南京冬季霧宏微觀物理結(jié)構(gòu)的觀測(cè)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(xué))、南京城區(qū)開展了四期長江三角洲地區(qū)冬季霧外場(chǎng)綜合觀測(cè)試驗(yàn),內(nèi)容包括霧的邊界層結(jié)構(gòu)、霧滴譜微觀結(jié)構(gòu)特征、霧水化學(xué)特征、大氣氣溶膠粒子譜及化學(xué)成分、輻射和熱平衡各分量及湍流結(jié)構(gòu),還有水汽通量、熱通量以及氣象和環(huán)境監(jiān)測(cè)常規(guī)項(xiàng)目。
　　 本文首先對(duì)外場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)、觀測(cè)所使用的儀器以及獲取資料的處理方法進(jìn)行了介紹。進(jìn)而通過外場(chǎng)觀測(cè)資料的篩選和分析。根據(jù)不同的形

2、成因?yàn)閷㈧F過程進(jìn)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(jié)構(gòu)、溫度結(jié)構(gòu)和風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)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(shí)間大都在9-18小時(shí)。平流輻射霧和平流霧的維持時(shí)間都比較長；能見度低于50m的強(qiáng)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(shí)內(nèi),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(jié)構(gòu)維持時(shí)間較短；輻射霧和平流輻射霧形成前的風(fēng)速都比較小,最大風(fēng)速都不超過0.6m／s,且風(fēng)向大都是西北風(fēng)或者東南風(fēng)；在強(qiáng)濃霧形成前地面的風(fēng)向也出現(xiàn)了非常大的變化,尤其是維持時(shí)間超過2小時(shí)的強(qiáng)濃霧；平流霧在形成時(shí)的風(fēng)向多為偏南風(fēng)或者偏東風(fēng)且沒有出現(xiàn)強(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)間(約30分鐘)內(nèi),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?qiáng)濃霧。進(jìn)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(cè)資料及霧的外場(chǎng)觀測(cè)資料,通過對(duì)南京地區(qū)雨霧的形成及其結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn):南京地區(qū)秋末至春初出現(xiàn)雨霧時(shí),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(shì)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(qiáng)天氣過程中,一天當(dāng)中任何時(shí)段均可出現(xiàn)；當(dāng)雨勢(shì)增強(qiáng)或地面風(fēng)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(jié),較強(qiáng)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(gè)重要的條件。
　　 對(duì)一次典型的輻射霧過程的熱力和動(dòng)力結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)。這次霧過程先是地表強(qiáng)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(shí)土壤蒸發(fā)水汽而使空氣相對(duì)濕度加大,霧即形成。霧過程具有爆發(fā)性增強(qiáng)特征,這與日出后地面蒸發(fā)增強(qiáng)以及弱冷空氣侵入有關(guān)。強(qiáng)濃霧階段霧層具有雙層霧結(jié)構(gòu),地面霧和上層霧霧頂部分都具有強(qiáng)逆溫和逆濕結(jié)構(gòu),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(duì)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?xùn)|北冷平流和上層?xùn)|南風(fēng)暖濕平流的共同作用下形成并長時(shí)間維持。冷暖平流共同作用形成的雙層逆溫結(jié)構(gòu)及源源不斷的水汽輸送是濃霧長時(shí)間維持的主要條件。雙層逆溫結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(jìn)作用,有利于下層逆溫層附近的熱量、動(dòng)量和水汽交換,從