2015年11月宁夏中北部连续大雾天气成因分析

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　　摘要    利用常规气象观测资料和NCEP提供的再分析资料，分别从环流形势、层结条件、动力和热力学机制等方面分析了2015年11月1—20日宁夏中北部地区的连续大雾天气过程。结果表明，中高层偏西气流、对流层低层温度脊和地面冷高压的稳定维持为这次连续性大雾过程提供了有利的环流背景;前期低槽入侵产生的小量降水使低层增湿，暖脊控制使中层增温形成逆温，连续大雾过程湿层厚度及逆溫差有所不同;适当的风速和低层弱的水汽辐合有利于大雾稳定维持和发展;近地层辐合上升、中高层辐散下沉，便于在界面形成逆温层，有利于大雾天气的出现。
　　关键词    连续大雾;环流形势;层结条件;动力条件;宁夏;2015年11月
　　中图分类号    P426.4        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）06-0158-02
　　雾是悬浮于近地面层的大量水滴或冰晶使水平能见度<1 km的一种特殊灾害性天气，当水平能见度在50～200 m时称为浓雾[1]。许多学者对雾进行了大量研究，分析了大雾天气的成因[2-3]，揭示了大雾发生和维持的物理机制[1];研究大雾天气的动力、热力条件以及演变特征[4-5]。
　　宁夏不同地区大雾日数年变化差异大，其中银川大雾日数季节变化差异比较明显，最多大雾日数出现在11月至翌年1月。2015年11月，宁夏频繁出现雾天，中北部大部地区雾天日数6～16 d（图1），较常年雾天过程持续时间（3 d左右）明显偏长，其中银川市达16 d，贺兰及青铜峡分别为14、12 d[6]。大雾过程能见度低，特别是9日中北部大部地区能见度不足500 m，石嘴山、银川、中卫等地能见度不足200 m，银川市出现持续近2 h的强浓雾，能见度仅为20 m。此次大雾天气过程持续时间长、能见度低、影响范围大，属历史罕见。
　　2015年11月影响宁夏地区的冷空气势力偏弱，造成近地面风速小，水平扩散条件较差;另外由于大气环流的异常，宁夏地区降水明显偏多，尤其引黄灌区大部较常年同期偏多5倍以上，加上灌区冬灌，下垫面土壤含水量较高，造成近地层空气湿度大。长时间的静稳天气和近地层的高湿为大范围雾天的维持提供了有利的天气形势背景和环境条件。
　　1    环流形势特征
　　利用NECP提供的再分析资料得到宁夏中北部此次大雾天气过程的平均环流形势场。500 hPa平均高度场上，亚欧大陆平均环流形势主要盛行纬向偏西气流。700 hPa和500 hPa形势相似，宁夏主要受偏西气流控制;850 hPa平均高度场上，宁夏处于偏南气流中，暖脊北伸至内蒙中部。这种形势配置使低层大气容易出现逆温层结，有利于大雾的形成[7]。
　　从海平面平均气压场上可以看出，贝湖西侧存在一中心值为1 030 hPa的高压中心，宁夏大部分地区等压线较为均匀，且1 020.5 hPa等压线位于宁夏中北部。
　　分析11月1—20日500 hPa逐日8：00高空实况图可知，宁夏1—2日受脊前西北气流控制;3—7日不断有低槽入侵，削弱中北部的脊，致使5—7日宁夏全区大部出现了连阴雨雪天气;8—11日受偏西气流控制;12—13日受低槽影响，有弱波动;14—20日转为较平直的西风气流。
　　分析11月1—20日逐日海平面气压场可知，地面冷高稳定维持在贝湖一带，高压中心很少南下进入内蒙，或者进入后很快东移，对宁夏影响较小。5—7日贝湖分股扩散冷空气南下造成宁夏全区大部地区连阴雨雪天气后，逐渐减弱。之后随着西伯利亚冷空气入侵，在贝湖附近堆积逐渐增强;冷高中心值于17日达到最高1 050 hPa，并稳定维持。同时8—11日宁夏以南有暖脊，不断北伸至内蒙古东部，宁夏北部等压线值为1 027.5 hPa。14—20日有暖低压北伸至宁夏北部并稳定维持，1 025 hPa线持续维持在宁夏北部，这与海平面气压平均场一致。弱的偏南风使近地层大气容易达到饱和，为大雾的形成和维持提供了有利条件[8]。
　　前期低槽入侵产生少量降水使低层增湿，暖脊控制使中层增温形成逆温，地面冷高增强并稳定维持，为大雾天气的形成提供了稳定有利的条件[9]。
　　2    层结条件
　　2.1    垂直结构特征
　　选取银川探空站作为代表站，利用11月2日8：00、9日8：00、14日8：00、19日8：00（强浓雾天）的探空实况和11月1—20日银川大气逆温层温差变化，分析连续大雾天气过程的垂直结构特征。
　　2日8：00，774 hPa以下出现了逆温层，有效阻止了低层水汽和能量的向上交换，整个大气层结都很干燥，湿层浅薄，逆温温差为6 ℃，在892 hPa层相对湿度达到了92%，有利于大雾的形成。
　　9日8：00，在787 hPa以下维持2.3 km的逆温层，且逆温强度较强，由于5—7日连阴雨雪天气，低层暖湿气流的输送使得大气湿层增厚且逆温层顶向上发展，9日白天宁夏大部分地区为出现大雾天气，银川能见度为20 m。9日20：00， 850 hPa以下再次出现逆温层，同时在873 hPa附近存在一浅薄逆温层，双层逆温的结构增强了大气层结的稳定性。
　　14日8：00，823 hPa以下相对湿度均>80%，逆温层整体抬升，逆温层顶伸至886 hPa。14日20：00以后，逆温层逐渐变薄，逆温强度增强，1 000 hPa以下相对湿度>90%。850 hPa以上的中高层结仍比较干燥。
　　19日8：00，在600 hPa和850 hPa附近形成了多层逆温结构，但总体逆温强度偏弱，大气层结整体湿度加大。19日20：00，500 hPa附近左右相对湿度都>80%，使大雾范围广持续时间长。 　　11月以来大气层结较稳定，逆温层厚度高、温差大。11月2日、9日、14日、19日强浓雾期间，银川市区逆温层高度2.3 km左右，逆温差达6～7 ℃。大气层结稳定，逆温强，抑制了水汽向高空扩散，从而在近地层凝结成雾[10]。
　　2.2    动力结构特征
　　利用NCEP再分析资料作出2015年11月1—20日银川站（东经106.2°，北纬38.4°）散度、垂直速度和涡度的时间高度垂直剖面图。分析可知，11月1—20日，500 hPa以下为0～0.5×10-5 s-1的正散度区。垂直速度场显示1日、9日、14日500 hPa均有垂直速度为0.2×10-5 s-1正速度区，低层有弱的负速度区，表明中高层存在弱的辐散下沉运动。
　　从涡度的时间高度垂直分布可以看出，连续大雾过程期间，1—12日700 hPa以下为负涡度区，中心值达到-3×10-5 s-1，说明有暖湿气流输送;13日，500 hPa以下均为正的涡度区。14日，850 hPa以下为负涡度区，表明该低层有暖湿气流的输送，且对流层中上层有冷空气影响。15—20日700 hPa以下为正涡度区。
　　3    水汽条件
　　利用NCEP的再分析资料计算了11月1—20日银川站（东经106.2°，北纬38.4°）的水汽通量散度分布和相对湿度的时间—高度垂直剖面图。可知11月1—5日850 hPa以下水汽通量散度为负，同时在1—4日，850 hPa下有 -5 g/hPa·cm2·s;5日700 hPa上有一负的散度中心，中心值达到-35 g/hPa·cm2·s，说明中低层水汽通量汇入;6日—11日由于连阴雨雪天气后，水汽充足，有0～20 g/hPa·cm2·s左右的水汽辐散;11—20日700 hPa以下水汽通量均为负，充足的水汽促使大雾发展并长时间维持。
　　近地层湿度越大，湿层越厚，越有利于雾的形成[11]。从大雾期间大雾中心区相对湿度的演变可知，连续大雾期间，低层相对湿度在40%～70%，但1 000 hPa以下雾区单站相对湿度均在90%以上，这样高湿的环境有利于大雾天气的持续。
　　4    风向风速条件
　　风对雾的形成有一定的促进作用，适当的风速既有利于向空中输送水汽，又不会导致垂直交换过于强烈，从而有利于雾的产生[12]。从大雾产生过程中的风场演变可以看出，出现大雾的时段，近地层风速一般<4 m/s。此次连续大雾过程中850 hPa以上为偏北风，以下风向以偏南风为主，同时近地面风速均<4 m/s，特别是8日以来风速均<2 m/s。空气静稳、风力小，使近地层水汽在水平方向上不易扩散，易凝结成雾。
　　5    结语
　　低层850 hPa以下明显的暖脊有利于逆温层结的形成，地面冷高压稳定维持在贝湖附近，这种天气形势的配置为持续性大雾的形成及发展提供了有利的环境条件。逆温层的强度与雾的浓度之间关系密切，逆温层强度愈强，近地面积聚的水汽愈多，能见度也愈低。双逆温层甚至多逆温层的存在能进一步增强大气层结的稳定性。近地层辐合上升，中高层辐散下沉，易在界面形成逆温层，有利于大雾的出现。低层充足的水汽是大雾形成和维持的重要条件之一。适当的风速既有利于向空中输送水汽，又不至于使垂直交换过于强烈，从而有利于雾的产生，大雾期间，风速一般<4 m/s。
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