1、文章编号：1674 2184(2023)01 0071 10山地机场一次平流雾天气演变特征及成因分析顾雨亭1,严小杰2,许东蓓2*,李典南3（1.浙江省三门县气象局,三门317100；2.成都信息工程大学大气科学学院,成都610225；3.贵州省气象台,贵阳550002）摘要：利用贵州省仁怀市茅台机场地面观测资料和 ERA5 逐时再分析等资料，对 2018 年 2 月 1415 日茅台机场一次大雾过程进行诊断分析。结果表明：本次大雾是一次典型平流雾天气过程，在北方“西高东低”的环流形势和南方南支槽东移的背景下发生。大雾前半段机场近地面主要受暖平流影响，后半段主要受弱冷平流影响，期间锋面过境对大
2、雾有短暂清除作用；暖平流雾阶段，机场受来自孟加拉湾和南海水汽的影响，为平流雾的发生和维持创造了水汽条件；弱冷平流雾阶段，近地面有辐合中心，南来水汽与机场西北面赤水河谷水汽在此汇聚；大雾过程中，机场上空的逆温（或等温）层为冬季云贵准静止锋的锋区所在，它使得大气层结更加稳定，有利于大雾生成和维持；冷空气主体南下至贵州北部后，冷平流造成的低层下沉运动和水平扩散条件的改善是导致大雾最终消散的原因。关键词：山地机场；平流雾；演变特征；成因中图分类号：P426.4文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1674-2184.2023.01.009 引言引言雾是近地面层空气中悬浮的大量水滴或冰晶微
3、粒的乳白色集合体，它是由于近地面空气因冷却或水汽含量增加而达到饱和，水汽凝结或凝华而形成的1。当水平能见度1 km 时称为雾。平流雾是暖湿空气流经较冷的水面或陆面时，低层空气冷却降温，达到过饱和而凝结形成的雾。大雾天气的危害和影响主要表现在：对交通运输业的影响极大；连续数天浓雾导致空气湿度大，对供电系统会造成危害；大雾天气会导致或加重呼吸道疾病和心血管疾病等等。浓雾被称为影响经济和城市发展的灾害性天气之一2。航空气象领域所指的大雾天气，是当主导能见度1 km时，影响航班正常起降的天气现象3。大雾天气严重影响航班的起飞和降落，致使许多航班延误、返航或者改降，严重影响人们出行和飞行安全。姚学祥等1
4、根据雾形成过程不同，将雾分为辐射雾、平流雾、混合雾。而 Gultepe 等4将雾分为辐射雾、高逆温雾、平流辐射雾、平流雾和蒸发雾。李芳等5研究表明，逆温层高度和厚度与雾的强度关系密切，弱冷暖平流有利于产生雾。吉延艳等6研究得到，贵州大雾空间分布极不均匀，具有非常明显的地域性特点，从贵州省大雾的时间分布来看，一天中的任何时间都可能出现雾，尤其 0209 时为大雾较高发时期。陈娟等7研究得到，贵州大雾大部分发生在冬季，表明雾的发生与贵州地区冬季长期处于静止锋锋后密切相关。崔庭等8研究了云贵准静止锋的一次锋面雾，发现云贵准静止锋是维持大雾的稳定层结条件，而中低层强劲的西南气流则是维持大雾的水汽条件。
5、大雾预报一直是民航气象服务的难点。多年来，气象学者对大雾造成的低能见度天气进行了大量研究，但主要集中在北京、上海和广州等大型机场。王博妮等9对 2013 年 3 月江苏一次平流雾天气过程的雾区传播机制进行研究，认为冷锋过境后冷暖平流的相继效应是此次平流雾形成的基础。李萍等10研究了广东白云机场一次罕见浓雾的成因，提出流场变化、暖湿平流的终止也是雾消散的重要因素。黄继雄等11和陈露等12研究了首都机场大雾的气象特征，发现秋冬季节是首都机场大雾的高发期，对首都机场大雾的形成、维持和消散阶段的气候特征进行归纳和总结，并得出预报的重点。张恒德等13对华东一次大范围雾的诊断得出低层逆温构成了稳定性条件。
6、岳炼等14对双流机场一次大雾天气进行分析，发现逆温层高度及厚度变化对整场演变过程起主导作用。茅台机场位于贵州省仁怀市境内，处于大娄山脉向赤水河谷过渡地带，其西南、北部、东北东部均有 收稿日期：2022 02 20资助项目：中国民用航空飞行学院科研基金项目（09005001）作者简介：顾雨亭，助理工程师，主要从事灾害性天气形成机理研究。E-mail：通讯作者：许东蓓，教授，主要从事天气动力学及灾害性天气形成机理研究。E-mail： 第 43 卷 第 1 期高原山地气象研究Vol.43 No.12023 年 3 月Plateau and Mountain Meteorology ResearchM
7、ar.2023较高山脉环绕，导致茅台机场地面风速较小。机场周边有许多水源地，长期水汽充沛，湿度条件很好。机场西面、西北面为赤水河，机场的北面、东北面为桐梓河，机场东面紧邻银水水库，机场南面有石板塘水库、茅坝沟水库等。沿茅台机场西北-东南向做一高程剖面（图 1），可以发现其周边的地形特点是：西北低，东南高。机场的西北面有一深谷地，且与机场跑道面相邻，该谷底内有赤水河流经，一旦该地以西北风为主导，容易将谷底的水汽带至机场跑道，形成小范围的上坡平流雾。茅台机场二次起雾也较为频繁，清晨当机场升温雾气散去，若风向改变转为西北风影响，山谷中未消散的雾气会被带到机场从而使机场能见度再次下降。可见特殊山地地形
8、造成的平流雾天气值得进一步研究。据统计，茅台机场一年大雾天气近两百天，严重影响飞机正常起降并威胁航空安全，相关研究亟需加强，从而改善预报预警能力。但由于地形复杂且地面监测资料较缺乏等原因，严重阻碍了研究的深入开展。因 此，本 文 应 用 天 气 学 诊 断 方 法，对 2018 年 2 月1415 日茅台机场一次大雾过程进行综合分析，从实况演变、高低空环流形势、水汽来源、温度平流、层结结构及垂直运动等方面，探讨本次大雾的特征及其生消原因，总结茅台机场平流雾气象条件，以期为平流雾天气下航班安全起降的气象保障工作提供科技支撑。11资料和方法资料和方法研究资料包括：2018 年 2 月 1315 日
9、茅台机场地面观测资料，时间分辨率为 min，要素为气温、气压、湿度、风、跑道视程（Runway Visual Range，RVR）、降雨量等；欧洲中期天气预报中心第 5 代再分析资料（ERA5），空间分辨率为 0.250.25，时间分辨率为 1 h，要素为气温、位势高度、风场、相对湿度、散度、垂直速度等。水汽通量含义是在单位时间内流经某一单位面积的水汽质量，是表示水汽输送强度的物理量。根据其定义，若截取面积的高为 1 hPa，底边长为 1 cm，并考虑水汽输送的方向，则水平水汽通量的表达式如下：A=1gq V（1）Vgcm1hPa1s1式中：q 为比湿（单位：g/kg），为风速（单位：m/s）
10、，A为水汽通量（单位：），风的方向即为水汽输送的方向15。逆温强度定义为每上升 100 m 的温度增加值，其表达式如下：I=TH100=T2T1H2H1100（2）式中：H1和 H2分别为逆温层的底高和顶高（单位：m），T1和 T2分别为逆温层底部和顶部的温度（单位：），I 为逆温强度（单位：/100 m）。22天气实况和环流背景天气实况和环流背景2.1平流雾天气实况2.1.1RVR 特征2018 年 2 月 1415 日茅台机场发生了一场持续时间较长、强度较大的大雾过程。如图 2a 所示，14日 03:27（北京时，下同），RVR 降至 550 m 以下，最低达到 125 m；14 日傍晚前
11、后，能见度相对好转，随后又迅速下降；直到 15 日 11 时，RVR 才稳定在最大值。大雾天气共持续约 30 h，以 14 日傍晚前后能见度短时间好转为界，把本次大雾过程分为前半段和后半段。由图 2b 可知，2 月 14 日 03:22 温度露点差降为零，并且持续到本次平流雾天气结束。由此可见，大雾过程中地面水汽始终处于饱和状态，温露差对大雾的形成和消散有一定的指示意义16。由于地面气压场弱导致大气水平扩散能力差17，气压演变曲线表明，本次大雾维持期间地面气压场较弱，随着机场地面气压不断升高，本次平流雾过程结束。2.1.2风场特征由于茅台机场周围山地地形的影响，风场的改变对机场平流雾的影响较为
12、重要。由图 3a 可知，2018年 2 月 13 日 1218 时，茅台机场地面风向为西南风，16001200800高程(m)400003691215182124273033采样长度(km)图 1 茅台机场高程剖面（五角星为茅台机场所在地）72高原山地气象研究第 43 卷18 时之后转为东南风，期间风速稳定介于 24 m/s。14 日 02 时左右，地面风速减小到零，能见度迅速降低，06 时机场地面风速增加，风向转至西北风，之后该地主要为稳定的西北风向，风速维持在 13 m/s。15 日 00 时地面风速增大至 56 m/s，并维持了约 6 h，15 日 06 时后风速开始减小。15 日 00
13、06时，风速较大，不利于水汽的聚集，但能见度还是最低值，这时风速不再是决定能见度变化的主要因素。由图 3b 可知，2018 年 2 月 13 日 12 时起，茅台机场近地面（850 hPa）为东南风，东南风向一直维持到14 日 14 时，之后开始转为东北风，15 日凌晨至 12 时近地面一直为西北风控制，风速从 15 日 0612 时逐渐减小，反映偏北风减弱。风向的转变反映出茅台机场近地面冷暖平流的转变，前期茅台机场近地面受偏南暖湿气流影响，后期受弱西北气流影响，这也表明整个大雾过程中可能伴随着一次锋面过境。弱冷平流刚入境造成扩散条件的转变也给本次大雾过程带来一次短暂清除作用。本次大雾过程 7
14、00 hPa 以上为一致的偏西风，高空环流较平直，符合典型大雾天气的高空形势特点。2.1.3降水特征本次大雾过程中，2 月 15 日 00:2007:30 出现了小雨天气，累计降雨量共 4.8 mm。其中，在 0103 时降水较大（图 4）。本次降水过程为弱冷空气过境造成的降水过程，雨量虽然不大，但对维持近地面相对湿度做出了一定的贡献。1.21.00.80.6雨量(mm)0.40.2000012/15010202030304北京时0405050606070708 图 4 2018 年 2 月 15 日 0008 时茅台机场雨量逐时变化 2.2高低空环流形势14 日 02 时，暖平流雾发生前，5
15、00 hPa 我国北方整体形势为西高东低，新疆西部有短波槽东移，青藏高原以南有南支槽正在加深东移，茅台机场位于南支槽前部弱高压脊控制下，环流较为平直，天气形势稳定。700 hPa，茅台机场位于高压脊后部西南偏西气流中，其北部等温线密集，风斜穿等温线从高温吹向低温，形成暖平流。850 hPa，我国东部沿海有一反气旋，茅台机场位于反气旋后部偏南暖湿气流中，受 500 hPa南支槽前正涡度平流影响，茅台机场附近气流开始出现气旋式弯曲（图略）。14 日 08 时，暖平流雾维持期，700 hPa 冷空气前锋已经到达甘肃南部，茅台机场仍受偏西弱暖平流影响（图 5a）。850 hPa，茅台机场仍位于偏南暖湿
16、气流中，从广西至贵州的南风风速辐合有所加强（图 5b）。由于暖平流维持，此时茅台机场 RVR 维持在最低值。14 日 1720 时为冷暖平流雾过渡期。500 hPa 新疆中部的短波槽东移至新疆东部，高度槽减弱，但温 2500(a)(b)10221020101810161014气压(hPa)10121010100810061004100220001500RVR(m)10005000022/142/15北京时04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 00 02 04 06 08 10 1210PT-TdT86T()420122/132/142/15北京时15 18 21 00 03 06 09 12 15 18 21 0006120309 图 2 2018 年 2 月 1315 日茅台机场 RVR（a）及气压、温度、温度露点差（b）逐时变化特征 360864风速(m/s)20(a)(b)风向风速270180风向()900300200150500400气压(hPa)700600900北京时12 08 04 00 20 16 12 08 04 00 20 16 1285012
