南宁机场2次低云过程对比分析

宛涛 谢忠妙 曾翔宇 刘晔恒 邹德龙

摘  要：該文利用云高仪资料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析资料以及风廓线雷达资料对南宁机场2023年1月和2月2次低云过程进行对比分析，结果表明，①2次过程均伴随降水，差别在于2月过程低云持续时间更长，期间出现一次大雾天气；②2次过程均受西南急流影响，后期中层西北气流和地面西南低压外围形势是2次过程低云消散的关键，差别在于2月过程低层切变线的维持和地面弱冷空气的渗透使得低云更容易生成和维持；③2次过程低层都存在湿区且近地层存在逆温层，差别在于2月过程的逆温层深厚且长时间维持，逆温层高度的下降，是2月过程出现大雾的重要原因之一；④1月过程为冷暖交汇型低云转纯回流型低云，2月过程以冷暖交汇型低云为主，短时为纯回流型低云；⑤V0H对于低云的预报有一定的指示意义，当南北特征值都存在时，南风特征值的增大有利于低云的出现，当只存在南风特征值时，大于等于8 m/s的南风特征值有利于低云的消散；⑥2次过程云底高度的升降与垂直运动的方向呈现正相关关系。

关键词：低云；天气形势；风廓线雷达；大雾；对比分析

中图分类号：P4          文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）06-0088-04

Abstract： Based on the data of the ceilometer and ERA5 （0.25°×0.25°） reanalysis and wind profile radar， this article make a comparative analysis of two low cloud processes at Nanning Airport in January and February 2023. The results show， ①Both processes were accompanied by precipitation， with the difference being that the low cloud duration in February was longer and there was a fog during the process. ②Both processes are influenced by the southwest jet stream， the key to the dissipation of low clouds in the later stage is the northwest airflow in the middle layer and the peripheral situation of the southwest low-pressure on the ground.， the difference lies in the maintenance of the low level shear line in the February process and the infiltration of weak cold air on the ground， which makes it easier for low clouds to generate and maintain.③Both processes have wet areas in the lower layer and inversion layers in the near layer， the difference lies in the fact that the inversion layer in the February process is deep and maintained for a long time.， the decrease in inversion layer height is one of the important reasons for the occurrence of fog in the February process. ④The January process is characterized by a transition from cold and warm converging low clouds to pure reflux low clouds， while the February process is mainly characterized by cold and warm converging low clouds， with a short-term transition to pure reflux low clouds. ⑤V0H has certain indicative significance for the prediction of low clouds， when eigenvalues of north-south winds exist， an increase in the south wind eigen values is conducive to the occurrence of low clouds， when only the south wind eigen values exist， a south wind eigen values greater than or equal to 8m/s are conducive to the dissipation of low clouds. ⑥The rise and fall of cloud base height during the two processes are positively correlated with the direction of vertical motion.

Keywords： low cloud; weather condition; wind profile radar; heavy fog; comparative analysis

云底高度是影响航空器起降的一个重要因素，当云底高度下降至一定程度且長时间维持时，飞行员因看不清地标和跑道，容易操作失误而造成飞行事故[1]，就南宁吴圩机场而言，当云底高度小于300 m时，飞机的起降会受到一定程度的影响，而当云底高度小于60 m时，飞机的起降会受到严重影响，因此，本文主要研究云底高度小于300 m的低云。近年来，随着航班量的增加，低云对于飞机起降的影响日益突出，越来越多的学者开始对低云进行多方面的研究，王锡东等[2]通过对10 a历史资料进行统计分析，总结出海口美兰机场低云的季节性差异及日变化特征，杨瑜等[3]重点分析了低云与降水的变化特征和相关性，指出中等及以上强度降水是判断浦东机场低云出现的重要依据之一，文丹青等[4]从环流形势、假相当位温、温度平流和地表热量通量等方面深刻剖析了广州白云机场两次低云过程不同的发生和维持机制，目前，利用风廓线雷达对低云案例进行分析的研究还比较匮乏，因此，本文利用云高仪资料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析资料和风廓线雷达资料对南宁机场2023年1月10至13日、2023年2月3至11日2次低云过程进行对比分析，总结二者在形成、维持和消散机制上的异同点，以期为今后类似过程提供预报参考。

1  天气概况及形势分析

1.1  天气概况

2023年1月10日19时（北京时间，下同），南宁机场开始出现连续性小雨天气，本场云底高度迅速降低，11日02时最低云底高度已下降至120 m，此后至13日11：00前，最低云底高度在30～300 m之间波动，30～60 m低云主要出现在每日的05时至10时（图略），本次过程期间南宁机场未出现大雾天气。2023年2月3日傍晚，南宁机场云底高度开始缓慢波动下降，3日20时最低云底高度已下降至300 m以下，3日23时本场开始出现间歇性小雨天气，自2月4日01时后，最低云底高度在30～210 m之间波动，直至2月11日12时后，最低云底高度才稳定上升至300 m以上，30～60 m低云主要出现在每日20时至次日10时（图略），本次过程期间南宁机场出现一次大雾天气，最低能见度500 m。通过对比分析可知2次过程均伴随降水，差别在于1月过程是连续性小雨，云底高度迅速下降，而2月过程是间歇性小雨，云底高度下降缓慢，且2月过程低云持续时间更长，期间出现一次大雾天气。

1.2  天气形势分析

1月10日20时（图1（a））至13日08时（图1（b）），南宁地区500 hPa有加深东移的南支槽过境，由西南气流逐渐转为西北气流，850 hPa较强偏南气流逐渐为西南急流，925 hPa东南风逐渐转偏南风，地面为入海高压后部逐渐转西南低压外围形势（图略）。2月3日20时（图1（c））至11日08时（图1（d）），南宁地区由偏西气流转为西北气流，850 hPa受西南急流影响，有切变线在桂北维持，925 hPa受桂中切变线南侧的暖湿气流辐合影响，地面前中期有弱冷空气渗透，后期逐渐转为西南低压外围形势（图略）。通过对比分析可知，2次过程低层均西南急流影响，水汽输送条件较好，有利于低云的维持，后期中层西北气流和地面西南低压外围形势是2次过程低云消散的关键，差别在于2月过程低层有切变线在广西区域内维持，水汽更容易在南宁机场聚集，这是2月低云过程持续时间更长的重要原因之一，另一个重要原因是2月过程期间持续有弱冷空气渗透，冷暖气流的交汇使得低云更容易生成和维持。

1.3  探空曲线分析

1月10日20时至13日08时南宁站点上空湿层厚度由500 hPa逐渐下降至800 hPa，中低层风向随高度顺转，存在暖平流，近地层浅薄的逆温层于13日08时抬升至900～850 hPa，南宁机场的最低云底高度也随之逐渐抬升（图略）。2月3日20时至11日08时南宁站点上空湿层厚度由650 hPa逐渐下降至750 hPa，地面持续有弱冷空气渗透，近地层深厚的逆温层于11日08时下降至980～940 hPa，此时南宁机场已出现大雾天气（图略）。通过对比分析可知，2次过程低层都存在湿区且近地层存在逆温层，有利于低云的生成和维持，差别在于2月过程湿层厚度较浅薄，但是其变化没有1月过程明显，且1月过程的逆温层是暖平流造成的，厚度浅薄而不利于长时间维持，而2月过程由于持续有弱冷空气渗透，冷暖气流的交汇更有利于逆温层的发展和维持，长时间维持的低层高湿条件和深厚的近地层逆温层导致2月过程低云持续时间更长，同时，逆温层高度的下降，是2月过程出现大雾的重要原因之一。

2  风廓线雷达探测资料分析

2.1  风廓线雷达风场产品分析

根据梁晓京等[5]统计分类，低云可分为冷暖交汇型和纯回流型2大类，其中冷暖交汇型低云的空中水平风场在垂直方向上分为3层，下层是偏北风，中层是南、北风过度层，上层是偏南风，而纯回流型低云的空中水平风场均为偏南风。由图2（a）和图2（b）可知，1月10日20时至13日20时，南宁机场中层西南气流逐渐转为偏西气流，低层偏南气流逐渐转为西南急流，近地层由东北风逐渐转为偏南风，因此1月过程从风场形势上可定性为冷暖交汇型低云转纯回流型低云。由图2（c）和图2（d）可知，2月3日20时至11日20时，南宁机场中层偏西气流逐渐转为西南气流，低层西南气流逐渐增强为西南急流，近地层前中期持续有弱冷空气渗透，后期为偏南风（图略），2月过程从风场形势上可定性为冷暖交汇型低云为主，短时为纯回流型低云。另外，2次低云过程的最大探测高度均随时间呈下降趋势，但是2月过程的整体最大探测高度要大于1月低云过程，同时其低层到中层的西南气流更强盛，急流高度更低，表明2月过程的大气层结更稳定、水汽输送能力更强，有利于低云长时间的维持。综上所述，1月过程为冷暖交汇型低云转纯回流型低云，2月过程以冷暖交汇型低云为主，短时为纯回流型低云，同时，2月过程的大气层结更稳定、水汽输送能力更强，更有利于低云长时间的维持。

2.2  风廓线雷达低云特征产品分析

根据梁晓京等[5]的指标算法，计算出的南宁机场V0H、云底高度、南风和北风特征值的日变化如图3所示。由图3（a）和图3（b）可知，1月10日20时，南宁机场V0H从1 700 m開始波动下降，最低云底高度也随之下降（图略），11日03时后V0H稳定在300～500 m之间，此时最低云底高度已下降至150 m以下，11日15时后，随着地面至中层均吹南风，北风特征值消失，V0H也随之消失，之后只能探测到南风特征值，对于1月过程，当南北风特征值共存时，低云的出现伴随着南风特征值的增大，而当只存在南风特征值时，低云的抬升同样伴随着南风特征值的增大，8 m/s的南风特征值可能是促使其抬升的临界值。由图3（c）和图3（d）可知，2月10日20时南宁机场V0H从460 m开始波动，呈先下降后上升趋势，最低云底高度先随着V0H波动下降（图略），于4日01时后稳定在150 m以下，之后不再随着V0H的升高而出现明显的抬升，10日19时后，随着北风特征值消失，V0H也随之消失，之后只能探测到南风特征值，对于2月过程，当南北风特征值共存时，低云的出现同样伴随着南风特征值的增大，而当只存在南风特征值时，低云的抬升也同样伴随着南风特征值的增大，其抬升的南风特征值临界值同样为8 m/s。综上所述，2次过程在低云开始出现时，V0H的变化趋势能够反映最低云底高度的变化趋势，即V0H对于低云的预报有一定的指示意义，同时2次过程低云的出现与消散均与南风特征值的大小有一定关系，当南北特征值都存在时，南风特征值的增大有利于低云的出现，当只存在南风特征值时，大于等于8 m/s的南风特征值有利于低云的消散，2次过程的差别在于当南风特征值达到8 m/s的临界值时，2月过程的最低云底高度抬升至300 m以上的时间更长，这与2次过程当时的最低云底高度和低云量的差异有关。

2.3  风廓线雷达垂直速度产品分析

根据风廓线雷达探测的的垂直风场的日变化可知（图略），1月10日20时至11日10时，南宁机场上空2 km高度以下为较强的垂直下沉运动，最大垂直下沉速度达到5 m/s以上，这与期间南宁机场出现的连续性小雨天气有关联，长时间的降水带来的拖曳运动使得最低云底高度迅速下降至300 m以下，而在1月13日低云抬升前，南宁机场500 m以下为较弱的垂直上升运动，且垂直上升运动不断加强并向上层发展，在上升运动的促使下，最低云底高度不断抬升，最终稳定在300 m以上。2月3日20时至4日20时，南宁机场上空2 km高度以下为较弱的垂直下沉运动，3日23时机场开始出现间歇性小雨天气，此时最低云底高度已下降至300 m以下，同样在2月11日低云抬升前，南宁机场500 m以下为较弱的垂直上升运动，且垂直上升运动不断加强并向上层发展，最低云底高度也随之抬升至300 m以上。由此可知，1月过程和2月过程云底高度的升降与垂直运动的方向呈现正相关关系，降水的出现是导致2次过程低云出现且维持的重要原因之一，不同的是连续性小雨是1月过程低云迅速出现的关键因素，而间歇性小雨对于2月过程低云更多的是起到维持作用。

3  结论

1）2次过程均伴随降水，差别在于1月过程云底高度下降较快，2月过程云底高度下降缓慢，且2月过程低云持续时间更长，期间出现一次大雾天气。

2）2次过程均受西南急流影响，水汽输送条件较好，有利于低云的维持，后期中层西北气流和地面西南低压外围形势是2次过程低云消散的关键，差别在于2月过程低层切变线的维持和地面弱冷空气的渗透使得低云更容易生成和维持。

3）2次过程低层都存在湿区且近地层存在逆温层，有利于低云的生成和维持，差别在于1月过程的逆温层是暖平流造成的，厚度浅薄而不利于长时间维持，而2月过程的逆温层是冷暖气流的交汇造成的，厚度深厚且长时间维持，从而导致2月过程低云持续时间更长，同时逆温层高度的下降，是2月过程出现大雾的重要原因之一。

4）1月过程为冷暖交汇型低云转纯回流型低云，2月过程以冷暖交汇型低云为主，短时为纯回流型低云，同时2月过程的大气层结更稳定、水汽输送能力更强，更有利于低云长时间的维持。

5）V0H对于低云的预报有一定的指示意义，当南北特征值都存在时，南风特征值的增大有利于低云的出现，当只存在南风特征值时，大于等于8 m/s的南风特征值有利于低云的消散，低云的消散时间与最低云底高度和低云量的差异有关。

6）2次过程云底高度的升降与垂直运动的方向呈现正相关关系，连续性小雨是1月低云迅速出现的关键因素，而间歇性小雨对于2月过程低云更多的是起到维持作用。

参考文献：

[1] 周建华.航空气象业务[M].北京：气象出版社，2011：22-45.

[2] 王锡东，曾喜，王俞萱.海口美兰机场低云低能见度特征分析[J].气象研究与应用，2011，32（S2）：121-122.

[3] 杨瑜，傅毅.2000～2019年浦东机场低云与降水的变化特征及相关性[J].民航学报，2021，5（3）：64-66.

[4] 文丹青，黄波.广州白云机场两次低云低能见度过程对比分析[J].气象研究与应用，2010，31（S2）：16-17.

[5] 梁晓京，邹德龙，陈贤军.基于南宁机场风廓线雷达风场资料的低云研究[J].民航科技，2021（2）：76-80.