第五章 天气现象
从云中降下的究竟是雨还是雪，主要取决于云内和云下的温度；当云内温度在0℃以上时降下的是雨或毛毛雨；当云内、云下温度都低于0℃时，一般是下雪，但有时也会下过冷水滴，如降落到地面或地物上即刻冻结，就形成了冻雨；如果云内温度低于0℃而云下温度高于0℃时，从云中降下的冰晶、雪花或小冰雹，可能完全融化成雨滴，也可能出现雨夹雪或半融化的雪（湿雪），有时航空器在飞行时遇到的是雪，而在地面见到的却是雨，就是这个道理。
雪花形状是多种多样的，但基本形状多是六角形的，这是怎样形成的呢？下面以六角形片状冰晶为例（见图5—2），来说明雪花的形成。
图5—2 雪花的形成
对六角形冰晶来说，由于它的面上、边上和角上的曲率不同，相应地具有不同的饱和水汽压，其中尖角处的最大，边上的次之，平面上的最小。在实有水汽压相同的情况下，由于冰晶各部分的饱和水汽压不同，其凝华增长的情况也不同。当实有水汽压大于平面的饱和水汽压时，水汽只在面上凝华，形成的是柱状或针状雪花；当实有水汽压大于边上的饱和水汽压而小于角上的饱和水汽压时，边上和面上都会发生凝华，但同面上相比，边缘部分能优先获得周围供应的水汽，凝华增长得比较快，所以多形成片状雪花；当实有水汽大于角上饱和水汽压时，虽然面上、边上、角上都有水汽凝华，但因尖角处位置特别突出，水汽供应最充分，凝华增长得最快，故多形成枝状和星状雪花。
大气中，由于冰晶不停地运动，它们所处的湿度条件也不断变化，这样就使得冰晶时而沿这个方向增长，时而沿那个方向增长，形成了多种多样形状的雪花。雪花的体积一般较大，缓慢地飘浮下降，在途中碰上其他雪花时，还会粘在一起，成为直径几厘米的雪团。
（二）霰的形成
霰生成在冰晶、雪花和过冷水滴混合的云中。
当冰晶或雪花穿过温度为０℃－10℃的过冷水滴云层时，就与细小的过冷水滴相碰撞，过冷水滴很快冻结在冰晶或雪花上，由于这一过程进行得很快，所以冻结物中间还留有空隙，因此，形成的霰是一种白色不透明、松脆容易破裂的小雪粒。霰既然与碰撞合并有关，所以生成霰的云，多有乱流存在，使它下降时带有阵性。霰的圆锥形是迅速下降时的旋转运动所造成的。
（三）米雪的形成
米雪的成因和霰基本相同，但多降自层云或雾中，由于云层乱流较弱，云中
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过冷水滴很小，故形成直径很小的米雪。
（四）冰雹的形成
冰雹降自强盛的积雨云中，它的形状很多，有球状、圆锥状及其它不规则形状。当云中有时强时弱的升降气流时，云中的过冷水滴就会立即同冰晶、雪花冻结在一起，形成不透明的小雪球，这就是霰。也是冰雹的核心。它形成后，随着气流一起升降，当冰雹核心下降到温度略低于０℃的气层中含水量较大的区域时，由于过冷水滴在雹核上冻结所释放的潜热往往来不及散失，使一部分过冷水滴的温度升高至０℃并在雹核上流散开来，形成一层冰膜，当它冻结时就成为透明的冰层，当冰雹核心被上升气流带到温度较低、含水量较小的区域时，过冷水滴冻结所释放出的潜热散失很快，过冷水滴就迅速冻结在雹核上，其间夹杂着不少空气，因而形成不透明冰层。此外，当冰雹核心落到温度在０℃以上的区域时，一方面原有的冰层要融化，另一方面又合并了许多液态水，如果再次上升到温度在０℃以下的区域时，也会冻结成透明冰层。这样，冰雹核心随着气流一起升降多次，就逐渐增长为透明和不透明冰层相间的冰雹（见图5—3）。
图5－3 冰雹的形成
云中时强时弱的气流多变时，冰雹在云中升降的次数越多，这种透明与不透明相间的层次也越多，冰雹的个体也就越大。
（五）冰粒的形成
当雨滴经过温度低于０℃的冷气层时，就很快冻结而成完全透明的圆球（见图5—4），这种圆球就是冰粒。有时冰粒的硬壳内还有未冻结的水，如着地碰碎，就只剩下破碎的冰壳。
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图5—4 冰粒的形成
（六）冰针的形成
冰针是气温在-20℃以下时，由水汽凝华而形成的。
第二节 雾现象
雾是由大量的小水滴或小冰晶在一定的条件下浮游在近地面空气层中造成，它的出现能导致能见度不同程度的减小。雾的颜色多为乳白色，在工厂区可稍带黄色或灰色。
按照国际民航组织（ICAO）和世界气象组织（WMO）的有关规定，单讲雾现象是指大雾（FG）。根据航空需要，本节中的雾现象包括轻雾、浅雾、部分雾、碎雾、雾、冻雾现象。
一、雾现象的种别及判定
（一）轻雾（BR）—近地面空气中水汽凝结或凝华而使主导能见度降低到1000米（含）至小于10000米的现象。是由悬浮在空气中的微小水滴或者吸湿性粒子构成的灰白色的稀薄雾幕，出现时使远处景物朦胧不清，相对湿度通常在75%以上。
（二）浅雾（MIFG）—弥漫在近地面层，上限高度不超过２米，多呈不连续的带状或片状。在实际工作中，可能由于浅雾遮蔽跑道标记和跑道灯光而发生问题。
（三）雾（FG）—近地面空气中水汽凝结或凝华而使主导能见度降低到小于1000米的现象。在雾中有时能分辨天顶状况，有时不能分辨天顶状况。
（四）冻雾（FZFG）—主导能见度＜1000米。冻雾包括冻结的和过冷的两种。冻结的指地面产生了雾淞；过冷的指由过冷水滴组成的雾，即温度虽在０℃以下，仍未冻结的雾。此时，不论是否有雾淞形成，都应当视为冻雾。
（五）碎雾（BCFG）—即碎片状雾，在雾中能见度＜1000米，雾外能见度≥1000米，雾扩展到离地≥２米高度。
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（六）部分雾（PRFG）—覆盖机场重要部分的雾，其余部分是晴空，多指影响机场局部区域的平流雾。雾中能见度＜1000米，雾扩散到离地≥２米高度。
浅雾、部分雾、碎雾不影响主导能见度的观测，出现这些雾时，主导能见度可在10千米或以上。在METAR/SPECI报告中编报这些现象时，主导能见度不受限制。
二、雾的形成
雾是由于近地面空气层中水汽达到饱和或过饱和凝结或凝华而形成的。 形成雾的基本条件有下列四个，这些条件缺一不可： （一）大气层结稳定，近地面有逆温层； （二）空气中含有充分的水汽和凝结核； （三）适宜的风； （四）适当的冷却作用。 形成雾的基本过程有： （一）冷却过程
空气冷却主要有以下三种方式：
1、绝热冷却。未饱和湿空气上升过程中空气因绝热膨胀而冷却，这种冷却过程冷却效应非常显著，常使湿空气团达到高度的过饱和而产生凝结。
2、平流冷却。暖湿空气流经冷下垫面上时，不断热量传递给冷的下垫面，而使其本身逐渐冷却，若暖湿空气和冷下垫面的温差较大，就可能使空气达到过饱和而发生凝结。这是形成雾的基本原因之一。
3、辐射冷却。夜间，空气由于放射辐射失去热量超过吸收的热量，因而逐渐冷却的过程。这种过程在含有大量的尘埃、凝结核等气溶胶质粒气层的冷却中，尤其是在云层顶部夜间冷却中表现得很明显。
靠近地面的气层，除了本身辐射冷却外，还受到地面辐射冷却的影响。夜间，地面因有效辐射而失去热量温度降低，使近地气层的空气冷却而可能达到过饱和产生凝结。
（二）蒸发过程
水面或水滴表面的蒸发是使空气中水汽含量增加的过程，同时由于蒸发消耗热量而使气温降低，所以又是冷却过程。由于增湿和冷却的结果可能会使空气中的水汽达到过饱和而产生凝结形成雾。
（三）混合过程
当温度和湿度不同的两块接近饱和的空气发生混合时，混合后可能达到饱和或过饱和。混合过程有水平混合和垂直混合两种。 三、雾的分类
根据形成雾的物理机制和天气条件，可将雾分为气团雾和锋面雾两大类。气
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团雾形成于气团的内部，是由于近地层空气与下垫面相互作用的结果产生的。而锋面雾则是锋面活动的产物。
（一）气团雾
气团雾可分为冷却雾、蒸发雾、混合雾和地方性雾等。下面分别介绍。 1、冷却雾
这类雾是在空气冷却到露点以下时所出现的。但由于引起冷却的 方式不同，因而形成的雾又有区别，常见的冷却雾有： （1）辐射雾
由于地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的雾叫辐射雾。它是由于近地面空气强烈辐射使气温降低到露点温度以下而形成的。它多出现于晴朗、微风而近地面水汽又比较充沛的夜间或清晨。日出增温后便逐渐消散。辐射雾不出现在海洋上。
有利于辐射雾形成的条件有：
（a） 近地气层中水汽含量充沛，当空气被雨和潮湿的地面增湿以后，对形成此类雾特别有利；
（b）晴夜。因天空晴朗的夜晚地面有效辐射强，地表面冷却也强，温度下降幅度较大，使贴地层空气温度也随之有较大幅度的下降。
（c）微风，风速为1－3 米／秒。要形成一定强度及一定厚度的辐射雾，仅有辐射冷却还不够，还应当有适度的垂直混才作用相配合，以便形成较厚的冷却层。空气静稳时，垂直混合太弱，不利于形成辐射雾；而风速过大（> 3 米／秒）及温度层结不很稳定时，垂直混合又太强，也不不利于形成辐射雾。
（d）近地层出现逆温层。稳定层结加上水汽多半聚集在这一层中，最有利于辐射雾的形成。
所以，出现辐射雾时，一般表示天气晴好，“十雾九睛”就是指辐射雾。例如，在高压中心或弱高压脊附近，往往出现睛朗微风的天气，如果当时近地层空气中水汽充沛就可能有辐射雾生成。
（2）平流雾
暖而湿的空气流经冷的下垫面时逐渐冷却而形成的雾，叫平流雾。
图5—5 平流雾的形成
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