琼州海峡一次持续性海雾过程分析_朱秋颖.pdf

第 卷第期 年月 ，气象科技 琼州海峡一次持续性海雾过程分析朱秋颖，杨薇，冯箫，张涛（海南省昌江黎族自治县气象局，昌江 ；海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海口 ；海南省气象台，海口 ；国家气象信息中心，北京 ）摘要利用中国第一代全球大气陆面再分析产品（，简称 ），结合地面自动站观测、中国气象局陆面数据同化系统的能见度格点数据、葵花号卫星资料，分析了 年月 日琼州海峡一次持续性海雾过程的发展演变、环流形势以及边界层特征，同时分析了两种不同类型雾的形成机制。结果表明：日为低层冷空气扩散形成的锋面雾；日为冷高后部偏东气流型平流雾过程，其中 日：至 日：大雾发展最强盛，连续 个时次出现特强浓雾，最小能见度达。锋面雾阶段，偏北风影响，风速为；平流雾阶段，偏东风影响，风速为。锋面雾阶段，水汽辐合中心位于琼州海峡南岸至海南岛东北部陆地，大雾在陆地开始发展。平流雾阶段，水汽辐合中心位于琼州海峡北岸至海南岛东部海面一带，大雾自海上发展。锋面雾阶段，逆温层在 左右高度发展，为下冷上暖的平流配置；平流雾阶段，以下均为暖平流，逆温层从地面开始发展。大雾过程中锋面雾和平流雾两种不同性质大雾的发展使得大雾长时间维持。关键词持续性海雾；大气背景条件；边界层特征；琼州海峡中图分类号：文献标识码：气象科技海南省自然科学基金青年基金项目（）和海南省气象局青年基金项目（）共同资助作者简介：朱秋颖，女，年生，助理工程师，主要从事天气预报和气象服务工作，：收稿日期：年月日；定稿日期：年 月 日通信作者，：引言雾是近地面气层中水汽凝结成微小水滴或冰晶使大气水平能见度小于 的天气现象，而海雾是指发生在海上或者海滨的雾。海雾会对海上运输、船舶进出港、海洋渔业生产等造成影响，甚至引发严重的交通事故，带来惨重人员伤亡和巨大的经济损失，是海上和沿海地区重大气象灾害之一。故加强对海雾的研究分析，提高海雾监测预报能力，不但具有重要的学术意义，更具有广泛的社会经济意义和应用价值。海雾的形成发展往往与局地条件联系紧密，海区地理位置及地形条件等的差异使得各海区海雾表现出较大差异。近年来，国内许多专家学者对黄渤海 海 雾 、华 南 沿 海 海 雾 、台 湾 海 峡 海雾 、东海海雾 等做了大量的研究，包括海雾发生的天气背景、边界层特征、微物理特征以及海雾生消机理等，得到了一系列成果。针对南海海雾，许向春等 分析了琼州海峡沿岸雾的气候统计特征，总结了产生琼州海峡沿岸雾的种天气形势，并根据 雾 的 类 型 提 出 了 相 应 的 预 报 指 标。刘 少 军等 分析了中国南海海区海雾的时空分布特征，研究指出中国南海海雾多出现在华南沿海、北部湾沿海、琼州海峡和海南岛东北部沿海海区，南海南部海域出现海雾概率低；南海出现高频次海雾的时间多发生在月，月次之，月最少。岳岩裕等 在对湛江地区近海雾特征及产生的天气条件进行研究时发现，湛江地区海雾易出现在低压前部、高压后部和冷锋前部等天气形势下，雾过程中地面以偏东风为主，高空以偏东、偏南风为主；雷州半岛年平均雾日数为 ，气温为 时，雾日较多，而降水量与雾日数呈负相关关系；东海岛位于低压前部或受到冷锋影响时，海雾出现的概率最高。吕晶晶等 在对湛江地区一次冷锋型海雾微物理特征研究时指出，海雾的生消与风场密切相关，湛江海雾生成和发展与较强的 气流相联系，而弱的 气流则会促使海雾减弱或消散。等 分析了南海海雾的边界层结构和湍流特征，并对冷平流雾和暖平流雾两类主要海雾的形成机制进行分析，认为冷平流雾发生期间云量稀少，雾自下而上发展，以雾顶辐射冷却为主导机制，暖平流雾由层云下降形成，雾自上而下发展，主要为暖湿平流输送影响。冯箫等 对 年月海南岛东部沿海出现的一次海雾过程进行成因分析，认为层云和海雾之间的相互转化使得海雾持续发展。综上可以发现，前人对于南海海雾的研究大都集中在南海西北部近岸海域，如雷州半岛、湛江、珠江口等华南沿海近岸，对琼州海峡典型海雾个例的研究则相对较少。琼州海峡位于广东省雷州半岛和海南岛之间，是海南岛与内地客货运输的交通要道，也是重要的国际航行水道。研究表明，琼州海峡海雾多发于冬、春季节，海雾年频数大于 天。尤其当在春节交通高峰期出现时，其造成的停航停运，极易导致港口附近交通瘫痪。例如 年春节期间，琼州海峡大雾持续时间长达 天，影响最严重的月 日，南北两岸停航达 次，累计停航时间超过，滞留过海车辆上万辆，滞留旅客超 万人，引发社会广泛关注。随着海南岛自贸区自贸港的建立，海上贸易越来越频繁，服务港口安全生产的重要性日益突出，作好琼州海峡春季期间大雾保障工作日益重要，琼州海峡海雾成因分析的研究尤为迫切。影响琼州海峡的雾主要有平流雾、辐射雾、平流辐射雾和锋面雾种类型，其中平流雾和锋面雾的维持时间最长，平均达到 。平流雾是最常见的雾，由暖湿的气团流向冷下垫面时因近地面的冷却作用形成。锋面雾则是锋面上暖气团中的水汽凝结物（云滴或雨滴）落入较冷的气团内，经蒸发使近地面的低层空气达到饱和而形成的雾，主要产生在冷暖空气交界的锋面附近 。本文利用中国第一代全球大气陆面 再 分 析产 品（，简称 ），结合中国气象局陆面数据同化系统的能见度格点数据 、卫星监测、地面自动站等常规资料，从大雾演变过程、环流背景、水汽来源、边界层温湿结构和海温分布等方面入手，对 年月 日发生在琼州海峡的持续性海雾过程的不同阶段雾的形成和发展进行详细分析，以期为琼州海峡海雾预报提供参考依据。资料利用国家信息中心研制的中国第一代全球再分析产品 ，该数据集采用 （）的 同化技术，同化了包括常规观测资料（地面观测、气球探空及风廓线雷达资料等）、海洋观测、卫星监测等多种中国特有观测数据，垂直方向设 个等压面层，水平分辨率高达 ，时间间隔为，为海雾分析提供坚实的数据基础；同时还有葵花卫星以及中国气象局对地面观测数据、卫星遥感数据和数值模式产品等多源数据进行融合同化获得的实况格点数据集 ，水平分辨率为 ，时间分辨率为，主要用于分析海雾范围的演变过程；地面自动站逐时气象观测资料，包含有风向、风速、能见度和相对湿度等要素；海口站数字式探空仪数据。海雾过程实况监测分析图 年月 日：至 日：徐闻站和海口站能见度演变 代表站天气实况监测分析由徐闻站和海口站能见度随时间的变化可以看出（图），日夜间起两个站点能见度均开始下降，但是又表现出不同的发展特征。徐闻站大雾在夜间开始发展，日变化较小，未受太阳辐射明显的影响，大雾发展持续至 日早上。大雾过程期间有 个时次出现特强浓雾，其中 日夜间至 日白天大雾强度最强，能见度均在 以下，持续时间长达，最小能见度达。海口站大雾则在夜间发气象科技第 卷展，日出消散，表现出明显的日变化特征，且大雾期间最小能见度均大于，日早上后能见度基本上均在 以上。整体来说，此次大雾过程持续时间长达天，大雾出现时段主要集中在夜间到上午，徐闻站能见度在 日：后均低于海口站，大雾发展更强，持续时间也更长。海雾发展过程利用高时空分辨率的 能见度实况融合数据和葵花卫星可见光云图辨别海雾的演变过程和影响范围。日：（图），琼州海峡南侧及海南岛东北部陆地首先出现低于 能见度的轻雾，大雾逐渐加强且范围扩展至海南岛北部陆地及琼州海峡（图）。从 日：可见光云图可以发现（图），海南岛陆地及其四周沿海均有大面积白亮云团，云体纹理不一，为云雾共存结构，较难识别海雾，但从琼州海峡上空来看，云雾主要沿南岸发展，海上雾区较为浅薄，北岸为晴空区。日夜间大雾自琼州海峡北部沿岸开始发展（图），雾区不断向南向东扩展且最低能见度降至 以下（图），海雾一直持续至午后：之后，从 日：可见光云图来看，琼州海峡西段可见灰白色云团，其边界较为清晰，纹理均匀（图）。日夜间至 日早晨（图 ），琼州海峡大雾发展具有相似特征，海雾首先在琼州海峡北部海面发展，雾区表现为光滑均匀的云区，呈暗淡柔和的乳白色，表面纹理均匀，沿海岸线发展。随后海雾逐渐向两岸陆地扩展，导致海口站与徐闻站能见度下降，这可能是两岸地形对暖湿空气具有抬升作用，导致大雾在陆地上仍持续发展。海雾过程成因分析 环流背景相对静稳的天气形势是海雾形成和维持的背景条件。分析 年月琼州海峡大雾过程的天气背景，日，高原东部有南支槽东移，琼州海峡受槽前西南气流影响（图），切变线南压至琼州海峡以北（图略），低层 则为弱的东北气流（图），有弱冷平流向琼州海峡输送；地面，冷锋南压至华南南部沿海后锋消（图）。日，高空南支槽东移减弱，琼州海峡转受偏西气流控制，环流较平直（图），琼州海峡受冷高压后部的东到东南气流影响（图），风速较 日有所增大，有利于大洋上的暖湿水汽向琼州海峡输送；地面，气压梯度小，琼州海峡处于均压场中（图）。站点要素变化图分别给出徐闻站和海口站的风向、风速变化，可以发现，在雾发展的不同阶段，站点要素也表现出不同特征。锋面雾阶段，锋面在雷州半岛附近锋消，日夜间至 日早上，海口站和徐闻站地面风向均以东北风为主，风速为，对应两个站点均出现能见度低于 的大雾。日夜间至 日白天，海口站和徐闻站转受西北气流影响，雾在西北风的平流作用下自琼州海峡北岸向南向东发展。日夜间起为平流雾阶段，风向也转为东到东南风，其中徐闻站大部分时段风向均为稳定的偏东风，风速明显较前期增大，大雾发展阶段风速在，平流输送强；海口站风速较小，为。从站点要素变化来看，锋面雾阶段，海口站和徐闻站受东北西北风影响，期间风向偏转角度超过 ，风速为；平流雾阶段，主要受偏东风影响，在偏东气流的输送下雾逐渐向南向西发展，风速较大，为。水汽来源分析低层充沛的水汽是雾形成的重要条件，结合图中雾区发展来看，雾区与近地层水汽辐合区较好对应。从 水汽通量及散度图可以看出，日：锋面雾阶段（图），水汽通量辐和区主要位于琼州海峡南岸至海南岛东北部陆地，与雾的发展区域一致；从相对湿度场上看（图），琼州海峡南部海域至海南岛东北部陆地相对湿度均高于，高湿区的维持有利于大雾的形成。之后偏北气流增大，水汽通量及相对湿度逐渐减小，大雾逐渐消散，故 日大雾出现时间不长、强度不大。平流雾阶段，由图、可见，受偏东气流影响，水汽主要在琼州海峡北岸至海南岛东部海面一带辐合，水汽通量辐合中心强度达 （），对应相对湿度也在 以上。从大雾发展期间海温和气海温差的分布来看（图 ），整个过程中南海北部海温梯度均较大，琼州海峡附近气海温差为 。其中 日海南岛东北部海域气海温差小于范围较后期平流雾阶段更大，表明在锋面影响下海洋上空大气温度较低，该阶段的雾主要是锋面上暖气团中的液态第期朱秋颖等：琼州海峡一次持续性海雾过程分析图 年月 日 能见度（第、列）和葵花可见光云图（第列）气象科技第 卷图 年月 日：和 日：、高度场和海平面气压场图 年月 日：至 日：徐闻站（）和海口站（）风向、风速演变图 年月 日：和 日：水汽通量（箭头）及散度（填色）（，）、地面要素（，）分布（图中填色为相对湿度；箭头为 风场；红线为气温，单位：）第期朱秋颖等：琼州海峡一次持续性海雾过程分析图 年月、日：海表气温（等值线，单位：）和、日：气海温差（等值线，单位：）水（云滴或雨滴）落入低层冷气团，冷却蒸发使近地面空气中的水汽含量增大，从而凝结成雾，此阶段雾也最早从陆地开始发展；平流雾阶段，雾则由偏东暖湿气流平流至琼州海峡海面形成，对应雾最早形成于海上。逆温层的建立和发展逆温 层 是 大 雾 形 成、维 持 和 发 展 的 重 要 条件。图给出雾不同阶段海口站的探空曲线图，锋面雾期间，日：和：，逆温层位于 高度，附近风向顺转，有暖平流，近地层吹东北风，风图 年月 日海口站探空曲线气象科技第 卷速较小；日：，风向转为西北风，低层湿层变浅，逆温层高度降低至 附近。平流雾期间，低层风转为东到东南风，层结较稳定，边界层仍处于近乎饱和状态，同时逆温层从地面开始发展，中层相对干冷，“上干下湿”的湿度层结有利雾的维持和发展。进一步从温度平流的发展来看（图），锋面雾阶段（图），随着锋面南移，琼州海峡南岸 以下为弱冷平流，与其形成下冷上暖的平流配置，有利于后期逆温层的发展，同时对应近地层为弱上升运动，有助于低层水汽抬升凝结，则为下沉运动，阻止了低层