济南机场初冬一次连续性大雾过程分析

王光辉

摘要 结合天气形势、物理量场，再利用地面气象观测资料、GDAS 资料、NCEP 再分析资料和轨迹分析方法，详细分析济南机场2019年12月7—10日的持续性大雾天气。结果表明：此次大雾是在稳定大尺度天气背景下发生的。持续性大雾形成有以下几个主要原因：地面辐射冷却和低层冷暖平流有利于维持大雾天气;低层弱上升运动配合中层的弱下沉运动有利于大雾的维持和发展;大雾的主要水汽来源于近低层偏南气流的水汽输送，比例高达61%，西北气流输送的水汽较少，主要是其表征短波槽后的冷平流及高压前部的弱冷空气是一支干冷的辐散下沉气流。

关键词 持续大雾;逆温层;HYSPLIT 模式

中图分类号：P458 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）07–0091–02

雾由悬浮于近地面空气中的微小水滴或冰晶组成，水平能见度一般小于1 km。但能见度过低会严重影响民航飞机安全飞行。在大雾天气下，飞行员视线受阻，飞机着陆过程中容易偏离轨道或过早、过迟落地，导致航班延误、备降或取消，从而造成较大的经济损失。

1 分析方法

HYSPLIT是NOAA和澳大利亚气象局联合开发的计算和分析气团输送以及扩散轨迹的专业模型，分析轨迹思路是假设空气随风飘动，移动轨迹则是时间与空间位置上矢量的积分。因此，最终的位置需要由初始位置（P）和第一猜测位置（P）的平均速率计算。计算公式如下：

其中，△t代表时间步长，是可变的，但因小于0.75倍Umax，而Umax则代表的为最大风速。

计算不同通道的水汽贡献率定义如下：

其中，Q是某一通道的水汽输送贡献率，qlast是气团最终位置的比湿，而其中的m则是该通道所包含的轨迹条数，n是轨迹总数。

2 天气实况及地面气象要素

2.1 大雾天气实况

由于鲁西北地区在2019年7月中旬连续出现大雾天气，济南机场也因此受到波及，最低能見度仅为50 m。机场大雾自2019年12月7日23：00～11日00：00，除中间部分时段为短暂性轻雾外，能见度低于500 m的浓雾持续54 h，能见度低于100 m的强浓雾持续39 h，甚至能见度为50 m的强浓雾持续24 h。

2.2 地面气象要素

大雾天气持续期间，济南天气以晴到少云天气为主，气温在-7.0℃ ～8.0℃之间。气温变化能较好地对应能见度的变化，侧面说明地面辐射降温能维持济南机场大雾天气。从湿度来看，相对湿度为90%以上，地面温度露点差为0℃～1℃。根据该数据可以得出，济南机场近地面大气潮湿，为大雾天气的持续提供了有利的水汽条件。从地面风场角度来看，偏南风风速受弱气场影响，风速一般小于4.0 m/s。较小的风力减少了水汽的扩散，使之集聚在近地面，加剧了大雾天气的持续发展。

2.3 环流形势

在济南机场大雾持续期间，东亚大陆受高压脊的控制，以及东海地区的浅槽活动，致使中纬度的济南地区处于槽后脊前的西北偏西气流之中（图1）。从温度来看，等温线基本平行于等高线，温度槽脊几乎重合于高度槽脊，没有较为明显的温度平流。由此可见，高层大尺度环流的稳定少变是造成济南机场大雾天气持续的重要原因。

2.4 逆温层

大雾天气形成的重要条件是大气层结稳定与低空逆温层的存在。2019年12月7日20：00，济南地区近地层出现了强度为0.3℃·（22 hPa）-1的逆温层结，逐渐形成上暖下冷的结构;23：00，济南机场能见度由2 000 m迅速降至600 m，开始出现大雾天气。2019年12月8日，逆温层受辐射增温影响逐渐减弱，强浓雾也逐渐下降为轻雾。但是，8日夜间辐射增温效果下降，加之受到低空暖平流的影响，大雾天气开始重新发展，并再次发展为强浓雾。2019年12月9日08：00，济南上空开始出现强度分别为4.2℃·（12 hPa）-1和1.7℃·（9 hPa）-1的双层逆温结构，致使9日全天呈现持续强浓雾天气;9日夜间和10日清晨逆温强度明显减弱，能见度有所提高;10日夜间，冷空气持续影响济南地区，加之地层有较强逆差，浓雾天气持续，但随着近地面逆温层结逐渐减弱并消失，最终浓雾逐渐消散。

2.5 持续性大雾成因

根据前面分析可知，当能见度变化与气温变化一致时，有明显的日变化，这也代表着夜间的辐射冷却是维持大雾天气形成的重要因素之一。地面气温的变化情况如下：7—8日济南地区天气为晴到少云。其中，7日最高气温与8日清晨温差为12.1℃，温差较大，这说明8日清晨存在强烈的辐射冷却作用，并且期间低层没有明显温度平流。因此，可以得出7—8日清晨期间的强浓雾以辐射雾为主。同理，8—9日温差也较大，说明夜间地表仍有强烈的辐射冷却作用。从温度平流来看，8日夜间有短波槽过境，低层有明显暖平流，有利于近地层逆温的建立与维持。因此，8日夜间的强浓雾主要是地面辐射冷却和低空暖平流共同作用，为辐射平流雾;9日昼夜温差较小，这代表着辐射冷却作用大幅减弱。但从温度平流来看，9日再次有短波槽东移，低层有明显暖平流，以平流雾为主;10日昼夜温差为9.5℃，主要是地表辐射降温和弱冷空气共同影响所致，应为辐射平流雾。

低于925 hPa应基本对应负散度，且最大负散度中心值达到1×10-5/s，则表明低层有弱辐合上升运动，有利于近地层暖湿空气向上输送，增加湿层的厚度，促使雾层达到一定高度（图2）。此外，中层弱下沉运动与低层的弱上升运动叠加，致使空气增温与空气冷却相互持续作用，形成逆温层，阻止低层水汽向上输送，进而有利于低层水汽凝结，维持大雾天气。大雾后期，低层弱辐合受冷空气影响逐渐转变为弱辐散，大雾天气开始逐渐减弱并消散[1]。

形成雾的重要条件是丰富的水汽，目前欧拉方法是研究水汽输送最常用的方法之一。但随着近年来气流轨迹模式的发展，拉格朗日方法被广泛用于诊断水汽输送[2]。因此，主要利用轨迹模式HYSPLIT分析济南机场大雾天气过程的水汽输送。由于雾多是近地面产生，雾顶高度一般不超过1 km。因此，拟选择250 m、500 m、750 m以及1 000 m作为气流后向轨迹模拟的起始高度，持续跟踪大雾持续期间气流轨迹48 h后，并进行聚类分析。

濟南机场大雾过程中，主要有两条低层水汽输送通道，分别为西北气流输送通道与偏南气流输送通道。其中，西北气流输送通道主要对应925 hPa以上干冷的弱辐散下沉气流，主要出现在两次短波槽过境期间和10日夜间，分别表征着槽后的冷平流和高压前沿的弱冷空气;偏南气流输送通道主要对应低层暖湿气流，且始终贯穿于大雾天气的每个阶段。利用轨迹模式HYSPLIT可以得出偏南气流输送通道对于济南机场大雾天气输送水汽占61%，西北气流输送通道输送水汽占39%，主要表征为短波槽后的冷平流和高压前部的弱冷空气。

3 结束语

持续性大雾的发生和发展主要受低空短波槽前的暖平流，地面长时间维持的均压场等良好的高、低空环流配置，近地层逆温，地面辐射冷却和低层的冷暖平流，低层的弱辐合配合中层的弱辐散等因素的影响，且根据轨迹模式HYSPLIT可以得出此次大雾水汽主要来源于偏南气流输送通道，西北气流输送通道输送次之，是一支干冷的辐散下沉气流。

参考文献

[1] 任伟.济南机场初冬一次连续性大雾过程分析[J].内蒙古气象，2021（1）：13-17.

[2] 王英，李春娥，王索民.一次连续性大雾天气过程分析[J].陕西气象，2003（3）： 21-23.

责任编辑：黄艳飞

Analysis of a Continuous Heavy Fog Process at Jinan Airport in Early Winter

WANG Guang-hui （Jiyang District Meteorological Bureau， Jinan， Shandong 251400）

Abstract Combined with the weather situation and physical quantity field， and using the ground meteorological observation data， GDAS data， NCEP reanalysis data and trajectory analysis method， the continuous heavy fog weather of Jinan airport from December 7 to 10， 2019 is analyzed in detail. The results show that the heavy fog occurred under the background of stable large-scale weather. There are several main reasons for the formation of persistent heavy fog： ground radiation cooling and low-level cold and warm advection are conducive to maintaining heavy fog weather; The weak ascending movement in the lower layer and the weak sinking movement in the middle layer are conducive to the maintenance and development of heavy fog; The main water vapor of the fog comes from the water vapor transportation of the South air flow in the near lower layer， accounting for 61%， while the water vapor transported by the northwest air flow is less， mainly because it indicates that the cold advection behind the short wave trough and the weak cold air in front of the high pressure are a dry and cold divergent downdraft.

Key words Continuous fog; Inversion layer; Hysplit mode