高英杰 ，李延江，王 莉，葛紅萍

（1.樂亭氣象局，河北 唐山 063600；2.秦皇島市氣象局，河北 秦皇島 066000）

河北海岸帶大霧特征分析及天氣概念模型

高英杰1，李延江2，王 莉2，葛紅萍2

（1.樂亭氣象局，河北 唐山 063600；2.秦皇島市氣象局，河北 秦皇島 066000）

利用2001-2010年樂亭、秦皇島大霧監(jiān)測(cè)的252個(gè)個(gè)例及M icaps3.0常規(guī)資料，分析了河北海岸帶大霧的時(shí)空尺度分布特征，初步建立大霧天氣概念模型。研究結(jié)果顯示:2001-2010年大霧年際變化不大，2005年達(dá)到日數(shù)最少為17次，2006年達(dá)到最多為34次；大霧日具有明顯的月變化，一年當(dāng)中各月均有大霧出現(xiàn)，其中以11～12月大霧日數(shù)最多，8～9月次之，其他各月較少；南到東南風(fēng)、弱的均壓場(chǎng)、適宜的海溫均有利于產(chǎn)生大霧天氣。

海岸帶；大霧特征；天氣模型

霧是懸浮在近地面層中的大量水滴或冰晶并使水平能見度小于1 km的災(zāi)害性現(xiàn)象，是近年公認(rèn)的高影響天氣[1]之一。其主要災(zāi)害特征是:降低能見度和增加空氣污染指數(shù)，對(duì)陸地交通運(yùn)輸、航空、航運(yùn)及人們身體健康產(chǎn)生直接影響，大霧天氣濃度增大且持續(xù)較長時(shí)間，將對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。例如:2007年11月25日至26日河北中東部至渤海西海岸帶出現(xiàn)了近年來一場(chǎng)罕見的大霧，最嚴(yán)重時(shí)能見度甚至不足10 m。天津、樂亭、山海關(guān)至沈陽高速公路從25日16時(shí)至27日6時(shí)開始全線封閉，數(shù)萬輛車輛受阻，主要港口、航班及基礎(chǔ)電力設(shè)施均不同程度受到了影響。為適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展和需求，廣大氣象工作者均從不同層面對(duì)霧開展了一系列預(yù)報(bào)方法研究，主要集中在霧的天氣分析[2～3]與氣候統(tǒng)計(jì)特征、MOS[4～5]、中尺度模式試驗(yàn)[6]及物理量[7]參數(shù)“配料”法等，在大霧監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)方法改進(jìn)方面取得了顯著進(jìn)展。而河北海岸帶大霧地域特征明顯，濃霧多發(fā)區(qū)位于渤海西部岸區(qū)，筆者在上述研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)樂亭、秦皇島2001-2010年大霧監(jiān)測(cè)252個(gè)個(gè)例及Micaps 3.0常規(guī)資料，分析了渤海西部沿海近岸海霧的時(shí)空尺度分布特征，初步建立海岸帶地區(qū)大霧天氣概念模型，為海岸帶大霧天氣監(jiān)測(cè)分析及向海區(qū)延伸預(yù)報(bào)方法研究提供參考依據(jù)。

1 大霧時(shí)空尺度特征分析

環(huán)渤海水體的熱源效應(yīng)和沿海季風(fēng)環(huán)流，為河北海岸帶大霧天氣的形成提供了水汽條件和氣壓梯度小的條件，導(dǎo)致秋、冬季節(jié)出現(xiàn)濃霧日數(shù)較多。同時(shí)由于下墊面與地形的差異、海岸線變化距離的遠(yuǎn)近等因素影響，河北海岸帶地區(qū)霧出現(xiàn)的性質(zhì)、時(shí)段、頻率等均有較大不同。所用資料為2001-2010年樂亭、秦皇島2個(gè)海岸帶站“氣表-1”資料。一般大霧日的統(tǒng)計(jì)方法:以日為界，一日內(nèi)只要有1次或1次以上大霧記錄為1個(gè)大霧日，對(duì)超過20時(shí) （北京時(shí))的大霧按2個(gè)大霧日統(tǒng)計(jì)。大霧持續(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì):一日中當(dāng)大霧的間隔時(shí)間超過3 h以上時(shí)，記錄1次大霧次數(shù)，持續(xù)時(shí)間累計(jì)；當(dāng)一日中大霧的間隔時(shí)間在4 h以上時(shí)確定為另一次大霧；將越過當(dāng)日20時(shí)（北京時(shí)） 的同一場(chǎng)大霧作為1次連續(xù)大霧過程處理。大霧持續(xù)時(shí)間、連續(xù)大霧日數(shù)統(tǒng)計(jì)均跨月、跨年統(tǒng)計(jì)。從中篩選出252個(gè)過程個(gè)例，采用統(tǒng)計(jì)分析與同步天氣圖大霧災(zāi)害天氣個(gè)例庫對(duì)比分析，得出河北海岸帶大霧的主要特征為:

1.1 大霧年變化及月變化

河北海岸帶地區(qū)近10年間共出現(xiàn)霧日252次，由圖1明顯看出大霧年際變化不大，年平均出現(xiàn)大霧天氣為25次，2005年達(dá)到日數(shù)最少為17次，2006年最多為34次；大霧日具有明顯的月變化，一年當(dāng)中各月均有大霧出現(xiàn)，其中以11～12月大霧日數(shù)最多，8～9月次之，其他各月較少。按季節(jié)劃分，具有明顯的季節(jié)變化，春季（3～5月） 30 d、 夏季 （6～8月） 62 d， 秋季 （9～11月） 87 d， 冬季 （12～2月） 73 d。 各月沿海地區(qū)秋、冬兩季出現(xiàn)霧的頻率幾乎相當(dāng)，秦皇島明顯比樂亭頻數(shù)偏少10%～20%，與地理位置略偏北及同步個(gè)例多數(shù)為輕霧有關(guān)。

圖1 2001-2010年樂亭、秦皇島地區(qū)大霧天氣逐年分布特征對(duì)比

圖2 2001-2010年樂亭、秦皇島地區(qū)大霧天氣逐月分布特征對(duì)比

1.2 四季各時(shí)刻出現(xiàn)霧的分析

進(jìn)一步分析顯示:霧過程最長的為5 d，出現(xiàn)在2002年11月30日～12月4日。2001-2010年10年中出現(xiàn)過6次連續(xù)大霧日，一次大霧過程持續(xù)時(shí)間最長的達(dá)2 485min（41.4 h），出現(xiàn)在2002年12月2～4日 （2日 17:10開始， 4日10:35結(jié)束）。大霧持續(xù)時(shí)間最短的才27min，出現(xiàn)在2007年7月24日。河北西海岸帶地區(qū)春、夏季出現(xiàn)霧的最多時(shí)刻一般在6～7時(shí)，秋季9～11月多在7～8時(shí)，冬季12～2月多在8～9時(shí)，隨著不同季節(jié)的轉(zhuǎn)換和日出時(shí)間的后移，總體出現(xiàn)霧的時(shí)間將向后推遲1 h。不利于大霧出現(xiàn)的時(shí)段為:春季13～15時(shí)，夏季 12～17 時(shí)， 秋季 12～16時(shí)（ 空氣相對(duì)濕度偏小），冬季13～14時(shí)。同步天氣過程資料分析表明:大霧天氣500 hPa為偏西氣流，槽前正渦度區(qū)，850 hPa物理量ω在-0.5～-4.5 hPa/H，渤海 925 hPa風(fēng)場(chǎng)為偏東氣流。K指數(shù)分別為負(fù)值，沙氏指數(shù)為正值且SI＞17℃。夏季受地方性海陸風(fēng)天氣影響，海陸之間的風(fēng)向、風(fēng)速轉(zhuǎn)風(fēng)時(shí)間變化，大霧出現(xiàn)的時(shí)間都有較大差異，秋冬季有時(shí)在同一天氣系統(tǒng)影響下，會(huì)出現(xiàn)雨雪前大霧和雨雪后大霧，風(fēng)速一般小于3m/s。

1.3 大霧一般預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程

基于氣象部門Micaps系統(tǒng)的大霧預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程的建立及改進(jìn)，一是根據(jù)不同用戶需求，二是隨著海洋天氣監(jiān)測(cè)新資料應(yīng)用技術(shù)不斷更新，所入選的海區(qū)預(yù)報(bào)因子、海區(qū)預(yù)警信號(hào)升降級(jí)指標(biāo)、新預(yù)報(bào)概念模型及精細(xì)化業(yè)務(wù)流程也隨之變化。主要根據(jù)實(shí)際預(yù)報(bào)預(yù)警的能力和效果，例如2009-2010版，850 hPa（1 500m）“溫度脊與平流”特征值下降至925 hPa（670m），天氣雷達(dá)被紅外云圖與可見光云圖疊加分析圖取代，MM5模式產(chǎn)品被WAF模式及T639產(chǎn)品取代。

預(yù)警信號(hào)上升、下降指標(biāo):TBB定量監(jiān)測(cè)值與3 h實(shí)況疊加對(duì)比；系統(tǒng)性中、低云系前鋒與霧區(qū)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，預(yù)報(bào)意義為濃霧加重；輕霧被低云疊加區(qū)比非疊加區(qū)能見度量級(jí)降低30%～40%。

2 河北省海岸帶大霧天氣概念模型

在海岸帶地區(qū)，當(dāng)空氣運(yùn)動(dòng)水平相對(duì)靜穩(wěn)時(shí)（水平風(fēng)速小于2m/s），海岸帶-海區(qū)垂直混合偏弱，不利于大霧的形成；中尺度系統(tǒng)層結(jié)不穩(wěn)定，垂直方向混合太強(qiáng)，下沉氣流擴(kuò)散較強(qiáng)也不利于霧的形成，因此，適度的混合作用才能形成海岸帶的大霧天氣。一般850 hPa垂直上升速度在（-0.5～-1.5)hPa/H對(duì)大霧形成非常有利?；谏鲜龇治觯瑢?duì)應(yīng)系統(tǒng)性18例大霧天氣過程實(shí)況場(chǎng)分析，歸納出河北海岸帶出現(xiàn)大霧天氣三種天氣概念明顯:（1） 850 hPa低層暖平流，地面弱高壓場(chǎng)型；（2） 850 hPa低層暖濕平流，地面鞍型場(chǎng)型；（3） 低層暖脊，地面均壓場(chǎng)型。

2.1 850 hPa低層暖平流，地面弱高壓場(chǎng)型

圖3 850 hPa、地面、低層暖舌，地面弱高壓微風(fēng)型天氣概念模型

在850 hPa天氣圖上 （圖3），925 hPa暖脊從山東半島伸向河北省海岸帶地區(qū)，華北東部上空溫度暖平流明顯且為正變溫區(qū)， 850 hPa 0℃線位于42°N，這種背景場(chǎng)分布預(yù)示，河北海岸帶地區(qū)的氣壓場(chǎng)偏低，容易形成低層800～1 000 m垂直分析逆溫層，阻礙上層冷空氣下傳。在地面場(chǎng)上，華北、華東大陸全部被弱高壓控制，區(qū)域氣壓梯度不大，風(fēng)力小于3 m/s，有利于大霧天氣發(fā)生、發(fā)展及長時(shí)間維持，是10～11月份環(huán)渤海大部地區(qū)在24～36 h多發(fā)大霧天氣類型之一。

2.2 850 hPa低層暖平流，地面鞍型場(chǎng)型

在850 hPa溫度場(chǎng)上，低層為暖濕平流，地面鞍型場(chǎng)使得水平風(fēng)速控制在2～3m/s，有利于海陸之間濕度交換和混合的相對(duì)長時(shí)間維持（圖4），在同步地面圖上氣壓場(chǎng)的分布與低空高度場(chǎng)基本一致，東亞天氣圖上，黃海海上高壓與大陸高壓相互對(duì)應(yīng)；黑龍江-遠(yuǎn)東地區(qū)低壓與長江一帶的低壓帶相互對(duì)應(yīng)，這樣的氣壓、高度場(chǎng)分布使得冀東地區(qū)基本處于鞍型場(chǎng)的靜風(fēng)區(qū)內(nèi)，有利于霧區(qū)在鞍型場(chǎng)附近形成，即在渤海海岸帶形成。

2.3 850 hPa低層暖脊、地面弱低壓型

850hPa低層暖脊、地面弱低壓型天氣概念模型主要特點(diǎn):850 hPa天氣圖上（圖5），高度場(chǎng)主要表現(xiàn)氣旋中心偏北，925 hPa低層暖脊勢(shì)力比較強(qiáng)盛，暖中心在華北東部地區(qū)，主體冷中心偏北，在蒙古國東部，在青藏高壓已經(jīng)建立條件下，華北大部地區(qū)處于弱高空低槽控制下；海平面氣壓場(chǎng)的分布與高度場(chǎng)相匹配，河北海岸帶處于高空850 hPa低壓槽槽內(nèi)，暖濕空氣滯留于冀東至河北海岸帶地區(qū)，海陸區(qū)域性較長時(shí)間水平和垂直方向大尺度交換，導(dǎo)致低層混合逆溫，阻礙垂直空氣擴(kuò)散。一般多發(fā)于6～9月份環(huán)渤海大部地區(qū)，持續(xù)時(shí)間為24～48 h大霧天氣。

圖4 850 hPa、地面、低層暖舌，地面鞍型場(chǎng)靜風(fēng)型天氣概念模型

圖5 850 hPa、地面低層暖脊、地面弱低壓微風(fēng)型天氣概念模型

2.4 出現(xiàn)大霧的“均壓場(chǎng)”一般概念

地面氣壓場(chǎng)無論是鞍型、弱高壓型、弱低壓型，氣壓由中心向外圍的梯度，為每個(gè)緯距一個(gè)百帕左右的變幅。在垂直方向上氣壓梯度也較小，850 hPa溫度場(chǎng)有暖脊，500 hPa風(fēng)場(chǎng)以偏西風(fēng)為主，具體差別視季節(jié)和天氣系統(tǒng)的演變而定，目前沒有具體標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的一些標(biāo)準(zhǔn)正在探討之中。

3 結(jié)論

（1） 2001-2010年10年來大霧年際變化不大，年平均出現(xiàn)大霧天氣為25次，2005年達(dá)到日數(shù)最少為17次，2006年最多為34次；大霧日具有明顯的月變化，一年當(dāng)中各月均有大霧出現(xiàn)，其中以11～12月大霧日數(shù)最多，8～9月次之，其他各月較少；兩站的白天遞增趨勢(shì)均強(qiáng)于夜間，大霧各月出現(xiàn)頻率沿海地區(qū)秋、冬兩季出現(xiàn)霧的頻率幾乎相當(dāng)，秦皇島明顯比樂亭頻數(shù)偏少10%～20%，與地理位置略偏北及同步個(gè)例多數(shù)為輕霧記錄有關(guān)。

（2） 河北西海岸帶地區(qū)春、夏季出現(xiàn)霧的最多時(shí)刻一般在 6～7時(shí)， 秋季 9～11月多在 7～8時(shí)，冬季12～2月多在8～9時(shí)，隨著不同季節(jié)的轉(zhuǎn)換和日出時(shí)間的后移，總體出現(xiàn)霧的時(shí)間將向后推遲1 h。分析中發(fā)現(xiàn)一日中早晨6～7時(shí)是出現(xiàn)大霧最多的時(shí)次，11～17時(shí)大霧出現(xiàn)最少，夜間又開始增多。海區(qū)-海岸帶南到偏東南風(fēng)、弱的均壓場(chǎng)及適宜的海溫在水平弱交換的條件下利于大霧天氣的發(fā)生發(fā)展。

（3） 通過同步資料對(duì)典型18例大霧天氣過程實(shí)況形勢(shì)場(chǎng)分析，歸納出河北海岸帶出現(xiàn)大霧的三種基本天氣類型。預(yù)報(bào)模型中的大霧因子選取，基于氣象部門Micaps系統(tǒng)的大霧預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)流程的建立及改進(jìn)，一是根據(jù)不同用戶需求，二是隨著海洋天氣監(jiān)測(cè)新資料應(yīng)用技術(shù)不斷更新，所入選的海區(qū)預(yù)報(bào)因子、海區(qū)預(yù)警信號(hào)升降級(jí)指標(biāo)、新預(yù)報(bào)概念模型及精細(xì)化業(yè)務(wù)流程也隨之變化。

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Weather Characteristics and Its Conceptual M odel for the Heavy Fog in the Coastal Zone of Hebei Province

Gao Yingjie1,Li Yanjiang2,Wang Li2,Ge Hongping2
（1.Meteorological Bureau of Laoting County,Tangshan Hebei063600,China;2.Qinhuangdao Meteorological Bureau， Qinhuangdao Hebei066000,China）

Using 252 cases of the fog and the routine data in the system micaps 3.0 from 2001 to 2010 in Laoting county and Qinhuangdao city,by analyzing the distribution characteristics of the space and time scale on fog in the coastal area of Hebei province,the conceptual model on the heavy fog has been established preliminary in the coastal areas.The results showed that the interannual change of thick fog was not obvious from 2001to 2010,the least was 17 times in 2005,the most was 34 times in 2006.The days of fog had obvious monthly changes,heavy fog appeared in each year and each month.Meanwhile,the most days of heavy fog are from Nov.to Dec.,the second highest times appeared in Aug.and Sep.,and more less in the other months.South to the southeast wind help transmit warm advection and water vapor.Weak pressure field and the surface temperature of sea water is suitable to form heavy fog.

coastal zone； characteristic of heavy fog； weather model

P426.4

A

1008-813X（2012）02-0023-05

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.02.007

2012-02-10

公益性行業(yè)項(xiàng)目《環(huán)渤海高影響天氣預(yù)報(bào)中的關(guān)鍵技術(shù)研究》（GYHY201106006）

高英杰（1970-），女，河北樂亭人，畢業(yè)于南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)，氣象工程師，主要從事氣象監(jiān)測(cè)工作。