摘要: 利用常规观测资料、NCEP再分析资料、机场微波辐射计资料，分析2023年12月31日至2024年1月1日乌鲁木齐国际机场一次大雾天气背景、湿度、温度、层结条件等。结果表明：此次机场的大雾天气发生在高空转为西北气流控制，中低层东南风建立且加强，保持干暖气团，地面位于冷高压底后部，为冷湿气团控制。环流形势趋于稳定且具有上暖下冷、上干下湿的层结条件，为机场大雾的形成提供了有利的背景条件。从微波辐射计和国家区域站数据可以看出，此次大雾具有范围大，厚度厚的特点，覆盖北疆盆地大部，且高湿区长时间维持，对大雾入夜后的扩散起到有利作用。此次大雾属于辐射和平流叠加作用的大雾。逆温层的下压、抬升与否对机场大雾的出现和消散有较好的对应关系。
Abstract: Using conventional observation data, NCEP reanalysis data, and airport microwave radiometer data, analyze the background, humidity, temperature, and stratification conditions of a heavy fog weather event at Urumqi International Airport from December 31, 2023 to January 1, 2024. The results indicate that the heavy fog weather at the airport this time occurred when the upper atmosphere shifted to northwest airflow control, and southeast winds were established and strengthened in the middle and lower layers, maintaining dry and warm air masses. The ground was located at the rear of the cold and high-pressure bottom, controlled by cold and humid air masses. The circulation pattern is stable in the region and has a layered condition of warm upper and cold lower, dry upper and wet lower, providing favorable background conditions for the formation of airport fog. From the microwave radiometer and national regional station data, it can be seen that this heavy fog has the characteristics of a large range and thick thickness, covering most of the northern Xinjiang Basin, and maintaining high humidity for a long time, which plays a favorable role in the diffusion of heavy fog after nightfall. This heavy fog is caused by the superposition of radiation and advection. The depression and uplift of the inversion layer have a good correlation with the occurrence and dissipation of airport fog.
1. 引言
雾是水平能见度小于1千米，由大量冰晶和水滴凝结而形成的凝结现象。雾对民航运行产生极大的影响，而乌鲁木齐机场的大雾天气具有持续时间长、能见度低、变化迅速的特点[1]。
近年来气象工作者针对乌鲁木齐机场大雾天气做了大量的研究，王清平[2]等研究了乌鲁木齐机场一次大雾天气的成因，大雾天气的厚度较厚，范围较大，空气长时间维持饱和状态，且具有较小的温度日变化，是乌鲁木齐机场持续维持大雾的原因。王楠[3]等研究了1997~2013年乌鲁木齐机场跑道视程与低能见度特征对比分析，指出跑道视程小于主导能见度持续时间在2小时以内为主。王春红等[4]研究了乌鲁木齐机场持续浓雾低空气象要素特征分析表明，平均风速小于2 m/s，相对湿度大于等于85%，气温在−2℃至−8℃之间，最有利于出现大雾天气。
因此，本文详细研究一次乌鲁木齐机场持续大雾天气，对此次大雾形成的天气形势及物理过程进行总结分析，能够更好地理解乌鲁木齐机场大雾的形成机制。
2. 天气实况及影响
此次大雾天气过程从2023年12月31日14时开始出现，在北疆沿天山一带出现轻雾，局地冻雾天气，能见度1~3公里，随后雾区呈平稳状态，没有明显的移动和增强。19时，雾区开始迅速扩大，并随弱西北风逐渐东移，乌鲁木齐机场上游的呼图壁、昌吉、蔡家湖等地出现冻雾天气，最低能见度400米。20时本场出现冻雾天气，并持续至1月1日08时，期间最低能见度100米，最低跑道视程275米。
根据乌鲁木齐机场2023年12月31日~1月1日跑道视程分析，冻雾期间，本场跑道视程基本维持在300米以上，在300米以下的时间较短，1日06时之后跑道视程上升至550米以上。从2023年12月31日~1月1日气温来看，冻雾期间温度维持在−5℃至−10℃，最低温度在1日04时前后。入夜后有降温，但降温幅度不大。18时开始，温度递减率1℃/h，19:40跑道视程呈现波动下降趋势。此次大雾天气造成本场因天气原因延误航班90架次，延误超2小时航班13架次，返航备降航班7架次，对飞行和服务造成较大的影响。
3. 环流形势
从12月31日14时500 hPa位势高度场来看，欧亚地区中高纬度呈“二槽一脊”型，西西伯利亚、东亚为槽区，蒙古国中西部为高压脊控制，新疆区域受西西伯利亚低涡底部偏西气流影响，北疆西部、北部部分地区出现小雪天气；31日20时西西伯利亚低涡减弱东移，新疆区域转为低涡底后部西北气流控制，为北疆沿天山一带出现冻雾天气提供稳定的天气形势。700 hPa与500 hPa形式场基本一致，为偏西气流转为西北气流控制，500~700 hPa的西北气流有利于引导ZWWW北部雾区向本场辐合。31日12时850 hPa (图1(a))上，北疆沿天山一带气温在−4℃~8℃之间。乌鲁木齐附近南风层开始建立并维持，暖性的中低层大气环流特征开始形成。1月1日08时(图1(b))，短波槽进入北疆盆地，北疆大部环境风转为西北风，随着弱冷空气的进入，中低层稳定层结被打破。地面图上，31日20时新疆区域处于冷高压底后部的均压场，有利于稳定层结的形成，北疆沿天山一带气温为−4℃~−10℃，湿度均达到90%以上。北疆盆地日最高气温在0℃~2℃之间，地面出现融雪，水汽扩散到空中，入夜后气温下降，利于辐射雾出现。乌鲁木齐850 hPa地面形成上干暖下冷湿的逆温层结，为本场大雾的加强并维持提供了有利的背景条件。
(a)
(b)
Figure 1. 850 hPa height field + temperature field on December 31, 2023 at 20:00 (a) and 850 hPa height field + temperature field on January 1, 2024 at 08:00 (b)
图1. 2023年12月31日20时850 hPa高度场 + 温度场(a)和2024年1月1日08时850 hPa高度场 + 温度场(b)
4. 成因分析
4.1. 层结条件
上述分析表明，乌鲁木齐机场大雾天气过程具有层结条件稳定、低空逆温强的特征，为进一步探讨本场上空稳定层结建立并维持的原因，选取大雾期间本场上空垂直速度和温度随时间的分布。
由垂直速度的时间剖面图(图2(a))和温度平流的时间剖面图(图2(b))可以看到，冻雾期间(31日20时~1日08时)，900 hPa (含)以下为较强的下沉运动，1日08时后下沉运动明显减弱，且中低层(500~700 hPa)出现上升运动，机场冻雾天气结束；31日20时~1日02时，900 hPa (含)以下为冷平流，900~800 hPa之间为暖平流，上层增温，低层降温有利于逆温的建立和维持，1日08时，800 hPa (含)以下均转暖平流，冻雾结束。分析可得，下沉气流对稳定层结起到有利作用，地面夜间在辐射冷却的作用下开始降温，有利于逆温层的加强和维持，逆温层抑制了水汽的扩散，使底层水汽辐合，机场出现持续大雾。
(a)
(b)
Figure 2. Vertical velocity time profile of Urumqi Airport (a) and temperature advection time profile of Urumqi Airport (b)
图2. 乌鲁木齐机场垂直速度–时间剖面图(a)和乌鲁木齐机场温度平流–时间剖面图(b)
从微波辐射计水汽(图3(a))和温度剖面图(图3(b))来看，白天近地面持续高湿，31日19时，逆温层开始明显加强下压，夜间逆温加强下压，近地面水汽密度加大，配合日变化降温，水汽易凝结成低云成雾，1日05时以后随着低层扰动的进入，逆温层被打破，水汽受扰动影响扩散向上空扩散，能见度转好。
(a)
(b)
Figure 3. Water vapor time profile (a) and temperature-time profile (b)
图3. 水汽–时间剖面图(a)和温度–时间剖面图(b)
4.2. 水汽条件
根据国家区域站31日17时湿度图(图4(a))分析，高湿区集中在北疆盆地，克拉玛依、石河子及乌鲁木齐西北侧湿度最为集中，与雾区相匹配；1日02时湿度图(图4(b))，随着夜间辐射降温作用，入夜后高湿区进一步扩大，且向南延伸，覆盖乌鲁木齐机场。从相对湿度径向剖面图来看，31日08时，低涡处大面积高湿，冷池雾区形成；14时随日变化并湿度未有明显下降，有日变化的雾区往北回缩，冷池雾区的稳定存在为乌鲁木齐机场夜间低能见度天气提供了优越的背景条件。
(a)
(b)
Figure 4. Water vapor map of the national regional station at 17:00 on the 31st (a) and at 02:00 on the 1st (b)
图4. 国家区域站31日17时水汽图(a)和国家区域站1日02时水汽图(b)
5. 结论
通过对此次乌鲁木齐机场大雾天气分析，得出结论：
此次机场的大雾天气发生在高空转为西北气流控制，中低层东南风建立且加强，保持干暖气团，地面位于冷高压底后部，为冷湿气团控制。环流形势趋于稳定且具有上暖下冷、上干下湿的层结条件，为机场大雾的形成提供了有利的背景条件。
从微波辐射计和国家区域站数据可以看出，此次大雾具有范围大，厚度厚的特点，覆盖北疆盆地大部，且高湿区长时间维持，对大雾入夜后的扩散起到有利作用。
此次大雾属于辐射和平流叠加作用的大雾。逆温层的下压、抬升与否对机场大雾的出现和消散有较好的对应关系。