湖北國(guó)際物流核心樞紐機(jī)場(chǎng)2016年12月一次大霧天氣過(guò)程特征分析

王保 黃思先 張火平

摘要：利用常規(guī)觀測(cè)資料、區(qū)域自動(dòng)觀測(cè)站資料以及NCEP 1°× 1°再分析資料對(duì)2016年12月1—2日湖北國(guó)際物流核心樞紐機(jī)場(chǎng)1次大霧天氣過(guò)程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明，本次大霧過(guò)程是在高、中、低層天氣系統(tǒng)相互配合下出現(xiàn)的，具有明顯輻射霧特征;大霧階段地面10 m以風(fēng)速小于1.0 m/s的偏東風(fēng)為主，風(fēng)速增大或風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)有利于霧的消散;對(duì)流層低層渦度和散度較小，中低層都以下沉運(yùn)動(dòng)為主;地面比濕維持在5 g/kg左右，溫度露點(diǎn)差在3 ℃左右，溫度露點(diǎn)差的急劇增大能表征大霧消散。大霧出現(xiàn)之前低層相對(duì)濕度維持在60%以上，800～600 hPa維持相對(duì)濕度小于20%的相對(duì)干區(qū);950～900 hPa附近有逆溫或中性層結(jié)存在，在低層存在冷平流，中高層存在暖平流，并且冷平流從地面先隨高度增大，在上層轉(zhuǎn)為冷平流隨高度減小、暖平流隨高度增加，900 hPa附近存在的冷平流隨高度減小，在更小范圍內(nèi)形成上暖下冷的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：大霧;下沉運(yùn)動(dòng);逆溫層;上干下濕;湖北國(guó)際物流核心樞紐機(jī)場(chǎng)

Abstract： A foggy weather process at Hubei International Logistics Core Hub Airport on December 1st to 2nd， 2016， was analyzed by using the data of regular observation， regional automatic observation station and NCEP 1°×1° reanalyzed data. The results showed that the process of fog appeared under the cooperation of the high， middle， low level weather system， and has obvious characteristics of radiation fog. In the fog stage， the 10 m wind on the ground was dominated by a partial east wind with a wind speed of less than 1.0 m/s. The situation that wind speed increased or the wind direction turned to a northerly wind facilitated the dissipation of fog. The vorticity and divergence of the lower troposphere was small， and the middle and lower layers were dominated by downdraft. The relative humidity of groud surface was maintained at about 5 g/kg， and the temperature dew point difference was about 3 °C. The sharp increase in temperature dew point difference can indicate the dissipation of fog. Before the appearance of heavy fog， the low-level relative humidity was maintained more than 60%， a relatively dry areas with relative humidity of less than 20% was maintained between 800 hPa and 600 hPa; There was an inversion layer or neutral layer junction near 950 hPa to 900 hPa， and there was a cold advection at the lower level and a warm advection at the middle and upper levels，? the cold advection increased from the ground to the height，? then the upper layer turned into the tendency that the cold advection decreased with height and the warmer advection increased with height. The cold flow near 900 hPa decreased with height， forming a stable structure with warm and cold in a smaller range.

Key words： fog; downdraft; inversion layer; upper-layer dry and lower-layer wet; Hubei International Logistics Core Hub Airport

2016年4月6日，國(guó)家民航局正式批復(fù)《湖北國(guó)際物流核心樞紐機(jī)場(chǎng)選址報(bào)告》，標(biāo)志著項(xiàng)目正式落戶(hù)鄂州。湖北國(guó)際物流核心樞紐機(jī)場(chǎng)作為一座貨運(yùn)為主、客運(yùn)為輔的運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)，氣象條件對(duì)航班正常起飛降落的影響不容小覷。由于氣象要素的不適航，造成機(jī)場(chǎng)航班延誤、取消和備降，甚至由于氣象要素的突然變化，對(duì)飛機(jī)在降落及起飛時(shí)的飛行狀態(tài)造成嚴(yán)重影響，從而發(fā)生復(fù)飛、沖出跑道，甚至更加重大的不安全事件乃至飛行事故，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的災(zāi)害[1]。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣氣候特征、天氣學(xué)特征及預(yù)警預(yù)報(bào)方面做了一定的研究。Naegele等[2]分析了美國(guó)西部和西南部城市的機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度資料，得出影響能見(jiàn)度的4個(gè)因素分別為硫酸鹽、人口增長(zhǎng)、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和天氣要素（如高壓、逆溫、 靜風(fēng)等）。趙熙等[3]利用濟(jì)南機(jī)場(chǎng)2010—2016年逐時(shí)地面觀測(cè)資料和跑道視程資料，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)低能見(jiàn)度（VIS≤800 m）、低跑道視程（RVR≤550 m）和 ≤400 m RVR出現(xiàn)的月、日特征及其之間的關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析，得出低能見(jiàn)度和低RVR持續(xù)時(shí)間和出現(xiàn)次數(shù)呈負(fù)相關(guān)的結(jié)論。慕熙昱等[4]對(duì)南京祿口機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)祿口機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度表現(xiàn)出明顯的季節(jié)和次季節(jié)變化特征，呈雙峰雙谷結(jié)構(gòu)，這種特征的形成與近地層大氣的溫度、濕度和層結(jié)有密切關(guān)系。一些學(xué)者對(duì)虹橋機(jī)場(chǎng)[5]、鄭州機(jī)場(chǎng)[6]、白云機(jī)場(chǎng)[7]、成都雙流機(jī)場(chǎng)[8]和浦東機(jī)場(chǎng)[9]的低能見(jiàn)度天氣特征的分析也得出類(lèi)似的結(jié)論。徐海等[10]、張恒德等[11]、吳彬貴等[12]、濮梅娟等[13]均選取了一次典型低能見(jiàn)度天氣過(guò)程，對(duì)低能見(jiàn)度過(guò)程的特點(diǎn)和水汽層結(jié)物理量等進(jìn)行了詳細(xì)分析。對(duì)低能見(jiàn)度的預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)，一些學(xué)者也進(jìn)行了大量研究[14-16]。

鑒于針對(duì)湖北國(guó)際物流核心樞紐機(jī)場(chǎng)的低能見(jiàn)度天氣研究較少，本研究采用該機(jī)場(chǎng)氣象站常規(guī)觀測(cè)資料、區(qū)域自動(dòng)觀測(cè)資料及NCEP 1°×1°再分析資料對(duì)湖北國(guó)際物流核心樞紐機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣進(jìn)行分析，以期為機(jī)場(chǎng)建設(shè)和后期氣象服務(wù)作參考。

1 過(guò)程概述

利用鄂州機(jī)場(chǎng)氣象站逐小時(shí)自動(dòng)觀測(cè)資料，繪制鄂州機(jī)場(chǎng)2016年11月30日20：00至12月2日12：00的能見(jiàn)度演變圖。從能見(jiàn)度的演變看，12月1日凌晨5：00能見(jiàn)度從1 000 m以上急劇下降至50 m以下，低能見(jiàn)度現(xiàn)象一直維持到上午11：00，至12：00迅速增大到1 000 m以上，其中能見(jiàn)度最低出現(xiàn)在5：00，為36 m;12月2日能見(jiàn)度驟降發(fā)生在凌晨1：00，此后能見(jiàn)度維持在50 m左右，持續(xù)到了10：00，其中能見(jiàn)度在2：00達(dá)到最低，為34 m，11：00之后能見(jiàn)度驟增到1 000 m以上（圖1）。此次過(guò)程主要發(fā)生在凌晨到早上，這時(shí)天空無(wú)云，地面熱量輻射降溫快，空氣濕度易達(dá)飽和狀態(tài)，利于形成霧，此次低能見(jiàn)度過(guò)程有明顯的輻射霧特征。

2 天氣形勢(shì)分析

2016年11月30日20：00時(shí)500 hPa高度場(chǎng)上（圖2a）中高緯度呈明顯的一槽一脊型，槽后西北氣流不斷將貝加爾湖附近的冷空氣向南輸送;中緯度高空槽位于湖北省東部，鄂州市處于高空槽底，即將轉(zhuǎn)為受高空西北氣流控制。700 hPa（圖2b）在湖北省西部有反氣旋環(huán)流，鄂州市此時(shí)受槽后西北氣流控制。850 hPa也為反氣旋環(huán)流，鄂州此時(shí)受偏北氣流控制。12月1日8：00，隨著高、中、低3層天氣系統(tǒng)逐漸東移，500和700 hPa轉(zhuǎn)受西北氣流控制，850 hPa（圖2c、圖2d）轉(zhuǎn)為東北氣流。至2日8：00，高空500 hPa仍然維持偏西氣流控制，低層700 hPa隨著系統(tǒng)東移，鄂州市處于低層反氣旋底部，受東北氣流控制，850 hPa風(fēng)場(chǎng)此時(shí)由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為東南風(fēng)控制，風(fēng)速較小。整個(gè)大霧發(fā)生發(fā)展期間，在高、中、低層的系統(tǒng)影響下，鄂州市夜間少云的天氣特征為大霧的發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。

分析大霧期間地面天氣形勢(shì)可知，從11月30日20：00至12月2日20：00，鄂州市一直維持較小的氣壓梯度，處于低壓底部的均壓場(chǎng)中，并且維持弱的偏東風(fēng)。

3 物理量診斷分析

3.1 動(dòng)力條件

3.1.1 地面10 m風(fēng)場(chǎng) 對(duì)大霧過(guò)程的10 m風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行分析可知，11月30日20：00（圖略）鄂州市附近風(fēng)向?yàn)槠黠L(fēng)，風(fēng)速在1.0～1.5 m/s;12月1日2：00風(fēng)向仍維持偏西風(fēng)，風(fēng)速逐漸減小，為1.0 m/s以下;12月1日8：00（圖3a）鄂州市為濃霧持續(xù)階段，風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，存在輻散，風(fēng)速降到0.5 m/s以下;1日14：00風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，風(fēng)速逐漸增大到1.5～2.0 m/s，此時(shí)霧已消散。1日20：00風(fēng)向又轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，風(fēng)速降至1.0 m/s以下;2日2：00（圖3b）風(fēng)向仍維持偏東風(fēng)，風(fēng)速仍為1.0 m/s以下，此時(shí)段鄂州市能見(jiàn)度急劇降低，濃霧出現(xiàn)，該風(fēng)向風(fēng)速一直持續(xù)到2日8：00，也是鄂州市濃霧持續(xù)時(shí)段;至2日14：00，風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)且風(fēng)速為1.0 m/s以下，此時(shí)段有利于濃霧的產(chǎn)生，風(fēng)速增大或者風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，霧也隨之消散。

3.1.2 渦度、散度及垂直速度 對(duì)大霧過(guò)程的對(duì)流層中低層的散度和渦度進(jìn)行分析，12月1日2：00—14：00（圖4a）整個(gè)對(duì)流層中低層500 hPa以下基本維持渦度正值區(qū)，其中在900 hPa附近存在一個(gè)大于1.0×10-5 s-1的正值中心，僅在950 hPa以下存在低的渦度負(fù)值區(qū)。此時(shí)對(duì)應(yīng)的散度分布為在500 hPa以正散度區(qū)為主，在850 hPa存在一個(gè)大于1.0×10-5 s-1的正值中心，低層950 hPa以下為弱的正散度區(qū);1日2：00在800～900 hPa存在散度負(fù)值區(qū)間，隨著大霧的不斷發(fā)展，該區(qū)間逐漸下移，至8：00該負(fù)值區(qū)間中心逐漸移到900～950 hPa附近，并且存在一個(gè)小于-1.0×10-5 s-1的負(fù)值中心，此后隨著負(fù)值帶進(jìn)一步下移，鄂州市大霧消散。12月1日20：00至2日14：00，鄂州市850 hPa以上仍維持渦度正值區(qū)，但正渦度較前一時(shí)段明顯偏低;850 hPa以下存在明顯的負(fù)渦度區(qū)，中心位于950 hPa附近，強(qiáng)度小于-3.0×10-5 s-1;對(duì)應(yīng)的散度分布為在65～800 hPa、900 hPa以下存在負(fù)散度區(qū)，隨著大霧的發(fā)展，負(fù)散度區(qū)基本維持穩(wěn)定;在550、900 hPa附近分別存在正散度中心，隨著大霧的發(fā)展和消散，上層正散度逐漸減小。

對(duì)大霧過(guò)程的對(duì)流層中低層垂直速度進(jìn)行分析，12月1日2：00—14：00（圖4b）整個(gè)對(duì)流層中低層以下沉運(yùn)動(dòng)為主，在700 hPa附近對(duì)應(yīng)著下沉運(yùn)動(dòng)中心，中心值大于0.4 Pa/s，低層950 hPa附近也存在一個(gè)下沉運(yùn)動(dòng)中心，中心值大于0.3 Pa/s。12月1日20：00至2日14：00整個(gè)對(duì)流層中低層仍以下沉運(yùn)動(dòng)為主，但下沉運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較前一時(shí)段明顯減弱，都為0.2 Pa/s以下。

[2] NAEGELE P S， SELLERS W D. A study of visibility in eighteen cities in the western and southwestern United States[J]. Monthly weather review， 1981，109（10）：2394-2400.

[3] 趙 熙，李京萌，童紅梅. 濟(jì)南機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度和低跑道視程對(duì)比分析[J]. 干旱氣象，2017，35（5）：847-856.

[4] 慕熙昱，徐 琪，周林義，等. 基于AWOS數(shù)據(jù)的南京祿口機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度特征統(tǒng)計(jì)研究[J]. 高原氣象，2018，37（4）：1129-1142.

[5] 沈 俊，閻鳳霞，王燕雄. 虹橋機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度變化特征分析[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào)，2008，24（1）：99-104.

[6] 李 健，王澄海. 鄭州機(jī)場(chǎng)2004～2012年能見(jiàn)度的變化特征[J]. 干旱氣象，2014，32（5）：733-737.

[7] 馮彥華，鄧文珍. 白云機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度氣候的統(tǒng)計(jì)特征[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào)，1998，14（4）：82-86.

[8] 沈宏彬，宋 靜. 成都雙流機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度氣候特征及氣象相關(guān)性分析[J]. 成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，28（6）：672-676.

[9] 楊 瑜，丁文敏. 浦東機(jī)場(chǎng)低跑道視程變化特征及其影響機(jī)制分析[J]. 干旱氣象，2016，34（5）：873-880.

[10] 徐 海，周 立，張 瀟. 一次準(zhǔn)靜止鋒影響下的昆明長(zhǎng)水機(jī)場(chǎng)大霧過(guò)程分析[J]. 高原山地氣象研究，2016，36（3）：76-81，96.

[11] 張恒德，饒曉琴，喬 林. 一次華東地區(qū)大范圍持續(xù)霧過(guò)程的診斷分析[J]. 高原氣象，2011，30（5）：1255-1265.

[12] 吳彬貴，張宏升，汪 靖，等. 一次持續(xù)性濃霧天氣過(guò)程的水汽輸送及逆溫特征分析[J]. 高原氣象，2009，28（2）：258-267.

[13] 濮梅娟，尚 倩，李子華，等. 一次濃霧宏微觀結(jié)構(gòu)特征及快速消散的原因分析[J]. 高原氣象，2013，32（3）：770-777.

[14] 嚴(yán)明良. 滬寧高速公路低能見(jiàn)度濃霧特征及其數(shù)值模擬研究[D]. 南京：南京信息工程大學(xué)，2011.

[15] 馮漢中，陳永義，成永勤，等. 雙流機(jī)場(chǎng)低能見(jiàn)度天氣預(yù)報(bào)方法研究[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17（1）：94-99.

[16] 周須文，時(shí)青格，賈俊妹，等. 低能見(jiàn)度霧的分級(jí)預(yù)報(bào)方法研究[J]. 熱帶氣象學(xué)報(bào)，2014，30（1）：161-166.