馬靜，于蕓，魏立新

（1.國家海洋環(huán)境預(yù)報中心,北京 100081；2.國家海洋局東海預(yù)報中心，上海 200081）

1 引言

大霧是一種局地性很強的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象[1]，發(fā)生在沿海的海霧往往會嚴(yán)重阻礙海上作業(yè)、航運和漁業(yè)生產(chǎn)，并屢屢導(dǎo)致海難。由于缺乏足夠的觀測資料，對沿海海霧的預(yù)報往往顯得困難重重,尤其是霧的生消時間。對一個特定的海域來說,在監(jiān)測手段尚未能有效改善之前,對海霧的形成、維持和消散的環(huán)流條件、海氣狀況進(jìn)行必要的分析和歸納，不失為改善預(yù)報能力的一種手段。研究人員對中國沿海大部分海域霧的氣候特征和天氣形勢等進(jìn)行過分析[2]，尤其對黃海海域有過較為全面系統(tǒng)的分析研究[3-4]，而對東海沿海海霧的研究分析卻相對較少。

曾有研究顯示[5]，東海海域在1964—2000年期間霧日數(shù)呈明顯下降趨勢。東海海域每年霧季由南到北從3月分開始依次后推，終于7月中旬，霧期為4—5個月；另有研究發(fā)現(xiàn)浙江沿海海霧主要出現(xiàn)在入海變性冷高壓西部、氣旋和低壓槽東部、副熱帶高壓西部、靜止鋒或冷鋒前部[6]。由于東海春季氣溫回升，海面的蒸發(fā)量增大，沿海空氣濕度隨之增大，當(dāng)有冷空氣隨西風(fēng)系統(tǒng)東移時，冷空氣與暖濕空氣相遇易在沿海形成平流霧。黃克慧[7]認(rèn)為在東海區(qū)域，西南暖濕氣流的輸送是海霧生成的必備環(huán)流背景；冷高壓(冷空氣)的東移南下、風(fēng)力的增強和層結(jié)不穩(wěn)定是浙南沿海海霧消散的主要條件。張?zhí)K平[8]總結(jié)認(rèn)為，海霧出現(xiàn)且維持時段的具體風(fēng)向風(fēng)速，因海區(qū)和地形的不同存在著差異。本文將針對東海近海區(qū)域，選取地形環(huán)境、經(jīng)緯度均有所不同的站點，對其霧生的日變化特征和霧生及維持時氣水溫差、風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行分別討論。

2 資料與方法

選取大戢山、嵊山、鎮(zhèn)海、南麂、平潭5個歷史數(shù)據(jù)相對較為齊全的東海區(qū)域海洋站點。如圖1所示，其中大戢山、嵊山、鎮(zhèn)海位于東海北部區(qū)域，南麂位于東海中部，平潭位于東海南部的臺灣海峽西側(cè)。各站點資料的起止年份長短不一，水溫資料偶有少許缺失。5個站點數(shù)據(jù)均為霧日相?關(guān)氣象水文數(shù)據(jù)，包括霧時、水溫、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向能見度資料。

大戢山海洋站:1997—2007年

嵊山海洋站:1997—2008年

鎮(zhèn)海海洋站:1991—2002年

南麂海洋站:1997—2002年

平潭海洋站:1997—2002年

由于霧日數(shù)據(jù)只有整點的氣象數(shù)據(jù)和當(dāng)天的霧時，難以捕捉氣象條件對于霧的日變化的影響，所以利用霧生霧消時間的記錄，排查無霧狀態(tài)下的整點數(shù)據(jù)，可以得到一系列出霧狀況下的氣象數(shù)據(jù)資料。另外，海洋臺站資料水文資料的補充，有利于分析霧生霧消的水-氣要素。然后對整理的數(shù)據(jù)進(jìn)行早、中、晚3個時段的歸類，據(jù)此通過累計統(tǒng)計、多種概率分布方法等對東海沿海區(qū)域的海霧日變化特征進(jìn)行探索與總結(jié)。

圖1 5個東海區(qū)域海洋站點的分布地圖

2 東海海霧的日變化特征

圖2為5個站點分別在08時、14時和20時出霧的頻次柱狀圖?？梢钥吹綎|海沿海海霧的生消具有明顯的日變化。由于各站點歷史數(shù)據(jù)的時段不盡相同，所以各站霧生的歷年總頻次的差異不能從圖中得到結(jié)論。但是對于同一個站點其日變化規(guī)律及特征是可以分析得到的。除南麂外，其他站點上午08時、下午14時、夜間20時3個時段內(nèi)，08時有霧的情況最多，下午14點次之，夜間有霧的情況更少。值得注意的是更為靠近大陸的鎮(zhèn)海站下午和夜間出霧的頻次都很少，另外位于東海中部的南麂下午有霧出現(xiàn)的頻次多于上午和夜間；即使相隔很近的大戢山和嵊山，霧的日變化特征也有較大差異?？梢姡瑬|海整個沿海近岸地區(qū)霧生的規(guī)律較為復(fù)雜，地理位置和地形條件可能都對霧生有著重要影響。

3 氣象條件與霧生成的關(guān)系

3.1 出霧時段的氣-水溫差分析

王彬華[9]總結(jié)出，中國近海平流冷卻霧成霧的氣-水溫差范圍為0.5℃ ≤(ta— tw)≤3℃， (ta)為氣溫，若(ta— tw)＞ 5℃或(ta— tw)＜-0.1℃時，一般不能形成霧。當(dāng)氣-水溫差為正值時,暖空氣從冷海面上流過，熱量恒從空氣向海面輸送。空氣冷卻達(dá)到飽和或過飽和狀態(tài)，凝結(jié)成霧；另外當(dāng)氣-水溫差為負(fù)值時，在近海面層空氣溫度直減率小于干絕熱直減率（未飽和狀態(tài)）或小于濕絕熱直減率（飽和狀態(tài)）的條件下，只要二者溫差不太大，仍然可以形成平流冷卻霧。

圖2 各站點08、14、20時出霧頻次

圖3 5站點霧生時段08、14、20時氣-水溫差分布盒須圖

圖4a 大戢山站點上午、下午和夜間出霧時段的整點風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖

圖4b 嵊山站上午、下午和夜間出霧時段的整點風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖

圖4c 鎮(zhèn)海站上午、下午和夜間出霧時段的整點風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖

圖4d 南麂站上午、下午和夜間出霧時段的整點風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖

圖4e 平潭站上午、下午和夜間出霧時段的整點風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖

圖3a-e給出了出霧時段各站點整點時刻的氣-水溫差分布，大多數(shù)霧生時段的氣水溫差范圍都在上文給出的范圍內(nèi)，但在夜間與上午的最小值閾延展至-0.1℃以下的情況并不少見。這說明一方面盡管中國近海以平流冷卻霧為主，但是其他類型的霧如平流蒸發(fā)霧等也影響著東海近岸區(qū)域。

3.2 風(fēng)向與霧生成維持的關(guān)系

東海位于北太平洋中西部，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候帶。該海域冬季北風(fēng)和西北風(fēng)較強的時候且頻率很大[10]，空氣屬性很不穩(wěn)定，因此成霧率相對較少。春夏季節(jié)由于水氣溫較差反向變化，氣溫高于水溫，出現(xiàn)正的差值，為平流冷卻霧的生成提供了有利條件。雖然這個季節(jié)南向風(fēng)很強，但是大氣層結(jié)穩(wěn)定，成霧的條件較為充分。

圖4a-e分別為5個站點上午、下午和夜間出霧時段的整點風(fēng)向風(fēng)速玫瑰圖，其中藍(lán)色區(qū)域代表風(fēng)速＜10 m/s，黃色區(qū)域代表風(fēng)速在10—20 m/s之間，綠色區(qū)域代表風(fēng)速20—30 m/s之間。各站點霧生時段的風(fēng)速風(fēng)向情況總結(jié)（見圖4）。

一般來說，適宜的風(fēng)向風(fēng)速有利于暖濕氣流的輸送,有利于霧的生成和維持。尤其是在偏南風(fēng)的條件下有利于霧的生成。然而從觀測事實來看，任何風(fēng)向下都有可能生成霧。從上面各站點出霧時段風(fēng)速風(fēng)向玫瑰圖可以看到，霧生時段盛行的不一定是南向風(fēng)，有些站點在偏北風(fēng)或東北風(fēng)風(fēng)速不大的情況下更容易有霧生成。通過天氣學(xué)背景場分析，認(rèn)為這些出霧時段里的北風(fēng)往往發(fā)生在地面有高壓入海和低層西南偏南氣流的背景下，維持時間有限。另一方面由于春夏季東海海域西南偏南氣流為主導(dǎo),暖濕氣流輸送旺盛，所以即使吹偏北風(fēng)，也不影響霧的生成和維持。

3.3 風(fēng)速與霧生成維持的關(guān)系

圖4使用風(fēng)玫瑰圖主要用來闡釋霧生成且維持時風(fēng)向的概率分布。為了更清楚地研究霧生情況下具體風(fēng)速的閾值，我們將出霧時的風(fēng)速劃分為3個區(qū)間，分別為10 m/s以下，10—12 m/s，12 m/s以上。表1—3給出了3個時次各站點有霧且維持情況下三個區(qū)間風(fēng)速所占的百分比。可以看到上午08時霧生成時，風(fēng)速一般均在10 m/s以下，大戢山和嵊山風(fēng)速達(dá)到10—12 m/s霧仍能維持的情況分別占到8.49%和6.83%，值得注意的是大戢山風(fēng)速12 m/s以上霧仍未消散的情況接近9.5%。南麂和平潭上午出霧時，風(fēng)速大于12 m/s的情況多于10—12 m/s的情況。下午14時出霧風(fēng)速大部分集中在10 m/s以下，但風(fēng)速10—12 m/s有霧維持的情況較上午有所增加，12 m/s以上風(fēng)速成霧且維持的情況有所減少。夜間20時出霧風(fēng)速小于10 m/s的比例較上午、下午均有所下降，風(fēng)速大于12 m/s仍有霧維持不能消散的情況顯著增加，大戢山達(dá)到15.38%，南麂達(dá)到7.63%。此外無論早中晚時刻，5個站點中鎮(zhèn)海有霧時風(fēng)速基本都在10 m/s以下，且12 m/s以上的風(fēng)速條件下不能形成霧。

表1 各站點08時霧生成及維持3個范圍的風(fēng)速比例統(tǒng)計

表2 各站點14時霧生成及維持3個范圍的風(fēng)速比例統(tǒng)計

表3 各站點20時霧生成及維持3個范圍的風(fēng)速比例統(tǒng)計

風(fēng)速對海霧的形成和消散至關(guān)重要，普遍認(rèn)為當(dāng)平均風(fēng)速大于10 m/s時容易導(dǎo)致霧的消散。然而依上文所述，風(fēng)速即使大于10 m/s仍然可以生成霧。普查這種情況下的霧，一般持續(xù)時間不長，可能和低層冷空快速入侵，沿海區(qū)域周邊開闊，下墊面光滑，引起北風(fēng)風(fēng)力顯著加大。但此時大氣層結(jié)的逆溫特性尚來不及改變，等到中高層冷空氣主體到達(dá)尚需一段時間，因此海霧在這期間得以維持。

4 地理環(huán)境與霧生成的關(guān)系

東海沿海海霧的地理分布主要與東海近海海流的分布有密切關(guān)系。分布的近海海流主要有兩支:一支是臺灣暖流，另一支是東海沿岸流[11]。臺灣暖流來自臺灣東部海域和臺灣海峽的黑潮分支，夏強冬弱，沿閩、浙海域北上直至長江口外海；東海沿岸流主要由長江和錢塘江等入海徑流組成，沿浙、閩沿岸流動，冬季時南下，夏季時流向東北。因此，在適宜的風(fēng)場配合下，這兩支海流為東海海霧的產(chǎn)生提供了必要的下墊面條件，在這兩支海流交匯處的冷海域上常常形成海霧。

東海沿海從南部海島到北部海島都有海霧出現(xiàn)。尤其在海霧盛行的春夏季節(jié)，沿海島嶼比其鄰近的內(nèi)陸霧總要多[8]，這是因為島嶼地形的斜升作用增加水汽凝結(jié)機會；同時春夏季節(jié)島嶼周圍的表面海水溫度總比其鄰近內(nèi)陸的岸濱氣溫（近地層氣溫）要低，因此同樣空氣屬性，在島嶼附近便比內(nèi)陸岸邊的凝結(jié)機會多些，從而使得島嶼霧多于其鄰近的內(nèi)陸的霧。另一方面，島嶼比其所在的海區(qū)霧也要多。由于春、夏季節(jié)由于受熱影響，島嶼面上的氣溫要比其周圍海面上的氣溫要高，使其與圍繞島嶼四周的近水面層氣溫發(fā)生差異，產(chǎn)生了從島嶼向外海逐漸遞減的水平氣壓梯度，從而造成從海上吹向島嶼的風(fēng)將四周空氣帶向島嶼。在接近島嶼時，底部受熱，使大氣穩(wěn)定度減小，空氣在島嶼內(nèi)上升，有可能圍繞島嶼形成霧帶，甚至全部島嶼都是海霧，或者底部為霧，其上覆蓋著層云。這樣因島嶼受熱影響所構(gòu)成的小低壓區(qū)域引起的空氣沿島嶼斜升運動，增加了島嶼成霧機會。所以在東海近岸的多島區(qū)域比起東海南部較為開闊的海島，霧生霧消特征有著較為明顯的差別。而在多島區(qū)域的長江口，由于距離內(nèi)陸的遠(yuǎn)近不同以及周圍海區(qū)的水溫的差異，造成長江口附近的三個站點海霧日變化特征亦有較大差別。

5 小結(jié)

東海沿海各站點的霧生霧消日變化一定自身規(guī)律，但也不能簡單一概而論。形成海霧時的氣象水文條件也不盡相同，該規(guī)律的共性取決于地理環(huán)境與地形條件。

（1）各站點上午有霧的情況最多，下午次之，夜間有霧的情況偏少。南麂站除外，下午有霧出現(xiàn)的頻次多于上午和夜間；

（2）出霧時氣-水溫差的閾值大于平流霧形成所要求的氣-水溫差范圍，說明東海沿岸也受非平流霧的影響；

（3）多島區(qū)域與開闊水域相比，近岸島與遠(yuǎn)離大陸的島嶼相比，霧的日變化規(guī)律有著較為明顯的差別。

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