王春紅，王清平，王 勇，譚艷梅，韓 磊

（1.民航新疆空管局氣象中心，新疆 烏魯木齊830016；2.新疆生態(tài)氣象與衛(wèi)星遙感中心，新疆 烏魯木齊830000）

霧是發(fā)生在邊界層內(nèi)，影響社會(huì)和經(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)間維持的濃霧天氣對(duì)交通運(yùn)輸影響較大，是誘發(fā)各類運(yùn)輸安全事故的重要因素。霧的形成、發(fā)展、維持和消散是非常復(fù)雜的過程，其生消演變與邊界層的溫、濕、風(fēng)等氣象要素的狀況密切相關(guān)[1-7]。在一定的地理環(huán)境和天氣形勢(shì)下，局地水汽、層結(jié)、湍流等條件決定著霧的生消變化[8-12]。劉熙明等[11]對(duì)北京地區(qū)一次典型大霧天氣過程的邊界層特征分析表明，近地面大氣邊界層較大的相對(duì)濕度、較小的風(fēng)速和風(fēng)速垂直切變、穩(wěn)定的層結(jié)結(jié)構(gòu)及較低的氣溫有利于形成北京持續(xù)大霧天氣；曾婷等[12]對(duì)民勤干旱區(qū)冬季濃霧形成的邊界層條件分析指出，輻射逆溫和近地層維持深厚濕潤(rùn)層是大霧持續(xù)的主要原因。近年來，很多專家針對(duì)烏魯木齊市冬季大霧及重污染天氣的低空逆溫及風(fēng)場(chǎng)做了研究[13-18]。鄭玉萍等[14]研究發(fā)現(xiàn)烏魯木齊大霧和低空逆溫關(guān)系密切，11月—次年2月逆溫發(fā)生頻率為95%～97%，冬季低空逆溫的底高和強(qiáng)度是影響霧的主要因子。何清等[15]對(duì)烏魯木齊市城區(qū)冬季大氣邊界層溫度和風(fēng)廓線的觀測(cè)研究發(fā)現(xiàn)邊界層風(fēng)的垂直結(jié)構(gòu)特征明顯，600～800 m以＜4 m/s的西北風(fēng)為主，600 m以上東南風(fēng)成為主風(fēng)向，1 000 m東南風(fēng)風(fēng)速≥10 m/s。李霞[17-18]對(duì)烏魯木齊冬季大氣污染邊界層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究時(shí)提出了“低空型東南風(fēng)”的概念，指出其在冬季發(fā)生頻率很高，顯著改變了逆溫層的厚度和強(qiáng)度，是一種淺薄型焚風(fēng)。但目前針對(duì)烏魯木齊地區(qū)大霧或濃霧天氣的低空氣象條件的研究還相對(duì)較少[19-21]。

烏魯木齊地處東西天山間吐魯番盆地至烏魯木齊的東南—西北向峽谷開口處，地勢(shì)自南向北降低。機(jī)場(chǎng)位于距市中心20 km的西北方向，冬季常出現(xiàn)持續(xù)濃霧天氣，嚴(yán)重影響航班的正常運(yùn)行。隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)場(chǎng)氣象臺(tái)對(duì)于霧的預(yù)報(bào)，從20世紀(jì)80—90年代的“有無”預(yù)報(bào)，發(fā)展到近幾年對(duì)霧中能見度和跑道視程是否會(huì)低于機(jī)場(chǎng)盲降標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)報(bào)。數(shù)值預(yù)報(bào)模式對(duì)于能見度預(yù)報(bào)的支持作用十分有限[22-24]，持續(xù)濃霧和大霧在天氣形勢(shì)及地面要素特征上也沒有關(guān)鍵差異[25]，精準(zhǔn)預(yù)報(bào)持續(xù)濃霧難度極大。本文擬對(duì)霧日、非霧日，尤其是霧日中的持續(xù)和非持續(xù)濃霧日的低空探空特點(diǎn)進(jìn)行分析，以期為持續(xù)濃霧天氣預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料及方法

所用資料包括：2014—2016年冬季（1、2、12月）烏魯木齊L波段雷達(dá)系統(tǒng)探空資料和烏魯木齊機(jī)場(chǎng)地面氣象觀測(cè)資料，L波段資料垂直空間分辨率取50 m間隔。重點(diǎn)對(duì)＜3 000 m溫、濕、風(fēng)要素進(jìn)行分析。鑒于烏魯木齊機(jī)場(chǎng)的持續(xù)濃霧主要出現(xiàn)在后半夜到上午時(shí)段，主要針對(duì)每日08時(shí)（北京時(shí)，下同）資料進(jìn)行分析。文中高度均為距烏魯木齊站地面的高度，濕潤(rùn)層溫度露點(diǎn)差≤4℃。

烏魯木齊機(jī)場(chǎng)霧日和持續(xù)濃霧日以00時(shí)為日界進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。一日中有一個(gè)時(shí)次出現(xiàn)主導(dǎo)能見度＜1 000 m的霧，記為霧日。霧日時(shí)，只要有一個(gè)持續(xù)濃霧過程出現(xiàn)，即記為持續(xù)濃霧日，沒有持續(xù)濃霧過程出現(xiàn)時(shí)，記為非持續(xù)濃霧日。持續(xù)濃霧過程的選取標(biāo)準(zhǔn)為持續(xù)2 h及以上出現(xiàn)主導(dǎo)能見度≤500 m、且跑道主降方向RVR≤550 m[25]?！睹窈降孛鏆庀笥^測(cè)規(guī)范》將主導(dǎo)能見度定義為“觀測(cè)到的達(dá)到或超過四周一半或機(jī)場(chǎng)地面一半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。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”，一般由跑道視程探測(cè)設(shè)備器測(cè)獲取。

2014—2016年冬季7個(gè)月合計(jì)212 d，其中，烏魯木齊機(jī)場(chǎng)霧日150 d（持續(xù)濃霧日31 d，非持續(xù)濃霧日119 d），非霧日62 d，而烏魯木齊L波段探空有效資料霧日147 d（持續(xù)濃霧日30 d，非持續(xù)濃霧日117 d），非霧日62 d。

2 霧日與非霧日對(duì)比

分析2014—2016年烏魯木齊站12月—次年2月L波段雷達(dá)系統(tǒng)探空各要素08時(shí)逐日平均廓線可知（圖1）：濕潤(rùn)層＜200 m；溫度層結(jié)為貼地逆溫，頂高1 200 m，強(qiáng)度0.35℃/100 m；＜500 m風(fēng)速≤4 m/s，0～100 m為≤2 m/s的東—東南風(fēng)，150～450 m為2～4 m/s的北—東北風(fēng)，500～1 300 m為4～7 m/s的東南風(fēng)層，即“低空型東南風(fēng)”，最大風(fēng)速在1 000 m左右，1 500 m以上為7～10 m/s的西—西北風(fēng)。

圖1 12月—次年2月日平均、機(jī)場(chǎng)霧日、非霧日烏魯木齊L波段探空要素的對(duì)比

對(duì)比同期霧日和非霧日的平均廓線可知：濕潤(rùn)層，霧日在200 m以下，非霧日在100 m以下；溫度層結(jié)均為貼地逆溫，逆溫之上的垂直溫度遞減層均從1 200～1 300 m開始。霧日貼地逆溫頂高為950 m，逆溫強(qiáng)度為0.55℃/100 m，逆溫之上有厚約350 m的近等溫層，非霧日貼地逆溫頂高為650 m，逆溫強(qiáng)度為0.35℃/100 m。風(fēng)場(chǎng)上，霧日400 m以下、非霧日600 m以下為東北風(fēng)，風(fēng)速為2～5 m/s；低空型東南風(fēng)，霧日時(shí)位于400～1 500 m，風(fēng)速為3～7 m/s，最大風(fēng)速層位于800m左右，非霧日時(shí)位于600～1300m，風(fēng)速為6～8 m/s，最大速層在1 000 m左右。東南風(fēng)層之上的西—西北風(fēng)層，霧日在1 700 m以上，風(fēng)速為7～9 m/s，非霧日在1 500 m以上，風(fēng)速為8～10 m/s。

霧日與非霧日相比，低層的濕潤(rùn)層更深厚；貼地逆溫更厚更強(qiáng)（頂高為950 m，強(qiáng)度為0.55℃/100 m）；低空型東南風(fēng)層的厚度更厚，起始高度和最大風(fēng)速層更低（起始高度≤400 m，最大風(fēng)速層在800 m左右），西—西北風(fēng)層起始高度高（≥1 700 m）。

3 持續(xù)及非持續(xù)濃霧日對(duì)比

對(duì)比霧日中持續(xù)濃霧日和非持續(xù)濃霧日08時(shí)L波段雷達(dá)系統(tǒng)探空的各要素平均廓線（圖2）可知，低層的濕潤(rùn)層持續(xù)濃霧日在250 m以下，非持續(xù)濃霧日在200 m以下，差別不大；溫度層結(jié)均為貼地逆溫，持續(xù)濃霧日貼地逆溫頂高度為600 m，強(qiáng)度為0.85℃/100 m，其上有約600 m的近等溫層，非持續(xù)濃霧日貼地逆溫頂高為1 200m，強(qiáng)度為0.45℃/100 m；風(fēng)場(chǎng)上，持續(xù)濃霧日200 m以下為≤2 m/s的偏東風(fēng)，非持續(xù)濃霧日400 m以下為≤3 m/s的東北風(fēng)；低空型東南風(fēng)，持續(xù)濃霧日時(shí)位于200～1 500 m，非霧日時(shí)位于400～1 500 m，風(fēng)速均為4～7 m/s，最大風(fēng)速層均在800 m左右；東南風(fēng)層之上的西—西北風(fēng)層，持續(xù)濃霧日在2 000 m以上，風(fēng)速為6～8 m/s，非持續(xù)濃霧日1 700 m以上，風(fēng)速為7～10 m/s。

圖2 12月—次年2月機(jī)場(chǎng)霧日、持續(xù)濃霧日、非持續(xù)濃霧日的烏魯木齊L波段探空要素對(duì)比

持續(xù)濃霧日與非持續(xù)濃霧日比較，持續(xù)濃霧日低層的濕潤(rùn)層更厚、貼地逆溫更低更強(qiáng)、低空型東南風(fēng)層的厚度更厚，起始高度更低，西—西北風(fēng)層起始高度更高。

低層高濕是持續(xù)和非持續(xù)濃霧日的共有特點(diǎn)。低層有濕潤(rùn)層的日數(shù)分別占各自總?cè)諗?shù)的86.7%和84.6%。溫度層結(jié)有貼地逆溫、懸垂逆溫和隨高度遞減3種具體形態(tài)，在持續(xù)濃霧日中占比分別為76.7%、20%和3.3%，在非持續(xù)濃霧日中占比分別為64.7%、23.3%和12%。分別有36.7%的持續(xù)濃霧日和20.6%的非持續(xù)濃霧日出現(xiàn)了雙層逆溫。第一逆溫的厚度和強(qiáng)度對(duì)霧的強(qiáng)弱起著主要作用，第二逆溫或近等溫層的存在，客觀上加厚了穩(wěn)定層的總體厚度，有利于霧的穩(wěn)定和持續(xù)。分析第一逆溫層特點(diǎn)（圖3）可知，貼地逆溫時(shí)，持續(xù)濃霧日逆溫頂高為100～1 300 m，頂高≤600 m的占持續(xù)濃霧日數(shù)的60%；逆溫強(qiáng)度為0.45～4.5℃/100 m，≤2℃/100 m的占持續(xù)濃霧日數(shù)的56.7%。非持續(xù)濃霧日頂高（厚度）為50～1650 m，頂高≤600 m的占35.3%。逆溫強(qiáng)度為0.36～4.6℃/100 m，≤2℃/100 m的占50.8%。懸垂逆溫時(shí)，持續(xù)濃霧日逆溫底高為50～550 m，≤100 m的最多，占持續(xù)濃霧日數(shù)的10%；頂高為150～850 m，≤600 m的占持續(xù)濃霧日數(shù)的13.3%；厚度為100～450 m，300～600 m的占持續(xù)濃霧日數(shù)的13.3%；逆溫強(qiáng)度為0.42～3.3℃/100 m，≤2℃/100 m的占持續(xù)濃霧日數(shù)13.3%。非持續(xù)濃霧日逆溫底高在50～650 m，其中300～500 m的最多，占非持續(xù)濃霧日數(shù)的8.6%；頂高在200～1 500 m，其中600～900 m的最多，占總?cè)諗?shù)的9.5%；厚度在150～1 300 m，其中300～600 m的最多，占總?cè)諗?shù)的8.6%；逆溫強(qiáng)度為0.42～2.6℃/100 m，≤2℃/100 m非持續(xù)濃霧日數(shù)的占19%。持續(xù)濃霧日的第一逆溫底高和頂高都更低，非持續(xù)濃霧日逆溫底高更高、厚度更厚，二者逆溫強(qiáng)度差異不大。

圖3 機(jī)場(chǎng)持續(xù)濃霧日（藍(lán)色）、非持續(xù)濃霧日（紅色）逆溫特征分類占比

對(duì)比分析各層風(fēng)向頻數(shù)和平均風(fēng)速（圖4）可知，地面風(fēng)風(fēng)速為1～3 m/s，風(fēng)向以南西南（SSW）、西南（SW）、東北東（ENE）和東風(fēng)（E）為主。持續(xù)濃霧日南西南風(fēng)（SSW）和西南風(fēng)（SW）的風(fēng)向頻數(shù)顯著大于非持續(xù)濃霧日，非持續(xù)濃霧日東北東（ENE）和東風(fēng)（E）的風(fēng)向頻數(shù)顯著大于持續(xù)濃霧日。400 m以下，風(fēng)速為2～7 m/s，各風(fēng)向均有出現(xiàn)。持續(xù)濃霧日南風(fēng)（S）、東南風(fēng)（SE）和南東南風(fēng)（SSE）的頻數(shù)顯著大于非持續(xù)濃霧日，非持續(xù)濃霧日北風(fēng)（N）和北東北風(fēng)（NNE）頻數(shù)顯著大于持續(xù)濃霧日。400～500 m開始向上至1 500～1 800 m，低空型東南風(fēng)成為最顯著特點(diǎn)，最大頻率風(fēng)向逐漸由南風(fēng)（S）隨高度轉(zhuǎn)為東南風(fēng)（SE），到600 m以上，東南風(fēng)（SE）成為主導(dǎo)風(fēng)向，風(fēng)速也隨高度增大。東南風(fēng)（SE）持續(xù)濃霧日和非持續(xù)濃霧日平均風(fēng)速分別為11～15 m/s和8～13 m/s。從1 500～1 800 m向上，西北（NW）和西北西（WNW）風(fēng)向頻率開始迅速增加并超過東南風(fēng)（SE）頻數(shù)，2 100 m以上西北風(fēng)（NW）成為主導(dǎo)風(fēng)向，西北風(fēng)（NW）風(fēng)速非持續(xù)濃霧日略大于持續(xù)濃霧日。

圖4 機(jī)場(chǎng)持續(xù)、非持續(xù)濃霧日各典型高度風(fēng)向頻數(shù)和平均風(fēng)速對(duì)比

持續(xù)濃霧日相較于非持續(xù)濃霧日，貼地逆溫或懸垂逆溫的第一逆溫層底高和頂高更低，平均逆溫強(qiáng)度更強(qiáng)（第一逆溫頂高≤600 m，懸垂逆溫底高≤100 m，逆溫強(qiáng)度≥0.55℃/100 m），地面西南風(fēng)，低空型東南風(fēng)起始高度高≤300 m，600 m高度以上東南風(fēng)風(fēng)速≥8 m/s等條件有利于持續(xù)濃霧的發(fā)生。

4 結(jié)論和討論

本文利用烏魯木齊市L波段雷達(dá)系統(tǒng)探空資料，對(duì)2014—2016年冬季12月—次年2月烏魯木齊機(jī)場(chǎng)霧日、非霧日，霧日中持續(xù)濃霧日和非持續(xù)濃霧日的低空溫、濕、風(fēng)等氣象要素特征進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

（1）霧日較之非霧日，濕潤(rùn)層更厚，貼地逆溫更厚更強(qiáng)，低空風(fēng)速略小，低空型東南風(fēng)風(fēng)層較為深厚。貼地逆溫頂高＜950 m，逆溫強(qiáng)度＞0.55℃/100 m，地面西南風(fēng)，低空型東南風(fēng)起始高度＜500 m，最大風(fēng)速層低于1 200 m等條件有利于霧的發(fā)生。

（2）持續(xù)濃霧日相較于非持續(xù)濃霧日，貼地逆溫或懸垂逆溫的第一逆溫層底高和頂高更低，平均逆溫強(qiáng)度更強(qiáng)（第一逆溫頂高≤600 m，懸垂逆溫底高≤100 m，逆溫強(qiáng)度≥0.55℃/100 m），地面西南風(fēng)，低空型東南風(fēng)起始高度≤300 m，600 m高度以上東南風(fēng)風(fēng)速≥8 m/s等條件有利于持續(xù)濃霧的發(fā)生。

（3）由于資料有限，分析主要是基于烏魯木齊市L波段雷達(dá)探空系統(tǒng)資料開展的，在機(jī)場(chǎng)探空資料缺乏的情況下，能為預(yù)報(bào)員提供一定的指導(dǎo)和參考。