莫火嬌，林穎儀，李蕾，鄧靜華

（1.廣寧縣氣象局，廣東廣寧 526300；2.成都信息工程大學(xué)，四川成都 610225）

濃霧具有發(fā)生幾率高、影響范圍廣的特點(diǎn)，影響著人民群眾身體健康、生態(tài)環(huán)境和交通安全［1］。近年來，我國對霧的研究有張弘豪等［2］研究陽江大霧氣候特征和地面氣象要素；周之栩等［3］用MM5數(shù)值預(yù)報(bào)和統(tǒng)計(jì)分析法研究大霧與各類氣象因子的關(guān)系，建立大霧數(shù)值預(yù)報(bào)模式；李才媛等［4］對1995—2005年大霧形成環(huán)流形勢的天氣學(xué)分析，以及閆敬華［5］探索華南地區(qū)降水與霧的關(guān)系等。但上述研究大都使用小時觀測數(shù)據(jù)，對大霧的生消過程描述還不夠精細(xì)。因此，本研究通過分析霧日過程中連續(xù)觀測的分鐘能見度等氣象觀測資料，并結(jié)合天氣學(xué)分析方法探討濃霧的發(fā)生、發(fā)展和消散過程，為濃霧的臨近預(yù)報(bào)方法和預(yù)警奠定基礎(chǔ)。

業(yè)務(wù)上對霧的定義是懸浮在貼近地面大氣中的大量細(xì)微水滴（冰晶）的可見集合體，使能見度小于1.0 km的天氣現(xiàn)象［6－7］。華南地區(qū)具有多種類型的霧，如輻射霧、平流霧、混合霧、蒸發(fā)霧、上坡霧和鋒面霧等。而廣寧站常見的是輻射霧和平流霧［8］。但不同類型濃霧的影響因子和天氣條件各有差異，本研究探討輻射霧的生消過程及氣象要素的變化，可以進(jìn)一步提高對濃霧的產(chǎn)生、演變及消散過程的掌握和預(yù)報(bào)效果。

1 資料和方法

1.1 資料

本研究使用2018年11月24—27日廣寧國家基本氣象站霧日常規(guī)氣象自動觀測資料：逐1 min能見度（V）、相對濕度、溫度、氣壓、露點(diǎn)、地面風(fēng)向風(fēng)速、小時降水量、5 cm地溫等氣象要素資料；Micaps資料；NCEP／NCAR逐日的1°×1°再分析資料對環(huán)境場中物理量。

1.2 方法

本研究中能見度變率的定義如下：

其中，ΔV為能見度變化值（m）；Δt為變化分鐘數(shù)（本研究中Δt＝1 min），因此Vt為單位時間能見度變化（m·min－1）。

2 天氣形勢分析和物理量診斷

據(jù)唐潔等［9］對肇慶地區(qū)大霧氣候特征分析，每年11月到次年1月的秋冬季是肇慶廣寧濃霧多發(fā)的季節(jié)。由于秋冬季冷空氣活動較為活躍，且廣寧位于丘陵地帶，地形多起伏，多山澗水庫相間，山區(qū)地面風(fēng)力弱且水汽充足。影響廣寧秋冬季持續(xù)性濃霧主要的天氣系統(tǒng)為鋒面低槽型、變性脊型、冷高壓脊型和冷空氣補(bǔ)充型，主要表現(xiàn)為低空的暖濕平流經(jīng)過冷的下墊面出現(xiàn)持續(xù)3 d或以上的平流霧和平流輻射霧或因晴空輻射冷卻作用，水汽凝結(jié)釋放形成輻射霧。

2018年11月24—27日持續(xù)4 d出現(xiàn)濃霧期間，500 hPa西南氣流強(qiáng)盛，濕度明顯增加。2018年11月23日20：00（北京時，下同）中高緯度的阻塞高壓崩潰，呈現(xiàn)兩槽一脊型，華南為槽后西北氣流。24日08：00起，中緯度西南地區(qū)不斷地分裂出小槽東移，并逐漸疊加南支槽東移上滑，轉(zhuǎn)為槽前西南氣流，水汽含量增加。850 hPa漸轉(zhuǎn)為西北到東北風(fēng)，中低層轉(zhuǎn)干冷氣團(tuán)控制。23日20：00仍受西南風(fēng)影響，24日20：00起隨著冷空氣的滲透轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，并逐漸加大。地面受冷高壓脊控制，夜間天氣晴朗，風(fēng)力微弱。從地面形勢分析23日夜間至28日凌晨廣東位于高壓底部均壓區(qū)，等壓線稀疏，近地面層風(fēng)速小，且25—27日間有冷空氣補(bǔ)充影響，有利于大霧天氣的維持［10］。

2.1 大氣穩(wěn)定度

從2018年11月23—26日20：00的清遠(yuǎn)探空站的溫度對數(shù)壓力圖（圖略）可以看出，輻射逆溫層出現(xiàn)在1 000 hPa，850 hPa以下濕度較大，中高層較干。整層大氣表現(xiàn)為干冷空氣分布在近地面低層濕冷空氣上，嚴(yán)重阻塞近地面水汽向上發(fā)展，致使水汽在近地面層積聚，加上夜間轉(zhuǎn)晴地面輻射冷卻作用加強(qiáng)，地面平均風(fēng)速小于2 m／s，致使近地面水汽凝結(jié)成水滴，形成輻射霧［11－12］。

2.2 動力因子渦度、散度場

低層輻散、高層輻合則容易產(chǎn)生下沉氣流，這有利于大氣層結(jié)的穩(wěn)定，為霧的形成和發(fā)展提供動力條件［13］。從沿北緯23°散度的垂直剖面（圖1a－d）可以看出，肇慶廣寧縣邊界層散度分布呈現(xiàn)隨高度正負(fù)區(qū)域相間的特點(diǎn)。11月24日08：00至27日08：00期間，在邊界層900 hPa以下，散度為正值區(qū)，說明邊界層存在輻散下沉氣流，適當(dāng)?shù)南鲁翚饬鲗Φ蛯幽鏈貙拥木S持起到一定的輔助作用；900 hPa以上為較弱的輻合上升運(yùn)動，中心值為（－0.6～－0.2）×10－5s－1，弱的擾動有利于大霧的維持和發(fā)展。

同時，從沿23°N的渦度垂直剖面圖（圖1eh）可以看出，11月24日08：00—27日08：00肇慶廣寧縣整層大氣以負(fù)渦度為主，對應(yīng)槽后脊前的負(fù)渦度平流，使地面反氣旋發(fā)展，地面輻散下沉運(yùn)動增強(qiáng)，有利于水汽下沉形成大霧。

圖1 2018年11月24—27日08：00沿23°N的散度（a、b、c、d）和渦度（e、f、g、h）垂直剖面圖（單位：10－5 s－1）

3 能見度及相關(guān)要素的日變化特征

3.1 地面氣象要素日變化

大霧的形成是由多種天氣條件和環(huán)境因素決定的，圖2可反映濃霧過程中地面溫度和濕度湍流發(fā)展?fàn)顩r及熱通量大小的量化過程。從圖2可以看出廣寧縣國家基本站起霧時間是2018年11月24日04：00，能見度達(dá)到500 m（大霧黃色預(yù)警發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)）在06：00出現(xiàn)，濃霧持續(xù)時間長達(dá)5 h，09：20轉(zhuǎn)為輕霧，并隨著太陽升起逐漸消散。

圖2 廣寧站11月23日20：00—24日20：00各氣象要素逐分鐘變化曲線

地面氣象要素的演變情況：濃霧生成前6 h，5 cm地溫、露點(diǎn)溫度、水汽壓、氣溫（百葉箱）逐漸降低，且露點(diǎn)溫度和氣溫（百葉箱）比較接近，相對濕度和本站氣壓逐漸上升，近地面空氣升壓降溫增濕，有利于水汽飽和析出；濃霧生成前3 h，繼續(xù)升壓降溫增濕，進(jìn)程緩慢；濃霧發(fā)生時，相對濕度達(dá)到并持續(xù)飽和狀態(tài)，其余氣象要素達(dá)到谷值后緩慢略微上升；濃霧發(fā)生后3和6 h，氣溫、5 cm地溫開始明顯上升，本站氣壓、相對濕度較氣溫、5 cm地溫變化反位相，露點(diǎn)溫度、水汽壓呈微幅振蕩變化［14］。說明濃霧生成前6 h的升壓降溫增濕低能見度過程是濃霧發(fā)生的前兆，氣溫明顯上升是濃霧消散的指示。

3.2 能見度的日變化和振蕩特征

研究發(fā)現(xiàn)，濃霧的生消過程中能見度的變化可分為5個階段（圖3）。

圖3 廣寧站2018年11月24日能見度、溫度、能見度變率逐時演變

第1階段為振蕩階段：能見度反復(fù)性小幅振蕩，存在著某種準(zhǔn)周期性的特征。第2階段為突變階段：能見度和能見度變率突然變幅增大，短時間內(nèi)能見度發(fā)生躍變，該階段的振蕩通常被認(rèn)為是濃霧發(fā)生前的前導(dǎo)振蕩，即能見度變化率突然增大到前期能見度變率的2～10倍以上。同時前導(dǎo)振蕩可被理解為濃霧發(fā)生前大氣中液態(tài)水分布不均勻的表現(xiàn)。第3階段為平穩(wěn)階段：當(dāng)能見度達(dá)到50～500 m即最低值后，能見度長時間維持穩(wěn)定，為近似水平的一條直線。振蕩特性表現(xiàn)為短時間內(nèi)能見度變化很小，能見度變率趨近于零，僅在平衡態(tài)附近持續(xù)10～30 min小幅脈動的中間振蕩。第4階段為突變階段：此階段維持濃霧的溫濕條件逐漸被改變，平衡狀態(tài)逐漸被破壞，發(fā)生能見度快速上升，能見度變率快速增大的后位振蕩。第5階段為振蕩階段，能見度已經(jīng)好轉(zhuǎn)，其振蕩特征與第1階段類似［15］。同時從圖3分析可知，在濃霧的生消過程中溫度的變化趨勢與能見度正位相，但其變化幅度小，幾乎無較為明顯的溫度振蕩。

圖4為廣寧縣2018年11月25日能見度、溫度、能見度變率逐分鐘演變個例。由圖4可以看出，從24日夜間開始溫度逐漸下降，與此同時空氣中水汽的飽和度上升，能見度在2～4 km之間變化，能見度變率較大。25日02：00至02：40溫度繼續(xù)再下降，能見度快速下降至1 km以下，能見度變率繼續(xù)增大，該次振蕩為濃霧來臨之前的前導(dǎo)振蕩。03：20至09：00進(jìn)入濃霧的平穩(wěn)階段，能見度維持100 m左右，能見度變率趨近于零，同時溫度達(dá)到最低點(diǎn)。09：00左右溫度開始明顯上升，霧中飽和水汽變得不飽和，層結(jié)逐漸不穩(wěn)定，能見度陡升，維持了近6 h的濃霧消散，同時能見度變率振蕩加大，體現(xiàn)出濃霧后位振蕩的特征。

圖4 廣寧站2018年11月25日能見度、溫度、能見度變率演變圖及局部放大圖

4 結(jié)論

1）近地面逆溫層、風(fēng)力微弱、夜間少云、水汽分布上干下濕和邊界層微弱的輻散下沉運(yùn)動是形成輻射霧的特征。

2）輻射霧的生消過程與地面氣象要素的演變關(guān)系為輻射霧生成前6 h的升壓降溫增濕低能見度，該過程是濃霧發(fā)生的前兆，氣溫明顯上升則是濃霧消散的指示。

3）輻射霧的發(fā)展、形成和消散過程中能見度的變化可分為能見度正常的振蕩階段、能見度下降濃霧發(fā)展的突變階段、維持低能見度濃霧形成的平穩(wěn)階段、能見度上升濃霧消散的突變階段和能見度正常的振蕩階段。

4）能見度不同階段，振蕩特性各異。突變階段為濃霧發(fā)生前的前導(dǎo)振蕩，能見度振蕩增大，即能見度變率突然增大到前期能見度變率的2到10倍以上；平穩(wěn)階段為濃霧發(fā)生時的中間振蕩，能見度長時間維持穩(wěn)定，為近似水平的一條直線，能見度變率趨近于零；再一次突變階段為濃霧消散時的后位振蕩，能見度快速上升，能見度變率快速增大。