辐射灾害雾的分析与预报

航空发表于 2010-8-25 10:38:11

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航空发表于 2010-8-25 10:38:58

. 1 . 哈尔滨机场辐射灾害雾分析与预报 刘昌泽孙喜辉庞双双 (哈尔滨太平国际机场气象台哈尔滨高级工程师150079) 提要：为更好适应航空飞行和气象安全保障工作的需要，将辐射雾中能见度＜500m 称灾 害雾；分析其形成的气象条件、主要特征，并进行合理归类；提出辐射灾害雾的常规预报方 法、统计定量计算预报方法及综合预报方法。准确把握辐射灾害雾的生消变化，为民航总体 方针“安全、正常、效益”提供可靠保障。 关键词：辐射灾害雾、归类、分析、预报 1 本区雾的一般特征 影响哈尔滨地区的雾主要是辐射雾或以辐射雾为主平流雾为辅的雾，且常 出现在冬季（11 月至翌年2 月），其它类型的雾则较少出现，这主要与哈尔滨地 区的（1）特殊地形（马蹄型），该地形利于水份的保存；（2）较高纬度（45°N）， 夜长，冬季气温寒冷，地面被冰雪覆盖，白天日照增温快，夜间地面长波辐射 散热快，造成气温的日变化大（平均为11℃）；（3）冬季常受蒙古冷高控制，环 流稳定，哈尔滨地区常出现弱高压或高压脊等因素有关。据哈尔滨太平国际机 场气候志统计，冬季能见度≤3000m、≤1000m、≤500m 的平均雾日数分别为 30 天、10.4 天和2.6 天。 2 辐射灾害雾的定义 2.1 辐射雾 顾名思义：地面因长波辐射降温而冷却，使近地面层空气冷却饱和（或过饱 和），大量水汽凝结或凝华而形成的雾叫辐射雾。依据其对能见度的影响，又将 辐射雾分为辐射轻雾(1.0km≤能见度≤5.0km)和辐射雾（能见度<1.0km）。 2.2 辐射灾害雾 目前，我国大部分民航机场都装上了二类盲降设备，飞机可在最底能见度标 准500m（含）时起飞，800m（含）时降落，500m 以下禁止飞行。因此，为更 好适应航空飞行需要，可将辐射雾细分为两个级别，500m≤能见度<1000m，称 为辐射雾，能见度<500m，称辐射灾害雾，这样，我们定义辐射灾害雾为：地面 因长波辐射或辐射为主，平流为辅而形成的辐射性浓雾，致使地面能见度<500m， 称为辐射灾害雾。它严重威胁着航空飞行的安全，给人们的日常生活和交通运 . 2 . 输带来不便或隐藏危机，是目前航空气象工作者努力研究的一个课题。 3 辐射灾害雾的形成条件及主要特征 3.1 辐射雾形成的气象条件及气压系统 长期以来，人们对辐射雾形成的气象条件及气压系统有了较准确的把握： 晴夜，微风，大气层结稳定（近地面有逆温层）和近地面层水汽充沛，气压系 统为弱高压（或高压脊），鞍形场或均压场，可统称为除低气压以外的“弱气压 梯度区”。 3.2 辐射灾害雾的形成条件及主要特征 统计17 时、18 时、19 时和05 时的平均水汽压（e）和平均相对湿度（f）， 辐射轻雾平均为e1=1.4，f1=92%，辐射雾平均为e2=3.2，f2=96%，辐射灾害雾平 均为e3=5.6，f3=99%。根据绝对湿度近似计算公式a=289* e/T（T 为绝对温度， T=273+t）则绝对湿度之比有如下形式a2/a1=e2/e1*(273+t1)/(273+t2),若不计温度差 异，即令(273+t1)/(273+t2)≈1，则a2/a1≈e2/e1，因此，可得不同级别辐射雾的平 均绝对湿度之比，a3/a1=5.6/1.4=4 、a3/a2=5.6/3.2=1.75。 统计表明，形成辐射灾害雾的近地层空气，在逆温层形成前后和最低气温前 后，绝对湿度之比：辐射雾是辐射轻雾的2-4 倍，明显具有高湿性特征。 对平均相对湿度（f）的统计表明，尽管辐射灾害雾仅比辐射雾和辐射轻雾 分别高出3 和7 个百分点，但形成辐射灾害雾的近地层空气，在逆温形成前后 和最低温度前后均接近饱和，具有高饱和性特征。 研究表明，就水汽凝结的两种途径（降低温度和增加水汽）而言，一方面， 当水汽条件一定时，近地层大气降温幅度的差异，仅在一定程度上改变辐射雾 的淡浓程度；另一方面，高湿性和高饱和性是形成辐射灾害雾的物质基础和决 定因素。如果将总降温量（冷却量δt）划分为第一冷却量δt1（降温开始到温度 露点相等的降温量）和第二冷却量δt2（温露相等的温度到最低温度的降温量）， 则有δt=δt1+δt2，当δt 一定时，δt1 越小，δt2 就越大，所以饱和性越高的 湿空气，在水汽凝结或凝华时会获得更多的冷却量δt2。初步认定辐射灾害雾、 辐射雾、辐射轻雾的冷却量分布δt1/δt2 分别为1/3、2/2、3/1。雾的生消过程， 实际上就是水汽和雾的平衡转化过程，当实际水汽压e 大于当时温度下的饱和 水汽压E 时，生成雾，反之雾消散。实际水汽压大小主要由空气的水汽含量多 少决定，随温度的升降略有升降，而饱和水汽压E=E0• 10（at/b+t）依温度成指数关 系，当δt2 增大时，e 与E 的值会加速分化，可见空气湿度越大（有足够的水汽 可凝结），δt2 越能发挥功效，当e 越大，δt2 越大，就会有大量水汽凝结或凝 华成雾。 据以上统计与分析，可总结出辐射灾害雾的形成条件及主要特征： 具有良好的辐射雾形成的气象条件和气压系统。 . 3 . ⑴．近地面层空气在17—19 时（逆温形成前后）和5 时前后（最低气温前 后）具有高湿性（绝对湿度大）和高饱和性（相对湿度大），这是辐射灾害雾形 成的主要特征。 4 辐射灾害雾的归类 根据辐射灾害雾的形成必须具有大量的水汽条件，而水汽来源各不相同，并 对辐射灾害雾生消在时间上，强度上都具有很大的差异，因此，为便于分析和 研究，我们根据形成辐射灾害雾的水汽来源的不同将辐射灾害雾定义为三种类 型：“雨（雪）接雾型”，“雾接雾型”，“雾接雨（雪）型”。 4.1 雨（雪）接雾型 （1）环流特点：（见图1）哈尔滨地区白天有南来小低压西南东北向（30km ／h）快速移入和移出，并造成一定时间内的降水，其西北部高压在大兴安岭前 受阻，西北—东南向移速较慢（5km／h），在南来低压移出后12—18 小时内（夜 间至清晨），该地区由南来弱高压（脊）控制，天气转晴。， （2）水汽来源：水汽主要来源于南来低压的降水，故称“雨（雪）接雾 型”，另一部分为南来弱高压（脊）北部的水汽北移。 （3）辐射灾害雾生成过程：弱高压（脊）内晴夜微风，17 时至19 时和05 时近地层空气具有高湿性（平均水汽压≥7.0）和高饱和性（平均相对湿度≥ 97%），随着夜间地面辐射降温，易在清晨生成辐射灾害雾，有时水汽条件较好 时午夜前后即可生成辐射灾害雾。平均1 年1—2 次。 （4）辐射灾害雾消散特点：与一般辐射雾相似，上午至下午逐渐消散。随 着高压向弱高压区内移入，次日一般不在形成辐射灾害雾。典型例证是2001 年 10 月22 日的射灾害雾，21 日17 时南来小低压移出哈尔滨地区(13-16 时有降水)， 天气转晴，由南来弱高压控制该地区，高压主体在大兴安岭前少动，环流与“雨 (雪)接雾型”相似。17-19 时哈尔滨地区平均相对湿度96%，平均水气压9.6，22 时到22 日10 时哈尔滨地区出现辐射灾害雾，最低能见度100m，机场被迫关闭 12 小时，造成多个航班延误和大量旅客滞留机场。 4.2“雾接雾型” （1）环流特点：（见图2）高空无明显冷暖平流，蒙古冷高范围大，稳定少 动，中心位于蒙古境内，且冷高以1℃／日变性。哈尔滨地区受其影响连续出现 4—7 天弱高压（或脊）的晴好天气。 （2）水汽来源：在稳定且长时期的弱高压（脊）区内，连续出现辐射雾， 且雾逐日增浓，消散逐日趋晚；夜间近地面生成的逆温层逐日增厚，消散逐日 趋晚。白天日照蒸发的水汽和各种烟尘粒子在逆温层下逐日积累。 （3）辐射灾害雾生成过程：随着水汽和各种烟尘粒子的积累，一般在辐射 . 4 . 灾害雾的前一天，06 时能见度1.0km 左右，17 时能见度＜1.8km，17-19 时平均 相对湿度≥92%，平均水气压≥3.0，17 时当日逆温未被彻底破坏，若此环流仍 将保持，则次日会出现烟雾混杂，使能见度进一步恶化，生成辐射灾害雾。因 在连续雾日后生成故称“雾接雾型”，在连续的雾日里，天气表现晴好故有“十 雾九晴”之美称，但空气质量较差。平均2 年一次。 （4）消散特点：该型辐射灾害雾生成后一般能维持2-3 天，只在午后稍有 减弱，一般在一次天气系统（如冷锋、气旋、低空曹）过境后消散。典型例证 为1997 年1 月29—31 日连续3 日的辐射灾害雾，最低能见度400m。本次蒙古 冷高维持8 天，并逐日变性，期间哈尔滨地区形成弱高压，25 日到28 日有轻雾 并逐日曾浓，在28 日17 时逆温层未被破坏，17 时到19 时平均相对湿度92%， 平均水气压3.2，次日生成辐射灾害雾，直到2 月1 日一次冷锋过境，能见度才 彻底转好。 4.3“雾接雨（雪）”型 （1）环流特点：（见图3）西北地区冷高压在大兴安岭西北部停留，哈尔 滨地区为均压场或鞍型场，河套地区有暖性低压发展，并向东北方向伸展出暖 性倒槽（该型倒槽水汽充沛），20 时地面图上低压槽已过长春。 （2）水汽来源：一部份为均压场或鞍型场中所保留的水份，另一部份来 自暖性倒槽的输送。 （3）该型辐射灾害雾生成过程：哈尔滨地区若17-19 时平均相对湿度≥ 92%，平均水汽压≥2.0，则夜间至早晨会在有利的辐射雾生成条件和合适的气 压场下，生成辐射轻雾或辐射雾；河套低压槽能在05 时至10 时（辐射雾消散 前）到达哈尔滨地区，在低压槽东北部暖湿空气的回流下，哈尔滨地区形成3 —6m／s 的偏东风，若暖性回流空气与地面存在一定的温差（2—3℃），则能在 哈尔滨地区形成较强的平流雾，平流雾与辐射雾叠加而成辐射灾害雾。平均1 年一次。 （4）消散特点：辐射灾害雾形成后一般无明显的日变化，随着河套低压 的发展和北移，易在当日下午产生降水，故称“雾接雨（雪）型”，辐射灾害雾 一般在降水出现30 分钟后快速消散。典型例证是2001 年1 月1 日09-11 时的辐 射灾害雾，其环琉与该型环琉一致。08 时前为均压场，风向不定，1m/s，09 时 后受暖性倒槽控制，吹稳定的东北风，4-6m/s，形成辐射雾与平流雾叠加，能见 度从08 时的1200m 降到11 时15 分的450m。 5 辐射灾害雾的预报 5.1 常规预报法（天气图法） 判定有无辐射灾害雾生成的环流形式、合适的气压场、有利的气象条件及良 好的含接关系，做出能否生成辐射灾害雾的预报。见表1 . 5 . 表1 辐射灾害雾的常规预报法 气象要素/场环流形式气压场风湿度初始水汽要素含接关系 17-19 时 或05 时 雨（雪）接雾型高压山前弱高压（脊） ≤ 3 m/s f › 95% 当日有降温前8 小时 受阻e › 7.0 降水内降水 雾接雾型蒙古冷高弱高压（脊） ≤ 3 m/s f › 92% 三天以上前日17 时逆温 变性气团e › 3.2 有辐射雾未破坏， 能见度‹ 1.8km 雾接雨（雪）型高压山前辐射时： ≤ 3 m/s f › 92% 辐射雾1 辐射雾形成后- 受阻鞍形场/均压场e › 2 km 左右消散前有平流雾 平流时： 3-6m/s 暖性倒槽 （各型云量均小于3/8，气温日较差大于10℃） 5.2 统计定量计算预报法 根据辐射雾生成具有相似的气象条件和气压系统，可由多次雾资料统计出各 基本气象要素值（或其组合因子）与雾浓度的关系式，具体步骤为： （1）以当日最低能见度作为预报对象 （2）选取13 个预报因子(经验证对辐射雾有较好线性相关的基本气象要素 如温，压，湿，风)和具有明确物理意义的组合因子。 （3）将预报对象和预报因子以同位相和同量级处理为越小越有利于辐射 雾生成（Y 值越小），且其值均在0—5 之间。 （4）选取110 次雾（含轻雾）作为基本资料，用逐步回归法求其最优预报 方程。 统计结果为： Y=0.222X4＋0.268X8＋0.102X10＋0.304X12＋0.162X13-0.445 复相关系数R=0.69 其中： X1=／2 (T 为温度，其下标为北京时间，下同) X2=4-（T06-TMIN）（ MIN 为最低） X3=N01—06 （N 为云量） X4=（100-E06）／10 （E 为相对湿度） X5=／10 X6=Ａ03—06 （A 为风速） X7=|ΔP02—05| （P 为气压） X8=X7＋X6／2 X9=5-（E06-E17）／10 X10=X1／2＋X3 X11=（10-S*A／10）／2 . 6 . （S 为17 时—06 时内相对湿度大于85%的小数时，A 为该时段内平均风速） X12=（V17＋V18＋V19＋3V06）／6／2（V 为能见度） X13=X7＋A06＋X2／2 （５）将所需各要素的观测值代入方程，即可得到当日最低能见度的统计计 算值ｙ 若ｙ＜５００ｍ，则预报当日有辐射灾害雾。 若５００≤ｙ＜１０００ｍ，则预报当日有辐射雾。 若ｙ≥１０００ｍ，则预报当日有轻雾。 该预报方程在2000 年冬季业务试预报中准确率为89‰。 5.3 综合预报方法 把常规预报方法与统计定量计算预报方法结合起来，既发挥统计定量计算方 法的优点：客观、定量,又能发挥预报员的经验和判断能力，收到更好的预报效 果。依据统计定量计算的可能最大误差为２０%，则根据统计定量计算 当ｙ＜４００ｍ，预报当日有辐射灾害雾。如２００１年１０月２２日，当 日ｙ＝１７０ｍ，当日实际最低能见度１００ｍ；１９９７年１月３０日，当 日ｙ＝３８０ｍ，当日实际最低能见度４５０ｍ；１９９７年１月３１日，当 日ｙ＝３３０ｍ，当日实际最低能见度４００ｍ。均出现了辐射灾害雾。 当400≤ｙ≤6００ｍ，若水汽来源为“雨（雪）接雾型”，“雾接雾型”，“雾 接雨（雪）型”之一，预报当日有辐射灾害雾。如１９９７年１月２９日，当 日ｙ＝５５０ｍ，水汽来源为“雾接雾型”，当日实际最低能见度４５０ｍ； ２００１年１月１日，当日ｙ＝６００ｍ，水汽来源为“雾接雨（雪）型”，当 日实际最低能见度４５０ｍ；１９９７年３月５日，当日ｙ＝１５０ｍ，水汽 来源为“雨（雪）接雾型”，当日实际最低能见度５０ｍ。均出现了辐射灾害 雾。若水汽来源为非“雨（雪）接雾型”，“雾接雾型”，“雾接雨（雪）型”之 一，预报当日为辐射雾。如２００２年１月１０日，当日ｙ＝５００ｍ，高压 中心区，当日实际最低能见度６００ｍ。２００１年１２月２１日，当日ｙ＝ ６００ｍ，鞍形场区，当日实际最低能见度９００ｍ。均出现辐射雾。 当６00＜ｙ≤１２００ｍ，预报当日为辐射雾。如２００２年１月１７日， 当日ｙ＝９００ｍ，当日实际最低能见度８００ｍ。２００１年１１月２３日， 当日ｙ＝７５０ｍ，当日实际最低能见度９００ｍ。均出现辐射雾。 6 小结 1 辐射灾害雾的形成，既有良好的辐射雾形成条件，又有自身的主要特征。 2 依据不同的水汽来源，可将辐射灾害雾归类成不同的类型。 3 不同类型的辐射灾害雾，其生消变化既相似又不同，准确把握这些相似与 不同，有助于辐射灾害雾的分析与预报。 . 7 . 图1 “雨(雪)接雾型”地面20 时环流示意图 图2 “雾接雾型”地面20 时环流示意图 图3 “雾接雨(雪)型”地面20 时环流示意图 . 8 . 参考文献 屠其璞,王俊德,丁裕国等.气象应用概率统计学.北京:气象出版社,1984. 孙奕敏.灾害性浓雾.北京:气象出版社,1994. Abstract: In order to adapt to the need of aviation flight and the weather safety ensuring, we call the radiate fogs with the visibility less than 500 meters as disaster fogs; This thesis analyses the weather condition that gives birth to the disaster fogs, and the main characters of them, and sort out them in reason, brings forward the forecasting method of the radiate disaster fogs, statistics quantitative calculation forecasting method and the compositive forecasting method. So that hold the creating and vanish condition of the radiation disaster fogs exactly, provide reliable safeguard for the civil aviation general guideline” safety ,on time, profitability.

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