南京冬季霧宏微觀物理結構的觀測研究.pdf

1、本研究于2006、2007、2008、2009年冬季在南京北郊(南京信息工程大學)、南京城區(qū)開展了四期長江三角洲地區(qū)冬季霧外場綜合觀測試驗,內容包括霧的邊界層結構、霧滴譜微觀結構特征、霧水化學特征、大氣氣溶膠粒子譜及化學成分、輻射和熱平衡各分量及湍流結構,還有水汽通量、熱通量以及氣象和環(huán)境監(jiān)測常規(guī)項目。
　　 本文首先對外場觀測試驗、觀測所使用的儀器以及獲取資料的處理方法進行了介紹。進而通過外場觀測資料的篩選和分析。根據(jù)不同的形

2、成因為將霧過程進行了分類,將霧分為四種類型:輻射霧、平流輻射霧、平流霧和雨霧。分析了南京冬季不同類型霧宏觀物理特征,探討了霧的類型,霧的生消過程以及霧層結構、溫度結構和風場結構特征。分析發(fā)現(xiàn)輻射霧具有明顯的日變化特征,通常在日落以后或者午夜形成；輻射霧大部分在日出后或者正午前后消散,維持時間大都在9-18小時。平流輻射霧和平流霧的維持時間都比較長；能見度低于50m的強濃霧大部分出現(xiàn)在凌晨,在日出前或者日出后的1-2小時內,且都出現(xiàn)在在輻

3、射霧及平流輻射霧中。平流霧和平流輻射霧厚度最大。輻射霧的逆溫結構維持時間較短；輻射霧和平流輻射霧形成前的風速都比較小,最大風速都不超過0.6m／s,且風向大都是西北風或者東南風；在強濃霧形成前地面的風向也出現(xiàn)了非常大的變化,尤其是維持時間超過2小時的強濃霧；平流霧在形成時的風向多為偏南風或者偏東風且沒有出現(xiàn)強濃霧。
　　 討論了不同類型霧的微物理特征和譜分布特征及其之間的差異,發(fā)現(xiàn)輻射霧、雨霧、平流霧以及平流輻射霧的微物理參量有

4、很大的差異；平流輻射霧的數(shù)密度、液態(tài)含水量以及平均直徑都是最大。輻射霧有寬譜輻射霧和窄譜輻射霧兩種譜分布特征；寬譜輻射霧不論在小滴段還是大滴段其霧滴數(shù)都遠遠高于窄譜輻射霧,譜線幾乎都在窄譜輻射霧之上。霧滴譜拓寬都有爆發(fā)性發(fā)展特征,即在很短時間(約30分鐘)內,數(shù)密度明顯增大,霧滴譜明顯拓寬,含水量明顯增大,濃霧突變?yōu)閺姖忪F。進而分析了霧滴譜拓寬的宏觀條件和微物理過程。霧滴譜爆發(fā)性拓寬都是在降溫(即過飽和度加大)條件下出現(xiàn)的；霧滴譜的“拓

5、寬”具有階梯式的特征或連續(xù)拓寬的特征。
　　 利用常規(guī)氣象觀測資料及霧的外場觀測資料,通過對南京地區(qū)雨霧的形成及其結構分析發(fā)現(xiàn):南京地區(qū)秋末至春初出現(xiàn)雨霧時,高空500hpa處于槽前西南氣流控制下,850hpa常伴有弱的切變,地面形勢主要有鋒面型、冷高壓底部型和低壓倒槽型3種情況。雨霧出現(xiàn)在非強天氣過程中,一天當中任何時段均可出現(xiàn)；當雨勢增強或地面風速加大,干冷空氣不斷侵入,都可能造成雨霧消散。穩(wěn)定的邊界層層結,較強的逆溫層存在

6、,且邊界層上層氣溫高于近地層,是形成雨霧的一個重要的條件。
　　 對一次典型的輻射霧過程的熱力和動力結構分析發(fā)現(xiàn)。這次霧過程先是地表強輻射冷卻,而后貼地空氣向冷的地面輻射而使氣溫下降,與此同時土壤蒸發(fā)水汽而使空氣相對濕度加大,霧即形成。霧過程具有爆發(fā)性增強特征,這與日出后地面蒸發(fā)增強以及弱冷空氣侵入有關。強濃霧階段霧層具有雙層霧結構,地面霧和上層霧霧頂部分都具有強逆溫和逆濕結構,上下兩層霧之間的急流區(qū)阻礙了上下霧層相接。

7、　　 通過對一次冷暖雙平流影響下的平流霧的分析發(fā)現(xiàn),這次霧過程在貼地層東北冷平流和上層東南風暖濕平流的共同作用下形成并長時間維持。冷暖平流共同作用形成的雙層逆溫結構及源源不斷的水汽輸送是濃霧長時間維持的主要條件。雙層逆溫結構為深厚濃霧的維持創(chuàng)造了良好的熱力條件,水汽輸送不僅有利于霧層厚度和強度的維持,也使得霧體濃度均勻,持續(xù)不消。下層逆溫層附近的低空急流在深厚霧層維持過程中起到了促進作用,有利于下層逆溫層附近的熱量、動量和水汽交換,從