趙　玲，齊　鐸，李樹嶺，張　月

（1.黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030；2.哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱150028）

黑龍江省濃霧發(fā)生的近地面環(huán)流形勢和氣象條件分析

趙玲1，齊鐸1，李樹嶺2，張月1

（1.黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030；2.哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱150028）

利用地面觀測資料、高空探測資料、NCEP再分析資料以及ECMWF全球細網(wǎng)格模式預報資料，分析黑龍江省濃霧形成的有利條件，結(jié)果表明：根據(jù)濃霧發(fā)生時地面天氣形勢和影響系統(tǒng)分為高壓前部均壓型、低壓前部均壓型、一般均壓型、鞍型場及低壓鋒前型等5種環(huán)流型。濃霧易發(fā)生在風速較小的條件下，其中以靜風居多。濃霧發(fā)生時地面溫度山區(qū)多為10-18℃，平原地區(qū)多為-2-10℃。山區(qū)濃霧對空氣中水汽飽和程度要求比對平原地區(qū)高。平原地區(qū)發(fā)生能見度＜50 m的重濃霧頻率高于山區(qū)。濃霧發(fā)生前有低層暖、濕平流或弱水汽輻合，發(fā)生時伴有夜間輻射降溫或弱冷平流降溫使近地面形成穩(wěn)定層結(jié)。另外，近地面弱東風或弱南風伸展高度較高、持續(xù)時間較長時，容易出現(xiàn)致災嚴重的濃霧天氣。

濃霧；近地面；氣象條件；山區(qū)；平原

1　引言

霧是近地面空氣中懸浮著大量水滴或冰晶微粒而使水平能見度降到1 km以內(nèi)的天氣現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟建設步伐的不斷加快，霧給交通運輸業(yè)造成的危害和損失越來越嚴重，其中能見度低于0.5 km的濃霧天氣帶來的災害尤為嚴重，并且濃霧容易伴隨出現(xiàn)嚴重的空氣污染事件。例如2013年10月20-22日哈爾濱等地濃霧天氣發(fā)生時，太平國際機場多次航班延誤，公路交通事故頻發(fā)，空氣污染嚴重。研究產(chǎn)生濃霧的環(huán)流背景以及決定其生消的氣象條件，對于提高濃霧預報、預警能力有重大意義。

林建等［1］（2008）對全國性大霧發(fā)生的環(huán)流形勢進行統(tǒng)計和歸類分型，總結(jié)出大霧發(fā)生的幾種典型環(huán)流配置。宋潤田［2］（1999）對北京地區(qū)冷霧發(fā)生時的大尺度環(huán)境場進行分析，分別總結(jié)出輻射霧和平流霧發(fā)生的典型高、低空影響系統(tǒng)。吳洪等［3］（2000）通過普查統(tǒng)計了大霧形成對應的環(huán)流形勢，及各種環(huán)流形勢所占的比例。并對北京地區(qū)不同類型大霧形成前的各種要素進行統(tǒng)計，總結(jié)出有利于大霧發(fā)生的各種指標，并進行預報檢驗，并將此預報方法進行業(yè)務推廣。毛冬艷和楊貴名［4］（2006）分析了華北平原的氣象要素分布區(qū)間和大霧發(fā)生頻率之間的關系，總結(jié)出有利于大霧發(fā)生的各種要素指標。張人禾等［5］（2014）對中國東部霧霾天氣產(chǎn)生的氣象條件進行分析并建立相應的預報方程，分別探討了動力和熱力因子對霧霾的影響。

黑龍江省幅員遼闊，地形復雜，而不同下墊面特點與霧的發(fā)生與否關系重大。以往關于黑龍江省霧發(fā)生的條件研究多針對某一次具體天氣過程進行分析，對黑龍江省濃霧產(chǎn)生的典型環(huán)流形勢和針對不同地形的濃霧氣象條件分析較少。本文分析總結(jié)黑龍江省山地及平原地區(qū)濃霧發(fā)生的時空分布特點、有利于濃霧發(fā)生的地面環(huán)流形勢以及近地面氣象要素特點，并得到一些濃霧預報參考依據(jù)。

2　資料與方法

本文利用2000-2009年常規(guī)地面觀測資料、NCEP逐6 h一次的FNL再分析資料以及2012-2015年哈爾濱站探空資料、ECMWF全球細網(wǎng)格模式預報資料。

為統(tǒng)計濃霧發(fā)生時環(huán)流形勢及要素特點，首先對濃霧日及區(qū)域性濃霧日進行定義。常規(guī)地面觀測站在任意觀測時次中有水平能見度＜500 m的濃霧出現(xiàn)記為一個濃霧日。某日黑龍江省有3個以上相鄰測站出現(xiàn)濃霧天氣，認為是一個區(qū)域性濃霧日。另外，參考宋潤田（1999）的平流霧定義，分析發(fā)現(xiàn)黑龍江省濃霧絕大多數(shù)都屬于輻射霧，因此，分析中不區(qū)分濃霧的具體種類。

3　黑龍江省濃霧時空分布特征

對各站年平均濃霧日數(shù)分布進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明：黑龍江省年平均濃霧日數(shù)分布存在三個大值中心（圖略），即大興安嶺、伊春南部以及牡丹江東部。這三個中心分別對應著大、小興安嶺山脈和長白山山系北部的山地區(qū)域。

由于黑龍江省幅員遼闊，下墊面復雜，區(qū)域平均不能很好代表所有地區(qū)的濃霧發(fā)生特點，所以進一步分析漠河、伊春、綏芬河等山區(qū)測站和綏棱、方正、七臺河等平原測站分析濃霧發(fā)生日數(shù)逐月變化情況，發(fā)現(xiàn)山區(qū)和平原地區(qū)濃霧逐月分布差別明顯（圖略）。山區(qū)濃霧主要發(fā)生在6-9月，平原地區(qū)濃霧發(fā)生頻率較高的月份主要集中在8-10月，春末到夏初的5-7月幾乎沒有濃霧發(fā)生。由于山區(qū)與平原地區(qū)接近相反的年內(nèi)變化特點，在以下的分析和討論中有必要對地勢不同、濃霧多發(fā)季節(jié)不同的兩個區(qū)域進行分開討論，以便對不同地區(qū)濃霧形成條件有更清晰和合理的認識。

4　黑龍江省濃霧地面天氣形勢分型

霧發(fā)生在特定的環(huán)流形勢和影響系統(tǒng)下，參考林建等（2008）分類方法，依據(jù)地面天氣形勢和影響系統(tǒng)把黑龍江省區(qū)域性濃霧分為高壓前部均壓型（11%）、低壓前部均壓型（29%）、一般均壓型（28%）、鞍型場（28%）及低壓鋒前型（5%）等5種類型，大多數(shù)霧發(fā)生時，地面氣壓分布均勻，等壓線稀疏。各種環(huán)流型具體的形勢配置特點（圖略）如下所述。

4.1高壓前部均壓型

濃霧分布在地面高壓前部的均壓區(qū)，此種類型主要出現(xiàn)在秋（36%）、冬（24%）兩季，春、夏季較少（各占20%）。對應500 hPa形勢一般為脊前、弱脊、低渦后部或者平直西風氣流，盛行西北風或偏西風；850 hPa盛行脊前西北氣流槽（低渦）前部西南、偏南氣流，風力較小。

4.2低壓前部均壓型

濃霧區(qū)處于低壓系統(tǒng)前部的均壓場中，是最常見的一種濃霧環(huán)流型，幾乎只發(fā)生在5-9月，其中73%的這種類型個例發(fā)生在6-8月。這種類型對應的500 hPa形勢，除盛行西北和偏西氣流外，槽前或低渦前部的西南、偏南氣流也占有較大比例（29%）；850 hPa處于低渦前部、低壓倒槽前部或者槽前的西南、偏南氣流所占比例較大，約為55%，風力較小。

4.3一般均壓型

地面無明顯高低壓系統(tǒng)，濃霧區(qū)處于均壓場中。在普查的所有個例中，這種形勢除了2個個例出現(xiàn)在7月，其它均出現(xiàn)在8-9月。這種類型對應的500 hPa環(huán)流特征與高壓前部均壓型相似，多為西北或偏西氣流；850 hPa上也常見西北或偏西氣流，幾乎沒有受偏南氣流影響的個例出現(xiàn)。

4.4鞍型場

濃霧區(qū)處于兩個高壓和兩個低壓之間的均壓場中。這種類型在一年中的任何月份都可能出現(xiàn)，夏季出現(xiàn)的比例最高為38%，秋季為32%、春季23%、冬季最少僅為7%。這種類型對應的環(huán)流形勢在500 hPa和850 hPa上的表現(xiàn)與低壓前部均壓型相似。

4.5低壓鋒前型

濃霧區(qū)處于有地面低壓相伴的冷鋒前部，這種類型出現(xiàn)頻數(shù)最低，僅出現(xiàn)11次，其中夏季7次，9月2次，3月2次。值得一提的是，3月發(fā)生的這2次鋒前型濃霧是所有3月濃霧個例中僅有的兩個符合平流霧判別標準（1999）的個例，據(jù)此推測這種環(huán)流型與平流霧或平流-輻射霧密切相關。低壓鋒前型對應850 hPa都以西南或東南等偏南氣流影響為主，風力較小。

黑龍江省濃霧在空間分布上存在明顯的季節(jié)差異，相應的環(huán)流形勢也存在顯著的季節(jié)性特點。冬季和春季環(huán)流型主要為高壓前部均壓型和鞍型場，其中冬季高壓前部均壓型出現(xiàn)頻率高達60%。對于濃霧發(fā)生頻繁的夏季和秋季，以上5種類型均有出現(xiàn)，夏季低壓前部均壓型發(fā)生頻率最高，一般均壓型和鞍型場型次之；秋季發(fā)生頻率前三位的是高壓前部均壓型、一般均壓型和鞍型場等3種。

5　黑龍江省濃霧發(fā)生的地面氣象要素特征

霧是發(fā)生在近地面的天氣現(xiàn)象，研究表明霧發(fā)生時地面氣象要素存在顯著特點（2011）［6］，因此地面氣象要素條件分析對了解霧的發(fā)生特點和形成條件具有重要意義。下面對比分析山區(qū)和平原濃霧發(fā)生時不同氣象要素的特點。

能見度大小是在大霧天氣預報中關注的重點，也是表征霧嚴重程度的重要指標。如圖1所示，平原和山區(qū)濃霧發(fā)生時能見度主要為200-500 m，能見度在50-100 m濃霧山區(qū)多于平原地區(qū)，能見度＜50 m的濃霧平原地區(qū)高于山區(qū)。

當溫度降低到接近露點溫度時，空氣中的水汽就會凝結(jié)。所以，氣溫和溫度露點差與濃霧形成關系密切。從溫度統(tǒng)計結(jié)果上看，山區(qū)90%的濃霧發(fā)生在6-20℃之間，其中在10-18℃發(fā)生濃霧的頻率最高；平原地區(qū)濃霧主要發(fā)生在-2-10℃。這與山區(qū)濃霧主要發(fā)生在夏季、平原濃霧主要發(fā)生在秋季的氣候特征一致。從溫度露點差統(tǒng)計結(jié)果上看（圖2），山區(qū)濃霧發(fā)生時溫度露點差≤1℃，水汽近于飽和；平原在溫度露點差≥2℃的情況下仍有濃霧產(chǎn)生。對空氣中水汽飽和程度要求山區(qū)比平原高，這可能與黑龍江省平原地區(qū)秋冬季節(jié)凝結(jié)核比山區(qū)明顯多有關。

圖1　不同能見度濃霧發(fā)生百分率分布

圖2　不同溫度露點差區(qū)間濃霧發(fā)生百分率分布

風是霧形成過程中的一個重要因素。對于黑龍江省，無論山區(qū)還是平原，90%以上濃霧發(fā)生時地面風速都在3 m/s以下。具體的對山區(qū)而言，風力集中在靜風到2 m/s的微風范圍內(nèi)；而對平原地區(qū)，風力在3-5 m/s情況下濃霧發(fā)生的百分率為20%。因此，對平原而言，在有利的環(huán)流形勢下，一定的風速也有利于水汽輸送和濃霧的維持。濃霧發(fā)生時除靜風外，風向以西風、南風和東風為主，而在東北風時很少發(fā)生濃霧。

6　黑龍江省濃霧發(fā)生時近地面主要氣象要素時空分布特征

對2012-2015年單站濃霧發(fā)生時T-LnP圖以及ECMWF細網(wǎng)格全球模式預報的單站風溫濕等氣象要素時序圖分析發(fā)現(xiàn)，不論哪種環(huán)流型發(fā)生的濃霧天氣，近地面或低層主要氣象要素時空分布特點相似。濃霧發(fā)生前，在低層有暖、濕平流輸送或弱水汽輻合，濃霧發(fā)生時有夜間晴空輻射降溫或弱冷平流降溫，使近地面形成逆溫或氣溫垂直遞減率較小的穩(wěn)定層結(jié)，同時近地面有淺薄的準飽和濕層，在近地面水平風力較小時有濃霧天氣出現(xiàn)。

當近地面受較弱的偏東風或偏南風控制，且較弱的風速厚度較厚、持續(xù)時間較長時，容易出現(xiàn)持續(xù)時間長、強度強、災害重的濃霧天氣，如2013年10月20-22日，哈爾濱1-2 m/s的較小風速厚度達到3 km左右，并且持續(xù)多天，所以出現(xiàn)有氣象記錄以來災害最重的持續(xù)性霧霾天氣過程。在ECMWF全球細網(wǎng)格模式預報產(chǎn)品制作的哈爾濱等地單站要素綜合時序圖（圖3-4）中，10月21-22日低層主要為弱偏東風控制，這個特點對霧霾天氣預報預警有較好的指示意義。

圖3　2013年10月21日08時哈爾濱T-LnP圖（右側(cè)線為層結(jié)溫度，左側(cè)線為露點溫度，單位：℃）；

圖4　2013年10月19-22日ECMWF全球細網(wǎng)格模式哈爾濱單站要素時序圖（陰影為相對濕度）

7　小結(jié)與討論

利用常規(guī)地面觀測資料、NCEP/NCAR逐6 h一次的FNL再分析資料、ECMWF全球細網(wǎng)格模式預報資料和哈爾濱站探空資料對黑龍江省濃霧發(fā)生時典型環(huán)流形勢和近地面氣象要素特點進行統(tǒng)計和分析，所得結(jié)論如下：

（1）黑龍江省年平均濃霧日數(shù)分布的三個大值中心分別位于大、小興安嶺和東南部山區(qū)。濃霧日數(shù)6-9月最多，主要集中在山區(qū)；平原地區(qū)的濃霧多發(fā)生在9-11月，具有范圍大、持續(xù)時間長、災害重等特點。

（2）依據(jù)地面天氣形勢和影響系統(tǒng)，把區(qū)域性濃霧產(chǎn)生的環(huán)流背景分為高壓前部均壓、低壓前部均壓型、一般均壓型、鞍型場及低壓鋒前型等5種類型。冬季和春季主要以高壓前部均壓型和鞍型場為主；夏季和秋季，以上5種類型均有出現(xiàn)；夏季低壓前部均壓型發(fā)生頻率最高，一般均壓型和鞍型場型次之；秋季發(fā)生次數(shù)較多的是高壓前部均壓型、一般均壓型和鞍型場等3種。

（3）從地面氣象要素的統(tǒng)計結(jié)果來看，黑龍江省濃霧主要發(fā)生在地面風速較小的情況下，靜風時發(fā)生頻率最高，3 m/s以下的西風、南風或東風所占的比例也相對較高。山區(qū)濃霧發(fā)生時地面溫度多為10-18℃，溫度露點差在1℃以內(nèi)，空氣達到或接近飽和；平原地區(qū)濃霧發(fā)生時，地面溫度多為-2-10℃，溫度露點差可達3℃左右。平原地區(qū)能見度＜50 m的濃霧發(fā)生頻率高于山區(qū)。

（4）在濃霧發(fā)生前，有低層暖、濕平流或弱水汽輻合，濃霧發(fā)生時有夜間輻射降溫或弱冷平流降溫使近地面形成穩(wěn)定層結(jié)。近地面水平風力較小，配合有淺薄的準飽和濕層有利于濃霧天氣發(fā)生。另外，近地面弱偏東風或弱偏南風厚度較厚、持續(xù)時間較長時，易出現(xiàn)持續(xù)時間長、強度強、災害重的濃霧天氣。目前各種數(shù)值預報模式的形勢、要素預報產(chǎn)品以及單站要素綜合時序圖、T-lnP圖等對濃霧天氣預報預警有較好的指示意義。

［1］林建，楊貴名，毛冬艷.我國大霧的時空分布特征及其發(fā)生的環(huán)流形勢［J］.氣候與環(huán)境研究，13:171-181.

［2］宋潤田.北京地區(qū)冷霧的天氣氣候特征［J］.氣象科技，1999，3:40-48.

［3］吳洪，柳崇健，邵潔等.北京地區(qū)大霧形成的分析和預報［J］.應用氣象學報，2000，1:23-27.

［5］張人禾，李強，張若楠.2013年1月中國東部持續(xù)性強霧霾天氣產(chǎn)生的氣象條件分析［J］.中國科學:地球科學，2014，44:27-36

［5］毛冬艷，楊貴名.華北平原霧發(fā)生的氣象條件［J］.氣象，2006，32:78-83.

［6］趙桂香，杜莉，衛(wèi)麗萍，等.一次持續(xù)性區(qū)域霧霾天氣的綜合分析［J］.干旱區(qū)研究，2011，28:871-878.

Analysis on the near surface circulation and meteorological conditions in the fog in Heilongjiang Province

ZHAO Ling1，QI Duo1，LI Shu-ling2，ZHANG Yue1
（1.Meteorological observatory of Heilongjiang province，Heilongjiang Harbin 150030；2.Meteorological bureau of Harbin，Heilongjiang Harbin 150028）

Based on the conventional observations，the NCEP/NCAR reanalysis data and the fine-mesh grid model of ECMWF to research the effect factors of the severe fog in Heilongjiang province.The results suggested that according to the occurrence of fog，the surface weather situation and influence system are divided into 5 types，such as the front part of the high pressure，the pressure of the front，the average pressure type，the saddle type field and the front type.The severe fog easily occurred when the wind is weak，specially no wind.During the fog，the ground temperature in the mountainous area is 10 to 18℃，and the plain area is-2 to 10℃.The fog in mountainous regions need higher relative humidity than that in the plain..The frequencies of less than 50 m visibility in mountainous regions is lower than the plain regions.The low layer warm and wet advection fog or water vapor convergence occurs before the heavy fog occurred，and the fog happened with radiation cooling at night or weak cold advection cooling to form stable layer near the ground.Besides，weak east or south wind reached high altitude and last for a long time，the severe fog weather easily appeared.

severe fog；ground layer；effect factors；mountainous regions；plain regions

P458

A

1002-252X（2016）03-0001-04

2016-6-1

趙玲（1969-），女，安徽省蒙城縣人，南京氣象學院，碩士生，高級工程師.