侯美亭

（作者單位：中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院）

《海霧觀測(cè)和預(yù)報(bào)進(jìn)展及其面臨的挑戰(zhàn)》介紹

侯美亭

以SYNOP代碼為基礎(chǔ)的海洋氣象觀測(cè)至今仍在繼續(xù)，為研究世界海霧的分布提供了數(shù)據(jù)。

2016年，Springer即將出版的由Kora?in和Dorman主編的Marine Fog: Challenges and Advancements in Observations and Forecasting（《海霧觀測(cè)和預(yù)報(bào)進(jìn)展及其面臨的挑戰(zhàn)》）一書(shū)，對(duì)海霧的觀測(cè)和預(yù)報(bào)研究進(jìn)行了全面梳理，給出了海霧研究未來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

全書(shū)一共包括11個(gè)章節(jié)，分別邀請(qǐng)各有關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家撰寫(xiě)，介紹了海霧研究的眾多層面，包括世界海洋氣象觀測(cè)的發(fā)展史（Kora?in和Dorman）、全球海霧的發(fā)生與氣候（Dorman，Mejia, Kora?in和McEvoy）、霧的觀測(cè)技術(shù)（Dorman）、湍流對(duì)海霧的影響（Kim和Yum）、輻射對(duì)海霧的影響（Kim和Yum）、與海霧有關(guān)的天氣過(guò)程（張?zhí)K平和Lewis）、微物理性質(zhì)（Gultepe，Milbrandt 和周斌斌）、降水和霧的關(guān)系（Tardif）、海霧模擬與預(yù)報(bào)（Kora?in）、集合預(yù)報(bào)（杜鈞和周斌斌）以及遙感（Wilcox）等。這里將本書(shū)的主要內(nèi)容簡(jiǎn)述如下。

本書(shū)前兩章為引言以及對(duì)世界海洋氣象觀測(cè)發(fā)展史的介紹。19世紀(jì)中期，航海船舶日志里開(kāi)始出現(xiàn)了海洋天氣的基本信息，包括對(duì)晴天、霧、雨或雪等基本天氣特征的描述。根據(jù)這些信息，美國(guó)人Maury在1855年首次對(duì)世界海洋的洋流、溫度和天氣進(jìn)行了分析。20世紀(jì)40—50年代的SYNOP（地面天氣觀測(cè)）代碼的提出及其普遍被接受，是世界海洋氣象發(fā)展的另一個(gè)關(guān)鍵階段。SYNOP代碼極大地便利了標(biāo)準(zhǔn)化大氣條件的記錄。以SYNOP代碼為基礎(chǔ)的海洋氣象觀測(cè)至今仍在繼續(xù)，這為研究世界海霧的分布提供了數(shù)據(jù)。

霧的觀測(cè)實(shí)際上是以能見(jiàn)度為基礎(chǔ)的。20世紀(jì)中期，SYNOP代碼將水平能見(jiàn)度小于1km的天氣條件定義為霧，介于1～10km為薄霧等。大霧的嚴(yán)重程度也可以通過(guò)船舶或其燈光在多大程度上能被看清楚來(lái)判斷，類(lèi)似這樣的技術(shù)至今仍在沿用，盡管霧自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)在海洋世界（見(jiàn)本書(shū)第三章）。

在行星邊界層，湍流在動(dòng)量、熱和水分交換中扮演了重要角色，是影響海霧形成的關(guān)鍵因素（第四章）。在穩(wěn)定的條件下（有利于平流霧的形成、維持和耗散），風(fēng)切變可以誘導(dǎo)湍流混合，平流暖空氣從而可以因感熱通量輔散而變冷。不同于陸地上的霧，海霧的另一個(gè)主要貢獻(xiàn)因素來(lái)自于海表的潛熱通量，其有利于水汽飽和。通過(guò)觀測(cè)識(shí)別湍流在海霧形成中的角色開(kāi)始于20世紀(jì)早期。過(guò)去30多年來(lái)，配備了精密儀器的科研船舶和航空器的觀測(cè)試驗(yàn)已經(jīng)用于識(shí)別海霧的微物理和微氣象特征。

第五章介紹了輻射在海霧形成和演變中的作用。輻射對(duì)于陸地上霧的形成當(dāng)然是至關(guān)重要的。而在一些特殊條件下，輻射熱損失也是海霧形成中的一個(gè)重要因素。平流霧形成過(guò)程中，湍流動(dòng)能通常是由風(fēng)產(chǎn)生的，因?yàn)樗话惆l(fā)生在熱穩(wěn)定的條件下。然而，由于風(fēng)速很弱，海面上方空氣的湍流冷卻和（或）變濕不可能有效地進(jìn)行。在此條件下，從平流暖空氣到冰冷海水表面，長(zhǎng)波輻射導(dǎo)致的空氣冷卻也可以使水汽飽和。在陸地和海洋表面，輻射可以解釋霧層的垂直發(fā)展：一旦海面形成霧，霧的演變將關(guān)鍵取決于霧頂?shù)妮椛淅鋮s。本章也給出了霧頂輻射冷卻對(duì)霧演變產(chǎn)生影響的幾個(gè)觀測(cè)實(shí)例。

第六章討論了西北太平洋和中國(guó)、韓國(guó)附近海域海霧的天氣過(guò)程，特別關(guān)注了海霧形成和消散的復(fù)雜性，及其對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的顯著影響。除了天氣條件，也考慮了海表溫度（SST）的作用，因?yàn)镾ST是霧過(guò)程的一個(gè)重要影響因素。本章旨在為理解海霧的發(fā)生和天氣預(yù)報(bào)提供有用的信息。

霧過(guò)程中微物理特性的變化在第七章中進(jìn)行了介紹。理解霧形成過(guò)程中的微物理性質(zhì)，主要基于陸地和海洋上專(zhuān)門(mén)的外場(chǎng)試驗(yàn)，同陸地相比，在海洋上進(jìn)行試驗(yàn)充滿(mǎn)了更多挑戰(zhàn)。但這些試驗(yàn)證實(shí)并強(qiáng)調(diào)了微物理特性（包括能見(jiàn)度、液態(tài)水含量、顆粒分布、液滴大小分布、液滴濃度、過(guò)飽和度、輻射、熱通量和動(dòng)量）對(duì)霧的形成、演變和消散過(guò)程的重要性。

基于早期和近期有關(guān)降水與霧關(guān)系的研究，第八章概述了目前所理解的降水形成的霧及其演化過(guò)程中的一些關(guān)鍵物理規(guī)律，例如暖鋒降水、降水蒸發(fā)、暖濕水汽平流及湍流混合等可能導(dǎo)致霧形成的一種機(jī)制。降水與霧的關(guān)系是當(dāng)前霧研究中雖認(rèn)識(shí)有限，但非常重要的一個(gè)方面。

海霧預(yù)報(bào)仍然存在很大的不確定性（第九章）。原則上，海霧預(yù)報(bào)一般屬于次級(jí)的天氣預(yù)報(bào)。 不過(guò)在現(xiàn)實(shí)中，次天氣尺度邊界層中海洋觀測(cè)的缺乏制約著霧預(yù)報(bào)。小尺度的一些變量，如大氣顆粒物和

液滴分布、熱和水汽通量、三維垂直和水平運(yùn)動(dòng)、 三維湍流，以及它們?cè)诖髿膺吔鐚又械膶蛹?jí)分布等等，對(duì)理解霧過(guò)程非常重要。近些年開(kāi)展的針對(duì)陸地和海洋的霧的集合預(yù)報(bào)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展（第十章），例如，巴黎國(guó)際機(jī)場(chǎng)的霧的局地集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)，NCEP短期集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)（SREF）等。

第十一章介紹了衛(wèi)星遙感技術(shù)在霧研究中的不斷增加的應(yīng)用，探討了Aqua衛(wèi)星的微波成像儀反演的SST和MODIS提供的可見(jiàn)和紅外數(shù)據(jù)在檢測(cè)霧和低云方面的協(xié)同效果。事實(shí)上，對(duì)全球范圍的海洋SST的微波觀測(cè)就始于2002年的Aqua衛(wèi)星。不過(guò)，極軌衛(wèi)星較長(zhǎng)的重復(fù)采樣時(shí)間嚴(yán)重制約著霧的遙感檢測(cè)，建設(shè)能在靜止衛(wèi)星軌道檢測(cè)來(lái)自洋面的微弱微波信號(hào)的傳感器，將能很好地解決采樣時(shí)間分辨率的問(wèn)題，這是一個(gè)重大的工程挑戰(zhàn)。

（作者單位：中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院）