安顺大雾的环流分型及典型个例分析

吴哲红，符凤平，王兴菊，周文钰，杨 静

(1.贵州省安顺市气象局，贵州 安顺 561000；2.贵州省气象台,贵州 贵阳 550002)

安顺大雾的环流分型及典型个例分析

吴哲红1，符凤平1，王兴菊1，周文钰1，杨 静2

(1.贵州省安顺市气象局，贵州 安顺 561000；2.贵州省气象台,贵州 贵阳 550002)

该文利用1961—2010年安顺6个观测站的大雾观测资料、Micaps资料及NCEP1°×1°资料，采用天气学分型方法，对安顺区域性大雾根据其形成机制进行环流分型，划分为静止锋雾和辐散雾，并将静止锋雾划分为西部(西南部)和中部型，分别对3种环流型作出天气学概念模型，选取典型个例对不同类型大雾发生的动力和热力特征开展诊断分析，结果表明：西部(西南部)静止锋雾出现在静止锋稳定维持期间，主要是由于静止锋低层水汽抬升，中层下沉气流使水汽仅能在近地层较低的环境温度中凝结；中部静止锋雾出现时在南部往往有辐合切变，较强的暖湿平流出现在锋前，静止锋移动到贵州中部，形成机制不仅有静止锋的作用，还具有平流雾的特征；而辐射雾则整层为下沉气流，水汽饱和层很薄，由于下沉逆温使水汽集中于近地层，夜间辐射降温使水汽凝结而成。

大雾；环流分型；典型个例

1 引言

雾是指空气中悬浮着大量的微小水滴，使大气水平能见度小于1 000 m的天气现象[1]。按水平能见度距离划分为5个标准：在1～10 km之间的称为轻雾，低于1 km的称为雾，在200～500 m之间的称为大雾，在50～200 m之间的称为浓雾，不足50 m的称为强浓雾。随着经济的日益发展，雾对交通的影响、危害和造成的灾害达到了空前的程度,已成为交通安全的第一杀手[2-3]。近年来对雾的影响、气候特征、物理过程、区域时空分布、天气学分型、形成机制等的研究已取得大量成果[4-10]，李子华等[4]的研究表明辐射雾发展时具有爆发性增厚的特征。逆温层随高度具有分层结构,逆温层底常有水汽积累,导致了雾在形成和发展阶段的双层结构,这为雾爆发性发展酝酿了条件。何立富等[9]的研究表明对流层中低层暖性高压脊及地面变性冷高压的稳定维持为持续性大雾过程提供了良好的背景条件;地表净辐射引起的近地层冷却是大雾的触发和加强机制;中低空下沉气流的存在有助于近地层的弱风条件和稳定层结的建立;低层暖平流的输入和边界层的浅层抬升有利于大雾的长时间维持;伴随负温度平流南下的偏北风的爆发是使大雾消散的动力因子。贵州是一个多雾的地区，研究者对雾也开展了持续的研究：罗喜平等[11]分析了近40 a贵州雾的气候特征，表明贵州省雾的空间分布并不具有很强的规律性,全省年平均雾日数为29.9 d,在60 d以上的地区比较分散,主要分布在东部、西部边缘及中部地势较高处,年平均雾日数大于100 d的有3个站,以毕节地区的大方县为全省之最,有170 d。贵州省雾的时间分布具有明显的季节和日变化。为了探讨雾更为细致的结构和演变特征,有学者选取典型个例开展雾的诊断分析和数值研究，例如杨静等[12]对贵州山区一次锋面大雾进行了数值模拟研究，结果表明，WRF模式对此次大雾的发生区域以及生成过程具有较好的数值模拟能力;贵州处在南支槽前西南气流控制下,中低层偏南气流强盛,为大雾的发生提供了有利的背景;静止锋的稳定维持和贴地逆温层的存在是雾发生的关键因素。本文对贵州安顺地区的大雾按天气学分型分成3类，并对典型个例的动力、热力特征进行了分析。

2 资料处理和方法

利用1991—2010年安顺市所属6个观测站的大雾天气现象观测资料，对同一日有2站以上的区域性大雾个例根据其形成机制不同分为辐射雾和静止锋雾，并将静止锋雾划分为西部(西南部)静止锋雾和中部(减弱型)静止锋雾，对其天气学概念模型进行了划分，并选取典型个例对3种类型雾的动力、热力特征进行了诊断分析。

3 区域性大雾过程天气分型

以往的研究[11，13]将贵州省的雾根据其形成的原因分为锋面雾、辐射雾和地形雾3种：锋面雾是在冷暖空气的交界处，即贵州冬季常见的准静止锋附近产生的；辐射雾则是由于地面辐射冷却作用使近地面空气层水汽达到饱和，凝结而形成的雾，它多出现在晴朗、微风而近地层又比较潮湿的夜晚或清晨；还有一种地形雾又称上坡雾，是空气向山坡或地形高处爬升的过程中，由于绝热膨胀，冷却凝结而形成的雾。

实际上地形雾常常与静止锋雾或辐射雾同时出现，在有利的天气形势下地形对雾的形成、加强和消散起到促进或减弱作用，在此不作讨论。在实际工作和研究分析中发现安顺出现最多的是静止锋雾，由于静止锋在贵州维持地点和阶段不同，主要在安顺形成两种静止锋雾，静止锋维持在西部(西南部)时在锋面附近和静止锋减弱东推至贵州中部时在锋前形成的大雾。

对安顺20 a间的区域性过程,分析其典型天气学配置,对大雾过程进行天气学分型：20 a共出现50次区域性大雾天气过程,由于大雾多发生于近地层，与地面形势和气象要素联系密切,根据发生大雾时的地面形势,将安顺大雾主要分为两类: 静止锋雾和辐射雾，其中静止锋雾又划分为西部(西南部)静止锋雾和中部静止锋雾(静止锋减弱型)两类，对其典型环流配置进行分析总结。

3.1 西部或西南部静止锋雾

此类雾共出现11次，占22%，绝大多数(9次)都出现在隆冬12月—次年2月，3月和10月各有1次。

此类雾发生时(图1a)，静止锋处于贵州西部或西南部，500 hPa多波动，贵州为偏西气流或处于南支槽前西南气流中，700 hPa贵州为西南气流，西南风多数达到急流强度以上，在高原附近有暖中心或暖脊；850 hPa有冷舌从东北向西南伸展到贵州北部或东北部，贵州西部或西南部等温线密集；出现这种形势时，冷暖空气势力均较强，静止锋在贵州西部或西南部维持，一般有弱的降水和雾同时出现，为雨雾，雾出现在锋面附近。此类雾出现时逆温不强，低层为弱逆温或等温。

3.2 中部静止锋雾或静止锋减弱型雾

此类雾共出现20次，占到40%，是最多的一种，多数仍出现在隆冬(12次)，春季4次，秋季3次，夏季1次。

此类雾发生时(图1b)，冷空气势力减弱，贵州地面经常处于冷高压后部，在云南东部或东南部有热低压开始发展，贵州气压场西高东低，静止锋处于贵州中部贵阳附近，等压线开始变得稀疏；高空形势基本与第1种类似，只是在低层冷舌已不明显，850 hPa贵阳为东风或东南风，广西北部到贵州南部有较强的南风或西南风，形成西南急流，暖湿平流较强，在贵州南部或西南部形成东风和南风的切变或南风风速的切变。此类雾一般出现在静止锋的锋前一侧，可以有降水也可能没有。此类雾出现时一般中低层接近饱和，湿层较厚，低层有逆温但不强。

3.3 辐射雾

此类雾共有19次，占38%，有5次出现在冬季，秋季6次，春季4次，夏季4次。

出现此类雾(图1c)时地面贵州处于变性冷高压控制或冷高压底部，为均压场，晴空区，整层受西北气流影响或高压环流控制，脊后有暖脊或暖中心配合。此类雾出现时由于低层辐射降温逆温较明显，湿层较薄。此类雾范围较大。

图1 3类大雾的典型天气学配置示意图(a:西部(西南部)静止锋型，b:中部(减弱)静止锋型，c:辐射型)Fig.1 The schematic diagram of three heavy fog weather circulation patterns (a: the west(southwest) stationary front-fog, b: the middle(weaken) stationary front-fog, c: radiation fog)

4 3类大雾典型个例分析

为进一步分析了解3类大雾的形成机制，利用NCEP1°×1°资料结合Micaps观测资料对3类大雾过程选取典型个例对其动力、热力特征进行分析。

4.1 3次个例大雾实况

选取2008年1月25日(西部静止锋型)、2009年3月4日(中部静止锋型)和2008年6月28日(辐射型)作为3种大雾的典型个例，分别分析3类大雾个例的动力 、热力等特征。

3次大雾出现时间均为上午。

2008年1月25日(个例1)500 hPa为偏西平直气流，700 hPa贵州受较强西南风控制，风速达到急流以上，最大风速28 m/s,850 hPa为偏东风，发生大雾时地面贵州西部到云南东部等压线密集，贵州有降雪和冻雨，雾区与雨区叠加，主要在锋后，属西部静止锋型雨雾(图2a)。

2009年3月4日(个例2)500 hPa为西南风，700 hPa为最大风速中心达18 m/s的西南风，高原上有暖脊配合，850 hPa贵阳为东北风，在广西北部和贵州南部南风较强，与东北风在贵州南部形成切变，静止锋在贵州中部偏西的位置，等压线已开始变得稀疏，西部受热低压影响，东部受冷高压影响，锋区附近有降雨和雾区配合，雾区主要在锋前(图2b)。

2008年6月28日(个例3)从高层到低层均受偏北风控制(图略)，地面为均压场，从高原上有高压南压，夜间到早晨没有降雨出现，属高压底部型辐射雾，雾分布在均压场内，范围较大(图2c)。

4.2 3次大雾个例动力及热力特征分析

以下分别对个例1、个例2、个例3发生大雾前和发生大雾期间的动力及热力特征进行分析。

4.2.1 个例1 涡度和垂直速度的垂直分布(图3)表明2008年1月24日20时—25日08时贵州近地层为静止锋区冷暖空气辐合区，为正涡度区，近地层有较薄的上升气流，中低层负涡度区，气流下沉，该下沉气流能阻止水汽的向上扩散，利于水汽在低层凝结。

温度垂直分布表明贵州西部上空为弱的静止锋等温区，从24日20时—25日08时静止锋位置基本维持不变。从850 hPa水汽输送和冷暖平流配置图分析(图4)，水汽汇合的区域与冷暖平流汇合的区域基本一致，基本维持在省的西部不变，表明低层水汽的辐合与静止锋附近冷暖空气的汇合有关。

图2 3次大雾典型个例当日08时地面静止锋位置、天气现象()及雨区(实线区域)、雾区(阴影区域)配置图(a:个例1，b：个例2，c:个例3)Fig.2 The location of stationary front , weather phenomena(), rainfall area(solid line area) and fog area(shadow area) at 08∶00 of fog day in three typical heavy fog weather processes(a: process 1, b: process 2, c: process 3)

图3 2008年1月24日20时和25日08时垂直涡度(阴影区为正涡度区，单位:10-5s-1)及 v风(单位：m/s)与-w×100沿105°E分布合成配置(w单位：pa/s)Fig.3 The vertical cross-sections of vertical vorticity (shadow area means positive vorticity area, unit: 10-5s-1), v wind (unit: m/s) and -w (unit: 100pa/s) along 105°E at 20∶00 on 24 January and 08∶00 on 25 January in 2008

图4 2008年1月24日20时和25日08时850 hPa温度平流(线，单位：10-3K·s-1)、水汽通量(箭头， 单位：10-3·g·cm-1·hPa-1·s-1)、水汽通量散度(阴影区为负值区,单位：10-3·g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.4 The temperature advection at 850hPa (line, unit: 10-3K·s-1), water-vapor flux (arrows, unit: 10-3·g·cm-1· hPa-1·s-1) and moisture divergence flux (shadow area means negative value area, unit: 10-3·g·cm-2·hPa-1·s-1) at 20∶00 on 24 January and 08∶00 on 25 January in 2008

相对湿度垂直分布(图5)和水汽的垂直输送表明，在近地层有薄的水汽汇合层，近地层相对湿度接近饱和，在中低层为一干层，由于静止锋造成的抬升有限，只能造成近地层微弱的湿空气抬升，近地层温度较低，使得水汽在近地层凝结成雾，因此出现了近地层微弱降雨和雾的同时存在，为雨雾。

此类雾形成期间静止锋强度和位置均维持，静止锋造成的近地层水汽辐合抬升受到中层下沉气流的阻挡，水汽在低层凝结，一般伴有降水，逆温主要为静止锋锋面逆温，饱和层在近地层。

4.2.2 个例2 2009年3月3日20时涡度和垂直速度的分布表明(图6)，贵州上空正涡度区延伸到中高层，配合较为深厚的垂直上升速度，但中层也有一弱的下沉区域，下沉区域随时间逐步向下延伸，到4日08时，正涡度区下降到中层以下。

温度垂直分布表明静止锋伸展的高度较第一型要高，一直伸展到到700 hPa以上，到4日08时，等温线密集的区域略向东推，暖空气伸展到冷空气以上，形成2～4 ℃的逆温。

图5 2008年1月24日20时和25日08时相对湿度(单位：%)沿106°E分布(阴影区为>90%的区域)Fig.5 The vertical cross-sections of relative humidity (shadow area means relative humidity is greater than 90%, unit: %) along 106°E at 20∶00 on 24 January and 08∶00 on 25 January in 2008

图6 2009年3月3日20时和4日08时垂直涡度(阴影区为正涡度区，单位:10-5s-1) 及v风(单位：m/s)与-w×100沿105°E分布合成配置(w单位：pa/s)Fig.6 The vertical cross-sections of vertical vorticity (shadow area means positive vorticity area, unit: 10-5s-1), v wind (unit: m/s) and -w (unit: 100 pa/s) along 105°E at 20∶00 on 3 March and 08∶00 on 4 March in 2009

水汽输送垂直分布表明在近地层和中层同样有水汽辐合，辐合的程度较静止锋西部型强，湿层厚度较厚，在中层以上同样为一干层。850 hPa水汽辐合和冷暖平流的配合(图7)表明雾发生前期静止锋附近冷暖平流和水汽辐合较强，水汽通量矢量表明有水汽自南向北输送辐合，低层广西北部的南风及贵州南部的辐合切变的存在有利于水汽的输送辐合并凝结成雾；到4日14时，冷平流减弱，暖平流增强，冷暖平流汇合区移向省的中部。相对湿度(图8)分布从3日20时—4日08时低层从南到北相对湿度增加，湿层抬高，说明南部有水汽向贵州辐合，这类雾形成的机制除静止锋弱的抬升造成水汽凝结外，还有暖湿平流的作用，由南向北输送的水汽到达较冷的近地层凝结成雾，因此具有平流雾的特征。

图7 2009年3月3日20时和4日08时850 hPa温度平流(线，单位：10-3K·s-1)、水汽通量(箭头，单位：10-3·g· cm-1·hPa-1·s-1)、水汽通量散度(阴影区为负值区,单位：10-3·g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.7 The temperature advection at 850hPa (line, unit: 10-3K·s-1), water-vapor flux (arrows, unit: 10-3·g·cm-1· hPa-1·s-1) and moisture divergence flux (shadow area means negative value area, unit: 10-3·g·cm-2· hPa-1·s-1) at 20∶00 on 3 March and 08∶00 on 4 March in 2009

图8 2009年3月3日20时和4日08时相对湿度(单位：%)沿106°E分布(阴影区为>90%的区域)Fig.8 The vertical cross-sections of relative humidity (shadow area means relative humidity is greater than 90%, unit: %) along 106°E at 20∶00 on 3 March and 08∶00 on 4 March in 2009

4.2.3 个例3 6月27日20时—28日08时近地层对应高压环流弱的负涡度区，垂直速度为弱的下沉运动，表明大气稳定，弱的下沉运动能阻止水汽向上扩散(图9)。

从27日20时—28日08时，有一冷空气堆向下输送，表明大气的辐散冷却，导致低层出现2 ℃左右的逆温。

850 hPa 27日20时在贵州几乎为水汽的辐散区，冷平流控制贵州西部，在贵州南部边缘有暖平流，到28日08时，冷平流进一步南移到贵州南部，并有水汽汇合(图10)。

说明这种辐射逆温是由于冷空气南压下沉，水汽向下汇合，在大气近地层出现了弱的水汽湍流汇合，在大气近地层凝结而成。

相对湿度垂直分布(图11)和水汽垂直输送的分析表明，此类雾由于中低层气流下沉，低层水汽聚集，在近地层形成很薄的饱和层，水汽凝结形成雾。辐射雾湿层较薄，整层为下沉气流控制，逆温主要由下沉逆温形成。

图9 2008年6月27日20时和28日08时垂直涡度(阴影区为正涡度区，单位:10-5s-1) 及v风(单位：m/s)与-w×100沿105°E分布合成配置(w单位：pa/s)Fig.9 The vertical cross-sections of vertical vorticity (shadow area means positive vorticity area, unit: 10-5s-1), v wind (unit: m/s) and -w (unit: 100 pa/s) along 105°E at 20∶00 on 27 June and 08∶00 on 28 June in 2008

图10 2008年6月27日20时和28日08时850 hPa温度平流(线，单位：10-3K·s-1)、水汽通量(箭头，单位：10-3·g· cm-1·hPa-1·s-1)、水汽通量散度(阴影区为负值区,单位：10-3·g·cm-2·hPa-1·s-1)Fig.10 The temperature advection at 850 hPa (line, unit: 10-3K·s-1), water-vapor flux (arrows, unit: 10-3·g·cm-1· hPa-1·s-1) and moisture divergence flux (shadow area means negative value area, unit: 10-3·g·cm-2·hPa-1· s-1) at 20∶00 on 27 June and 08∶00 on 28 June in 2008

图11 2008年6月27日20时和28日08时相对湿度(单位：%)沿106°E分布(阴影区为>90%的区域)Fig.11 The vertical cross-sections of relative humidity (shadow area means relative humidity is greater than 90%, unit: %) along 106°E at 20∶00 on 27 June and 08∶00 on 28 June in 2008

5 结论和讨论

通过以上天气学分型和典型个例分析，安顺区域大雾可区分为西部或西南部静止锋、中部(减弱型)静止锋雾和辐射雾3类：

①西部(西南部)静止锋雾出现在静止锋稳定维持期间，主要是由于静止锋低层水汽抬升，中层气流下沉使水汽在近地层较低的环境气温中凝结。

②中部静止锋出现时在南部往往有辐合切变，较强的暖湿平流出现在锋前，静止锋移动到中部，形成机制除有静止锋雾的机制外，还具有平流雾的特征。

③辐射雾则整层为下沉气流，水汽饱和层很薄，下沉逆温使水汽集中于近地层，夜间辐散降温使水汽凝结而成。

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Analysis on circulation pattern and typical examples of heavy fog in Anshun

WU Zhehong1, FU Fengping1, WANG Xingju1, ZHOU Wenyu1, YANG Jing2

(1.Anshun Meteorological Bureau, Anshun 561000, China;2.Guizhou Provincial Meteorological Bureau, Guiyang 550002,China)

Using the data of heavy fog at 6 stations in Anshun from 1961 to 2010, Micaps data and NCEP(1°×1°) reanalysis data, it is found that there were three circulation patterns, which were stationary front-fog (Divided into the west(southwest) pattern and the middle pattern) and radiation fog, for the regional heavy fog in Anshun built based on the formation mechanism by the methods of synoptic meteorology. And the corresponding models were established. Selecting typical examples and analyzing the dynamic and thermodynamic features of the different heavy fog weather, the results show that: the formation of the west(southwest) stationary front-fog mainly due to water vapor in the low layer rises and the downdraft in the middle layer makes aqueous vapor condense only in surface layer with low ambient temperature when stationary front is in steady state. When stationary front with the strong warm and moist air advection at the front moves to the central Guizhou and there is the shear line in southern Guizhou, the middle stationary front-fog will appear. So the middle stationary front-fog also has the feature of advection fog. With the downdraft in whole layer, aqueous vapor was converged at surface layer by subsidence inversion and condenses because of radiation cooling in the night into visible moisture, which is radiation fog. So radiation fog has a very thin saturated layer.

heavy fog; circulation pattern; typical examples

2016-08-12

吴哲红(1969—)，女，副高，主要从事天气预报和服务工作，E-mail:gz57806@sina.com。

国家自然科学基金“云贵高原静止锋雾的机理及生消研究(编号：41565001)”及贵州省科技厅黔科合SY字[2013]3130号(安顺市主要交通道路大雾监测预警预报系统)项目共同资助。

1003-6598(2017)01-0001-07

P458.3

A