1. 引言
大雾是一种比较常见的灾害性天气，对交通行业安全有较大影响。由大雾造成的大范围低能见度天气会导致航班取消，造成大量旅客滞留，严重影响航班的飞行安全及正常效率。 因此，对于大雾天气的预报一直是冬季航空气象服务保障的重点和难点问题。我国雾的研究具有明显的地域特点，主要针对北方和西南地区的辐射雾、沿海的海雾展开[1]-[5]。而位于西南地区的重庆因其独特的地形地貌，长年多雾，有“雾都”之称。前人已对当地大雾天气做了一些基础研究工作[6] [7]。
根据大雾天气的生成原因，可分为辐射雾、平流雾、雨雾、蒸发雾等，它们都有各自的活动规律[8]。其中雨雾天气是雨滴下落到云层以下的干空气中后，水滴蒸发为水汽，水汽冷却到露点温度后发生凝结而形成的雾。通常认为，雨雾指雨和雾共存的大雾称为雨雾，此时地面能见度小于1 km。雨雾出现时的天气背景大概有以下两种，一是短时强降水，二是持续的弱降水[9]。对流性强降水，短时间内雨强达到高值，使能见度急速降低。持续性弱降水容易造成较大范围、长时间的低能见度天气，其出现的概率、持续时间、影响范围明显高于对流性强降雨。据刘德[10]等研究表明，重庆的雨雾多发生在亚洲地区经向环流相对较弱的背景下，多伴随连续小雨或小毛毛雨的天气。因此，对流性强降水和雨雾天气在重庆同时出现的情况较为罕见。
2019年4月19日，重庆江北机场在19日12:47~20日06:26 (北京时)期间出现了间歇性强对流天气过程，同时在19日16:30~17:25出现了近1个小时的雨雾天气过程，此次强对流天气过程持续时间较长，期间过程总降水量达到36.7 mm，共计造成25架次的返改航备降。由于此个例较为罕见，为深入分析此次强对流背景下雨雾天气产生的成因，本文选取了另外3例(北京时间2018年4月5日凌晨00~10时、2018年4月13日凌晨01~07时以及2019年4月28日凌晨)相似环流背景下但没有伴随雨雾天气的强对流天气过程进行对比分析，以加强对江北机场强对流天气背景下雨雾成因分析，为后续该类天气预报和气象服务提供更可靠的科学依据。
2. 资料和方法
ERA5是ECMWF (欧洲中期天气预报中心)对1950年1月至今全球气候的第五代大气再分析数据集。本文所用的形势资料和地面风、温压湿资料均来自ERA5再分析资料。其余资料来自重庆江北机场自观采集数据以及本场雷达数据，其中常规地面观测资料和探空资料部分取自国家气象局提供的站点数据(重庆渝北站、重庆沙坪坝站)。为了更准确地了解江北机场4月19日雨雾天气特征，本文重点使用对比分析、中尺度分析以及结合数理统计、趋势分析等方法，分析个例的环流背景及气象要素特征。
3. 过程回顾
3.1. 实况回顾
根据4月19日08时的实况资料来看(图1)，重庆区域地面至500 hPa均为暖气团控制，850 hPa有一低涡维持，700 hPa与500 hPa均为西南气流但相对湿度一般，200 hPa为一致的西北气流控制，风速≥22 m/s。700 hPa与500 hPa温差达18℃，850 hPa与500 hPa温差达28℃。同时，重庆区域的东北面有一锋面正自西北向东南移动，如果此锋面后续有西伸摆动之势，将利于重庆区域地面的暖湿气团强迫抬升。该形势上为强对流天气的发展奠定了基础。
进一步对19日08时的温度对数压力图T-lnp图(图2)进行分析，可得如下特征：(1) 由地面到500 hPa区间内，温度露点差小，500 hPa以上则温度露点差较大，呈现出“上干下湿”的不稳定层结；(2) 垂直方向上，风向随高度顺转，有暖平流输送，气层不稳定；(3) CAPE值134，K指数40.8，沙氏指数−3.25符合重庆4月份发生对流的能量条件；(4) 从地面−900 hPa垂直降温率约为0，有微弱的逆温层存在，这也为下午的大雾奠定了基础。
图3给出19日夜间20时态势图，对比08时实况来看，中低层的辐合切变系统有所东移，地面锋面出现了西伸维持的状态，同时在重庆北部，西安至蒙古地区出现了锢囚锋，从而导致影响重庆的冷锋移动缓慢，在触发了雷雨过程后没有快速东移。这一特殊的环流形势，一方面有利于造成雷雨天气的发生和维持，另一方面促成雨雾天气产生。据韩余[11]等研究表明，重庆雨雾发生时，地面冷高压中心位于我国北方地区，有弱冷空气从重庆东北面渗透，使得重庆地区降水后近地层水汽得到充分混合，从而形成雨雾，这一结论也比较符合图3所示的天气形势。
Figure 1. Synoptic Circulation fields at (a) 200 hPa, (b) 500 hPa, (c) 700 hPa and (d) 850 hPa at 08:00 on April 19 (Isopleths: Geopotential height, Unit: gpm; Yellow lines: Temperature, Unit: ˚C; Shaded areas: Relative humidity, Unit: %; Vectors: Wind field, Unit: m/s; Red dot: Chongqing Jiangbei Airport)
图1. 4月19日08时(a) 200 hPa、(b) 500 hPa、(c) 700 hPa与(d) 850 hPa环流场(等值线：位势高度，单位：gpm；黄线：温度，单位：℃；阴影图：相对湿度，单位：%；矢量：风场，单位m/s；红点：重庆江北机场)
Figure 2. Temperature-logarithmic pressure chart at Shapingba Station, Chongqing at 08:00 on April 19
图2. 4月19日08时重庆沙坪坝站点温度对数压力图
Figure 3. Synoptic Circulation fields at (a) 200 hPa, (b) 500 hPa, (c) 700 hPa and (d) 850 hPa at 20:00 on April 19 (Isopleths: Geopotential height, Unit: gpm; Yellow lines: Temperature, Unit: ˚C; Shaded areas: Relative humidity, Unit: %; Vectors: Wind field, Unit: m/s; Red dot: Chongqing Jiangbei Airport)
图3. 4月19日20时(a) 200 hPa、(b) 500 hPa、(c) 700 hPa与(d) 850 hPa环流场(等值线：位势高度，单位：gpm；黄线：温度，单位：℃；阴影图：相对湿度，单位：%；矢量：风场，单位m/s；红点：重庆江北机场)
3.2. 探空资料分析
如图4所示，在13时前后江北机场已被雷达回波覆盖并产生雷雨天气。随着时间推移，雷达回波自西南向东北呈现缓慢移动之势并且主要以原地生消为主。16时后，覆盖本场的雷达回波顶高及反射率因子均有所减弱，主要以25~30分贝回波强度为主，减弱时段与本场起雾时段比较吻合。从雷达回波的移动和减弱来看，强对流条件下的雨雾多发生在回波移动缓慢，回波强度有所减弱的时段。
根据图5风廓线雷达资料来看，19日午后13~16时本场风随高度顺转，有较强暖平流，而在16~17时，高空风开始变为随高度逆转，有冷平流。同时在17时，600 hPa高度有小尺度低涡过境(图5中红圈所示)。结合前期形势场分析来看，当锋面开始控制本场时，先有暖气团爬升，并在达到一定高度后形成下冷上暖的层结状态，这是此次雨雾天气的特点之一。
Figure 4. Maximum radar reflectivity charts from 13:00 to 18:00 on April 19, 2023 (Panels (a)~(f) correspond to radar images at 13:00, 14:01, 15:03, 16:00, 17:02, and 18:03, respectively)
图4. 2023年4月19日下午13~18时雷达最强反射率图(图中(a)~(f)分别为13:00、14:01、15:03、16:00、17:02、18:03的雷达图)
Figure 5. Time-series wind profiler data from 13:00 to 16:00 on April 19, 2023
图5. 2023年4月19日13~16时风廓线时序图
4. 对比分析
4.1. 环流形势对比
为进一步深入分析此次强对流背景下雨雾天气产生的成因，本节选取了另外3个对比个例(北京时间2018年4月5日凌晨00~10时、2018年4月13日凌晨01~07时、2019年4月28日凌晨)相似环流背景下但没有伴随雨雾天气的强对流天气过程进行对比分析。由于对比个例的雷雨天气过程均发生在当日凌晨，所以选用20时资料来进行对比分析。在分析中发现，3个对比个例均有相似的环流背景，根据实况资料绘制的中尺度分析如图6所示。从该图可以看出这3次天气过程的环流背景总体呈两高一低型，新疆地区、华东–东北地区为明显冷高压，云贵川渝均为较强热低压，中高空有阶梯槽特征，冷锋过境较快。
Figure 6. Composite mesoscale analysis chart of real-time data at 20:00 for three comparative cases (Average positions of each case)
图6. 三个对比个例20时实况资料的中尺度分析综合图(各系统平均位置)
图6中一些物理量指标范围为：
冷空气相对强度：G1为1037至1050 hPa、G2为1022.5至1027.5 hPa，D为990至1002.5 hPa；
气压梯度：G1-D为35至50 hPa，G2-D为25~32.5 hPa；
西南气流强度：700 hPa ≥ 10 m/s，850 hPa ≥ 8 m/s；
温度差(层结不稳定)：D700 ≥ 18℃，D850 ≥ 28℃。
如果就单纯分析强对流的天气形势来看，这三次对比个例的天气过程与2019年4月19日有较多相似之处，但最大的区别还在于锋面的移动和分布情况。三个对比个例的锋面移动较为迅速，没有出现西伸维持的情况，而且雷暴持续时间相对较短，期间也没有低能见度天气出现。由此可见，抓住锋面的移动和维持趋势对判断雷暴天气期间是否会伴随雨雾天气有着较为重要的作用。
4.2. 气象要素对比
在经过对上述案例的形势分析后，下面将各案例在本场天气发生前后的自动观测系统的整点逐小时10 min平均风速、本站气压、相对湿度等要素进行进一步的分析。如图7(a)所示，2019年4月19日天气过程整体的风速脉动较小，甚至在雷雨发生期间(12~19时)风速也保持在2~3 m/s之间波动，而其余三次天气过程则整体风速脉动大且雷雨时段(00~08时)的风速也明显大于该过程。因此，较小的风速条件对雨雾的形成有着较为有利的作用。如图7(b)所示，2019年4月19日天气过程过程发生的本站气压在雷雨发生前后波动小，雷雨发生后仅有2 hPa以下的降压；而其余3次过程则变化规律相似，雷雨发生时气压降低，随着天气过程的结束气压迅速升高，升高幅度可达10 hPa以上，波动较大。同时，2019年4月19日的过程整体气压值都较其余3次过程偏低，近地层相对静稳。
Figure 7. Diurnal variations of 10-minute average (a) Wind speed and (b) Air pressure during the weather process on April 19, 2019, and three comparative cases
图7. 2019年4月19日天气过程与三次对比个例的10分钟(a) 风速日变化和(b) 气压日变化
如图8所示，4次过程均有相似的特点，随着雷雨的开始，相对湿度均显著升高且最大湿度均能达到90%以上(详见图8中红框所示)。但从最大湿度的持续时间及绝对值来看，2019年4月19日天气过程最大湿度达到了97%且持续时间有7个小时以上，有利于雨雾的形成。
Figure 8. Diurnal variations of relative humidity during the weather process on April 19, 2019, and three comparative cases (The red-boxed values in the figure represent the relative humidity (RH) values during the thunderstorm period of this process)
图8. 2019年4月19日天气过程与三次对比个例相对湿度日变化(图中红框为该过程雷雨时段RH值)
如图9所示，随着午后12时雷雨过程的开始，个例1的相对湿度显著升高，而本站气压和能见度则几乎同步开始下降，比较巧合的是17时出现的最低能见度值恰好对应最低本站气压，说明此次强降水伴雨雾过程的主导能见度与本站气压呈正相关而与相对湿度呈负相关。
Figure 9. Twenty-four hours variation charts of visibility, air pressure, and relative humidity at the local station during the weather process on April 19, 2019
图9. 2019年4月19日天气过程本站能见度、气压以及相对湿度24 H变化图
5. 总结
本文主要采用对比分析的方法讨论了2019年4月19日重庆江北机场发生的一起强对流背景下雨雾天气产生的成因。综上分析可知，强降水引起的雨雾天气应当同时满足强降水和大雾产生的两种条件才会发生。与单一的纯强降水天气相比，虽然形势、要素、对流指标等存在一些相似的地方，但仍有一些细微的差别，特别是要注意一些主要影响系统例如锋面等的变化情况，它们的发展及移动规律会导致不同的天气发生。而江北机场此次强降水发生时是否伴有雨雾与锋面的位置和移动密切相关，整体特征可概括为以下几点：
1) 从雷达回波的移动和减弱来看，强对流条件下的雨雾多发生在回波移动缓慢，回波强度有所减弱的时段。
2) 冷锋过境的冷空气触发强降水后，锋面又西伸维持。
3) 随着降水的持续，本场相对湿度达到97%以上且维持3小时以上。
4) 本场的气压、风速变化保持相对平稳，过程气压浮动不超过2 hPa，10 min平均风速稳定在2~3 m/s左右。