一次強(qiáng)濃霧天氣引發(fā)的思考

一次強(qiáng)濃霧天氣引發(fā)的思考

隨著城市的發(fā)展，頻繁的霧日變得越來越重要。大霧、濃霧造成低能見度嚴(yán)重影響水陸空交通運(yùn)輸;不利于供電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn),導(dǎo)致污閃事故發(fā)生;大霧造成的嚴(yán)重污染危害人體健康;另外,持續(xù)性的大霧天氣使日照條件差,直接影響蔬菜等農(nóng)作物的生長(zhǎng),影響產(chǎn)量。濃霧所造成的低能見度主要是由霧的微物理過程造成的,霧滴的數(shù)密度、含水量及譜分布特征是大霧過程中能見度變化的直接因子,分析大霧過程的微物理特征,并探討邊界層及其他氣象要素的變化對(duì)霧微物理演變的影響,有助于我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)霧過程的發(fā)生、發(fā)展。筆者選擇2007年12月19～20日過程進(jìn)行分析,詳細(xì)分析了霧過程中微物理參量的演變特征,研究南京濃霧的生成、強(qiáng)濃霧的觸發(fā)和維持機(jī)理。1地面氣溫及微物理結(jié)構(gòu)參量從這次霧的形成來看,屬于輻射霧。圖1反映了2007年12月19～20日霧過程中地面氣溫及微物理結(jié)構(gòu)參量隨時(shí)間變化情況。根據(jù)能見度及霧的微物理特征將此霧過程劃分為4個(gè)階段。1.1近地層水分運(yùn)移關(guān)系傍晚時(shí)分,隨著太陽(yáng)輻射的減弱,地面氣溫開始下降。能見度下降到1000m以下,霧開始形成。隨著氣溫的不斷下降,近地層能見度也不斷下降,18:30能見度下降到500m左右,后維持在250m以上。這一階段,霧滴數(shù)密度和含水量緩慢上升,起伏較小,算術(shù)平均直徑維持在3.0μm左右。1.2濃霧含水層分布40min內(nèi)氣溫從4.5℃迅速下降到3.6℃,能見度從260m驟降到15m,濃霧(能見度小于500m、大于50m)轉(zhuǎn)變成強(qiáng)濃霧(能見度小于50m)。這一過程中,霧滴數(shù)密度從7個(gè)/cm3驟增到137個(gè)/cm3,增大了3個(gè)量級(jí);霧滴平均直徑從3.0μm增大到4.7μm,而含水量從0.14mg/m3增大到12.00mg/m3,增大了2個(gè)量級(jí)。這是霧爆發(fā)性發(fā)展的階段。1.3月前后氣溫、時(shí)間變化這一階段水平能見度始終維持在100m以下,日出(07:05)前氣溫變化較小,維持在3.0℃左右,日出后氣溫開始回升,微物理參量都維持在較高的水平。正午過后霧開始消散。1.4分散階段20日12:3016:00隨著太陽(yáng)輻射的進(jìn)一步增強(qiáng),氣溫明顯上升,地面霧體消散。2強(qiáng)濃霧特征及物理參量劉端陽(yáng)等揭示了南京霧具有數(shù)密度大,含水量高,霧滴尺度小,強(qiáng)濃霧持續(xù)時(shí)間久的特征。表1列出了這次霧過程所觀測(cè)到的能見度、霧微物理參量的平均值及變化范圍。從表1可以看到:2.1質(zhì)量表現(xiàn)能見度在250m以上,霧滴數(shù)密度和含水量都比較低,數(shù)密度在10個(gè)/cm3左右,含水量不超過0.20mg/m3,霧滴尺度較小,維持在3.0μm左右,譜寬(最大直徑)不超過10.0μm。2.2濃霧轉(zhuǎn)變期u在40min內(nèi),能見度從最大250m左右,驟降到15m,濃霧轉(zhuǎn)變成強(qiáng)濃霧,霧滴數(shù)密度從前一個(gè)階段增大了2個(gè)量級(jí),平均達(dá)107個(gè)/cm3,含水量迅速增加,霧滴尺度變大,譜寬拓寬到26.0μm。2.3強(qiáng)濃霧過程的穩(wěn)定性平均能見度僅25m,并始終維持在100m以下,這種強(qiáng)濃霧過程維持了13h之久。這一階段霧滴數(shù)密度達(dá)到了霧過程的最大,最高近800個(gè)/cm3,含水量最大值達(dá)到了400.00mg/m3,尺度變寬,最大直徑50.0μm。2.4成因階段的條件由于太陽(yáng)輻射的加強(qiáng),近地層氣溫上升,能見距離迅速上升,霧滴數(shù)密度和含水量急劇下降到形成階段的水平。由于大滴沉降及霧滴蒸發(fā),使得霧消散及譜霧滴譜譜寬變窄,大滴消失,霧體消散。3微物理特征霧在發(fā)生發(fā)展過程中,霧滴譜是在不斷變化的,霧滴譜分布又是反映霧的微物理特征的重要參數(shù)之一。圖2給出了2007年12月19～20日在南京信息工程大學(xué)觀測(cè)到的不同發(fā)展階段的霧滴譜圖(質(zhì)量譜分布和數(shù)量譜分布),從圖2可看出,各階段的霧滴譜分布差異較大。3.1形成階段3.2半混懸液的冷沖壓譜分布曲線向大滴段拓展,譜線上抬,霧滴譜寬增大到26.0μm,這一階段霧滴的核化、凝結(jié)、碰并過程進(jìn)行較快,霧滴在短時(shí)間內(nèi)迅速拓展。霧滴質(zhì)量譜曲線在5和11μm處分別出現(xiàn)了2個(gè)峰值,并且5.0μm處值大于11.0μm處,數(shù)量譜曲線峰值在小滴段最左端。3.3數(shù)量譜分布曲線霧滴譜曲線進(jìn)一步拓展,譜線進(jìn)一步上抬,譜寬拓展到50.0μm。霧滴質(zhì)量譜曲線出現(xiàn)了3峰結(jié)構(gòu),5.0和11.0μm處峰值變大,且11.0μm處的數(shù)值高于5.0μm處,在24.0μm處出現(xiàn)第3個(gè)峰值,且高于前2個(gè)值。而對(duì)應(yīng)的數(shù)量譜分布曲線在這3個(gè)位置都未出現(xiàn)峰值。從霧滴譜序列圖(圖略)表現(xiàn)出霧滴譜起伏變化,霧滴數(shù)密度、譜寬、峰值直徑等也在不停的起伏變化,說明在這一階段,核化、凝結(jié)、碰并、蒸發(fā)以及沉降等微物理過程十分活躍,湍流垂直交換作用也比較大。3.4分散步驟地面霧以蒸發(fā)為主,各檔霧滴數(shù)量明顯減少,質(zhì)量明顯降低,霧滴譜寬變窄,譜線下降。4濃霧譜分布特征(1)隨著氣溫的不斷下降,霧在傍晚開始形成,能見度維持在250m以上,霧滴數(shù)密度和含水量都比較低,霧滴尺度較小。(2)霧具有爆發(fā)性發(fā)展特征,在40min內(nèi),能見度從260m驟降到15m,濃霧轉(zhuǎn)變成強(qiáng)濃霧,霧滴數(shù)密度從7個(gè)/cm3驟增到137個(gè)/cm3,增大了3個(gè)量級(jí);霧滴平均直徑從3.0μm增大到4.7μm,而含水量從0.14mg/m3增大到12.00mg/m3,增大了2個(gè)量級(jí)。這是霧爆發(fā)性發(fā)展的階段。譜分布曲線向大滴段拓展,譜線上抬,霧滴譜寬增大到26.0μm。霧滴質(zhì)量譜曲線在5.0和11.0μm處分別出現(xiàn)了2個(gè)峰值。(3)成熟階段,平均能見度僅25m,并始終維持在100m以下,強(qiáng)濃霧過程維持了13h之久,能見度始