1. 引言
随着经济社会的发展，冬季低能见度天气频发，特别是辐射雾天气因其影响时间长、引起的能见度低，严重影响了交通、航运、工农业和人体健康。中国在重庆、南京、贵州等多地进行了大量雾的研究[1]-[3]，对雾的边界层特征、温湿结构、宏微观物理特征等进行了广泛深入的分析，取得了许多有意义的成果。目前对雾的研究主要基于天气学方法、微物理学方法，而对雾过程垂直要素的研究较少。微波辐射计探测作为常规探空观测的有效补充，具有时间分辨率高、精度高和全天候工作能力等优点。邓长菊[4]、韩钰靖[5]、李娜[6]等均对微波辐射计在雾观测中的应用及其质量评估进行了研究，发现相对湿度、液水含量的垂直廓线变化与降水和雾的生消过程有较好对应，验证了其在雾的观测和预报中的可行性。马学款[7]等分析了重庆市区雾的特点、天气特征及温、湿等气象要素垂直分布特征。傅文伶[8]利用微波辐射计资料对成都双流机场冬季三次重要天气过程进行了分析，发现微波辐射计资料能够反映大雾、霜、积冰三种天气条件下的大气垂直特征及变化趋势，温度数据以及液态水路径LWP对大雾的生消具有很强的监测和预警作用。
本文利用重庆江北国际机场微波辐射计探测的温湿度数据、常规气象资料和机场逐小时观测资料，对2023年12月9日发生在重庆江北国际机场的一次辐射雾天气过程进行了分析研究，初步评估微波辐射计的温度和相对湿度资料在大雾监测和天气复盘中的应用，为雾的生消机制研究和临近预报预警预报提供参考。
2. 研究资料
重庆江北国际机场自2021年7月引入Air-HTG4地基多通道微波辐射计并投入使用，这是一种利用在典型的微波V波段大气氧气窗口(51~59 GHz)和微波K波段大气水汽窗口(22~32 GHz)内选择合适的频率，通过对大气微波辐射的遥感测量，反演获得地面到高空10 km大气温度、湿度廓线、大气柱积分水汽量、大气柱积分云水含水量等信息的新型探测设备。该型号地基微波辐射计全天候连续工作，探测高度为观测平面至10 km，垂直高度固定分层为93层。微波辐射计通过获取的大气亮温数据，利用神经网络算法，可以反演得到大气温度、相对湿度、水汽密度、液水含量廓线等大气参数。为了保障设备的稳定运行，设备管理人员每年2~3月对微波辐射计进行一次液氮标定，并对天线罩、空滤、接收系统进行清洁维护，每天监测微波辐射计运行状态。
本文使用的研究资料包括2023年12月8~9日的微波辐射计数据、同期常规气象资料，以及重庆江北国际机场逐时观测资料，其中天气现象、能见度、云况资料为人工观测，温湿度数据为自动观测系统仪器测得。微波辐射计资料已经与同址探空资料进行了对比订正，温度偏差在±1℃以内，相对湿度在±5%以内。
3. 天气过程分析
3.1. 天气过程概述
2023年12月9日晨，重庆中西部地区出现大面积辐射雾天气，浓雾区主要分布在长江以北沿线。在07:18~10:14 (北京时，下同)，重庆江北国际机场出现辐射大雾天气，最低能见度低值200米，三条跑道的跑道视程(RVR)最低达到125米。由于此时正值航班的早高峰时期，所以对当日航班运行影响较大。
从图1来看，能见度从07:00开始逐渐下降，07:18下降至1000米以下，08:00~09:00，维持在最低值200米，09:00之后缓慢抬升。从RVR来看，03号跑道的RVR在07:00之前率先低至550米(550米为航班一类运行标准)以下，此时能见度还在1000米以上，02L和02R跑道的RVR都在550米以上，对航班运行影响较小。07:00之后，02L和02R跑道的RVR快速下降，在08:00达到最低值，在175~300米之间，此时三条跑道的RVR都在一类运行标准以下，严重影响到航班运行。到09:00，能见度没有变化，02L跑道的RVR缓慢抬升，率先抬升至550米以上。09:00之后，能见度和三条跑道的RVR都在缓慢抬升，到09:24，三条跑道的RVR全部抬升至550米以上，能见度还在500米，直到10:14，能见度才抬升至800米。
总体来看，在出现大雾之前，能见度率先降低，跑道视程下降有所滞后，即跑道视程通常高于同期能见度值。到了大雾期间，能见度最低值和RVR最低值基本相当。大雾消散期，跑道视程率先上升，能见度有所滞后，即跑道视程通常比同期能见度先转好。
VIS：能见度；R02L、R02R、R03：三条跑道的跑道视程。
Figure 1. Changes in visibility and runway visual range during heavy fog at Chongqing Jiangbei International Airport
图1. 重庆江北国际机场大雾期间能见度和跑道视程变化情况
3.2. 环流形势分析
12月8日20时，500 hPa重庆地区处在偏西气流控制中，四川盆地中部还存在一浅槽，槽后是一致的西北气流。700 hPa重庆地区还处在东北–西南走向的切变线控制中，但切变后面是一个小尺度的干燥的反气旋环流区。850 hPa重庆地区的风场形势较弱(图略)。此时重庆江北国际机场实况为阴天，地面温度13.6℃，露点温度为10.4℃，相对湿度为81%。从地面到300 hPa，相对湿度都大于80%，此时整层湿度较大。随着低值系统的快速东移，上游地区的西北气流和反气旋环流系统逐渐靠近机场，机场也即将迎来多云到晴的天气。由于此时近地面层湿度较大，在满足晴夜微风的情况下，预示着第二天早间出现辐射雾的概率较大。
3.3. 微波辐射计资料应用
从图2来看，从12月8日23:00 (北京时，下同)开始，此时天空开始裂开，天气转为多云天气，地面温度开始阶梯式下降，每小时大致下降0.5℃。到12月9日07:00，地面温度开始急剧下降，一小时下降1.5℃，到9日08:00，气温下降至最低值8.8℃。9日08:00~10:00，地面温度缓慢回升，10:00之后，气温回升速率加快。
Figure 2. Ground temperature changes detected by microwave radiometer on December 9
图2. 微波辐射计探测的12月9日地面温度变化
由于一般辐射雾厚度仅有数百米，主要是由于近地面层的温湿度层结变化引起，所以此处重点分析3000米以下中低空的温度变化，如图3所示。从图3来看，从12月8日22:00开始，1000~3000米高度的温度快速下降，近地面温度变化不明显。说明此时，700 hPa的切变系统在快速过境，转其后部的反气旋环流，与8日23:00天空开始裂开对应。12月9日04:00后，近地面温度缓慢下降，10:00后，近地面温度缓慢抬升，1000~3000米高度的温度也逐渐抬升。
微波辐射计探测的地面温度和中低空温度，能够大致反映出温度在辐射雾过程中的时空变化特征，地面温度急剧下降的开始时间与辐射雾的出现时间大致可以对应，但是对大雾的预报来说，也基本没有提前量。
从微波辐射计探测的地面相对湿度来看，如图4所示，从12月9日00:00开始，地面相对湿度逐渐上升至90%以上。00:00之后，相对湿度波动式上升，到05:00，上升至95%以上。到07:30之后，相对湿度逐渐上升至98%左右。到09:30之后，相对湿度缓慢下降至95%左右。07:30~09:00期间，自动气象观测系统测得的相对湿度为100%，结合其他相关研究[9] [10]，微波辐射计探测的地面相对湿度总体还是偏低的。
Figure 3. Mid- and low-altitude temperature changes detected by microwave radiometer on December 8~9
图3. 微波辐射计探测的12月8~9日中低空温度变化
Figure 4. Changes in ground relative humidity detected by microwave radiometer on December 9
图4. 微波辐射计探测的12月9日地面相对湿度变化
从图5来看，在12月9日07:00~09:30，从近地面到1000米高度的相对湿度都接近100%，与辐射雾的开始时间和结束时间都对应较好。从高度上看，辐射雾高度达到了1000米左右，最浓的辐射雾(即相对湿度大值区)分布在500米高度附近。09:30之后，相对湿度大值区从地面向高空逐渐减小，辐射雾逐渐消散。
微波辐射计探测的地面相对湿度和中低空相对湿度，能够准确地反映出辐射雾在发生发展过程中湿度的变化特征，能够清晰地展现出辐射雾在空间上的分布特征。结合地面温度和中低空温度的变化，也能够较为准确地反映出大雾的开始和结束时间。
Figure 5. Changes in mid- and low-altitude relative humidity detected by microwave radiometer on December 9
图5. 微波辐射计探测的12月9日中低空相对湿度变化
4. 结论
利用重庆江北国际机场微波辐射计探测的温湿度数据、常规气象资料和机场逐小时观测资料，对2023年12月9日发生在重庆江北国际机场的一次辐射雾天气过程进行了分析研究。结论如下：
1) 在辐射雾发生前和消散时，跑道视程比能见度数值更高。在辐射雾期间，特别是能见度较低时，二者数值相当。
2) 微波辐射计探测的地面温度和中低空温度，能够大致反映出温度在辐射雾过程中的时空变化特征，地面温度急剧下降的开始时间与辐射雾的出现时间大致可以对应。
3) 微波辐射计探测的地面相对湿度和中低空相对湿度，能够准确地反映出辐射雾在发生发展过程中湿度的变化特征，能够清晰地展现出辐射雾在空间上的分布特征。
微波辐射计探测的温度和相对湿度，在辐射雾发生前期表现出来的特征不明显，难以据此提前数小时对辐射雾做出有效预报。