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南宁浓雾的天气形势及边界层特征

更新时间:2016-07-05

0 引言

雾是指大量水滴或冰晶悬浮在近地层使水平能见度低于1km的灾害性天气,水平能见度不足200m时称之为浓雾。近年来,随着经济发展和城市建设,雾已经成为一种高影响天气,其对于人们身体健康、交通出行等方面的不利影响越发凸显,引起广泛关注。目前已有学者对雾天气进行研究并取得一定的成果。林建等[1]统计中国大雾的时空分布特征及环流形势,认为根据地面形势考虑我国大范围大雾形势可分为均压型和锋前型。侯瑞钦等[2]分析了华北平原一次持续大雾过程,得出此次过程发生在稳定环流背景下,静风、充足水汽及地面辐射冷却是其形成和维持的有利条件的结论,并指出地面辐合线偏向冷空气一侧利于大雾形成。刘熙明等[3]分析了北京地区一次大雾过程的边界层特征,结果显示北京持续大雾形成的主要原因为近地层高相对湿度、较小风速及垂直风切变、稳定层结结构以及较低气温,而风场等动力要素对大雾的维持和消散起主要作用。吴哲红等[4]将贵州安顺区域性大雾利用环流分型方法分为静止锋雾和辐射雾,并给出了成因。尽管国内外已有不少学者对雾天气进行研究,在其成因和规律方面取得一定成果,但多为零散个例研究,而浓雾天气成因复杂、局地性强,不同地域的浓雾可能具备其鲜明的局地特性,本文对2001—2015年南宁市浓雾天气个例进行普查研究,研究其500hPa和地面天气形势以及边界层特征,为浓雾预报提供指导和参考,以期提高浓雾预报能力和准确率。

1 资料来源及处理

本文所采用的资料为NCEP FNL 1°×1°资料集和气象观测站常规观测资料。南宁市区及所辖县(区)共有9个气象观测站,分别为马山站、上林站、宾阳站、横县站、武鸣站、隆安站、邕宁站、南宁站、南宁城区站,其中南宁站是国家基本气象站,其余为国家一般气象站。为研究方便,本文所选取的个例统一为2001—2015年南宁市区及所辖县(区)内水平能见度不足200m的浓雾天气个例,即当上述9个气象观测站中有至少1个站观测到能见度不足200m的浓雾时,将其选入进行研究的个例集合中,并将浓雾出现的日期定义为南宁市一个浓雾日,如浓雾跨越日期(以每日0:00为界)则算作另一个浓雾日。

2 南宁地理气候概况

南宁市位于广西壮族自治区南部偏西,介于东经 107°19′~ 109°37′与北纬 22°12′~ 24°2′之间,地处南亚热带温暖湿润季风气候区的中区和西区,具有光热丰富,降水充沛,长夏短冬,季风气候显著,气象灾害频繁的特点。全市年平均气温21.7℃,年平均雨量为1419.6mm,主要气象灾害有暴雨、热带气旋、大风、冰雹、霜、干旱、高温、雾等。

3 浓雾日数统计

统计发现,2001—2015年南宁市各年浓雾日数在1~18天之间,年际变化大。从浓雾发生的月份来看,1~3月是浓雾发生的高峰期,浓雾日数占比明显高于其他月份,其余各月占比在1~9%之间,其中7月份无浓雾发生,从季节分布上看冬季浓雾日数最多,夏季最少,与袁智生等[5]统计湖南省雾日四季变化结果类似。

图1 2001—2015年南宁年浓雾日数统计(a)、逐月浓雾日数占比(b) Fig.1 Statistic of dense fog days(a) and the proportion of dense fog days in each month (b)in Nanning during 2001 and 2015

4 浓雾的天气形势分型

通过对2001—2015年南宁市浓雾发生时的高空实况形势场进行统计分析,将南宁市浓雾的500hPa天气形势分为4种类型,分别为纬向西风波动型、槽后西北气流型、槽前西南气流型、副热带高压后部回流型。在剔除个别形势场资料有问题的浓雾个例后,剩余的共计79个浓雾个例中,上述各天气形势类型所占比例分别为51.9%、29.1% 、11.4% 、7.6% 。

4.1 纬向西风波动型

图2 500hPa纬向西风波动型(2008年1月20日08时) Fig.2 The zonal westerly waves type of 500 hPa situation field (8 a.m., Jan.20, 2008)

赵娜等[16]对北京持续雾霾过程分析认为,持续轻雾对湿层厚度要求不高,且湿层越厚能见度越低,韩余等[17]研究认为湿层深厚是雨雾形成时湿度垂直结构的主要特征。南宁发生浓雾时其中一类大气层结也有近似的特征,与逆温型及等温型不同,此类型时温度随高度而减小,大气层结从下到上较为一致,边界层近似饱和,其湿层明显比逆温型和等温型要厚,可以从近地面层一直扩展到700hPa对应高度甚至更高。

4.2 槽后西北气流型

此类天气形势的共同特征是浓雾出现时,南宁均处于500hPa高空槽线后的较强西北气流中,但在不同个例中,高空槽线的振幅以及槽线与南宁的相对位置和距离多有变化,有时槽刚刚移过,南宁即出现浓雾,有时在槽已过境多日、距离相对较远时才出现浓雾。以影响南宁的高空槽的振幅、位置及历史演变作为依据,可以将其再细分为高原槽、冷涡低槽、南支槽、南北槽叠加等类型。图3为不同槽系影响下的典型槽后西北气流型浓雾天气形势。

图3 500hPa槽后西北气流型 Fig.3 The northwest air flow in the rear of trough type of 500 hPa situation field

4.3 槽前西南气流型

此类天气形势下,出现浓雾时南宁上空500hPa处于西南气流影响下,其天气形势特征见图4。值得注意的是,尽管此时南宁位于高空槽的槽线东侧,受西南气流影响,但与高空槽前正涡度平流提供动力抬升作用形成降水的机理不同,此时高空槽与南宁的相对位置仍较远,槽前的动力抬升作用较弱,大气层结相对稳定,高空槽的作用主要是槽前西南气流输送水汽促使气层增湿,静稳、潮湿的大气层结为浓雾产生提供有利条件,这与欧阳也能等[10]对湘潭市大雾天气形势分型时的SW型(槽前西南气流型)近似。

4.4 副热带高压后部回流型

平流浓雾在春、秋、冬季均有发生,其主要特征即风场的平流作用。尽管南宁地区风速较小,但南宁以北及以南的地区,往往在风场上具备一定的演变特征,从而出现平流作用,此时常常在南宁市一线,或者南宁以北或以南邻近地区,出现弱的辐合,主要表现为地面风向辐合,即东北风与偏东风、东北风与东南风或东南风与偏东风的辐合。根据辐合线风向的不同以及浓雾出现的位置,可将南宁平流浓雾分为锋前型和南风型,图7为这两种平流浓雾的典型地面形势。

1.3观察指标 观察并记录使用 WBC(*109/L)、Hb(g/L)、RBC(*1012/L)、HCT(L/L)、MCHC(g/L)作为检测指标,每位患者血液重复3次检测。

图4 500hPa槽前西南气流型(2009年3月21日08时) Fig.4 The southwest air flow in front of the trough type of 500 hPa situation field|(8 a.m., Mar.21, 2009)

5 浓雾的地面形势及要素特征

统计个例发现,辐射浓雾多发生在秋冬季节。如图6所示,当南宁地区地面受冷高压脊控制,或冷高压东移减弱,转而受变性高压脊或者均压场控制时,天气晴好,夜间晴空辐射强烈,空气因辐射降温达到饱和导致浓雾出现。辐射雾发生时南宁及周边地区以弱的偏北风为主,早晨气温相对低,日高低温温差大。

5.1 辐射浓雾

南宁浓雾发生时,地面风速基本在2级以下(0~2m/s),极少数情况下能够达到3级,但也不超过4m/s,浓雾多发生在凌晨到上午,浓雾发生前夜间温度露点差不断减小,至浓雾出现时,温度露点差缩小到0~1℃。根据浓雾的特征和成因,将南宁的浓雾分为辐射雾、平流雾以及平流-辐射混合雾。由于混合雾成因和特征相对复杂,本文暂不讨论,只讨论典型辐射雾和平流雾。

图5 500hPa副热带高压后部回流型 Fig.5 The backflow in the bottom to the rear of subtropical anticyclone type of 500 hPa situation field

5.2 平流浓雾

南宁受副高底后部回流的偏东气流影响时,如没有对流发生,近地层往往会形成潮湿且静风的环境,利于浓雾生成。如图5所示,副高势力不强时,西脊点位于115°E附近,南宁处于副高西南部。当副高强盛时,西脊点可进入广西中部或更偏西的位置,位于110°E附近,此时南宁位于副高底部内侧,受其直接控制。

5.2.1 锋前暖区型

此类型通常在广西北部能够根据地面等压线、风向、温度梯度等分析出冷锋或准静止锋特征,而广西中部、南部锋面特征较弱,南宁处于锋面前部暖区。此时广西北部地区地面为偏北风,南部地区为偏东风或东南风,而南宁处于两者之间,风速很小,处于弱的辐合区的偏冷空气一侧,此类型时浓雾天气通常出现在弱辐合线附近及偏冷空气一侧,有时也能出现广西全区性的浓雾天气。此类天气型与刘艳杰、万瑜等[11-12]的研究结果较为近似。

图6 辐射浓雾地面形势图(2004年2月9日08时) Fig.6 Surface situation field during the radiation dense fog process (8 a.m.,Fabruary 9, 2004)

此天气类型主要特征是浓雾天气出现前,广西东部、南部地区风场出现变化,风向偏转致使偏东及偏南分量加大,主要表现为原本东北风或偏北风转变为偏东风、东南风或偏南风,南宁以东及以南地市风速约在2~4m/s之间,与此同时广西北部地区偏北风分量减小,风速也减小,因而在广西中部或南部形成弱的辐合。浓雾天气多出现在广西南部到中部地区,有时广西北部也能够出现。

教师要根据不同年级学生的能力布置作业,一、二年级的学生在不留书面作业的情况下,就要让他们养成对知识探究的兴趣,让学生不由自主地回忆课堂学习内容。例如,在《认识人民币》这一节的学习后,教师可以问问学生:“你们知道人民币都是什么颜色的么?我们国家的各个版的人民币都是不一样的,同学们回家看一看人民币的颜色和图案,下节课我们做一个‘你来形容我来猜’的游戏。同学们形容看到的人民币颜色和图案,我们一起猜一猜是几元人民币。”

5.2.2 南风辐合型

6 浓雾的边界层特征

就东中西部三大地区内部而言,经济增长及转移支付对东部地区与中西部地区间教育水平提高的影响截然相反。经济实力最强的东部地区,人均GDP的提高推动了其教育水平的显著提高,而人均转移支付资金的增加不仅没有推动东部地区内部教育水平的提升,反而起到了反效果。中西部地区则与东部地区截然相反,人均转移支付资金的增加有效推动中西部地区内部教育水平的提升,尤其是西部地区的教育水平的提升,而经济的增长,人均GDP的提高反而对地区内部教育水平的提升起到了反效果。

国内对融资租赁业影响较大的主要是法律方面。目前,我国还没有出台融资租赁的相关法律,融资租赁业发展依据是《合同法》中“融资租赁合同”专章,但是该章对融资租赁作了原则性规范,难以在实际操作中有效应用。据统计,2017年北、上、广、深、津5市共审理融资租赁案件8 324件,占到同期总案件的29.6%,所以国家应加快出台融资租赁相关法律,以完善市场机制。

图7 平流雾地面形势 Fig.7 Surface situation field during the advection dense fog process

6.1 逆温型

浓雾发生时1000~925hPa存在逆温层,且在浓雾发生前,逆温现象发展加强,即在浓雾出现前12小时,由原本的正常层结变为逆温层结,或者原本已经存在的逆温得到加强。逆温层很浅薄,垂直厚度通常在200m以下,甚至可能不足50m,绝大多数局限在925hPa高度以下,这与管琴等[13]研究认为20~1500m高度气层存在逆温层可作为山西省雾的预报指标的结论较为相近。925hPa高度以上也可能出现逆温,但结合个例统计和浓雾形成原理分析,边界层以上是否有逆温层结对其影响较小,因此不作分析。马翠平等[14-15]指出,当边界层风速增大或强冷空气到来使得逆温层结遭到破坏时,大雾将消散。

6.2 等温型

浓雾出现时1000~925hPa气层的温度变化率极小,近似于等温层。而在浓雾发生之前层结为正常类型且具有一定的不稳定能量。当能量释放或天气形势发生变化,层结稳定性明显加强,1000~925hPa温度直减率迅速减小时,浓雾出现。

浓雾天气发生高度及垂直厚度都局限在边界层内,因而分析边界层内的层结结构至关重要。通过统计发现,南宁浓雾天气都发生在层结稳定大气中,层结主要特征是绝大多数浓雾个例都会在1000~925hPa气层出现具备一定特征的温湿层结结构,且这样的层结结构较薄,局限在925hPa对应高度以下,而在925hPa对应高度以上层结不具备明显规律。依据1000~925hPa层结情况,分为逆温型、等温型及湿层型(图8)。

绿色矿业和绿色矿山两个概念有着相互联系但不完全相同。对于绿色矿业,21世纪初时任国土资源部副部长的寿嘉华,针对西部大开发中环境问题的严重性,较早提出了“绿色矿业”的概念,即在矿山环境扰动量小于区域环境容量的前提下,实现矿产资源开发最优化和生态环境影响最小化[14],形成了“绿色矿业”概念的雏形。朱训认为绿色矿业是既能为当代人提供物质资源,又不影响当代人和后代人的生存环境与可持续发展的矿业[15]。

6.3 湿层型

图8 浓雾典型层结结构 Fig.8 Dense fog typical structure of vertical stratification

有研究指出,中高层以纬向环流为主是造成持续性大雾的重要天气形势特征[6-9],南宁浓雾天气形势中的纬向型与此类似。图2为西风波动形势下南宁浓雾个例,其典型特征为我国大部地区环流经向度很弱,以纬向环流为主。特别是广西地区,500hPa等高线较平直,呈东西向分布,近似与纬线平行,即使与纬线相交,交角也很小。风向以偏西风或西偏北风较为常见,少数情况下亦可能出现西南风,总体而言西风分量很大,u分量远大于v分量。有时风场上似乎有小范围的切变,但在等高线上未表现出明显波动(振幅小于2个纬度),也归为此类型。500hPa稳定的纬向平直环流,为出现静稳大气层结提供有利条件,有利于浓雾的发生。

唐玄奘,前世为如来二弟子金蝉子,法号“玄奘”,被尊称为“三藏法师”,后世俗称“唐僧”,受大唐皇帝之托组建取经四人组,从东土大唐出发,到西天拜佛求取真经。唐僧作为整个取经团队的领袖,负责整个团队的经营和管理,和车间主任的岗位较为相似。每天要掌控车辆的维修进度,协调车间的日常管理工作,对那些不听话的人员不时还要念念“紧箍咒”。当然除了管理之外还要配合其他部门完成相应工作,关心自己团队人员的工作与生活困难,遇到问题时还要帮忙解决。总的来说唐僧的工作比较繁琐,需要由胆大心细、有责任心的人来做。

7 结论

对2001—2015年南宁市能见度低于200m的浓雾天气的形成机理和边界特征进行研究发现:

(1)每年南宁浓雾日有1~18天,年际变化大。1~3月为南宁市浓雾发生的高峰期。

(2)南宁市浓雾天气500hPa形势可以分为纬向西风波动型、槽后西北气流型、槽前西南气流型、副热带高压后部回流型等4种主要类型。

(3)南宁市平流浓雾可以分为锋前暖区型和南风辐合型,风场的平流作用使得南宁或临近地区存在风向辐合的弱辐合线。锋前暖区型平流雾以偏北风与偏东风或东南风辐合为主,南风辐合型平流雾以偏东风和东南风或偏南风辐合为主。平流浓雾发生在弱辐合线附近地区。

(4)南宁市辐射浓雾主要发生在地面冷高压脊控制下,或者冷高压东移减弱之后转为变性高压脊或者均压场控制时。

实验动物为SD大鼠,180~220 g,雄性,购自广东省医学实验动物中心,实验动物质量合格证NO.44007200042740。给予SD大鼠腹腔注射阿霉素制备慢性心衰大鼠模型。随机分成4组(每组10只),即模型组、附子提取物组、山茱萸提取物组、附子+山茱萸提取物组,另设空白组。除模型组和空白组给予纯净水外,其余组分别ig给予附子提取物、山茱萸提取物、附子+山茱萸提取物,连续给药4周。

参考文献

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李渝平,黄莉,白龙
《防灾科技学院学报》2018年第01期文献

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