湛江機(jī)場(chǎng)一次大霧過(guò)程分析

吳冰菁

（中國(guó)民用航空湛江空中交通管理站，廣東 湛江524017）

大霧是指主導(dǎo)能見(jiàn)度小于1 公里的天氣現(xiàn)象，對(duì)飛行的安全效率有非常大的影響。每年冬末至次年春初是湛江機(jī)場(chǎng)大霧天氣頻發(fā)的季節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)湛江機(jī)場(chǎng)第一季度大霧有15.67 天，所以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)大霧的生消對(duì)湛江機(jī)場(chǎng)航班的正常有著非常重要的意義。湛江機(jī)場(chǎng)的大霧可分為平流霧、輻射霧、鋒面霧，其發(fā)生時(shí)的地面形勢(shì)大致可分為高壓入海型、低壓前型、冷鋒前型、靜止鋒前型、鞍形場(chǎng)或均壓場(chǎng)型5 類(徐峰等，2011)。賴建茂(2013)研究發(fā)現(xiàn)湛江機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)平流霧時(shí)，850hPa 為西南或偏南風(fēng)場(chǎng)。許劍文(2014)研究發(fā)現(xiàn)湛江機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)蒸發(fā)霧時(shí)，500hPa 為偏西或西南氣流。楊杰顏，郭浩鑫(2016)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定少變的高低層天氣形勢(shì)配置以及有利的水汽、風(fēng)力條件對(duì)大霧的維持有重要作用。本文利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°逐6h 的再分析資料、湛江機(jī)場(chǎng)1h 自動(dòng)氣象觀測(cè)資料，從天氣背景、水汽和風(fēng)力條件、動(dòng)力條件、層結(jié)條件等方面對(duì)湛江機(jī)場(chǎng)2021 年01 月24 日的大霧過(guò)程進(jìn)行分析，為預(yù)報(bào)湛江機(jī)場(chǎng)大霧的生消作一定的參考。

1 湛江機(jī)場(chǎng)天氣實(shí)況

2021 年1 月24 日湛江機(jī)場(chǎng)出現(xiàn)了一次持續(xù)時(shí)間約3 小時(shí)的大霧天氣過(guò)程，導(dǎo)致兩個(gè)航班延誤。此次大霧過(guò)程出現(xiàn)在24日的05:42 至08:30(北京時(shí)，下同)。此次大霧過(guò)程，水平能見(jiàn)度最低下降到100 米，垂直能見(jiàn)度最低下降到30 米。此次大霧具有持續(xù)時(shí)間較短、強(qiáng)度大(低于湛江機(jī)場(chǎng)降落標(biāo)準(zhǔn))的特點(diǎn)。

2 大霧形成的天氣背景

分析湛江機(jī)場(chǎng)的高低空環(huán)流形勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)此次大霧過(guò)程，地面(圖略)為東路冷空氣南下影響，湛江機(jī)場(chǎng)處于出海冷高壓脊西南部的回流形勢(shì)場(chǎng)中，23 日白天太陽(yáng)暴曬增溫，夜間晴朗無(wú)云，產(chǎn)生輻射降溫，是大霧發(fā)生的有利條件；湛江機(jī)場(chǎng)850hPa高度層(圖1a)為偏南風(fēng)場(chǎng)，且風(fēng)向與等溫線交角較大，接近于垂直，即850hPa 高度上有顯著的暖平流輸送，可以為湛江機(jī)場(chǎng)持續(xù)輸送大霧所需的水汽；湛江機(jī)場(chǎng)500hPa 高度層(圖1b)為帶有小波動(dòng)的偏西氣流，且可以看到溫度槽明顯落后高度槽，即500hPa 高度層上的高空槽將有所發(fā)展。

綜上所述，此次大霧過(guò)程，地面為東路弱冷空氣南下影響，即有冷平流輸送，而機(jī)場(chǎng)850hPa 有暖平流輸送，這樣“上暖下冷”的高低空環(huán)流形勢(shì)為大霧的形成提供了穩(wěn)定的層結(jié)條件，有利于大霧的形成。但東面的出海冷高脊所造成的回流場(chǎng)較弱，高空槽的發(fā)展也將很快破壞層結(jié)穩(wěn)定形勢(shì)，使得此次大霧快速消散。因此預(yù)報(bào)大霧的消散，可從預(yù)報(bào)層結(jié)穩(wěn)定的破壞出發(fā)。

圖1 24 日02 時(shí)850 hPa 風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)(a)，500hPa 風(fēng)場(chǎng)、高度場(chǎng)(實(shí)線)和溫度場(chǎng)(虛線)(b)

3 大霧形成的水汽和風(fēng)力條件

霧的形成及維持與相對(duì)濕度、氣溫、風(fēng)向風(fēng)速等氣象因子有著重要關(guān)系。分析湛江機(jī)場(chǎng)24 日3-10 時(shí)的風(fēng)速、相對(duì)濕度的變化(圖2)，可以發(fā)現(xiàn)此次大霧過(guò)程，由于前期降水為湛江機(jī)場(chǎng)帶來(lái)十分充足的水汽，所以這時(shí)湛江機(jī)場(chǎng)近地層的空氣基本處于飽和狀態(tài)，相對(duì)濕度持續(xù)＞95%，說(shuō)明此次大霧過(guò)程具備極好的水汽條件。另外，湛江機(jī)場(chǎng)地處雷州半島，大霧過(guò)程中盛行的東南風(fēng)(圖略)將海面的暖濕空氣帶到湛江機(jī)場(chǎng)低空，也有利于水汽積累。此外，本次大霧過(guò)程中的風(fēng)速維持在5m/s 以下，主要集中在1～2m/s，風(fēng)速較弱，有利于層結(jié)穩(wěn)定的維持，有利于霧的形成，但也是由于風(fēng)速較小，不是集中在有利于濃霧維持的風(fēng)速(2-5m/s)(楊杰顏和郭浩鑫，2016)，使得冷卻作用僅僅分布在較為淺薄的氣層中，因而不能形成較為深厚的霧區(qū)，難以保證大霧的維持，因此本次大霧持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。

圖2 24 日湛江機(jī)場(chǎng)3-10 時(shí)風(fēng)速和相對(duì)濕度變化

4 大霧形成的動(dòng)力條件

為研究湛江機(jī)場(chǎng)此次大霧生消的原因，本文分析了湛江機(jī)場(chǎng)的散度場(chǎng)和渦度場(chǎng)(圖3)，可以看到在23 日20 時(shí)后，湛江機(jī)場(chǎng)1000～925hPa 維持一個(gè)0～-2×10-5s-1的散度值，表明大霧發(fā)生時(shí)，機(jī)場(chǎng)低層存在弱輻合上升運(yùn)動(dòng)。在當(dāng)日的水汽極好的條件下，這種弱的輻合上升運(yùn)動(dòng)可使近地層水汽向上輸送，從而增加濕層的厚度，進(jìn)而增加霧層的厚度，有利于大霧的形成。近地層(925～700hPa)則存在0～2×10-5s-1的散度值，表明大霧發(fā)生時(shí)，機(jī)場(chǎng)近地層存在弱的輻散下沉運(yùn)動(dòng)，使低層水汽不能往中層擴(kuò)散，有利于低層水汽的積累，進(jìn)而容易促使逆溫層的產(chǎn)生，也有利于大霧的形成。但由于低層輻合上升運(yùn)動(dòng)僅到925hPa 高度層，意味著濕層較為淺薄，且湛江機(jī)場(chǎng)1000～925hPa 存在負(fù)的渦度，即渦度場(chǎng)與散度場(chǎng)不配合，導(dǎo)致此次大霧過(guò)程的持續(xù)時(shí)間較短。

圖3 23 日08 時(shí)-24 日08 時(shí)湛江機(jī)場(chǎng)上空的散度(陰影,單位:10-5s-1)、渦度(等值線, 單位: 10-5s-1)- 時(shí)間垂直剖面

5 大霧形成的層結(jié)條件

大霧的生消與逆溫層的建立和破壞有緊密聯(lián)系(吳彬貴等，2007)，為研究此次大霧過(guò)程的大氣層結(jié)結(jié)構(gòu)特征，本文計(jì)算了23 日20 時(shí)-24 日14 時(shí)湛江機(jī)場(chǎng)上空1000～700hPa 的溫度遞減率(表1)。

從表1 中可以看到，湛江機(jī)場(chǎng)上空1000～925hPa、925～850hPa 從23 日20 時(shí)～24 日08 時(shí)溫度遞減率都逐漸減小，08時(shí)最小，之后開(kāi)始增大；而850～700hPa 溫度遞減率的變化則相反，其最大值出現(xiàn)在08 時(shí)。由此可見(jiàn)，大霧發(fā)生時(shí)機(jī)場(chǎng)近地層的溫度遞減率有所減小，而大霧消散時(shí)機(jī)場(chǎng)近地層的溫度遞減率有所增大，但由于機(jī)場(chǎng)近地層未形成等(逆)溫層，所以本次大霧過(guò)程維持時(shí)間較短。因此，我們可以利用數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算溫度遞減率，來(lái)預(yù)報(bào)大氣的層結(jié)狀態(tài)，并將其作為大霧預(yù)報(bào)的參考因素之一。

表1 23 日20 時(shí)-24 日14 時(shí)湛江機(jī)場(chǎng)上空1000～700hPa 溫度遞減率

6 結(jié)論

6.1 上層暖平流，下層冷平流的高低空環(huán)流配置，易形成穩(wěn)定層結(jié)，加之有充足的水汽和適當(dāng)?shù)娘L(fēng)向風(fēng)速，是此次大霧形成的重要原因。

6.2 大霧發(fā)生時(shí)機(jī)場(chǎng)近地層的溫度遞減率有所減小，因此可以利用數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)計(jì)算溫度遞減率，來(lái)預(yù)報(bào)大氣的層結(jié)狀態(tài)，并將其作為大霧預(yù)報(bào)的參考因素之一。

6.3 適度的風(fēng)速(2-5m/s)可以使穩(wěn)定層結(jié)加厚，而風(fēng)速過(guò)小，就不能形成較深厚的冷卻層，難以保證大霧的維持。6.4 大霧的維持需要散度場(chǎng)和渦度場(chǎng)配合。