冬季乌鲁木齐城区和机场雾的特征及地面气象条件对比分析.pdf
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1、研究论文研究论文沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology第 17 卷 第 4 期2023 年 8 月大雾是一种大量水滴或冰晶悬浮于近地面,从而使能见距离降低至 1 km 以下的灾害性天气现象1-2。大雾对人体健康、社会活动、经济发展产生重要的影响,特别是对道路交通、航空运输的正常运行带来严重影响3-5。2019 年 12 月 914 日乌鲁木齐地窝堡国际机场(以下简称“机场”)受极端性大雾天气影响,低能见度天气累计长达 100 余小时,造成航班延误、备降、取消逾 1 000 架次,受影响旅客逾 15万余人次;2012 年 1 月 14 日早晨,受大雾弥
2、漫影响,乌鲁木齐周边的吐乌大高速、乌奎高速、米东区至阜康等公路部分路段交通受阻,最小能见度不足200 m。由此可见,随着社会的发展,大雾天气已成为重要灾害性天气之一。因此,开展雾的研究对道路交通、民航运输和人民身心健康、美好生活等方面具有十分重要的现实意义。新疆北疆沿天山一带作为我国主要雾区之一6-8,冬季(11 月次年 3 月)是大雾频发的季节。乌鲁木齐地处中天山北麓、准噶尔盆地南缘,地形整体呈现“东南高、西北低”的狭长带状分布,特殊的地理地势导致大雾在该地区冬季易发、频发。目前,许多学者在上述地区的研究主要集中在雾的分类特征、气候特征、天气型分析、天气个例分析以及数值模拟等方面9-10,并
3、取得了一定成果。朱雯娜等11利用微波辐射计资料分析了乌鲁木齐机场冬季浓雾天气变化情况,表明 90%浓雾过程出现在综合水汽含冬季乌鲁木齐城区和机场雾的特征及地面气象条件对比分析刘超1,2,谭艳梅3,陈阳权3,王健4*,王春红3,阿来依 艾丁4,霍达4,郎旭婷4(1.新疆气象台,新疆乌鲁木齐 830002;2.国家气象中心,北京 100081;3.民航新疆空管局气象中心,新疆乌鲁木齐 830016;4.乌鲁木齐市气象局,新疆乌鲁木齐 830002)摘要:基于乌鲁木齐城区气象站和城北乌鲁木齐地窝堡国际机场(简称机场)20162021年冬季逐小时地面气象观测资料,对近 6 年冬季两地雾的特征及其对应的
4、地面气象条件进行对比分析。结果表明:城区和机场 3 种情景雾日出现的概率较为接近,但是不同级别雾日的出现概率有一定的差别,其中大雾日数以两地同时出现为主,概率最高达到 19.6%。两地不同强度雾日数和雾过程的频次均呈明显下降趋势,其中机场大雾日数和过程频次均略多于城区。城区雾起始时间有 33.3%集中在 0104 时,而机场有 25.2%出现在 0810 时。城区雾强度总体强于机场雾,机场雾日最小能见度均值(412.9 m)高于城区(360.8 m)。此外,在冬季准噶尔盆地的“冷湖效应”和山谷风的共同作用下,机场一带盛行的西北偏北和偏北风导致温度相对较低,有利于降温形成大雾天气,城区和机场温度
5、分别在-12耀-4 益和-16耀-8 益时出现大雾的频率最高,比例分别高达57.4%和 50.1%。关键词:雾;城区;机场;地面气象条件中图分类号:P426.4文献标识码:A文章编号:1002-0799(2023)04-0118-07收稿日期:2022-10-26;修回日期:2023-02-20基金项目:新疆气象局重点课题(ZD202201);新疆维吾尔自治区科技厅自然科学基金面上项目(2021D01A151)作者简介:刘超(1989),男,高级工程师,主要从事雾霾沙尘预报和研究工作。E-mail:liu_通信作者:王健(1969),女,正高级工程师,主要从事中短期天气预报及灾害性天气研究。E
6、-mail:刘超,谭艳梅,陈阳权,等.冬季乌鲁木齐城区和机场雾的特征及地面气象条件对比分析J.沙漠与绿洲气象,2023,17(4):118-124.doi:10.12057/j.issn.1002-0799.2023.04.016开放科学(资源服务)标识码(OSID):118量持续下降阶段。郑玉萍等12统计分析了 19762006 年乌鲁木齐大雾天气的气候特征,发现当气温为-10耀0 益、相对湿度为 85%耀95%、风速为 0耀3 m s-1以及气压为 910耀925 hPa 时,出现大雾的频率最高。万瑜等13对 2011 年 12 月 25 日白天乌鲁木齐城区一次大范围大雾天气地面气象条件进
7、行分析,指出浓雾时城区偏北风在城南近地层形成强辐合面,且大雾也多发生在地面辐合面偏向冷空气的一侧。综上所述,(1)已有研究仅局限于某一地点或某次过程分析,针对不同地点雾的特征研究非常少14-15。(2)我国气象观测规范与民航观测规范作为两个独立行业的业务规范,存在较多差异,观测资料的联合使用和对比分析较少。(3)准噶尔盆地西南缘到北疆沿天山一带是新疆阴雾天气的高发区14,雾极易通过平流经盆地南缘向乌鲁木齐方向扩散,而乌鲁木齐机场处于城区的上游区域,在实际业务中对城区大雾的发生发展具有一定的指示意义。(4)作为我国连接中亚及欧洲的重要交通枢纽地带,乌鲁木齐地窝堡国际机场 2016 年旅客吞吐量已
8、超过 2 000 万人,对能见度和跑道视程的精细化预报和服务提出了越来越迫切的航空气象需求。因此,本文基于冬季乌鲁木齐城区和机场的数据,对上述两地冬季雾的特征及地面气象条件对比分析,以期为乌鲁木齐城区和机场雾的精细化预报提供重要参考依据,为研发大雾客观预报奠定基础。1数据和统计方法1.1站点概况选取乌鲁木齐国家基本气象站(海拔高度为935.0 m)作为城区代表站,该站地处天山北坡西段与东段结合部,东、南、北面地势较高,东半部地形为垄网状低丘与丘间洼地,西半部地形为乌鲁木齐河右岸狭长的阶地与河漫滩。机场地处东、西天山之间东南西北向峡谷的西北端开口处的戈壁绿洲之中,观测场海拔高度为 644.3 m
9、。从机场到市区,地形坡度约为 1/7,距离约 25 km。乌鲁木齐地形和城区气象站、机场站点分布如图 1 所示。1.2数据来源选取 20162021 年冬季(11 月次年 3 月)乌鲁木齐城区逐小时地面常规观测数据,以及同时段机场例行或特殊观测的地面主导能见度、天气现象、风、温、压、湿等数据。机场例行观测每 30 min 一次,特殊观测在天气达到机场特殊天气标准情况下随时进行。风、温、压、湿等由机场地面自动气象观测系统(AWOS)器测。主导能见度和天气现象为人工观测。主导能见度是指观测到的达到或超过四周一半或机场地面一半的范围所具有的能见度值。1.3统计方法2016 年起,全国气象台站能见度观
10、测由人工观测改为自动器测,同时对雾的等级判定也做出修改。为便于与机场观测资料进行平行对比分析,根据 地面气象观测业务技术规定实用手册 和 民航地面气象观测规范,各等级雾界定如表 1 所示。表 1各等级雾界定标准点位等级水平能见度/m 筛选条件标准城区大雾约750剔除有效降水且相对湿度逸80%当某站 20 时次日 20 时出现雾,不论其持续时间长短、是否有间断均记为一个雾日,若某次雾跨越 20 时日界,则按 2 个雾日计算浓雾约500强浓雾约200机场大雾约1 000记录报文为 FZFG,或者 FG浓雾约500强浓雾约200注:机场参考主导能见度。按照上述不同雾的等级界定标准,定义对应的大雾、浓
11、雾以及强浓雾过程。以乌鲁木齐城区为例,当出现能见度约750 m 的时刻则定义为雾过程的起始时间,当能见度跃750 m 出现的持续时间跃2 h(含)则视为雾过程的结束,第一次出现能见度跃750 m 的前一时次则定义为雾过程的结束时间。雾过程的持续时间是指开始时间到结束时间的累计小时数,雾过程的持续时间必须满足 2 h(含)以上的条件。此外,选取每次雾过程中的最小能见度作为评价该次雾过图 1乌鲁木齐地形和城区、机场站点分布刘超等:冬季乌鲁木齐城区和机场雾的特征及地面气象条件对比分析119研究论文研究论文沙 漠 与 绿 洲 气 象Desert and Oasis Meteorology第 17 卷
12、第 4 期2023 年 8 月程强度的指标。2乌鲁木齐城区和机场雾的统计分析2.1雾日数及过程的对比虽然城区站和机场距离仅有 25 km,但两站的海拔高度相差近 300 m,导致雾在两地存在时空不连续性。本文对城区和机场冬季不同月不同强度雾进行统计分析,结果如表 2 所示。每年 12 月次年2 月是不同强度雾出现次数较多的月份,城区和机场大雾日数占每个月的三分之一以上,其中机场在12 和 1 月大雾日数分别达到 13.2 和 13.3 d。相较而言,不同等级雾日在 11 月较少,城区和机场的大雾日数均臆5 d,分别为 4.3 和 3.8 d。表 2城区和机场不同月各等级雾日数d11 月4.32
13、.73.82.31.812 月11.07.313.28.35.01 月10.36.013.36.54.32 月9.55.89.24.53.23 月6.25.25.83.51.7城区机场大雾浓雾大雾浓雾强浓雾1.74.33.53.24.7强浓雾本文按照 3 种情况统计机场、城区雾的差异,即“两地同时出现雾”、“城区有机场无”、“城区无机场有”分别统计雾的出现频次(表 3)。冬季雾日这 3 种情况出现的频次接近,在 32.1%耀34.5%。但是不同级别雾日的出现概率有一定的差别,其中两地同时出现大雾日的情景最高达到 19.6%,而强浓雾日出现频次最高(9.6%)的情景是城区有机场无,为两地同时出现
14、的情景的 2.7 倍。表 320162021 年冬季不同情景下城区和机场的年均雾日分布频次%类型两地同时出现大雾19.6浓雾8.9强浓雾3.6合计32.1城区有机场无12.111.79.633.4城区无机场有15.310.48.834.5由近 6 年大雾日 3 种情景出现概率逐年变化趋势(图 2)可知,“两地同时出现”的概率呈逐年波动下降的趋势,由 55.8%(2016 年)下降至25.6%(2021 年),降幅跃30%。而“城区无机场有”的情景在近 3 年增长明显,平均出现概率达到41.0%,是20162018 年平均水平(26.3%)的 1.6 倍。图 220162021 年冬季城区和机场
15、不同情景下大雾日数逐年对比由 20162021 年冬季乌鲁木齐城区和机场各等级雾的日数(图 3)可知,城区和机场不同等级的雾日数均呈明显下降趋势,其中两地均是 2016 年冬季大雾日数最多,分别达到 70 和 78 d,2021 年冬季分别下降至 25 和 29 d。虽然近 6 年冬季机场(45.3 d)和城区(41.3 d)的平均大雾日数均明显高于 19762006 年的气候特征(29.5 d)12,但两地 2021 年冬季统计结果已接近上述气候平均态。另外,乌鲁木齐城区的浓雾和强浓雾日数均多于机场,其中城区分别为 27.0 和 17.3 d,机场分别为 25.3 和 16.0 d。图 32
16、0162021 年冬季城区(a)和机场(b)不同等级雾日数对比近 6 年乌鲁木齐城区和机场不同等级雾的过程频次同样出现下降的特点,两地大雾过程最多的是 2016 年冬季,过程数分别为 63 和 70 次,而 2021年冬季则是两地近 6 年大雾过程最少的,过程数分别为 16 和 21 次。两地在不同等级雾过程的频次也120有区别:其中机场平均次数为 34.3 次、略高于乌鲁木齐城区的 31.1 次;而在浓雾和强浓雾等级过程上,乌鲁木齐城区分别为 21.1 和 11.1 次,明显多于机场的 16.5 和 7.0 次。机场在大雾日数和过程次数上略高于城区,而乌鲁木齐城区在浓雾、强浓雾上明显高于机场
17、,即城区雾强于机场雾。2.2雾的起止和持续时间对比对近 6 年冬季乌鲁木齐城区和机场大雾过程的起止时间统计分析(图 4),乌鲁木齐城区和机场大雾过程一天任意时段都会开始或结束,但两地不同时刻大雾过程开始和结束的频次却截然不同。开始时刻,城区主要集中在 0104 时,累计出现频率较高,达 33.3%,其中 03 时出现频率最高,达到10.2%,1114 时出现大雾的频率最小,上述时段每个时刻出现频率均低于 2%。机场在 0810 时的出现频率达 25.2%,并在 09 时达到峰值(9.2%),相较于城区滞后 6 h。机场出现大雾概率较低的时段是1221 时,概率均不足 2%。有研究表明16-18
18、,乌鲁木齐特殊的地理地形易形成焚风,焚风易导致逆温增强且长时间维持,有利于大雾天气发生发展,并在夜间山风的作用下,风速从山脉到谷底逐渐减小,城区为风速辐合区,导致城区容易在夜间形成大雾天气。尽管机场出现大雾的峰值频率略低于城区,但其在夜间至早晨(22 时次日 11 时)整个时段均有可能出现大雾,且影响时间较长。城区与机场结束时大雾均呈现“单峰型”的分布特征,分别在 09 和 14 时大雾结束的频率最高,达到 9.1%和 14.6%。此外,通过对乌鲁木齐城区和机场不同等级雾过程的平均持续时间统计分析,结果显示近 6 年机场在不同等级雾过程的平均持续时间均明显长于城区,其中大雾、浓雾和强浓雾过程的
19、平均持续时间分别为 7.9、6.5 和5.5 h,城区大雾、浓雾和强浓雾过程时长分别是5.9、5.4 以及 5.0 h。2.3雾的强度对比雾过程中出现的最小能见度是雾过程强度的重要指标,直接反映雾过程的影响程度。本文对乌鲁木齐城区和机场近 6 年每次大雾过程的最小能见度进行统计分析,机场近 6 年最小能见度平均值为412.9 m,明显高于城区(360.8 m),其中机场大部分年份(2016、2018、2019 及 2021 年)均超过城区的平均最小能见度,由此可以看出,相较于机场,乌鲁木齐城区雾过程的强度较强,这与上文中浓雾和强浓雾级别主要发生在城区为主的结论较为一致。3影响雾的地面气象要素研
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