留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

华北一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征

方春刚 郭学良

方春刚, 郭学良. 华北一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征. 应用气象学报, 2019, 30(6): 700-709. DOI: 10.11898/1001-7313.20190606..
引用本文: 方春刚, 郭学良. 华北一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征. 应用气象学报, 2019, 30(6): 700-709. DOI: 10.11898/1001-7313.20190606.
Fang Chungang, Guo Xueliang. The microphysical structure of a heavy fog event in North China. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(6): 700-709. DOI:  10.11898/1001-7313.20190606.
Citation: Fang Chungang, Guo Xueliang. The microphysical structure of a heavy fog event in North China. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(6): 700-709. DOI:  10.11898/1001-7313.20190606.

华北一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征

DOI: 10.11898/1001-7313.20190606
资助项目: 

公益性行业(气象)科研专项 GYHY200806001

详细信息
    通信作者:

    郭学良, guoxl@mail.iap.ac.cn

The Microphysical Structure of a Heavy Fog Event in North China

  • 摘要: 基于华北雾-霾综合观测试验资料,分析了2011年12月4日河北涿州一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征及形成机理。结果表明:此次浓雾过程除具有均压场、地面辐射降温、逆温层、静稳天气等特征外,还具有雾微物理过程出现爆发性增强的特征,10 min内,小雾滴浓度显著增加,含水量增大了3个量级,雾滴谱由15 μm拓宽到35 μm,能见度由500 m骤降至70 m。夜间地面长波辐射冷却效应导致近地层雾的形成,而近地层雾的形成反过来快速地增强了地面长波辐射冷却效应,促使大量小雾滴的形成和碰并过程的产生,这是一种正反馈效应;大量雾滴形成释放的潜热,促使雾体抬升和向下长波辐射增强,又使地面长波辐射冷却效应减弱,产生负反馈效应。相对于南京辐射雾过程,此次涿州浓雾的小雾滴粒子数浓度高,液态水含量明显偏小,这与华北高浓度气溶胶和弱水汽输送有关。
  • 图  1  河北涿州观测点位置

    Fig. 1  The location of observation site of Zhuozhou in Hebei

    图  2  2011年12月3—4日涿州观测点浓雾形成前后系留气球探测的边界层气象要素垂直分布

    Fig. 2  Boundary meteorological profiles observed by tethered balloon before and after the fog formation at the observation site of Zhuozhou on 3-4 Dec 2011

    图  3  2011年12月4日涿州观测点雾平均直径、最大直径、雾滴数浓度、液态水含量、地面净辐射(正值表示吸收,负值表示向外辐射)、气温、相对湿度、风速、风向、能见度的时间变化

    Fig. 3  Temporal variation of the equivalent diameter, maximum diameter, number concentration, liquid water content, ground net radiation (the positive denotes absorption, the negative denotes emission), temperature, relative humidity, wind speed, wind direction, visibility at the observation site of Zhuozhou on 4 Dec 2011

    图  4  2011年12月4日涿州观测点雾爆发性增长期间的滴谱变化

    Fig. 4  Size distributions of fog during its explosive growth stage at the observation site of Zhuozhou on 4 Dec 2011

    图  5  2011年12月4日涿州观测点地面气温及地面净辐射随时间变化

    Fig. 5  Temporal variations of surface temperature and surface net radiation at the observation site of Zhuozhou on 4 Dec 2011

    图  6  辐射雾平均滴谱分布对比

    Fig. 6  Comparison of size distributions of heavy fog events

    图  7  2011年12月4日涿州观测点气溶胶粒子数浓度、平均直径和云凝结核数密度随时间变化

    Fig. 7  Temporal variations of aerosol number concentration, mean diameter and CCN number concentration at the observation site of Zhuozhou on 4 Dec 2011

    表  1  涿州观测点观测仪器一览表

    Table  1  Instruments used in the observation site of Zhuozhou

    观测仪器 型号 探测要素范围 观测频率
    自动气象站 ZQZ-C型 气温:-50~50℃,风向:0~360°,风速:0~60 m/s,雨强:0~4 mm/min,相对湿度:0~100%,气压:400~1100 hPa 1 min
    能见度仪 PWD20 10~2000 m 1 min
    扫描电迁移率粒径谱仪 SMPS 3936 0.01~1 μm 3 min
    雾滴谱仪 FM-100 2~50 μm 1 s
    系留探空 XMS-2 温度:-50~50℃,湿度:0~100%,风速:0~60 m/s,风向:0~360° 2 s
    辐射表 CNR1 1 min
    下载: 导出CSV

    表  2  2011年12月4日华北雾过程与2006—2007年冬季南京辐射雾过程微物理参数比较

    Table  2  Comparison of microphysical parameters of between the fog process in North China on 4 Dec 2011 and the radiation fog process in Nanjing during winter of 2006-2007

    地点 统计量 数浓度/cm-3 液态水含量/(g·m-3) 等效直径/μm 最大直径/μm 能见度/m
    最大值 939.8 0.27 5.6 50.0 1000
    涿州 最小值 0.3 2.4×10-6 2.6 4.0 70
    平均值 99.2 0.014 3.4 6.0
    最大值 883.0 0.46 8.40 50.00 1000
    南京[35] 最小值 1.0 1.57×10-5 3.00 4.00 15
    平均值 89.0 0.028 3.72 12.20 387
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘小宁, 张洪政, 李庆祥, 等.我国大雾的气候特征及变化初步解释.应用气象学报, 2005, 16(2):220-230. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20050227
    [2] 徐晓斌.我国霾和光化学污染观测研究进展.应用气象学报, 2016, 27(5):604-619. doi:  10.11898/1001-7313.20160509
    [3] 王继志, 徐祥德, 杨元琴.北京城市能见度及雾特征分析.应用气象学报, 2002, 13(特刊Ⅰ):160-169. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2002.z1.018
    [4] 潘玮, 左志燕, 肖栋, 等.近50年中国霾年代际特征及气象成因.应用气象学报, 2017, 28(3):257-269. doi:  10.11898/1001-7313.20170301
    [5] 张光智, 卞林根, 王继志, 等.北京及周边地区雾形成的边界层特征.中国科学, 2005, 3(增刊Ⅰ):73-83. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgkx-cd2005z1007
    [6] 靳军莉, 颜鹏, 马志强, 等.北京及周边地区2013年1-3月PM2.5变化特征.应用气象学报, 2014, 25(6):690-700. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20140605
    [7] 颜鹏, 刘桂清, 周秀骥, 等.上甸子秋冬季雾霾期间气溶胶光学特性.应用气象学报, 2010, 21(3):257-265. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20100301
    [8] 姜江, 张国平, 高金兵.北京大气能见度的主要影响因子.应用气象学报, 2018, 29(2):188-199. doi:  10.11898/1001-7313.20180206
    [9] 邓雪娇, 吴兑, 史月琴, 等.南岭山地浓雾的宏微观物理特征综合分析.热带气象学报, 2007, 23(5):423-434. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rdqxxb200705002
    [10] 李子华, 吴君.重庆市区冬季雾滴谱特征.南京气象学院学报, 1995, 18(1):46-51.
    [11] 李子华, 黄建平, 周毓荃, 等.1996年南京连续5天浓雾的物理结构特征.气象学报, 1999, 57(5):622-631. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK199900533759
    [12] Liu Duanyang, Pu Meijuan, Yang Jun, et al.Microphysical structure and evolution of four-day persistent fogs around Nanjing in December 2006.Acta Meteor Sinica, 2010, 24(1):104-115. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=qxxb200901015
    [13] Liu Duanyang, Yang Jun, Niu Shengjie, et al.On the evolution and structure of a radiation fog event in Nanjing.Adv Atmos Sci, 2011, 28(1):223-237. doi:  10.1007/s00376-010-0017-0
    [14] Podzimek J.Droplet concentration and size distribution in haze and fog.Studia Ggeoph Et Geod, 1997, 41:277-296. doi:  10.1023/A:1023350917344
    [15] Garcia G F, Virafuentes U, Martinez G M.Fine-scale measurements of fog-droplet concentrations:A preliminary assessment.Atmos Res, 2002, 64:179-189. doi:  10.1016/S0169-8095(02)00090-X
    [16] Baronti P, Elzweig S.A study of droplet spectra in fogs.J Atmos Sci, 1973, 30(5):903-908. doi:  10.1175/1520-0469(1973)030<0903:ASODSI>2.0.CO;2
    [17] Roach W T.On the effect of radiative exchange on the growth by condensation of a cloud or fog droplet.Quart J Roy Meteor Soc, 1976, 102(432):361-372. doi:  10.1002/qj.49710243207
    [18] Gerber H E.Microstructure of a radiation fog.J Atmos Sci, 1981, 38(2):454-458. doi:  10.1175/1520-0469(1981)038<0454:MOARF>2.0.CO;2
    [19] Choularton T W, Fullarton G, Latham J, et al.A field study of radiation fog in Meppen West Germany.Quart J Roy Meteor Soc, 1981, 107(452):381-394. doi:  10.1002/qj.49710745209
    [20] Spencer W P, Johnson R A, Vietti M A.On fog formation in a coronal discharge:Effects of the discharge on droplet growth.J Aerosol Sci, 1976, 7(6):441-445. doi:  10.1016/0021-8502(76)90048-3
    [21] Zhang X, Musson-Genon L, Dupont E, et al.On the influence of a simple microphysics parametrization on radiation fog modelling:A case study during Paris fog.Bound-Layer Meteor, 2014, 151:293-315. doi:  10.1007/s10546-013-9894-y
    [22] Stolaki S, Haeffelin M, Lac C, et al.Influence of aerosols on the life cycle of a radiation fog event:A numerical and observational study.Atmos Res, 2015, 151:146-161. doi:  10.1016/j.atmosres.2014.04.013
    [23] Maalick Z, Kühn T, Korhonen H, et al.Effect of aerosol concentration and absorbing aerosol on the radiation fog life cycle.Atmos Environ, 2016, 133:26-33. doi:  10.1016/j.atmosenv.2016.03.018
    [24] Bott A, Sievers U, Zdunkowski W.A radiation fog model with a detailed treatment of the interaction between radiative transfer and fog microphysics.J Atmos Sci, 1990, 47:2153-2166. doi:  10.1175/1520-0469(1990)047<2153:ARFMWA>2.0.CO;2
    [25] 吴兑, 邓雪娇, 毛节泰, 等.南岭大瑶山高速公路浓雾的宏微观结构与能见度研究.气象学报, 2007, 65(3):406-415. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb200703009
    [26] 邓雪娇, 吴兑, 叶燕翔.南岭山地浓雾的物理特征.热带气象学报, 2002, 18(3):227-236. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rdqxxb200203005
    [27] 李子华, 黄建平, 孙博阳, 等.辐射雾发展的爆发性特征.大气科学, 1999, 23(5):623-631. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/daqikx199905013
    [28] 濮梅娟, 严文莲, 商兆堂, 等.南京冬季雾爆发性增强的物理特征研究.高原气象, 2008, 27(5):1-8. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gyqx200805022
    [29] 焦圣明, 朱承瑛, 朱毓颖, 等.江苏地区一次罕见持续性强浓雾过程的成因分析.气象学报, 2016, 74(2):200-212. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qxxb201602004
    [30] 朱承瑛, 朱毓颖, 祖繁, 等.江苏省秋冬季强浓雾发展的一些特征.气象, 2018, 44(9):1208-1219. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qx201809009
    [31] 严文莲, 朱承瑛, 朱毓颖, 等.江苏一次大范围的爆发性强浓雾过程研究.气象, 2018, 44(7):892-901. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qx201807004
    [32] 何立富, 李峰, 李泽椿.华北平原一次持续性大雾过程的动力和热力特征.应用气象学报, 2006, 17(2):160-168. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20060228
    [33] 梁爱民, 张庆红, 申红喜, 等.北京地区一次平流雾过程的分析和数值模拟.应用气象学报, 2009, 20(5):612-621. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20090513
    [34] 郭丽君, 郭学良.北京2009-2013年期间持续性大雾的类型、垂直结构及物理成因.大气科学, 2016, 40(2):296-310. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DQXK201602006.htm
    [35] 李子华, 刘端阳, 杨军, 等.南京冬季雾的物理化学特征.气象学报, 2011, 69(4):706-718. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-QXXB201104013.htm
    [36] 尚倩, 李子华, 杨军, 等.南京冬季大气气溶胶粒子谱分布及其对能见度的影响.环境科学, 2011, 32(9):2750-2760. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjkx201109040
  • 加载中
图(7) / 表(2)
计量
  • 摘要浏览量:  3627
  • HTML全文浏览量:  1939
  • PDF下载量:  103
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-15
  • 修回日期:  2019-11-01
  • 刊出日期:  2019-11-01

目录

    /

    返回文章
    返回