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雾的研究涉及多个方面,包括大尺度雾天气学的研究,雾天气过程边界层结构研究,雾天与湍流、辐射过程,雾中湍流参数化及湍流输送过程,地表动力学粗糙度的研究等。已有研究多针对少量雾个例开展观测与模式分析,并且主要是针对单一高度的湍流资料,对雾过程的各湍流要素、湍流输送进行研究。有必要进一步认识湍流输送在雾生消过程中所起的作用。本文利用天津255米气象塔层气象要素资料,计算了地表动力学粗糙度和零值位移,对比分析了雾天和无雾天天津塔气各象要素的廓线演变特征及时空演变的异同,结合三个高度的湍流资料,对比研究了雾日和非雾日的湍流结构,主要结论有: ⑴随着天津城区的发展,建筑物对于风向的影响高度集中在10-20 m之间,各个风向的零值位移d值均介于10-20 m之间,平均高度18 m以上。伴随着城市的发展,建筑的增多和增高,相比于2006年以前,2010年以后的Z0值普遍有增大趋势。 ⑵雾前,比湿和相对湿度较大,百米左右高度出现逆温,且逆温会逐渐发展,变厚、下压。其中,辐射雾前比平流雾前的逆温要强一些。雾中,逆温层持续变强、增厚、并下压逐渐接地,雾过程的后半阶段,逆温层底出现抬升的情况,大气呈现弱不稳定近中性的层结特征,辐射雾整个过程中逆温的发展抬升一般比平流雾中要明显,平流雾中逆温减弱的相对较快。辐射雾雾项往往较低,尤其是刚起雾的时间,雾顶在150-200米左右;平流雾则较高,雾项一般高于250米。辐射雾的消散主要受温度的影响。平流雾的消散主要是风速的影响。 ⑶辐射雾,雾前后三层高度的摩擦速度都比较小;平流雾雾前白天摩擦速度一般都较大。雾前一小时直至雾开始消散时间段,三层稳定度都呈现出明显的稳定层结与不稳定间层结振荡的趋势。雾天气的存在改变了大气原有的层结结构,降低了夜间的层结稳定度,使夜间部分时间呈现不稳定层结状态。雾前和雾中,三层高度垂直输送都非常微弱。水平方向热量输送也不强,但是相比于垂直输送强数倍,雾过程后半段水平输送也时常出现突然增强的情况,可超过0.1ms-1k。无雾天气热量垂直输送呈现较明显的日变化。雾天的影响主要体现在,雾前白天虽然也存在垂直输送,但是平均值较无雾天气小很多,最大值都不超过0.05 ms-1k。平流雾的后半段以及雾的消散期,会导致短时内出现向下的热量输送。无雾天气三层水平热量输送演变呈现的日变化特征,白天负方向输送为主。入夜,热量的水平输送减弱,一般低于0.1 ms-1k,多为正方向输送。雾天的出现导致白天热量的水平输送减弱或者出现负方向输送为主的情况。夜间水平输送被加强,尤其是平流雾的夜间,高层的水平输送甚至可以达到0.3-0.5 ms-1k之间。 ⑷无雾天气三层垂直水汽输送有一定的日变化,雾天气会导致白天的水汽输送减弱,最大不足0.02 ms-1gkg-1,平流雾会造成夜间出现较强的垂直水汽输送,40米可达0.08 ms-1gkg-1,高层更大。无雾天气三层水平水汽输送有一定的日变化特点,白天以负方向输送为主,接近日出或傍晚有短时的正向输送。夜间00时-06时时间段水平水汽输送非常微弱,几乎为零。雾天会导致夜间出现一定的水汽水平输送,一般以负方向为主,平流雾可带来更强的水平输送。 ⑸辐射雾过程中,三层平均动能有增大趋势,湍流动能的增大是影响辐射雾消散的重要因素。平流雾过程中,三层高度的平均动能在雾前都有一段相当长时间的低值区,雾的出现常常伴随着平均动能的迅速增大,当平均动能增大到某一个数值之后,雾开始消散。无雾天气三层的平均动能与湍流动能比值在夜间一般呈现双峰结构,两次峰值大致相当。而雾天一般呈现单峰结构。雾前三层平均动能与湍流动能比值的突然增大可以看做雾发生的一个信号,而雾中比值在剧增之后降低到雾前的水平,可以作为雾即将消散的信号。