南宁机场一次大雾过程的诊断分析

2023-01-07肖称根谢忠妙邹德龙

科技与创新 2023年1期

宛涛，肖称根，谢忠妙，邹德龙

（中国民用航空中南地区空中交通管理局广西分局，广西南宁 530048）

1 研究背景

雾是指由于空气中的水汽发生凝结或凝华，使得大量的微小水滴或冰晶悬浮在近地面层的空气中，导致主导能见度小于1 km的天气现象[1]。雾的出现会严重影响航空器的起飞和降落安全，可造成大面积航班延误[2]。雾依据其形成原因，可分为辐射雾、平流雾、平流辐射雾和锋面雾等[3-4]。李生艳等[5]对历史资料进行统计分析，发现广西地区的雾主要可分为辐射雾和平流雾2种类型，而辐射雾多是由于前期受冷空气南下影响产生降水，近地面湿度大，当高空槽和地面锋面移过之后，天气转晴，夜间辐射降温明显，使得水汽凝结成雾；平流雾多是地面处于高压后部形势，高空南支槽前西南暖湿气流流经原来较冷的下垫面，近地层水汽发生冷却凝结而形成雾。韦景译[6]对1986—2018年南宁吴圩国际机场的历史自观数据进行统计分析，发现大雾主要集中出现在12月至次年4月之间，且大多生成在日出前后。此前针对南宁机场大雾的相关研究多为对历史观测数据的统计分析，因此本文利用自动观测资料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析资料以及风廓线雷达风场资料对南宁机场2022-01-03一次大雾过程进行诊断分析，从环流形势、动力特征、水汽特征和层结特征等方面分析其形成原因，以期为今后类似过程提供预报参考。

2 天气概况及形势分析

2.1 天气概况

2022-01-03早晨，南宁机场出现了一次大雾天气过程。大雾发生前期碧空无云，夜间辐射降温明显，空气中的水汽迅速接近饱和，大雾从3日05：26（北京时间，下同）开始持续至09：00，共计3 h 34 min，由于本次大雾持续时间长，且发生在早高峰时段，严重影响了飞机的起降，造成多架航班延误、备降或返航。

南宁机场主导能见度和跑道视程（RVR）随时间均呈现“U”形变化趋势，从3日05：00开始，主导能见度和RVR迅速下降，RVR于06：00达到最小值300 m，而主导能见度于07：00达到最小值400 m。日出后主导能见度和RVR迅速好转，RVR于08：00已上升至1 700 m，09：00主导能见度上升至1 500 m，可见相对于RVR的变化，主导能见度的变化存在着滞后性，这是由于两者的观测方式存在着差异，主导能见度是指观测点四周一半或以上的视野范围内都能达到的最大水平距离，而RVR是指在跑道中线上航空器的驾驶员能看到跑道面上的标志或跑道边界灯或中线灯的距离，因此当RVR转差或转好时，并不意味着主导能见度同时转差或转好。

2.2 天气形势分析

从2022-01-02T20：00的天气形势来看，南宁地区500 hPa处于南支槽前西南气流中，图1（a）所示的700 hPa为西北偏西气流，图1（b）所示的850 hPa为偏南气流，925 hPa也为偏南气流，地面为弱冷高脊形势。由此可见，中层西北偏西气流是夜晚南宁地区碧空的原因，低层偏南气流使得水汽持续向南宁地区输送，地面弱冷高脊形势会加速地表降温，平流冷却和辐射冷却的共同作用导致南宁机场出现大雾，因此可以判断本次大雾为平流辐射雾。

图1 2022-01-02T20：00 700 hPa风场和850 hPa风场

2.3 探空曲线分析

温度露点差是衡量湿度的一个重要参数，当温度露点差小于或等于5℃时，定义为湿区[7]。南宁站点探空图表明：2022-01-02T20：00—2022-01-03T08：00，850 hPa以下的温度露点差均小于或等于5℃，整个过程期间南宁地区湿区较厚。

2日20：00，925 hPa以下为西北偏西风，925—850 hPa之间为西南偏南气流，且风向随高度顺时针旋转，可判断低层存在着暖平流，受其影响，低层的气温不断升高，而地表面由于受弱冷空气控制，气温较低，在这种温度场配置下，2日20：00，南宁地区925 hPa附近存在着浅薄的逆温层，3日08：00，逆温层高度明显降低，且厚度较为深厚，由此可见，逆温层的下降有利于大雾的形成。

3 物理量诊断分析

3.1 动力条件

近地层适宜的微风有利于辐射雾的形成[8]。若近地层为静风，由于缺乏扰动，不利于雾向高层扩散，只能在地表形成一层浅雾；若风速过大，又不利于水汽在近地层聚集，难以形成雾；只有当近地层风速在1～3 m/s时，上下层空气既能充分混合，使得水汽扩散到一定高度，又不会影响近地层水汽达到饱和状态[8-9]。

如表1所示，2022-01-03T02：00—07：00期间南宁机场平均风速均为1 m/s，有利于大雾的形成。

表1 2022-01-03T02：00—11：00南宁机场风向风速随时间的变化

风廓线雷达能够直观地显示各高度层的水平风场演变和垂直气流发展情况[10]。

2022-01-03T03：00—09：00南宁机场水平风向风速的高度-时间剖面如图2所示，从3日03：30左右开始，南宁机场500 m以下高度的风速基本维持在1～3 m/s，且风向凌乱，近地层风速的减小不利于湍流的发展，大气层结趋于稳定，水汽更容易聚集，有利于大雾的形成[11]。

图2 2022-01-03T03：00—09：00南宁机场水平风向风速的高度-时间剖面图

2022-01-03T05：00—09：00期间，南宁机场近地层存在着2次明显的南北风向转换过程，偏南风会带来暖湿空气，而偏北风则带来干冷空气，受冷暖气团交汇的影响，近地层的水汽更易产生凝聚，导致能见度的迅速降低。以上分析表明，近地层适宜的微风以及南北风向的转换为大雾的形成提供了有利的动力条件。

3.2 水汽条件

雾的形成需要充足的水汽，只有当近地面层具有足够大的相对湿度时，雾才有可能产生[8]。南宁机场的气温和露点温度随时间均呈现出先下降后上升的趋势。用ΔT表示温度露点差，3日00：00，ΔT为1.08℃，相对湿度为93%，由于气温下降速率快于露点温度，ΔT逐渐减小，相对湿度逐渐增大，在05：00，ΔT下降至0.45℃，相对湿度上升至97%，南宁机场主导能见度开始迅速下降，大雾逐渐形成，到了07：00，气温降低至最小值8℃，ΔT达到最小值0.29℃，相对湿度达到最大值98%，此时大雾发展最旺盛，主导能见度达到最小值400 m。日出后，由于气温上升速率快于露点温度，ΔT迅速增大，相对湿度迅速减小，主导能见度迅速上升，大雾消散。

水汽通量是表明水汽的输送来源和方向的物理量，而水汽通量散度则可以反映水汽的聚散特征[9]。如图3（a）所示，桂南至桂中一带为水汽通量的相对高值区，结合风场分析可知，偏南气流作为水汽输送通道，使得水汽持续从北部湾向南宁地区输送。如图3（b）所示，南宁机场处于水汽通量散度负值区，表明水汽在此处聚集。以上分析表明，持续的水汽输送和辐合，为大雾的形成提供了有利的水汽条件。

图3 2022-01-03T05：00 925 hPa水汽通量和水汽通量散度

3.3 层结条件

近地层的逆温层是大雾形成的必要条件之一，这是由于稳定的层结会阻碍水汽通过湍流扩散到高空或输送到其他地区，有利于大雾的形成，据统计，雾的高度一般只有几十至几百米，因此一般把925 hPa以下是否存在逆温层作为大雾预报的一个重要因素[12-13]。如表2所示，2022-01-03T02：00—09：00，南宁地区1 000 hPa和地面之间存在着明显的逆温，温差基本在1℃以上，04：00温差达到极大值3.3℃，这种“上暖下冷”的逆温层配置有利于大气层结稳定度的增加，为大雾的形成提供了稳定的层结环境。日出后，由于2 m气温上升速率较快，原先的“上暖下冷”温度场配置迅速转变为“下暖上冷”，层结不稳定度增加，近地层逆温层被破坏，大雾随之消散。