雾霾现象经验公式及在首都机场的应用_燕建军

航空气象／ＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ
引言
雾和霾都是漂浮在大气中的粒子，都能使能见度恶化从而形成灾害性天气，虽然其组成和形成过程完全不同，但在实际工作中区分二者是有一定难度的。

雾（注：本文中如无特别说明，雾包含雾和轻雾）是由大气气溶胶中排除了降水粒子的水滴和冰晶组成的，颜色多为乳白色，在工厂区可稍带黄色或灰色。

霾则是由排除了云雾降水粒子之后，大气气溶胶中的非水成物组成的，主要是由大量极细小的烟末盐末等组成，远处光亮物体微呈黄色、红色，远山、森林等深色物体微呈蓝色，太阳呈桔黄色。

由于雾、霾现象近年来对人们的生产生活和交通运输有非常大的影响，特别是随着民航航班量的不断增加，每年因雾、霾影响而延误和取消的航班架次也在不断增加。

为了准确判断和区分雾、霾现象，更好的为机场天气预报、航空运输和空中交通管制等有关部门提供数据依据和信息服务，从而减小雾、霾现象（在低能见度时）对机场航班正常起降的影响。

本文总结出了一套简单实用经验公式，可以在一定程度上
弥补观测员在判断和区分雾、霾现
象时方法上的欠缺。

一、雾、霾现象的概述、特点及
判别标准的简介
(一)概述
雾和霾是人们熟悉的两种天气
现象，广义上讲，都属于大气气溶胶
的范畴。

雾看起来呈乳白色或青白
色（散射全色光），会降低空气透明
度，使能见度恶化，相对湿度较大。

霾远处光亮物体微带黄色、红色，黑
暗物体微带蓝色，使空气普遍混浊。

形成霾的天气条件一般是气团稳
定、较干燥，在一天中任何时候和任
何高度均可出现，且随高度增加而
加重，高度较高时容易误认为卷云。

在雾、霾、烟、扬沙、尘卷风、沙尘暴、
浮尘、吹雪和雪暴等诸多影响能见
度的天气现象中，大多数现象根据
中国气象局和民航的地面气象观测
规范并不难区分，有一定区分难度
的是雾和霾。

(二)雾和霾的特点
雾、霾之所以难区分，主要原因
是这两种现象不像烟、沙等其它视
程障碍现象那样，有非常显著的特
征。

如，沙有沙源，有沙粒，有自己独
特的颜色；烟有烟源、有刺激性气
味，有自己的颜色，这些都是观测者
可以从感官信息上直接做出准确判
断的。

而雾、霾现象则不同，虽然他
们物理结构和化学成分都有本质的
区别，但由于它们的颗粒都很小，颜
色比较接近，又经常同时存在，所以
无很难用肉眼把它们区分开。

(三)雾、霾现象的判别标准
关于雾和霾的区别，在我国科
学界和气象业务人员之间一直分歧
较大，著名大气物理学家和资深教
授们普遍认为形成雾必须有凝结过
程发生，凝结核可能的过饱和相变
湿度大致介于95%～100%之间，完
全转化成液态形成云雾滴的核化湿
度会更高，大致在100%左右。

而从
1952年以后，广大观测员不成文的
识别辅助判据，都将相对湿度定得
比较低，在55%～85%之间，二者分
歧很大，哪个才是合理的标准，目前
还没有明确的答案。

在不同历史时
期，WMO和其他国家气象机构曾经
给出过区别雾、霾的建议，其中就有
使用相对湿度作为辅助判据的。

如
在WMO1984年的报告中，建议霾
雾霾现象经验公式
及在首都机场的应用
Application of experience formula of fog and
haze phenomenon at Beijing/Capital airport
华北空管局气象中心燕建军
25
Air Traffic Management/2011(7)
专业探索航空气象／ＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ
的相对湿度大约低于80%；在1996年的报告中建议霾的相对湿度低于80%；而对于轻雾，在2005年的报告中建议相对湿度大于95%（以上建议只是在能见度1～5km之间适用）。

目前我国大多数气象服务机构都使用相对湿度作为区分二者的辅助手段，且一般认为轻雾的相对湿度大于75%，大雾的相对湿度大于95%。

二、首都机场的雾、霾资料统计结果
在首都国际机场2007年1月至2010年6月，共1277天的气象观测数据中，雾霾现象共计1303日次，充分证实了雾、霾现象在日常生活中出现的频率非常高，对人们生产生活和交通运输的影响也非常大。

特别是霾现象，从统计资料中可用看到有逐年增加的趋势（如表1和图1所示）。

三、雾、霾现象经验公式的建立
由于在实际大气中雾、霾现象并不是完全独立存在的，它们可以互相转换和共存，而且由一种现象转变为另一种现象的过程是一个渐变的过程。

既然这个过程不是突变过程，那么前面判别标准中用固定的相对湿度值来区分两种现象显然是不客观的。

比如：在其它条件相同的情况下，1km和9km的轻雾所需的相对湿度会有所不同，也就是说，单位体积空气中的雾滴浓度不同，水平能见度的恶化程度也不一样。

因此，如果要用相对湿度作为区分
雾霾现象的辅助判据，这个相对湿
度值应该是一个随能见度变化的
值，而不应该是一个固定的值。

为了在实际工作中能够准确的
判断和区分雾、霾现象，使判别方法
更加简单，判别结果更加客观，避免
相当湿度一刀切。

在对大量实际观
测数据进行了计算和整理的过程
中，发现（能见度2÷5+相对湿度）
的数值大小与实际雾、霾现象的观
测结果有很大的相关性。

一般来说，
数值大时多为雾或轻雾，数值小时
多为霾。

利用它们之间的相关性，用
一个假想的数值与该数值相比较，
从而区分雾和霾。

由于在各个气象
机构给出的雾、霾现象的辅助判据
中，平均相对湿度值约为80%，所
以，就用80作为这个假想参考值，
得到以下公式
80-（能见度2÷5+相对湿度）=
R；（1）
式中：
当R≥0时，主要影响能见度
的天气现象为HZ；
当R＜0时，主要影响能见度的
天气现象为BR或FG。

（式中，能见度的单位为km，相
对湿度=实际相对湿度×100）
经过实际数据代入式（1）计算，
发现该公式在能见度3km以上时
计算结果与实际观测结果一致率较
高。

当能见度小于3km时，特别是
当能见度低1km且相对湿度较小
时，结果一致情况不好。

如当能见度
很低于1km，且相对湿度小于80%
时，计算结果为雾而不是霾，显然不
符合实际天气状况。

为了提高公式
在低能见度、相对湿度不高时的可
用性，对式（1）进行能见度补偿，得
式（2）
80－（能见度2÷5+相对湿度）+
(10－能见度)=R。

（2）
用（10-能见度）作为公式的能
见度补偿，是因为在民航地面观测
规范中，只当雾霾现象使能见度降
低到10km以下时才观测和记录这
两种天气现象。

这样式（2）中能见度
的值就是一个0～10之间的数，
（10-能见度）就是一个与能见度反
相关的数，即能见度越好，该数值越
小，能见度越坏，该数值越大。

它在
式（2）中所起的作用是随着能见度
的逐渐降低，区分雾霾现象的相对
湿度逐渐增大，不再是一个固定的
数值,起到补偿作用。

式（2）整理后
得到以能见度、相对湿度参量的雾、
霾现象经验公式
90－能见度2÷5－相对湿度－能
见度=R（3）
四、能见度、相对湿度、雾霾现
象对照表
通过将能见度0～10km和相对
湿度1～100代入经验公式（3）进行
计算，得出能见度、相对湿度、天气
现象对照表（如表2所示）。

五、雾、霾现象的概念模型
根据表2（能见度、相对湿
表1首都国际机场2007年1月至
2010年6月雾、霾日数统计表
年份HZ日数/天BR日数/天FG日数/天
200715619018
20081571947
20091951819
2010半年101905图1首都国际机场2007年1月
2010年6月雾、霾日数统计柱形图
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《空中交通管理》2011年第7期
航空气象／ＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ
度、雾霾现象对照表）所示，以相对湿度为X轴，以能见度为Y轴，得出区分雾、霾现象的概念模型。

雾、霾现象的概念模型直观的展示出了雾、霾现象与能见度和相对湿度的对应关系，对于观测员判断和区分雾、霾现象具有很好的指导作用。

六、首都机场实际观测数据检
验
(一)首都机场雾、霾现象公式
检验效果
通过对首都机场2009年共计
17520组数据的统计，提取出其中
6943份包含雾、霾现象的样本，
将这6943组数据中的能见度和相
对湿度代入公式进行验算，得出首
都机场2009年雾、霾现象检验效
果表（如表3所示）。

(二)检验结果分析
检验结果显示，一致率效果很
好，占了总统计标本的83.59%，
不一致率仅占总数的16.41%。

同
时也发现，霾的不一致率很低，只
有0.55%，而雾的不一致率却较
高，达到了15.86%。

通过对实际
资料的分析，
发现产生计算
值与实际观测
记录结果不一
致的原因大致
分为3种情况：
①相对湿度在
75%～85%之间
且能见度在
1000～4000m时，
实际记录轻雾
的情况比较多，
而计算结果霾
比较多，这种
情况占据了不
一致数据的绝
大部分，是影
响计算结果与
实际记录不一
致的主要原因；②当能见度好转，
轻雾终止时，往往最后的相对湿度
较低，也造成了计算结果与实际记
录不一致；③在两种现象相互转换
时实际记录比较滞后，也造成了结
果不一致。

七、结论
从对2009年首都机场气象观
测6943时次样本数据的计算比对
结果来看，使用经验公式计算的方
法判断和区分雾、霾现象是可行
的，在实际工作中有一定的参考价
值。

主要体现在以下4个方面：
（1）使用公式计算的方法判断
和区分雾、霾现象，可以很好的避
免以往判别雾、霾现象相对湿度一
刀切现象的发生，使得不同的能见
度、不同的相对湿度对应不同的天
气现象，使观测结果更符合实际大
气状况。

（2）使用公式计算的方法判断
和区分雾、霾现象，可以很好的避
免由于不同观测员的判定标准不同
而引起的相同天气条件下观测结果
不同的情况发生，使得观测结果更
加客观。

（3）使用公式计算的方法判断
和区分雾、霾现象，在工作质量控
制中有一定作用，使得标准一致，
易于操作。

（4）使用公式计算的方法判断
和区分雾、霾现象，可以基本做到
相同的天气条件下，判定结果相
同，有利于气候统计、历史资料的
积累和雾、霾生消的预报。

（张远晖编校）
表2能见度、相对湿度、雾霾现象对照表
能见度/km 参考相对
湿度/%
天气现象
/（雾/霾）
10＞60/≤60BR/HZ
9＞65/≤65BR/HZ
8＞69/≤69BR/HZ
7＞73/≤73BR/HZ
6＞77/≤77BR/HZ
5＞80/≤80BR/HZ
4＞83/≤83BR/HZ
3＞85/≤85BR/HZ
2＞87/≤87BR/HZ
1＞89/≤89BR/HZ
＜1＞90/≤90FG/HZ
图2雾霾现象概念模型
表3首都机场2009年雾、霾现象检验效果表
次数一致次数百分比不一致次数百分比HZ2928289041.62%380.55% BR/FG3995291441.97%110115.86%总次数6943580483.59%113916.41%
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