)間長(zhǎng)。 長(zhǎng)時(shí)間維持的情況主要出現(xiàn)在11 月—次年1月，天氣形勢(shì)以高壓脊區(qū)型為多。

（5）最易在氣溫-5～-15 ℃，相對(duì)濕度≥85%，溫度露點(diǎn)差≤2 ℃，0～1 m/s 的風(fēng)向不定和靜風(fēng)條件下出現(xiàn)。

（6）烏魯木齊機(jī)場(chǎng)局地風(fēng)向與霧的生消、維持有密切關(guān)聯(lián)。偏北風(fēng)有利于霧的出現(xiàn)和維持，東南風(fēng)常使霧消散。