楊 霽,羅菊英

(湖北省恩施自治州氣象局,湖北 恩施 445000)

山區(qū)大霧生消特征及消散時(shí)段氣象要素變化客觀分析

楊 霽,羅菊英

(湖北省恩施自治州氣象局,湖北 恩施 445000)

利用恩施基準(zhǔn)站 1971—2009年的地面觀測資料,對(duì)霧日開始、結(jié)束及持續(xù)時(shí)間等進(jìn)行初步分析,同時(shí),利用已有的研究成果,根據(jù)恩施山區(qū)常見的兩種霧類,即輻射霧和平流霧的一些判別指標(biāo),對(duì)輻射霧和平流霧的日分布特征進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)研究。在此基礎(chǔ)上,統(tǒng)計(jì) 2002—2009年地面逐小時(shí)觀測資料,結(jié)合大霧生成條件,針對(duì)大霧消散 6h前后的溫、濕、風(fēng)、層結(jié)等條件并進(jìn)行重點(diǎn)分析,結(jié)果表明:恩施冬季大霧日分布特征根據(jù)其類型的不同,在出現(xiàn)、消散時(shí)間及持續(xù)時(shí)長方面均有異同;地面氣溫回升,逆溫層的破壞是輻射霧消散的根本原因,而平流霧的消散主要與冷鋒入侵,中層暖濕平流輸送被切斷有關(guān);從大霧消散前后各氣象要素?cái)?shù)據(jù)列的變異系數(shù)計(jì)算分析可以得出,上述霧的日分布特征及消散時(shí)的各氣象要素的變化均具有一致性,具有共同的變化規(guī)律。

大霧;生消特征;消散;客觀分析

1 引言

恩施自治州位于云貴高原東延武陵山余脈與大巴山之間,州境絕大部分是山地,由于地形復(fù)雜,州境內(nèi)大霧發(fā)生頻繁,是湖北省乃至全國的大霧高發(fā)區(qū)之一[1],特別是位于中部盆地的首府城市恩施市,是全州大霧的高發(fā)中心,年平均霧日為 60.3d,年最多霧日為 103d。恩施市不僅大霧發(fā)生頻率高,而且具有持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn),大霧的頻繁發(fā)生,不僅對(duì)人類健康有很大的影響,而且低能見度給機(jī)場、公路等交通運(yùn)輸也帶來了很大的安全隱患。故通過對(duì)大霧生消的客觀分析,認(rèn)識(shí)其天氣背景,對(duì)建立大霧消散預(yù)報(bào)模式中因子的篩選提供了第一手參考資料,具有積極的指導(dǎo)意義。

從服務(wù)需求出發(fā),隨著目前“鄂西生態(tài)旅游圈”的初步形成,針對(duì)災(zāi)害性低能見度的預(yù)報(bào),在適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求方面已有一些初步的研究成果,但是,與大霧成因預(yù)報(bào)同等重要的大霧消散時(shí)間客觀預(yù)報(bào)的研究,目前國內(nèi)外都還不多,在我州尚處于空白,故針對(duì)一個(gè)多霧的山區(qū)而言,本文所研究的內(nèi)容,對(duì)適應(yīng)公共氣象服務(wù)需求具有必要性。

結(jié)合大霧背景分析結(jié)果,本文中對(duì)大霧消散的客觀分析,僅針對(duì)恩施冬季發(fā)生頻率高的輻射霧和平流霧而言。

2 不同類型大霧生消的日分布特征

2.1 大霧分型的統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)

在針對(duì)恩施山區(qū)大霧預(yù)報(bào)模型建立過程中,統(tǒng)計(jì)近 10a的 micaps資料和地面觀測資料,對(duì)篩選出的大霧個(gè)例進(jìn)行天氣學(xué)背景普查及相關(guān)統(tǒng)計(jì)學(xué)特征分析,并對(duì)典型的個(gè)例進(jìn)行詳細(xì)分析后,得出了以下霧類判別指標(biāo):

一般而言,輻射霧出現(xiàn)在晴好天氣下,而平流霧出現(xiàn)時(shí)大多伴隨降水,或者天氣陰沉,故根據(jù)上述指標(biāo),結(jié)合測站天氣實(shí)況,對(duì) 1971—2007年恩施市共出現(xiàn)的 2 366次大霧進(jìn)行了分型統(tǒng)計(jì),其中輻射霧出現(xiàn) 1 522次,平流霧 814次。

2.2 不同類型大霧日分布特征

根據(jù)上述大霧樣本資料,結(jié)合天氣觀測記錄,統(tǒng)計(jì)每一次大霧出現(xiàn)的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間,持續(xù)時(shí)長,同時(shí),將一日內(nèi)大霧持續(xù)時(shí)長按間隔 2h進(jìn)行的分段統(tǒng)計(jì)分析,得出如下結(jié)果:

2.2.1 開始時(shí)間 從表 2可以看出,輻射大霧的開始時(shí)間一般在下半夜到清晨日出前 (00—08時(shí)),占該類型大霧總次數(shù)的 85.8%,最易生成大霧的時(shí)段是在 04—08時(shí),占該類大霧總次數(shù)的 49.1%;02—04時(shí)次之,占該類大霧總次數(shù)的 20.2%。一日內(nèi)輻射大霧的起始時(shí)間一般不會(huì)出現(xiàn)在 10時(shí)以后到 20時(shí)之間,37a間僅出現(xiàn) 1次,12時(shí)以后到 20時(shí)從未出現(xiàn)過。

表 1 恩施山區(qū)各季大霧類型判別指標(biāo)

表 2 不同類型大霧開始時(shí)間統(tǒng)計(jì)表(資料年代:1971—2007年)

平流大霧的開始時(shí)間與輻射大霧有相同點(diǎn),也有不同之處,相同點(diǎn)在于均以 2—8時(shí)出現(xiàn)最多,不同之處是:全天不同時(shí)段均可出現(xiàn);相當(dāng)一部分平流大霧出現(xiàn)時(shí)間比輻射霧偏早,如開始時(shí)間出現(xiàn)在20—22時(shí)的占 11.8%,僅次于 2—4時(shí),占 37a中該時(shí)段所出現(xiàn)霧總次數(shù)的 71.6%;開始時(shí)間在 12到 20時(shí)之間的大霧,100%為平流霧。

2.2.2 消散時(shí)段 從表 3可以看出,輻射霧最消散最多出現(xiàn)在 08—10時(shí),36%的輻射霧均在該時(shí)段消散,在該時(shí)段消散的各類型霧中,有 70%為輻射霧;其次是 10—12時(shí),33%的輻射霧均在該時(shí)段消散; 14時(shí)以后,輻射大霧基本均消散。

表 3 不同類型大霧消散時(shí)間統(tǒng)計(jì)表(資料年代:1971—2007年)

平流大霧消散時(shí)段的日分布與輻射霧有相同之處,也有不同之處,相同之處在于也以 08—10時(shí)消散最多,其次是 10—12時(shí)。不同之處在于,午后,仍有相當(dāng)比例的平流霧持續(xù),在 16時(shí)以后持續(xù)的大霧中,90%以上屬于平流霧。

2.2.3 持續(xù)時(shí)長 從表 4可以看出,恩施以出現(xiàn) 0～6h的短霧為主 (占霧總次數(shù)的 62%);6～12h中長霧次之 (占總次數(shù)的 29%);12h以上的長霧,僅占總次數(shù)的 9%,其中,1d以上的連續(xù)性超長大霧, 1971—2007年共出現(xiàn) 32次,占總次數(shù)的 1.4%,其中最長持續(xù)時(shí)間達(dá) 170h。從表 4還可以看出,持續(xù)6～10h的中長霧,平流霧次數(shù)相對(duì)于輻射霧而言明顯偏少,時(shí)長 >20h的長霧,近 90%為平流霧。從圖1還可以看出,針對(duì)輻射霧而言,大霧越濃,則消散時(shí)間越晚。午后才消散,且持續(xù)時(shí)長 >12h的,基本都是能見度 <100m的濃霧。而平流霧則不具有此規(guī)律,且能見度達(dá)到濃霧級(jí)別的不多,其持續(xù)時(shí)間長短主要跟降水天氣系統(tǒng)的移速有關(guān)。

表 4 不同類型大霧持續(xù)時(shí)長統(tǒng)計(jì)表(資料年代:1971—2007年)

2.2.4 伴隨降水情況 根據(jù)相關(guān)地面資料統(tǒng)計(jì)分析,得出圖 2。從圖 2可以看出,大霧開始時(shí)間在 10時(shí)到 20時(shí)之間的,幾乎均伴隨降水出現(xiàn),大霧開始時(shí)間在 12時(shí)到 20時(shí)的,全部伴隨降水出現(xiàn)。從大霧消散情況分析,14時(shí)以后才消散的霧,伴隨降水的比率明顯增大,16時(shí)以后消散的大霧,90%以上伴隨降水。從大霧持續(xù)時(shí)長看,持續(xù)時(shí)長 >12h,伴隨降水的比率明顯加大,其中大霧持續(xù)時(shí)間達(dá)到 22h即以上的,伴隨降水的比率達(dá)到了86%。

圖3 日霧不同生、消時(shí)段及持續(xù)時(shí)長所伴隨降水情況直方圖

3 冬季大霧消散時(shí)段氣象要素客觀分析

大霧的消散條件,與其生成條件相反。根據(jù)已有的研究成果[2],冬季輻射霧的生成從溫濕層結(jié)等條件分析,主要有以下幾個(gè)條件:①多出現(xiàn)在變性冷高控制下的晴好天氣里;②在 850～925hPa之間存在明顯的逆溫層;③低層 925hPa及以下相對(duì)濕度在 95%左右;④在 850hPa以上,濕度直線下降,到700hPa的中空,為明顯的干區(qū);⑤近地面有 1～2m/ s的微風(fēng)。平流霧的生成主要有以下幾個(gè)條件:①多出現(xiàn)在冷鋒前或低壓槽前的南風(fēng)流場中;②逆溫層不明顯,濕層厚度比輻射霧厚,相對(duì)濕度在 80%以上的濕層可伸展到 700hPa附近;③在 850～700hPa之間,維持 3～7m/s左右的偏南風(fēng),源源不斷的暖濕平流不斷輸送,而近地層風(fēng)速相對(duì)微弱,且風(fēng)向與中層相反,多偏北風(fēng)。

根據(jù)上述恩施市出現(xiàn)最多的兩類大霧的生成條件,結(jié)合上述表 1中的霧類判別指標(biāo),有針對(duì)性的對(duì)兩類霧消散時(shí)段的相關(guān)要素進(jìn)行分析綜合。

3.1 輻射霧

分析中選取了大霧開始時(shí)間出現(xiàn)在 2—9時(shí)的大霧樣本 105個(gè),其結(jié)束時(shí)間根據(jù)早晚的不同選取了不同消散時(shí)段,即 10～12時(shí)消散 (24個(gè))、12～20時(shí) (72個(gè),含之前消散的 24個(gè)),20時(shí)以后全部消散 (含之前所有共 103個(gè))樣本進(jìn)行分段數(shù)據(jù)分析,同時(shí),選取當(dāng)日所有樣本資料對(duì)應(yīng)的 08時(shí)、20時(shí)探空資料進(jìn)行分析,分析結(jié)果見表 5。

表 5 輻射霧消散前后地面、高空要素變化比較表

從表 5可以看出,針對(duì)地面氣象要素中的氣溫變化來看,消散越早的霧,如 10時(shí)就已消散的霧,08時(shí)所有樣本氣溫均值為 7.0℃,與 10時(shí)溫差平均僅1℃而 12時(shí)以后才消散的霧,08時(shí)樣本氣溫均值降至 5℃,與 12時(shí)溫差平均為 4℃,也就是說,清晨近地面氣溫越低,與午間氣溫相差越大,輻射霧持續(xù)時(shí)間越長。從濕度變化來看,大霧消散后濕度明顯降低,大霧出現(xiàn)時(shí)相對(duì)濕度平均值在 95%以上,接近飽和狀態(tài),消散時(shí)一般都降到了 80%左右;從風(fēng)的變化情況看,無論是風(fēng)速還是風(fēng)向,消散前后變化均不明顯,但消散越晚的霧,地面出現(xiàn)偏南風(fēng)的頻率有所增多。從氣壓的變化來看,到午間基本能全部消散的霧,氣壓變化在消散前后變化不大,而在 12時(shí)以后才能完全消散的霧,地面有一個(gè)比較明顯的降壓變化。

針對(duì)高空資料分析,消散前后 700hPa均無明顯變化,與上述描述的輻射霧生成中的溫濕層結(jié)一致,而在 850hPa,變化最明顯的是:消散后 T-Td值明顯加大,850hPa氣溫與地面氣溫差值在 08時(shí)和20時(shí)相差大,也就說,在 20時(shí),逆溫層不再存在。

分析中還采用了計(jì)算樣本序列變異系數(shù)的方法,用 C.V.表示,C.V.越小,說明數(shù)據(jù)離散程度越小。即:

從 C.V.值變化分析,地面要素中除天空低云量變化比較大以外,其余均較小,說明上述分析中的地面氣象要素變化具有一致性。高空要素中除850hPa與地面氣溫之間的逆溫值差異大外,其余均具有一致性,根據(jù)以前的研究成果,該層逆溫差值差異大,只能說明出現(xiàn)輻射霧時(shí),有些樣本有可能逆溫層更低,在 850hPa以下,根據(jù)分析,一般在 925～850hPa之間逆溫層均較明顯。

3.2 平流霧

平流霧由于主要受系統(tǒng)影響,最長可持續(xù)幾天,故在消散客觀分析中,選取了在 08時(shí)還存在到20時(shí)就已完全消散的大霧樣本 35個(gè),根據(jù)分析,得出表 6中的結(jié)果。

表 6 平流霧消散前后地面、高空各要素變化表

從表 6可以看出,針對(duì)地面要素變化,消散前后氣溫、氣壓無明顯變化,而相對(duì)濕度、低云量、風(fēng)向風(fēng)速均有較明顯的變化,濕度減小、風(fēng)速略有加大,風(fēng)向有東南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng) (說明地面開始有冷平流入侵)。

從高空資料分析,無論是 700hPa還是 850hPa, T-Td值均增大,700hPa西南風(fēng)向消散前后均沒改變,但消散后風(fēng)速明顯減弱,850hPa風(fēng)速變化不大,但風(fēng)向與地面變化基本一致,有東南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。

從 C.V.值變化分析,地面要素除低云量在消散后差異大外,其余差異都小,高空除消散后700hPa層氣溫變化大外(該氣溫差異主要與冷鋒強(qiáng)弱有關(guān)),其余變化小。上述 C.V.值的變化說明,平流霧消散時(shí)各要素變化也具有很好的一致性,具有共同的變化規(guī)律。

4 結(jié)語

根據(jù)上述分析,可以得出如下結(jié)論:

①恩施冬季大霧日分布特征根據(jù)其類型的不同,在出現(xiàn)、消散時(shí)間及持續(xù)時(shí)長方面均有異同。相同點(diǎn)是均在 02—08時(shí)出現(xiàn)最多,08—10時(shí)消散最多,以出現(xiàn) 0～6h的短霧為主。不同之處是:輻射霧持續(xù)時(shí)長與霧的濃度有關(guān),持續(xù)時(shí)間越長、消散越晚的霧,早晨霧越濃,而平流霧的出現(xiàn)與消散多與冷空氣等降水系統(tǒng)的來臨有關(guān),輻射霧在 10—20時(shí)之間一般不出現(xiàn),而平流霧在一日中任何時(shí)候都可以出現(xiàn)或消散,其持續(xù)時(shí)長與系統(tǒng)移速有關(guān)。

②從霧消散時(shí)段的地面、高空氣象要素變化客觀分析:清晨近地面氣溫越低,與午間氣溫相差越大,輻射霧持續(xù)時(shí)間越長,一般午后才消散的霧,地面均有一個(gè)降壓變化,風(fēng)向由北轉(zhuǎn)南。從霧消散后的溫濕層結(jié)分析,地面氣溫回升,逆溫層的破壞是輻射霧消散的根本原因,而平流霧的消散主要是隨著冷鋒入侵,中層暖濕平流輸送被切斷有關(guān)。

③通過對(duì)大霧消散前后各氣象要素?cái)?shù)據(jù)列的變異系數(shù)計(jì)算分析可以得出:上述霧的日分布特征及消散時(shí)的各氣象要素的變化均具有一致性,具有共同的變化規(guī)律。

[1] 孫丹,朱彬,杜吳鵬.我國大陸地區(qū)濃霧發(fā)生頻數(shù)的時(shí)空分布研究[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2008,24(5):497-501.

[2] 羅菊英,周建山 .恩施山區(qū)冬季濃霧基本特征及生成機(jī)理研究[J].高原山地與氣象研究,2009,11.

P426.4

B

2010-09-10

楊霽(1971-),女,工程師,主要從事中短期預(yù)報(bào)方法研究等工作。

湖北省氣象局科技發(fā)展基金重點(diǎn)項(xiàng)目《恩施山區(qū)霧的預(yù)報(bào)方法研究》2008Z07.

1003-6598(2010)增刊 -0156-05