淺析首都機場(chǎng)近10年輻射霧的特征論文
1 引言
霧是近地面大氣中懸浮有大量小水滴或冰晶微粒而使水平能見(jiàn)距離降到 1 公里以?xún)鹊囊环N災害性天氣現象，是近地面空氣由于降溫或水汽含量增加而達到飽和，水汽凝結或凝華而形成的。霧不僅對正常的工農業(yè)生產(chǎn)、人民生活以及城市環(huán)境有很大的影響，對交通運輸的負面影響也尤為突出，路面上行駛的汽車(chē)以及水面上航行的船舶事故明顯增多。在民航方面，航空飛行安全和民航經(jīng)濟效益受大霧這類(lèi)天氣現象影響非常大。受大霧影響，能見(jiàn)度接近機場(chǎng)最低天氣標準時(shí)，起飛或進(jìn)近著(zhù)陸過(guò)程中的飛行員就會(huì )看不清跑道，此時(shí)如果操作不當，就很難避免飛行事故。針對霧的探測和研究，對于認清霧的形成機制，提高霧的預報準確率，保障飛行和交通安全，都有十分重要的意義。
霧按照其成因一般分為輻射霧、平流霧、鋒面霧等。輻射霧指由于地表輻射冷卻作用使地面氣層水汽凝結而形成的霧。主要發(fā)生在晴朗、微風(fēng)、近地面、水汽比較充沛的夜間或早晨。輻射霧在秋冬季節比較多見(jiàn)。輻射霧多生自午夜前后，日出前最濃，日出后隨著(zhù)太陽(yáng)輻射加強，近地面層的氣溫很快升高，空氣又恢復到不飽和狀態(tài)，霧滴也就很快蒸發(fā)，逐漸變薄，直到消散。
國內外研究學(xué)者對于輻射霧的形成機理和成因進(jìn)行了大量研究。一是進(jìn)行統計分析，找出不同類(lèi)型霧發(fā)生的形勢背景和氣候特征，陳露等依據 1998‐20XX 年首都機場(chǎng)大霧觀(guān)測資料和 NCEP 再分析資料，統計分析了首都機場(chǎng)地區霧生成、持續和消散的氣候特征。毛冬艷等根據 1995‐20XX 年全國基本氣象觀(guān)測站等資料，統計了華北平原 12 月霧發(fā)生前或發(fā)生時(shí)大氣低層部分氣象要素的特征。另一方面是通過(guò)中尺度數值模擬，找出霧發(fā)生前、發(fā)生中和結束時(shí)的溫度、濕度、層結等要素分布特征和大霧的成因及維持機制。Fisher 等，在不考慮輻射的直接影響，對湍流交換系數也只是簡(jiǎn)單地取為高度的函數。Zdunkowski對輻射冷卻過(guò)程及湍流交換系數穩定度的變化作了較為合理的處理。錢(qián)敏偉、張利民以及石春娥等分別利用一維、二維或三維霧模式對長(cháng)江上空以及重慶地區輻射霧的形成過(guò)程進(jìn)行了數值模擬研究。樊琦等和劉開(kāi)宇分別利用 MM5 模式對不同地區的輻射霧進(jìn)行數值模擬研究后得出，恰當地選取模式中微物理過(guò)程參數化方案和模式分辨率能較好地模擬出霧形成、發(fā)展和消散的物理演變過(guò)程。此外，也有輻射霧預報應用方面的研究，梅玨應用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )對 76 個(gè)輻射霧個(gè)例和 84 個(gè)形勢相似的非霧個(gè)例進(jìn)行訓練擬合，建立了 BP 網(wǎng)絡(luò )預報系統，取得了很好的預報效果。
本文通過(guò)利用首都機場(chǎng) 20XX 年 1 月到 20XX 年 3 月氣象觀(guān)測站資料，根據輻射霧的特征，對近 10 年的發(fā)生在首都機場(chǎng)地區的輻射霧進(jìn)行統計分析。選取個(gè)例，結合美國 NCEP再分析資料對環(huán)境場(chǎng)的分析，研究其特點(diǎn)與發(fā)生發(fā)展條件以及輻射霧的生消時(shí)間。旨在揭示輻射霧的邊界層特征。
2.資料與方法
2.1 輻射霧特征
有明顯的季節性和日變化：秋冬多；多在下半夜至清晨，日出前后最濃，白天輻射升溫后逐漸消散。與地理環(huán)境有密切的`關(guān)系：潮濕的山谷、洼地、盆地；輻射霧的垂直、水平尺度：厚度幾十米到幾百米，分布不均，平原可連成大片霧區。
2.1.1 輻射霧成因
輻射霧主要是因為夜間地面輻射冷卻，從而靠近地表的空氣溫度低，形成逆溫現象，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間，水汽與凝結核下沉至地表附近，使空氣中的水汽達到飽和所致，因此霧多發(fā)生在夜最長(cháng)、氣溫最低的冬季或比較寒冷的冬半年。
2.1.2 輻射霧形成有力條件
冷卻條件：晴朗少云的夜間或清晨，地面散熱迅速，使近地面氣層降溫多，有利于水汽凝結。當低空有輻射逆溫形成時(shí)，有利于近地面層大量霧滴聚積于逆溫層下而形成輻射霧。
水汽條件：近地面層水汽充沛時(shí)，氣溫稍有下降就會(huì )使水汽凝結。濕度越大、濕層越厚，就越有利于形成霧。當空氣被雨和潮濕的地面增濕以后，對形成輻射霧特別有利。
層結條件：近地面氣層比較穩定或有逆溫存在時(shí)，就有利于水汽和塵埃雜質(zhì)的聚集，如又有輻射冷卻作用便易于水汽凝結形成霧。當氣層不穩定時(shí)，就有利于上下層熱量的交換和水汽擴散，而不利于霧的形成。
風(fēng)力條件：靜風(fēng)有利于形成露、霜或淺霧，但不利于形成霧；微風(fēng)（1‐3 米/秒）對霧的形成最有利。要形成一定強度及一定厚度的輻射霧，僅有輻射冷卻還不夠，還必須有適度的垂直混合作用相配合，以便形成較厚的冷卻層�？諝忪o穩時(shí)，垂直混合太弱，不利于形成輻射霧，而風(fēng)速過(guò)大（大于 3 米/秒）及溫度層結不很穩定時(shí)，垂直混合又太強，也不利于形成輻射霧。
2.2 資料處理
利用首都機場(chǎng)每小時(shí)一次的氣象觀(guān)測資料，初步篩選出小于 1 公里的能見(jiàn)度天氣。通過(guò)以上輻射霧的特點(diǎn)，進(jìn)而對大霧天氣從霧的類(lèi)別上進(jìn)行分類(lèi)。通過(guò)分析表明，由于大霧過(guò)程與多種因素有關(guān)，輻射霧多與平流霧共同產(chǎn)生。輻射霧每年單獨發(fā)生的次數較少，其具有明顯的季節特征，且能見(jiàn)度一般不會(huì )低于700米。
3個(gè)例分析
3.1 20XX年1月12日
20XX 年 1 月 12 日為典型的一次輻射霧過(guò)程，從地面形勢來(lái)看（見(jiàn)圖 5），北京處在弱的高壓控制中，地面風(fēng)速較小為1‐2米/秒。高層為一致的偏西氣流控制，低層1000hPa到850hPa東南偏東氣流，且低空風(fēng)速較小。高空無(wú)明顯濕區。12 日夜間晴到少云伴有微風(fēng)的情況均有利輻射霧的發(fā)生。
1 月 12 日能見(jiàn)度與溫度的時(shí)間序列圖，可以得出在 12 日傍晚，由于地面輻射降溫幅度較大，地面能見(jiàn)度出現了短時(shí)低于 1 公里的天氣現象，之后維持在 1 公里，到后半夜溫度為持續下降的過(guò)程，能見(jiàn)度再次降到 1 公里以下，維持在 800 米。整體來(lái)看，能見(jiàn)度與溫度呈現正相關(guān)關(guān)系。12 日 0850UTC 能見(jiàn)度開(kāi)始低于一公里，當時(shí)溫度是‐4.5 攝氏度，比上一個(gè)時(shí)次（‐2.3 攝氏度）降低了 2.2 攝氏度，相對濕度從 71%增加到 81%，0850UC 的能見(jiàn)度為 900 米；對比霧消散前一個(gè)時(shí)次 （2150UTC）的溫度、能見(jiàn)度和相對濕度分別為‐4.4攝氏度、900 米和 89%，這組數據與霧生成時(shí)大小相當。2250UTC 能見(jiàn)度上升到 1 公里，溫度上升到‐3.5 攝氏度，相對濕度為83%。
3.2 20XX年1月29日
20XX年1月29日為一次輻射霧伴平流霧過(guò)程，從地面形勢來(lái)看，北京處在弱高壓形勢場(chǎng)控制，地面風(fēng)速較小為 1‐2 米/秒。高層 500hPa 在 29 日 00‐06UTC 有槽劃過(guò)，槽前有濕區存在，700hPa 與 850hPa 為偏西氣流，低空風(fēng)速較小。28 日夜間為晴間少云天氣。
20XX年1月28日夜間 2050UTC 觀(guān)測出現輻射霧 900 米，之后隨著(zhù)平流霧影響能見(jiàn)度突然下降到 100 米（2250UTC）。從圖 13 可以看出在能見(jiàn)度低于 1 公里前，輻射降溫已經(jīng)非常明顯，隨著(zhù)溫度的降低，能見(jiàn)度從 1.4 公里降到 900 米，2050UTC 環(huán)境溫度為‐8.1 攝氏度，相對濕度為 95%。之后能見(jiàn)度受平流霧的影響呈現出繼續下降的態(tài)勢。伴隨著(zhù)平流霧的發(fā)生，溫度并沒(méi)有繼續下降，反而有增加趨勢，增溫幅度較為明顯。
4.結論
通過(guò)對 20XX 年到 20XX 年 3 月首都機場(chǎng)氣象觀(guān)測資料的分析，輻射霧發(fā)生的環(huán)境場(chǎng)多在晴朗少云微風(fēng)的天氣中，隨著(zhù)溫度的降低，能見(jiàn)度逐漸降低，其造成的低能見(jiàn)度一般不會(huì )低于 700 米。輻射霧每年單獨造成能見(jiàn)度低于 1 公里的次數較少，基本在 1‐2 次。輻射霧具有明顯的季節特征，一般秋冬季節多發(fā)，日出前最濃，日出后隨著(zhù)溫度升高，霧氣逐漸消散。輻射霧多伴隨平流霧發(fā)生，由于受平流霧的影響霧氣消散時(shí)間更長(cháng)。輻射霧發(fā)生時(shí)，風(fēng)速多為 1‐2 米/秒的微風(fēng)狀態(tài)。
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