1. 引言
雾是指大量微小水滴浮游空中水平能见度小于1.0 km的天气现象。大雾(或浓雾)是比较常见的灾害性天气之一[1]。在民航气象中，雾被定义为近地面空气中水汽凝结或者凝华而使得主导能见度降低到小于1000 m的现象，在雾中有时能分辨天顶状况，有时不能分辨天顶状况，从而导致主导能见度降低或跑道视程低于起降标准。主导能见度与飞行的关系十分密切，因此雾是航空气象定义的复杂气象条件之一，是直接影响飞行任务可否正常执行、机场是否开放的一个重要气象因素[2]，严重时可能造成航空器冲出跑道或撞击地面设施，危及航空安全。因此在民航气象中，精准预警和监测大雾天气的起止时间及其影响程度对保障机场航行安全和提升航班正常率有着重要意义。近年来，全国各地机场气象部门对雾做了大量研究分析，并取得一定成果。李秀连等[3]认为辐射雾主要发生在晴朗、微风、近地面、水汽比较充沛的夜间或早晨。喻晗等[4]指出锋面附近冷暖平流的交汇有利于锋面雾的发生。马翠平等[5]对一次大雾边界层结构特征进行分析，认为西南暖湿气流和近地面层逆温的长时间维持，是平流大雾持续的主要原因。李子华等[6]发现日出后贴地层的增温、逆温分层结构以及湍流混合引起的动量、热量及水汽垂直输送是触发雾爆发性发展的动力、热力和水汽条件。曹伟华等[7]研究逆温层与雾的关系，认为边界逆温层是低能见度过程形成的必要条件，但并不最终决定其强度。周斌斌[8]通过数值模拟的方法，得出辐射雾的发展是在湍流场和辐射场的相互作用下引起的，且湍流作用是决定辐射雾形成、发展的重要因子。刘贵萍等[9]使用T639、WAFS数值产品探讨提高精细化预报的可行性。各界气象研究工作者从天气学原理及气候学角度，分析大雾的分布特征及形成机理，探索并验证了多种预报模式的可行性，均为大雾天气的预报和科研奠定了良好基础。
为深入分析贵阳龙洞堡机场辐射浓雾形成和发展的要素特征以及物理机制，本文针对贵阳龙洞堡机场2016年4月3日(过程一)和2023年12月8日(过程二)的两次辐射雾天气过程的要素演变、环流特征、形成原因等进行诊断分析和对比进行分析对比，以为今后相似的天气过程作出精确预报和监测提供参考。
2. 过程简介及资料方法
贵阳龙洞堡国际机场(26˚32'56''N, 106˚48'16''E)位于贵州省中部贵阳市东南部，如图1中黑色点标注，机场标高1138.9米，现使用两条平行跑道，跑道磁偏角为−1˚19'，贵州省地形条件多样复杂，山脉河流纵横，因其充沛的水气以及山脉的阻挡作用，该地区的低能见度天气多发。针对贵阳龙洞堡机场2016年4月3日(过程一)和2023年12月8日(过程二)的两次辐射雾天气过程，本文选取的数据时间段(均为世界时UTC，下同)为2016年4月3日00:00~4日12:00 (过程一)和2023年12月8日00:00~9日12:00 (过程二)，两次过程大雾开始时间相近，分别为13:32和13:39，仅差7分钟，结束时间分别为21:42和22:22，期间主导能见度最低分别为150米、200米，跑道视程(RVR)最低为225米、350米，便于比较，规定初始时刻均为第1日00:00。
利用贵阳机场常规地面观测资料、探空资料、自动观测站数据以及ECMWF ERA5再分析资料，通过天气学分析及物理量诊断的方法，从地面要素、环流背景、物理量条件等方面入手，对两次天气过程进行对比分析和讨论。
Figure 1. Electronic elevation map of Guizhou Province
图1. 贵州省电子高程图
3. 地面实况要素对比
通过对两次天气过程的实况气象监测数据对比，可更直观地发现两次大雾天气过程的相似与差异之处。
3.1. 主导能见度、跑道视程(RVR)
Figure 2. Comparison of two dominant visibility changes
图2. 两次主导能见度变化对比
如图2所示，两次过程的主导能见度均呈现“U”型变化趋势，过程1主导能见度在06:00后开始显著下降，12:59下降至1000米以下，至第二日21:45抬升达到1000米，并呈现上升转好趋势，期间13:34~19:35主导能见度低于500米以下，最低达到150米，最低值持续时长为5小时，于21:42主导能见度抬升至800米，后续稳定好转并于第2日02:00达到10,000米以上。过程2主导能见度在08:00后开始下降，在13:39主导能见度低于1000米以下，至第二日22:22抬升达到1200米，并持续转好，期间14:45~21:30主导能见度低于500米以下，最低达到200米且持续5小时，21:52上升至800米，后续持续好转，04:00抬升至10,000米以上。过程2的主导能见度在浓雾形成前优于过程1，且能见度下降较过程1晚，最低值也较过程1略高，两个过程能见度均从22:00后开始稳定抬升，后续过程1抬升速度优于过程2。两者均具有下降和抬升迅速，低值持续稳定的特征。
Figure 3. Comparison of visual range (RVR) changes between the two runways
图3. 两次跑道视程(RVR)变化对比
如图3所示，两次过程跑道视程(RVR)均呈“V”字型变化特征，过程1中跑道视程(RVR)于14:00之后从1300米迅速降低至300米，在16时降至最低225米，19:00后开始显著上升，跑道视程(RVR)低于1500米时间持续5小时。过程2中跑道视程(RVR)较过程1下降早，低值持续时间长，且抬升时间晚。跑道视程(RVR)于15:00降至最低350米，在22:00后开始明显抬升，期间跑道视程(RVR)低于1500米时间持续达9小时。
3.2. 风向风速
Figure 4. Comparison of wind direction and speed changes between the two times (left is comparison of wind direction, right is comparison of wind speed)
图4. 两次风向风速变化对比(左为风向对比，右为风速对比)
由于受地形影响，贵阳机场常年以南北风为主导风向，如图4所示，过程1中，风向变化于01:30后开始较大波动，并持续风向不定，第二日02:00以后风向逐渐维持偏北风。风速变化总体先增大后减小，再增大，于第一日04:00达到峰值7 m/s，后续风速减小并维持较小风速值，第一日07:00~22:00期间风速低于2 m/s，较小的风速和不稳定风向有利于近地面水汽滞留，使得雾层混合，在第二日00:00后风速逐渐增大，破坏雾层结构，利于雾的消散。过程2中风向变化在10:00前维持偏北风，10:00后风向变化波动较大，风向不定，第二日05:00后逐渐维持偏北风。风速变化在第一日05:00后风速明显减小，第一日09:00~04:00风速值在2 m/s以下，利于雾的形成，在第二日04:00后风速迅速增大至3 m/s以上，雾层被破坏并开始消散。综上所述可知，在雾出现期间，两次过程中的风向均变化较大，以风向不定为主，具有不稳定性，过程2的风向不稳定出现时间晚于过程1。两次过程风速变化均在雾出现前明显减弱，期间维持微风状态，风速在0~2 m/s范围内浮动，利于地面水汽达到饱和，两次过程均在风速明显增大后雾消散。
3.3. 温度露点
Figure 5. Comparison of temperature and dew point in two processes
图5. 两次过程温度、露点对比
如图5所示，过程1在第1日00:00温度露点分别为17.6℃和17.3℃，仅相差0.3℃，后续温度露点差先增后减，在第1日03:00温度露点差最大相差5.6℃，温度为22.3℃，之后温度开始降低，降幅达到1.2℃/h，后续温度持续波动维持在17℃附近，第1日06:00~12:00后温度露点差最大仅为1.3℃，在第一日13:00温度露点差为0.0℃并持续至第2日01:00，大雾过程结束后温度明显有较快上升趋势，升幅最大达2.4℃/h，第2日02:00温度露点差为2.5℃，后续温度露点差持续增大至第2日07:00。过程2中第1日06:00~15:00温度降低幅度为0.6℃，在第一日11:00后温度露点差小于1.0℃，第1日15:00~2日01:00温度露点差为0.0℃，第2日21:00后温度、露点均开始升高，温度露点差在第2日02:00为0.2℃，后续持续增大。两次过程中，在雾开始前，过程2的温度露点差减小幅度大于过程1，温度、露点均在雾结束后开始抬升，第1日12:00后两次过程的露点均随温度先减低后维持，再随温度迅速抬升且波动幅度近似，大雾维持期间两次过程的温度露点差均维持在0.5℃以下。
3.4. 湿度
湿度是衡量水汽条件的指标，如图6所示，雾发生前过程1的湿度总体高于过程2，过程1湿度在第1日11:00~2日01:00维持95%以上，过程2湿度在第1日11:00~2日02:00维持95%以上，并均在第2日02:00后迅速降低，过程1水汽达到饱和的持续时长与过程2近似。
Figure 6. Comparison of humidity between two processes
图6. 两次过程湿度对比
3.5. 云量
Figure 7. Comparison of cloud cover changes between the two processes
图7. 两次过程云量变化对比
国际民航组织把天空中的云量平均分为八个等分。如图7所示，过程1云量在第1日11:00由满云转为6/8个量云，在第2日17:00~18:00天空转为晴空。过程2云量在第1日10:00由满云转为7/8个量云，并在第1日13:00后云量迅速减小，在第1日15:00~2日21:00天空转为晴空。过程1转多云时间比过程2早，过程2转晴空的时间比过程1早，晴空维持时间也比过程1长，雾结束后过程1转为多云，过程2转为满云。
Figure 8. Comparison of cloud cover between two processes (Left is process 1, right is process 2)
图8. 两次过程天空云量对比(左为过程1，右为过程2)
天空少云或无云时，能提供较好的辐射降温条件，使温度露点差快速减小，水汽达到饱和状态，利于雾的形成。如图8所示，两次过程中贵州省地区云量过程1明显高于过程2，贵州贵阳地区过程1的云量少于20%，过程2的云量则低于10%，且少云至无云的范围更广，整体的辐射降温效果更强。
4. 风场及相对湿度条件对比
大尺度天气环流背景的特征对雾的生消有决定性作用。
Figure 9. Comparison of the 500 hPa circulation patterns and relative humidity at 12:00 during the two processes (Left is process 1, right is process 2)
图9. 两次过程12时500 hPa环流形势和相对湿度对比(左为过程1，右为过程2)
如图9所示，在500 hPa天气形势图上，过程1中，我国渤海湾至黄河中下游地区受低压槽控制，四川盆地西侧至云南北部受高压脊控制，贵州贵阳地区位于槽后脊前，受西北气流控制。过程2中，我国东北至渤海湾东部受低压槽控制，中纬度地区从青海中部穿四川盆地西部至横断山脉东侧受高压脊控制，贵州贵阳位于高压脊前受偏西北气流控制。两次过程中贵阳地区500 hPa的相对湿度均在80%以下。
如图10所示，在700 hPa天气形势图上，过程1中四川省东南部至贵州省西北部地区受高压反气旋控制，贵州大部地区处于高压前部，贵州贵阳位于高压中心前部，受偏北气流和冷平流控制。过程2中，四川盆地至重庆西部地区受低压中心控制，切变线呈东北至西南向控制四川东南部地区，贵州省西部有弱脊控制，贵州贵阳地区位于弱脊前部，受偏西北气流控制。两次过程贵阳地区的相对湿度在80%以下，过程2中贵阳地区北侧相对湿度达90%以上。
Figure 10. Comparison of the 700 hPa circulation patterns and relative humidity at 12:00 during the two processes (Left is process 1, right is process 2)
图10. 两次过程12时700 hPa环流形势和相对湿度对比(左为过程1，右为过程2)
Figure 11. Comparison of the 850 hPa circulation patterns and relative humidity at 12:00 during the two processes (Left is process 1, right is process 2)
图11. 两次过程12时850 hPa环流形势和相对湿度对比(左为过程1，右为过程2)
如图11所示，在850 hPa天气形势图上，过程1中贵州地区受高压中心控制，脊线从重庆西部南伸经贵州北部至贵州中部地区，贵阳位于高压中心底部，受偏东气流控制，气层运动在垂直方向上是辐散下沉的，有利于天空状况的打开，为大雾提供较好的辐射降温条件。过程2中重庆西部有弱低压中心控制，贵阳地区受偏西南气流控制，贵州省北部至中部地区相对湿度大于85%，过程2的850 hPa水汽输送条件优于过程1。
如图12所示，过程1中贵阳地面为偏东风，过程2中贵阳地面为偏南风，两次过程贵阳地区风速均为2 m/s，且贵州省地区总体风速均较弱，微弱的风速有利的风场条件使水汽在近地面滞留，为雾的形成和维持提供有利条件。
Figure 12. Comparison of the 10-meter wind field in Guizhou Province at 12:00 during the two processes (Left is process 1, right is process 2)
图12. 两次过程12时贵州省10米风场对比(左为过程1，右为过程2)
5. 水汽条件对比
Figure 13. Comparison of 2-meter relative humidity at 12:00 during the two processes at 850 hPa (Left is process 1, right is process 2)
图13. 850 hPa两次过程12时2米相对湿度对比(左为过程1，右为过程2)
雾的形成与云形成的过程一样，需要水汽达到饱和凝结状态，因此充足的水汽含量也是辐射雾产生的重要条件之一，如图13所示，过程1中贵阳地区相对湿度达80%，过程2中贵阳地区相对湿度达到90%，贵阳东南部地区相对湿度甚至达95%以上，且贵州省地区大部水汽相对湿度均在80%以上，过程2水汽条件优于过程1，相对较充足的水汽条件是使过程2的大雾形成及维持时间长于过程1的原因之一。
6. 层结条件对比
逆温层也是产生辐射雾的重要条件之一，通过对两次过程贵阳探空曲线图来讨论两次大雾发生过程中的层结特征差异。如图14所示，两次过程中，过程1在800 hPa以下存在逆温层，过程2在850 hPa至700 hPa层存在明显逆温层，且逆温层厚度较大，使大气处于稳定状态，逆温层的存在抑制水汽向上扩散，使水汽在近地面得以聚集，两次过程的逆温结构均有利于大雾的形成维持。两次过程高空风均随高度顺转，近地面为较弱的偏南风，有弱的暖平流输送，使高空的温度升高，水汽湿度下降，从而形成上干下湿的水汽空间层结分布，有利于雾的形成。两次过程中，过程2的逆温层强度强于过程1，过程2的温度露点差也总体小于过程1，水汽条件更充沛，过程2中的抬升凝结高度在1 km以下，低层的水汽也更加容易达到饱和状态。
Figure 14. Comparison of the sounding curves at 12:00 during the two processes in Guiyang (Left is process 1, right is process 2)
图14. 两次过程12时贵阳探空曲线对比(左为过程1，右为过程2)
7. 总结
本文对贵阳龙洞堡机场2016年4月3日(过程一)和2023年12月8日(过程二)的两次辐射雾天气过程进行对比研究分析，通过对地面气象要素变化、环流形势、物理条件等方面进行深入对比研究，探讨两次大雾成因的相似及差异，对比结果表明：
(1) 两次大雾天气过程的出现和结束时间相近，两次过程的能见度、跑道视程均呈现“U”、“V”型变化趋势，在稳定的大气条件下，能见度下降越快，且能见度越低，辐射雾的持续时间越长，雾散的时间越晚。
(2) 两次大雾过程风向变化均在雾发生前后维持弱的偏北风，在雾持续期间保持风向不定，风速均降低至2 m/s以下，微风利于近地水汽的滞留，风速增大后雾层结构被破坏，雾消散。
(3) 过程1和过程2的发生时湿度均达到95%以上，地表辐射降温越强，温度下降率越高，起雾前过程2的降温幅度大于过程1，地表辐射降温有利于水汽饱和和逆温层的形成。
(4) 两次大雾发生的环流背景均表现为贵阳机场受弱高压脊控制，气层运动垂直方向辐散下沉，有利于大气层结的稳定。
过程2的逆温层比过程1更厚，两次过程均有暖平流输送使得大气层结形成上干下湿结构，逆温层在地表升温、风速增大后遭到破坏，从而雾消失，能见度快速抬高。