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目 录

1 引言 4

1.1研究现状 4

1.2研究内容 5

2 观测概况 5

2.1观测概况与观测仪器 5

2.2涡度相关法 6

3 雾过程概况 6

3.1 雾的宏观发展过程 6

3.1.1 天气背景 6

3.1.2 雾的发展过程 7

3.2雾的微物理特征 9

4 雾过程中通量特征 11

4.1辐射通量特征 11

4.2湍流通量特征 14

5 雾过程污染物特征 16

5.1 污染物概况 16

5.2影响污染物浓度变化的因素 17

6 结论 20

参考文献 20

致谢 22

浓雾过程通量与污染物特征分析

白璐瑶

，China

Abstract: In order to explore the variation characteristics of radiation flux, turbulent flux and pollutant in fog process, based on the observation data of Tianjin tower, a heavy fog process from December 31, 2016 to January 1, 2017 was analyzed and discussed. The results show that: The atmospheric stability parameter values of the fog process are mainly concentrated in weak instability to weak stability range, and most of them are weakly unstable. The enhancement of turbulent kinetic energy due to the increase of wind speed is the main cause of fog dissipation. Turbulence is more active in fog process, and the strongest disturbances occur in fog development stage and fog dissipation stage. The change of the microphysical quantity in the fog is that the temperature of the surface of the long wave radiation cooling down, the layer stable accumulation of water vapor, and the increase of the water content and the number of concentration in the period of increasing fog. As the turbulence increases and inversion of the inversion layer into a diminishing layer, the concentration of pollutants decreases significantly during the early stage of fog.

Key words： Dense fog; Radiant flux; Turbulent flux; Contaminants; Meteorological tower

1 引言

雾是悬浮于近地面气层中水汽凝结成水滴或冰晶，使能见度低于一千米的一种天气现象，地气之间的物质、湍流、能量等的交换影响了雾的生消发展。雾对于人类社会活动有两方面的影响，一方面雾对于水文和生态而言可为干旱的生态提供水分，是一种比较有利的气象条件；另一方面，低能见度的雾天气是华北地区秋冬常见的灾害性天气之一，给生产交通等人类生活造成影响，例如雾天能见度较低，影响了海上运输及航空运输。在层结稳定、风力微弱、低层水汽充沛的天气条件下，容易形成雾，或发生在近地表有强烈辐射降温的夜间。雾的生消与地面的长波辐射冷却、边界层内各气层间的湍流输送及各种微物理过程有关。雾天常常存在逆温层，由于稳定大气层结的作用，对流运动减弱，影响着污染物的扩散，使污染物堆积，低空气质量影响人类健康。

1.1研究现状

国内外学者主要通过场外观测和数值模拟的方法研究雾过程中的辐射、湍流和微物理过程、边界层特征以及污染物的研究。Rodhe(1962)提出，辐射雾的形成是气层与地面间热量和水汽的湍流混合及地面辐射冷却的结果。Turton和Brown(1987)基于一维数值模式，表明辐射冷却和湍流混合之间的平衡是决定雾的形成及发展的主导过程。张光智等认为，雾过程中湍流垂直方向的输送占据主要地位。

辐射对于雾的发展的作用在于长波辐射冷却地面，且在雾形成后，雾顶部的辐射冷却使上层液态水含量增加，使雾层向上扩展。雾顶部的辐射通量增加其上部稳定度，而雾下部和内部稳定度减小，加强了下部饱和空气与冷空气的垂直混合，使雾层向下发展。Duynkerke(1991)研究表明长波辐射冷却和逆温层的存在是影响雾形成发展的重要因素，温度场和风场相互作用，温度场决定风场，逆温层促进雾的发展。刘瑞阳等^[4](2012)提出深厚的逆温层和充足的水汽供应是浓雾形成和维持的条件。

湍流过程中热量和水汽的输送对的雾发展具有重要作用，然而其究竟是有助于雾形成还是促进其消散，并无确定的结论。Jiusto(1980)等指出，在雾层较厚时，若湍流混合与辐射冷却同时出现，则对雾的发展有贡献。Gerber(1981)等提出，近饱和湍涡的湍流混合是雾形成及液滴尺度谱后续扩大的主要原因。张光智等(2005)提出在北京周围发生的雾过程中，湍流的垂直输送占主导作用。Welch(1986)等的研究表明，稳定度减小和湍流增强有助于雾形成^[31]，而雾在日出后增强，与此时湍流增强对水汽输送及使上部液态水向下混合有关。张礼春等^[28](2013)提出逆温层的持续存在使得大气层结稳定增强，在雾的形成前利于低层水汽聚集，在雾形成后抑制水汽的扩散，利于雾体的发展于维持。Bott et al.(1990)等研究了城市雾过程中，风、温廓线通量也适用于水平条件下的相似性理论。

在数值模拟方面，可以通过差分获得多层辐射通量数值和湍流相关数值，计算出垂直方向冷却率等，来探讨辐射通量和湍流对辐射雾的影响。周斌斌(1987)等^[9]（用数值模拟方法，计算了一次辐射雾过程的辐射冷却率和湍流冷却率廓线，研究了湍流交换作用及长波辐射作用，结果表明：湍流对于辐射雾形成和发展的作用在于，其阻止了雾的形成，同时又促进了雾的发展。而且在辐射雾形成前，地面附近存在冷却率和比湿极大值脱离地面的现象，是有时雾不在地面形成而形成于距离地面一定高度的原因。

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