引言

雾是在特定天气背景下形成的水平能见距离低于1 km的天气现象。它不仅妨碍飞机起降，给船舶航行带来困难，也容易诱发公路交通事故，对工农业生产和人民生活带来很多不便。30多年来国外多次对雾进行综合外场观测^[1-4]，揭示了雾的物理化学特性；并加深了对雾生消的动力和热力过程的认识。近期，Ma，Eugster，Fahey及Klemm等都对雾进行了观测研究^[5-8]，深化了对雾的物理过程、数值模拟的参数化方面的研究。国内在上海、重庆、南京沪宁高速公路、云南西双版纳、浙江舟山、成都双流机场、广东南岭、南京市郊及北京等地对雾也进行了观测试验研究^[9-24]。这些研究揭示了中国城市雾的物理化学特性，基本搞清了雾生消物理过程及其相关的影响因子，并发现雾与地形、城市热岛效应、空气污染等因素有关。许多学者还对雾出现时的大气环流形势、气象要素场以及物理量场等许方面进行了研究^[25-29]。童尧青等^[26]对南京地区雾天气的气候特征及其与气象要素关系进行了分析，指出雾天气出现的气象条件是近地面为弱风、高湿并为弱高压控制。毛冬艳等^[28]统计了华北平原雾发生时大气低层部分气象要素的特征。王玮等^[29]还对我国中部的一次大范围持续性大雾行进了诊断分析，指出边界层在低层辐合上升和高层辐散下沉的界面中形成逆温层, 是浓雾产生的重要因素。这些研究为雾的预报提供了有益的参考价值。

雨雾(precipitation fog)是雨滴下落到云层以下的干空气中后，水滴蒸发为水汽，水汽冷却到露点温度后发生凝结而形成的雾^[30]。由于其低能见度且伴有降水，同样对交通运输等带来很大的不便。国外一些学者指出雨雾常形成于锋面前后，并将雨雾分成锋前雾、锋后雾和锋际雾^[31-32]，确认雨雾的产生是由于雨水的蒸发^[33]。Tardif^[34]研究了纽约地区雨雾发生时环境条件的变化特征，认为雨雾大都发生在连续的小雨或毛毛雨出现后云底不断下降的条件下；同时对非平衡态下的雨滴蒸发对雨雾形成的贡献也进行了模拟研究^[35]。邓雪娇等^[18]对南岭山地一次锋面浓雾过程进行了分析，指出浓雾维持期间, 出现小到中雨时, 雨强峰值时间段都出现能见度短时好转的现象, 否则则反之。可见，对雨雾的形成及其特点已有许多的认识，并有了轮廓概念，但对雨雾的边界层结构及微物理特征的观测分析还不多见。

根据2006—2008年南京气象观测资料统计表明，南京地区以辐射雾为主，其中约74%的雾集中出现在11月至次年的3月，而雨雾出现的次数达总数的20%以上。可见，雨雾也是南京地区雾的一种重要类型。为此，本文将针对南京地区秋末至春初时期(11月至次年的3月)的雨雾，重点在环流形势、边界层和宏观、微观结构特征等方面进行深入的探讨。

1 资料概况

本文所用的资料部分来自2006—2007年冬季在南京信息工程大学观测场进行雾的外场综合观测试验。其中大气边界层探测采用芬兰维萨拉(Vaisala)公司生产的DigiCORA系留气球低空探测系统，包括温、压、湿、风等十几个参数；并利用MFASAN型平面相控阵声雷达系统测量了30~1000 m大气边界层三维风场；雾微物理结构的观测利用美国DMT公司生产的FM-100型雾滴谱仪，可以连续测量雾粒子数浓度、谱分布, 粒径范围为2~50 μm, 最大数密度为10⁴个·cm^-3，观测连续进行，每秒钟产生一组数据。同步观测的仪器还有自动气象站和能见度仪。另外，本文还用到了南京气象观测站2006—2008年高空和地面常规观测资料，高空观测资料为一天两次(08和20时)的探空资料；地面观测资料为逐时的地面气象要素资料。在综合观测期间出现雨雾时，所用雨量资料为临近观测地的浦口站点雨量。

2006—2008年11月至次年3月共有14次雨雾过程(表 1)，其中综合观测期间测得5次雨雾过程资料。本文对出现雨雾天气时的环流形势进行了分析，并对雨雾过程中的边界层结构和微观结构进行了深入探讨，以此获得对雨雾较全面的认识，为雨雾的预报提供一些科学依据。

2 雨雾环流形势分析

分析所有雨雾过程发现，冬春秋季高空500 hPa和700 hPa形势图上均表现为西风槽或南支槽东移靠近江苏省，南京处于槽前西南气流控制下，同时850 hPa多伴有弱切变，在这种大的天气背景下(图 1)，南京出现了降水。

从地面形势看，南京出现雨雾的天气形势主要有以下3种：① 锋面型(冷高压前部型)(图 2a)，这类形势出现的最多，具体时间见表 1中的第1~8次，达总过程数的一半以上。在冬季冷空气南下时，以西北路冷空气居多，冷高压主体处于贝加尔湖以西，冷空气前锋越过南京前后这段时间，都有可能出现雨雾，这与Stewart^[32]提到的锋前、锋后和锋际雾类似。南京雨雾多出现在锋后，此时，南京近地层受弱的偏北风控制。随着冷空气大举南下，高空槽东移过境，高空转为槽后的西北风控制。在北方干冷空气的快速南下后，雾也逐渐消散，此时的降水也逐渐停止。② 冷高压底部型(图 2b)，共3次(表 1中第9~11次)，大多是在秋冬季，冷空气偏北，高压主体处于30°N以北，南京市位于高压底部偏东气流中，有时也伴有弱的冷空气下来；③ 低压倒槽型(图 2c)，共3次(表 1中第12~14次)，这种天气形势出现雨雾时，南京处于倒槽的西侧，地面吹弱的东北风。据统计，南京霾日多以偏东风为主，可见这两种天气形势下，空气中的颗粒物较多，加上水汽条件好，也有利于雨雾天气的形成。

3 雨雾宏观特征 3.1 雨雾天气的一些基本特征

雨雾各季节都有出现，以冬季最多，约占总数的69%。图 3给出了不同天气形势的雨雾过程逐时雨量与能见度的演变情况。可以看出，与同期观测到的辐射雾和平流辐射雾^[20]相比，雨雾天气能见度相对要高，大多在400 m以上(表 1)。一天中各时段均有可能出现雨雾，以夜晚至早上这段时间居多。雨雾期间雨量不大，多为小雨天气(其中有两次过程：2006年2月5日和2008年1月26日，出现了降雪)，时降水量一般小于1 mm，个别时次超过2 mm·h^-1。而随着雨强的增大，雨滴会对雾滴产生清除作用，相应的雾也减弱至消散。可见，雨雾出现在非强天气过程中。随着降雨的持续，能见度起伏变化，总体呈下降趋势，特别是在雨强短时增大时，能见度可出现短时的好转现象(图 3c)。进一步分析发现，当雨强相对较大且降雨时间持续较长时，雨雾逐渐消散(图 3b)。随着高层转为槽后西北气流控制，整个降雨过程结束时，雨雾也随之减弱(图 3d)，能见度逐渐转好。这说明产生雨雾的一个条件是小雨天气，雨强不能太大。

总的来看，雨雾期间雨强不大。当雨势增强或地面风速加大，干冷空气的不断侵入，湿度下降，都会导致雨雾的减弱或消散。

3.2 边界层结构特征 3.2.1 温度层结特征

很多气象观测分析表明，雾发生时，大气层结通常是稳定的，并伴有逆温。为了了解雨雾的大气边界层结构，图 4给出了雨雾过程中雾前、雾期间和雾后的温度层结曲线。可以看到，在雨雾前，没有明显的逆温层结(图 4a)，气温近似按干绝热递减率递减；而在雨雾期间，1000 m以下高度层都有逆温存在(图 4b)。由于逆温的存在，使得上层温度高于近地层，这样就形成了一个上层暖而下层冷的结构；暖雨滴下落到近地层冷空气中后，形成雨雾，这是一种蒸凝过程^[36]。当上空暖雨滴落到近地面时，雨滴和凝结核共存，由于雨滴温度高，表面饱和水汽压高，而贴地气层凝结核温度低，其表面要求饱和水汽压相对低。由于雨滴表面饱和水汽压比环境大气实际水汽压要大，雨滴将蒸发变小。随着雨滴不断下降，连续蒸发，环境大气水汽分子不断增多，水汽压也逐渐增大。当环境大气水汽达到饱和时，凝结核核化凝结，即雨雾形成。可见，雨雾的形成过程，就是高温雨滴蒸发，低温凝结核核化、凝结增长的过程。所以雨雾的本质就是蒸发雾。在雨雾结束后，逆温层结逐渐减弱甚至消失(图 4c)。

由此可见，稳定的边界层层结，即较强的逆温层存在，且边界层上层气温高于近地层，是形成雨雾的一个重要的条件。

3.2.2 风场特征

从雨雾期间地面风向风速分析看(图略)，雾发生时风速一般在0~3 m·s^-1之间，最大不超过5 m·s^-1。图 5是2007年两次雨雾期间风场特征，包括锋面型和高压底部型。分析发现，整个雾过程中近地面100 m以下风速都较小，以东到东北风为主，近地层有明显的弱冷空气存在。弱冷空气使气温下降，从而进一步使环境饱和水汽压下降，相对湿度增大。近地面没有明显的暖湿空气输送，水汽主要来源于下落暖雨滴的蒸发。风速随高度的升高明显增大，雾初期，100 m以上风向以东到东南的风为主，而从形势上看，高空由于槽未过境，850 hPa至700 hPa吹西南风，可见风向随高度的增加呈顺时针旋转，有明显的暖平流，上层的暖湿空气也为降水的形成提供了源源不断的水汽条件；而高层的西南气流使得上层暖下层冷，这样有利于稳定层结的形成。随着系统的东移，100 m以上风向逐渐转为东北风，而锋面型在雾形成不久风向就开始发生转变。整个500 m以下的偏北风量都逐渐加大，接近雾散时，锋面型都转为西北风，并且在后期，风向随高度逆转，冷平流明显，高压底部型上下都转为偏北风。可以看到，整个风场的变化与系统的移动变化是紧密联系的。

4 雨雾微观结构特征

雨雾发生时的能见度强度虽不及强盛期的辐射雾、平流辐射雾，但仍然可以对民航、高速公路等产生危害和影响。在雨雾发生时，影响能见度的要素主要是小雾滴以及小雨滴。所以分析雨雾过程中的雾滴谱可以更好地理解雨雾产生低能见度的原因。

表 2给出了2007年观测到的4次雨雾过程的微物理参量，其中2007年12月11—12日和16—17日过程由于中间有一段能见度大于1 km，在此分开计算了相关的物理量。由表可以看出，雨雾的平均数密度在0.5~3.7个·cm^-3之间，最大数密度达15个·cm^-3(12月16日)，而最小仅0.025个·cm^-3 (12月27日)；雨雾的平均含水量大都在10^-5 g·m^-3量级，最大含水量0.001 g·m^-3(12月16日)，最小仅3.6×10^-7 g·m^-3(12月27日)；从能见度看，16日最低能见距离达214 m，而此时出现了这几次雨雾过程中最大的雾滴数密度及液水含量。雨雾的谱宽在10 μm左右，最大不超过15 μm，平均直径较为均匀，多为3 μm上下。可见，雨雾的数密度、含水量和平均直径与同期观测到的平流辐射雾^[21]相比都要低很多。从图 6的谱分布也可以看出，能见度低于400 m的几次雾过程，其大滴段的雾滴数密度都要高于其他几个雾过程，最大含水量也都比较高，均超过10^-4量级，因此，雾滴数密度(尤其大滴段的数密度)高是造成雨雾低能见距离的主要因素。另外，雨雾的雾滴谱很窄，其曲线成指数快速下降(图 6)。

5 总结

(1) 南京地区秋末至春初出现雨雾时，高空500 hPa处于槽前西南气流控制下，850 hPa常伴有弱的切变，地面形势主要有锋面型、冷高压底部型和低压倒槽型3种情况。

(2) 雨雾出现在非强天气过程中，一天当中任何时段均可出现，雨强总体不大，能见度多在400 m以上；当雨势增强或地面风速加大，干冷空气不断侵入，都可能造成雨雾消散。

(3) 稳定的边界层层结，较强的逆温层存在，且边界层上层气温高于近地层，是形成雨雾的一个重要的条件；近地层常有弱的冷空气入侵，风力一般在0~3 m·s^-1之间；雾初期有明显的暖平流存在。整个风场的变化与系统的移动变化是紧密联系的。

(4) 雨雾的形成过程，就是高温雨滴蒸发，低温凝结核核化、凝结增长的过程。雨雾的本质就是蒸发雾。

(5) 雨雾的数密度、含水量和平均直径与其他种类雾相比都要低很多；雾滴谱很窄，其谱分布曲线成指数快速下降。