2016年11月4日华北地区大范围平流雾过程分析

Analysis of Large-Scale Advection Fog Process in North China on November 4, 2016

摘要: 本文利用空间分辨率为1˚ × 1˚，时间分辨率为6小时的NCEP资料，对2016年11月04日华北地区发生的一次大范围平流雾过程进行分析。结果表明：1) 此次过程中高空为西北或偏西气流，850 hPa为弱暖区偏西或偏南气流控制，地面形势场较弱；2) 本次大雾过程期间近地面层具有逆温结构；3) 近地面层弱辐合上升运动十分有利于逆温层的维持，为雾的维持提供了良好的辐合机制，使得该地区持续保持在高湿状态，对于大雾长时间维持具有重要作用。

Abstract: This article analyzes a large-scale advection fog process that occurred in the North China region on November 4, 2016, using NCEP data with a spatial resolution of 1˚ × 1˚ and a temporal resolution of 6 hours. The results indicate that: 1) During this process, the upper atmosphere was dominated by northwest or westward airflow, and 850 hPa was controlled by weak warm zone westward or southward airflow, resulting in a weaker ground situation field; 2) During this heavy fog process, there was an inversion structure in the near surface layer; 3) The weak convergence and upward movement in the near surface layer is very beneficial for maintaining the inversion layer, providing a good convergence mechanism for maintaining fog and keeping the region in a high humidity state, which plays an important role in the long-term maintenance of heavy fog.

1. 引言

平流雾主要是暖湿空气水平流经寒冷的地表陆地或海面时，因暖湿空气受冷的地表影响，底层空气迅速降温，上层空气因离地表远降温少，这样就形成了平流逆温 [1] 。在逆温层以下，空气冷却达到饱和，水汽凝结形成雾。平流雾的形成条件有三点：(1) 平流条件：适当的风向和风速。太大易使逆温层离开地面而形成在某一高度上，形成低云而不是雾；(2) 冷却条件：暖湿空气与地表之间有较大的温差 [2] 。流来的空气与下垫面的温度差异较大，低层空气冷却的愈厉害；(3) 层结和湿度条件：暖湿平流、近地面层的气层(地面到850 HPA)呈逆温或等温分布、近地面层(地面到850 HPA)比湿随高度增加 [3] 。

平流雾的特点有：日变化不明显，一天之中任何时候都可出现，条件具备则终日不消；来去突然，生成迅速；多出现在冬季；雾区较厚和较大 [4] ；平流雾多出现在阴天，并常伴有稳定性的低云(多与雾相连)和毛毛雨；平流雾多出现在沿海，或海上(海雾)，我国沿海地区出现的平流雾，主要是登陆的海雾(应属于平移雾的性质)或平流辐射雾 [5] 。

北京地区持续性大雾天气近几年呈显著增加趋势，但由于缺乏高时间分辨率的雾微物理和大气廓线数据，限制了对大雾垂直结构和物理成因的深入了解。

2. 研究资料

本文选取美国环境预报中心(NCEP)空间分辨率为1˚ × 1˚，时间分辨率为6小时的FNL资料代替当日的天气实况资料进行分析处理。

3. 天气形势分析

由图1可知，4日白天500~700 hPa高空均为西北偏西气流，高空风较弱，温度平流不明显；夜间500 hPa有冷平流，但700 hPa温度平流不明显。中层700 hPa有浅槽过境，850 hPa白天为偏西气流控制，夜间冷平流不明显。低层弱暖区控制，使得夜间地面的长波辐射增强，有利于地面冷却降温。

4. 成因分析

4.1. 水汽条件分析

由图2可见，4日上午和夜间华北地区中东部的相对湿度大部分达到70%以上，这说明华北地区

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

Figure 1. Wind and temperature fields at 500 hPa, 700 hPa, and 850 hPa on November 4 at 08:00 and 20:00 (unit: m/s; ˚C)

图1. 11月4日08时和20时500 hPa、700 hPa、850 hPa风场和温度场(单位：m/s; ℃)

中东部的近地层水汽条件十分充足。配合地面风场可以看到，4日白天至前半夜华北大部位于低压前部的弱辐合区内，这种辐合有利于近地面水汽的汇合，使空气更容易达到饱和，地面以偏南气流为主，有利于将南部大湿区的暖湿空气输送到华北地区。4日后半夜至5日凌晨，华北东部、南部地区近地层的相对湿度大于80%的区域增大，地面形势转变为低压后部，华北中部地区以西北气流为主，东部为偏南气流，有弱辐合存在，而此时正是地面辐射降温最强的时候，因此，该时段形成的雾浓度较高，能见度最差。

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

Figure 2. Distribution map of temperature and relative humidity in the 2M altitude layer at 08:00, 20:00, and 02:00 on November 4, 2005 (unit: ˚C; %)

图2. 11月4日08时、20时、05日02时2M高度层温度和相对湿度分布图(单位：℃; %)

4.3. 垂直运动特征分析

由图3、图4水汽通量散度图可知，4日20时华北地区近地面存在大范围的水汽辐合区，其范围与低能见度范围相吻合。从水汽通量散度的垂直剖面图可以看出，华北东部地区不仅是在近地面存在水汽的辐合区，中低层500~850 hPa也存在水汽的辐合，因此，低层大气适当的辐合上升运动有利于雾的形成和维持。

(a) (b)

Figure 3. Vertical profile of wind and temperature field along 40˚N at 20:00 on November 4 and T-LogP sounding curve of Capital Airport (unit: m/s; ˚C)

图3. 11月4日20时风温场沿40˚N的垂直剖面图和首都机场T-LogP探空曲线图(单位：m/s; ℃)

(a) (b)

Figure 4. Vertical profile of water vapor flux divergence field and water vapor flux divergence along 40˚N at 20:00 on November 4 (unit: s⁻¹)

图4. 11月4日20时1000 hPa水汽通量散度场和水汽通量散度沿40˚N垂直剖面图(单位：s⁻¹)

5. 结论

本文针对2016年11月4日华北地区发生的一次大范围平流雾过程，综合分析表明：

1) 平流雾过程的基本形势：500~700 hPa为西北或偏西气流，不存在明显的风速或风向的辐合，850 hPa为弱暖区偏西或偏南气流控制，而地面近地面层气压场较弱，存在的弱的辐合区，为大雾过程提供良好的水汽和弱风条件。

2) 本次大雾过程期间近地面层具有逆温结构，逆温层有利于低空水汽聚集并在逆温层内充分混合而不会垂直扩散。

3) 近地面层弱辐合上升运动有利于逆温层的维持，为大雾提供了良好的辐合机制，使得该地区持续保持在高湿状态，对于大雾长时间维持具有重要作用。