湖北西部冬季雾的生消机制及其微物理特征

摘要

本研究基于2010年12月份在湖北省荆州(平原)和宣恩(山地)进行的雾的外场观测,其间两地均出现多次雾过程。利用FM-100型雾滴谱仪、能见度仪、系留气球探测系统以及自动气象站等观测资料,对两地8次雾过程的宏微观物理结构特征进行了分析,总结出了长江中上游地区雾的一般特征。按照成因对其进行了分类,观测到的雾过程里,荆州地区为平流辐射雾,宣恩地区为辐射雾,发现两者之间宏微观结构有明显的差异。宏观结构:两地雾过程均为水雾,宣恩雾层顶部气温降到0℃以下。荆州平流辐射雾在贴地逆温层下形成。持续时间在11-15h,22日过程为5h,能见度低于50m的强浓雾持续时间在8h左右(除22日雾过程)。雾层厚度22日为60m,其他4次在180-250m之间。在雾形成初期厚度在50m,通过冷平流的作用使逆温层结强度减弱,雾层向上发展,厚度增加。
　　由于太阳辐射加热作用,雾层消散,体现了平流辐射雾的日变化特征;宣恩地区辐射雾在离地面400-600m的高空以上存在强的逆温结构,地面无逆温层,在逆温层低部相对湿度升高比地面快,首先在空中形成低云,随着辐射降温低云向下发展接地成雾。宣恩特殊的地理环境,在夜晚易形成厚湿的空气层,雾在该空气层内形成和发展,该高度决定了雾层的厚度,四周高山的高度使得该地区的雾层厚度在400-600m之间,形成深厚的雾层。宣恩地区高逆温雾持续时间在2-4h之间,大大低于平流辐射雾的持续时间。雾层内部气温随高度递减,主要由向上的土壤热通量加热所致。弱的水汽来源、密闭的空间和向上的土壤热通量是决定宣恩雾过程时间长短的重要因素。最低能见度高于平流辐射雾,没有出现强浓雾过程。微观结构:荆州平流辐射雾的含水量较南京要小,没有南京那次长时间的水汽输送。荆州地区过程的平均数密度与南京2006年的观测相近,但最大值达到1982个/cm3,超过了南京的观测结果。宣恩辐射雾的数密度和含水量要远其他地区的平流辐射雾和辐射雾,平均数密度最大只有34个/cm3,平均含水量最大仅为0.01g/m3,均低于同是山地地形南岭的观测结果。荆州和宣恩的平均谱分布相似,均呈指数递减和上凸型,但宣恩在大滴端的数目要大于荆州。荆州出现一次窄谱雾,其他4次为宽谱分布。宣恩地区的辐射雾是低云接地而成,所以在大滴端的数密度要高于荆州的平流辐射雾。利用Morlet小波对两地8次雾过程的雾滴谱资料进行了分析,本文只对雾液态含水量的准周期振荡进行分析:两地的雾过程中存在不同尺度的振荡周期,主要在10min以内、10-30min、40min、100min、荆州第二次过程还出现180min的振荡周期。10min以内的周期主要发生在成熟阶段,主要与凝结,碰并-沉降-凝结、碰并过程有关。而10-40min更长周期来源是辐射冷却与湍流输送之间的动态平衡过程。但对100min及以上的周期的原因还不清楚,是否是仪器自身的平滑作用,还是和地形因素有关,还需进一步研究。

目录

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外对雾的研究进展

1.2.1 国外雾的研究

1.2.2 国内雾的研究

1.3 本文研究内容

第二章 外场观测概况

2.1 观测地点

2.2 仪器设备

2.3 资料及预处理

2.4 本章小结

第三章 典型雾过程的生消物理机制

3.1 两地雾过程简况

3.2 冷暖平流前后作用的平流辐射雾生消机制

3.3 冷暖平流同时作用的平流辐射雾生消机制

3.4 山地辐射雾生消机制

3.5 本章小结

第四章 湖北西部冬季雾的微观物理特征

4.1 两地微物理参数

4.2 两地雾滴谱分布

4.3 两地微物理参量的演变特征

4.3.1 平流辐射雾的演变特征

4.3.2 山地辐射雾的演变特征

4.4 本章小结

第五章 山地与平原冬季雾含水量准周期振荡特征

5.1 资料与方法

5.2 雾水含量的小波分析

5.2.1 平原地区雾含水量小波分析

5.2.2 山地地区雾含水量小波分析

5.3 本章小结

第六章 总结

6.1 研究内容总结

6.2 本文特色

6.3 研究的不足及展望

致谢

参考文献

作者简介