山东济宁地区一次持续雾霾天气诊断分析

张熙　 马丽　 李 芳等

摘要 运用常规探空资料、NCEP再分析资料，从天气形势、水汽条件、动力条件、温度层结、空气质量等方面，对2013年1月12～16日济宁地区连续出现的大范围雾霾天气进行诊断分析。结果表明，此次持续大雾发生在脊前西北气流控制的纬向环流形势下，西风环流平直，整个华北地区均处在高压的前部，山东地区气压梯度力小，有利于大雾的发生和维持；湿度场有“上干下湿”的稳定层结；低层暖中心使系统内风速减小， 同时也有利于近地面逆温和低空逆温的形成；空气污染物对大雾形成或维持具有显著的促进作用。

关键词 济宁地区；大雾；天气形势；物理量场；诊断分析

中图分类号 S161.6 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）08-02414-03

Diagnosis Analysis of a Continuous Fog Haze Weather in Jining Region， Shandong Province

ZHANG Xi et al （Jining Meteorological Bureau， Jining， Shandong 272000）

Abstract By using conventional sounding data， NCEP reanalysis data， from weather situation analysis， moisture conditions， dynamic conditions， temperature stratification， air quality， etc.， the diagnosis analysis of a continuous fog haze weather in Jining Region during Jan. 12-16th， 2013 was conducted. The results showed that under zonal circulation continued fog this situation occurred before the ridge northwest flow control， straight westerly circulation throughout northern China are at the front of the pressure， the pressure gradient force is small in Shandong Province， which is conducive to large fog occurrence and maintenance； humidity field of "wet on dry" stable stratification； low layer warm center not only reduce the wind speed within system， but also conducive to the formation of near-surface temperature inversion and low-level inversion； air pollutants have significant promotion effect on fog formation or maintenance.

Key words Jining； Dense fog； Weather situation； Physical quantity field； Diagnosis analysis

2013年1月12～16日，濟宁地区连续出现了大范围的雾霾天气，其中12和14日最为严重，大雾最强时能见度不足50 m，这次雾霾天气分布范围广、浓度大、持续时间长，在历史上较为罕见。连续大雾不仅给人民生活和身体健康带来较大影响， 而且致使多条高速公路或国道被迫关闭， 机场进出航班延误或取消， 大批旅客滞留， 造成较大的经济损失。

这次大雾过程12日早晨开始，13日较轻、14日较重，14日全天能见度均不足1 km。从14日10：00可见光云图（图略）可以看出，14日雾霾天气发生时雾区范围较大且能见度均较低，济宁大部地区实况能见度均小于50 m。笔者在此运用常规探空资料、NCEP再分析资料，从天气形势、水汽条件、动力条件、温度层结等方面对此次持续的大范围雾霾天气进行诊断分析。

1 大雾持续期间环流形势分析

1.1 高空环流形势 从1月 12～16 日连续性大雾过程 500 hPa平均高度场（图1）可以看出， 亚洲中高纬为弱的一槽一脊， 浅槽位于里海和巴尔客什湖之间， 新疆以东为一弱脊， 大雾持续期间我国北方地区受偏西到西北气流控制，纬向环流平直，不断有小槽携带弱冷空气东移南下，风速较小，而与其配合的湿度场则表现为上干下湿，且由于干冷空气活动较弱，近地面湿层不容易下降，因此这种高空槽不会产生降水或伴有低云，有利于近地层逆温的形成和维持，这种相对稳定的高低空形势对大气层结的稳定和大雾的形成与维持均非常有利。此次过程当中11～16日共有3次低槽影响，出现时间分别为11日白天到夜间、12日夜间到13日白天和15日白天到夜间，在16日夜间之后有较强冷空气南下，持续大雾天气影响减弱。

图1 2013年1月12～16日500 hPa平均位势场

1.2 地面形势及地面特征

1.2.1 地面海平面气压场。

从地面海平面气压场（图略）分析来看，济宁地区大雾持续期间，在蒙古东北侧有一弱高压维持，整个华北地区均处在高压的前部，14日后，东北地区又有一高压形成，山东地区气压场一直比较稀疏，山东地区当时风向以北风为主，且风力较小，这种风可以产生一定的湍流但又不会使水汽向上输送得过高，只要夜间气温稍有下降， 就会使水汽凝结形成雾。16日20：00后，东北地区冷高压压下来，华北地区风力加大，大雾天气逐渐减弱。

1.2.2 地面温度露点差。

这次过程选择了济宁嘉祥站来分析地面的一些特征，从嘉祥站11日08：00～17日20：00大雾持续期间的地面气象三线图（图略）可以看出，11日夜间至12日08：00，地面温度露点差较小，均不大于2 ℃， 13日夜间至14日夜间地面温度露点差也不大于2 ℃，这些时间内近地面层大气湿度较高。从嘉祥站的能见度直方图上也能看出，在能见度较低的时段较小的温度露点差均与之对应。在17日之后，由于北方冷空气下来，近地层湿度减小，能见度出现了好转。

2 大雾持续期间的温湿场特征分析

2.1 TlogP

由于大雾形成与稳定的大气层结密切相关， 通过分析发现大雾持续期间低层风速较小，且湿度场为上干下湿的稳定层结。 大雾期间有明显的逆温层存在（图2），15日之前逆温层高度较低，均在1 000 hPa以下，10、11日夜间从地面图（图略）看出，高空无云，可以分析12日08：00的逆温層是由于辐射降温形成的，12日早晨的大雾属于辐射雾，消散较快。14日08：00～20：00观测记录天空状况不明， 说明该时段内大气垂直能见度降低， 湿层增厚，由此可见，该时段形成逆温层的主要原因是13日夜间开始蒙古冷高压的前部的弱冷空气沿东北路不断南下影响济宁市，低层有弱槽过境， 当处于槽后干冷空气控制时因为空气下沉造成绝热增温形成的。15、16日逆温层高度升高至925 hPa附近，从观测记录上看，这2 d白天到夜间期间云量一直较多，在雾霾天气方面其实并没有出现50 m以下的大雾，17日08：00逆温层变得很薄，逆温幅度小于2 ℃，而大雾持续期间的12～16日的逆温幅度均在3 ℃以上。 大雾持续期间不仅925 hPa以下有逆温层，在850 hPa附近还均有一个逆温的存在，在16日08：00这个逆温升高至700 hPa附近，说明低空出现了逆温，低空逆温是处于槽后干冷空气控制时空气下沉造成绝热增温形成的， 近地面逆温和低空逆温同时存在， 表明大气层结稳定。近地面逆温有利于近地面层稳定度增大和水汽积累， 低空逆温又在低空形成暖盖， 它的存在表示系统稳定， 且下沉气流使近地面层水汽不易扩散而聚集， 有利于近地面层维持潮湿， 持续几天出现大雾[1]。

2.2 湿度场

从2013年1月12～16日（35°N、116°E）单点的湿度场随时间的垂直剖面（图3）可以看出，大雾持续期间，925 hPa以下均处在相对湿度很大区，均接近饱和，而中高层湿度较小，相对湿度场具有明显的“上干下湿”的特征。一般而言， 一次连续性大雾过程有几次短波槽活动， 这种“上干下湿”的高空槽有利于大雾的生成和维持， 其作用表现在两方面：一方面700或850 hPa槽前暖平流的输送有利于低层增温， 而中高层较小的相对湿度使得天空云量少， 有利于近地层的辐射降温， 从而容易形成低层的逆温；另一方面 925 hPa 及以下槽前的暖湿气流则有利于近地层湿度的增加；反过来讲， 如果与高空槽配合的湿度场整层均很大， 将很可能会带来降水天气或云量增多， 稳定层结将被破坏， 不利于大雾的生成与维持[2]。而此次过程中在大雾前期11日、12日夜间到13日白天和15日白天到夜间均有低槽过境，在低槽过境前，槽前的暖平流使近地面湿度加大；16日后中高层湿度增大，“上干下湿”层结破坏。

2.3 温度场 连续性大雾发生时，华北平原 850 hPa 及以下层结通常为一暖脊或暖中心，低层暖性气团的存在不仅有利于地面弱冷性气团的变性减弱， 使系统内风速减小， 同时也有利于低层逆温的形成[3]，从图4可以看出，在大雾持续期间925 hPa在华北地区有0～-4 ℃的弱暖脊存在。

图4 2013年1月12～16日大雾过程中925 hPa温度场平均

3 大雾持续期间风场分析

从（35°N、116°E）单点风场的高度时间剖面图（图5b）可以看出，11日白天有西北气流影响，12～13日整层均在西到西南风的控制下，低层风速较小，仅为1～3 m/s，且950 hPa向上风随高度逐渐增大，风向并无明显改变，微风使辐散冷却扩散到适当高度，并将水汽垂直向上输送，有利于湿度层的堆积，由于地面观测11日夜间至12日均为晴天，考虑12日早晨大雾为辐射雾，白天大雾有所缓解。13日夜间有一低槽过境，14日早晨为偏北气流控制，随后西南气流控制，但低层风速仍然很小，不利于水汽的扩散，考虑14日早晨大雾仍为辐射降温形成，在14日白天转成西南气流控制，且大雾全天维持，白天大雾为平流雾。15日又有槽移过之后时间整层转为偏西到西北风控制，但低层风速较小，实况看出，15～16日济宁地区，高空云量较多，且一直受轻雾影响，低能见度一直维持，17日后有较强冷空气入侵，大雾天气缓解。

4 空气污染与雾霾天气的关系

由图6可见，在大雾持续期间，PM2.5的数值达到了重度污染的级别，雾霾最严重的14日，PM2.5的值高达425 μg/m3，由于稳定的空气层结不利于污染物的扩散，污染物产生堆积。可见，空气污染对大雾形成或维持具有显著的促进作用。

5 持续大雾预报着眼点

长期的纬向环流背景，若在此背景下出现了大雾，且环流形势变化不大，往往可以以雾报雾，容易出现持续性雾霾天气。持续大雾期间不断移动来的短波槽“上干下湿”的层结，只有这种稳定的形势存在，大雾才能持续。强冷空气的入侵是持续大雾结束的标志。强冷空气的入侵往往破坏掉逆温层，使大气变得不再稳定。当污染较为严重时，考虑大范围雾霾天气的出现。

6 总结

（1）此次大雾发生在脊前西北气流控制的纬向大环流形势下，西风环流平直，地面弱冷空气影响，后期北方横槽转竖后冷空气南下影响济宁地区，中低层风速加大，稳定层结破坏，大雾减弱或消散。

（2） “上干下湿”层结的持续是大雾长时间维持的因素，当近地面层湿度大、地面风速小、近地面又存在逆温层的情况下， 雾会长时间维持。如果移动而来的短波槽整层湿度均较好，将造成云量增多，导致大雾减弱。

（3）空气污染指数与雾霾天气的发生有较好的相关性，