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南京冬季雾特征及湍流对雾过程的影响

刘晓舟  
【摘要】:本文利用2007年冬季在南京信息工程大学内进行的雾外场观测试验资料,简要介绍了12月份雾的概况,并选取了辐射雾(2007年12月18日)和平流辐射雾(2007年12月19至20日)各一次,详细分析其生消发展过程,对其边界层内的温度场、湿度场、风场和动力结构进行了研究,并对雾中的微物理结构和湍流结构进行分析。研究结果表明: 辐射雾的水汽主要来自土壤水分蒸发,而平流辐射雾的水汽前半段要来自于东南暖湿气流的输送,后半段平流减弱,水汽主要来自于地面水分的蒸发。它们爆发性发展的原因也有所不同:辐射雾是由日出后土壤水分蒸发增强、温度下降和湍流强度增加三者共同作用导致的;而平流辐射雾则是由于偏北气流影响,降温率增大导致的。 风切变对逆温层结构有明显影响:风切变减小,有利于逆温结构的形成;反之,风切变增大,湍流发展旺盛时,会破坏逆温层。如果逆温层中某高度出风切变增大,湍流强度大,会导致逆温层分层,出现双逆温结构;反之双逆温层间风切变减弱会导致上下逆温层的合并。 微物理方面,在雾形成阶段的微物理参量最小,雾滴谱最窄,成熟阶段的微物理参量最大,雾滴谱最宽。雾的爆发性发展阶段中,各尺度上的雾滴数密度均迅速上升,且不断有更大的雾滴生成。平流辐射雾中含有的大雾滴比辐射雾中多,且其滴谱也较宽。 湍流结构在雾发展的不同阶段呈现出的特征也不同:在雾的形成阶段,大气通常处于稳定状态,湍流强度较为微弱。发展阶段中,湍流出现不同程度的波动,与次此相对应的,雾中含水量、数密度等往往也有所增加。在雾的成熟阶段,湍流强度往往较大。日出前,显热通量是负值,热量在湍流作用下向下传输,日出后转而为正,水汽通量也在日出后明显加大。影响湍流强度的因素很多。例如,风向变动剧烈时,低频湍流增加,能使湍流强度在风速减小的情况下异常增大;反之,风向趋于稳定,湍流强度也会在风速有所增大的情况下减小。日出后湍流强度加大,往往是因为地面辐射增强,热力湍流发展造成的。湍流对雾的发展有非常重要的影响。湍流能加大小雾滴的碰并效率,使雾滴谱拓宽,并向上输送水汽和热量,维持空中水汽过饱和状态,促进凝结核核化增长,导致雾爆发性发展或者微物理量明显增加并使雾维持在强浓雾状态。


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