陳少琴 阮惠瑾 林長(zhǎng)城 趙一夫

海峽西岸周寧高山云霧特征分析*

陳少琴1阮惠瑾2林長(zhǎng)城3趙一夫4

1.寧德市蕉城區(qū)氣象局 2.周寧縣氣象局 3.福建省氣象科學(xué)研究所 4.寧德市氣象局

利用福建周寧縣1981～2010年的云霧資料，對(duì)當(dāng)?shù)卦旗F特征及與天氣系統(tǒng)和氣象要素場(chǎng)的配置進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，周寧縣的年霧日總體呈下降變化趨勢(shì)；霧日的季節(jié)性變化明顯，冬春季霧日最多，夏季最少；霧日3月最多、7月最少。冬春季整日霧日占總霧日的30%之上；連續(xù)霧日主要在1～3月出現(xiàn)。周寧縣多霧日的年份與月份，與西太平洋副高強(qiáng)度偏弱和范圍小、西風(fēng)帶槽脊強(qiáng)度中等和南支槽影響有關(guān)；周寧縣霧日與平均氣溫變化呈反相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，春季到秋季表現(xiàn)尤為明顯。地面受冷高壓底部偏東或東北氣流影響時(shí)，配合中高層西南氣流的影響，易形成連續(xù)性大霧天氣。

海峽西岸 高山 云霧 周寧縣

霧是指大氣中因懸浮的水汽凝結(jié)，水平能見(jiàn)度低于1km的天氣現(xiàn)象[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)霧方面的研究有：馮蕾等[2]從統(tǒng)計(jì)和數(shù)值預(yù)報(bào)兩方面總結(jié)了國(guó)內(nèi)外在霧預(yù)報(bào)技術(shù)上的進(jìn)展，提出使用高分辨率的一維霧模式與中尺度天氣模式相結(jié)合的方法提高霧預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率；牛生杰等[3]通過(guò)霧的氣候特征、霧與湍流之間的相互作用，對(duì)我國(guó)在霧研究方面取得的進(jìn)展進(jìn)行了回顧；王博妮等[4]總結(jié)概括了近年來(lái)氣候統(tǒng)計(jì)方法對(duì)霧的機(jī)制、監(jiān)測(cè)識(shí)別與預(yù)報(bào)技術(shù)研究，針對(duì)目前和未來(lái)研究方向進(jìn)行了分析；石林平等[5]分析了華北平原大范圍大霧的氣候特征及大霧天氣的低空風(fēng)場(chǎng)、地面氣壓場(chǎng)等特點(diǎn),提出了天津預(yù)報(bào)大霧的部分消空指標(biāo)；劉德等[6]利用合成方法分析了幾次典型輻射霧和雨霧的環(huán)流形勢(shì)、流場(chǎng)特征以及霧的垂直結(jié)構(gòu)，揭示了重慶輻射霧和平流霧的形成原因；陳石忠等[7]通過(guò)對(duì)形成萍鄉(xiāng)地區(qū)輻射霧、平流霧主要?dú)庀笠蜃雍吞鞖獾姆治?，篩選出與霧日相關(guān)關(guān)系比較好的6個(gè)氣象因子，建立了春、秋、冬三個(gè)季節(jié)霧的預(yù)報(bào)方案，馬治國(guó)[8]、葉光營(yíng)等[9]分析了福建霧的氣候變化分布規(guī)律。

周寧縣地處海峽西岸閩東北，為福建省高山縣城，霧日出現(xiàn)次數(shù)最多。霧對(duì)喜歡漫射光、濕潤(rùn)天氣作物的生長(zhǎng)和品質(zhì)有利，周寧縣茶葉品質(zhì)好，本地生長(zhǎng)的野生蘭科等植物很大程度上得益于山高霧多的獨(dú)特環(huán)境；然而，由于霧日能見(jiàn)度差，當(dāng)?shù)亟煌ㄊ苡绊戄^大[10-11]，特別給橫貫周寧縣的寧上高速公路交通帶來(lái)極大的安全隱患。為此，本文利用1981～2010年海峽西岸周寧縣氣象觀測(cè)資料對(duì)周寧縣云霧的變化特征及與天氣系統(tǒng)和氣象要素場(chǎng)的配置進(jìn)行分析，旨在提高當(dāng)?shù)氐撵F預(yù)警預(yù)報(bào)能力，更好地服務(wù)和滿足地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展的需求。

1 資料來(lái)源和處理

選取周寧縣1981～2010年地面氣象觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每個(gè)霧日視每日3個(gè)觀測(cè)時(shí)次（08時(shí)、14時(shí)和20時(shí)）中出現(xiàn)一次以上霧的觀測(cè)記錄而定。

福建省季節(jié)劃分：春季為3～6月，夏季為7～9月，秋季為10～11月，冬季為12～2月。

2 霧日形成的特點(diǎn)

周寧縣境內(nèi)平均海拔在800m以上，地型多為山谷、盆地，總體地形呈西高東低結(jié)構(gòu)，地形的多樣化結(jié)合亞熱帶季風(fēng)氣候的特點(diǎn)，造成各種類(lèi)型的霧如鋒面霧、輻射霧、平流霧均可出現(xiàn)。鋒面霧多數(shù)在春季冷暖空氣交匯時(shí)出現(xiàn)；因周寧縣夜間輻射降溫明顯、晝夜溫差大，易形成輻射霧,輻射霧一年四季都有，以秋冬季居多，夏季時(shí)有出現(xiàn)。平流霧則是在春季出現(xiàn)。之所以周寧縣霧日出現(xiàn)頻率高,主要是因?yàn)橹軐幙h高海拔和地形地勢(shì)明顯增加云霧出現(xiàn)的機(jī)會(huì)。一方面，多盆地和山谷，有利于水汽的積累及局地逆溫層的形成，其次，由于地形西高東低，在東風(fēng)氣流下，暖濕氣流沿地形抬升，很容易形成爬坡霧；尤其是春季云底高度較低，常將周寧縣籠罩在云霧中。

3 結(jié)果分析

3.1 霧日的年變化

1981～2010年間，周寧縣霧日出現(xiàn)的總天數(shù)為2468d，年平均82.27d。周寧縣30年霧日的逐年變化結(jié)果見(jiàn)圖１，其中霧日最少年份為2004年，僅有49d，其次為1999年，為51d；霧日最多年份是1985年，為115d，其次是1983年，為113d，霧日最少年份和最多年份相差66d。

圖1 1981～2010年周寧縣逐年霧日變化圖

按每10年統(tǒng)計(jì)分析，1981～1990年的霧日年均為103.7d，1991～2000年年均為82.4d，2001～2010年年均為60.7d，說(shuō)明周寧縣的霧日每10年都呈減少趨勢(shì)，其中21世紀(jì)第一個(gè)10年的霧日比20世紀(jì)80年代減少近44%,整體上呈持續(xù)減少趨勢(shì)。王麗萍等指出[12]，霧日數(shù)偏少（多）與相對(duì)濕度偏?。ù螅鉁仄撸ǖ停┐嬖谝欢ǖ膶?duì)應(yīng)關(guān)系，估計(jì)周寧縣年霧日的減少趨勢(shì)也與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境改變、縣城發(fā)展、局地下墊面環(huán)境的改變[13]以及人類(lèi)活動(dòng)的加劇有關(guān)。

3.2 霧日的季變化

表1為1981～2010年周寧縣不同季節(jié)霧日的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由表1可以看出，周寧縣霧日主要出現(xiàn)在冬春兩季，冬春季的霧日均超過(guò)30%，夏季最少，只有6.7%，與冬春兩季相比，相差近5倍。冬季周寧縣氣溫偏低，在雨后轉(zhuǎn)晴時(shí)易出現(xiàn)輻射霧，春季則因鋒面附近冷暖交匯，出現(xiàn)鋒面霧的機(jī)會(huì)更多；夏季向秋季轉(zhuǎn)換時(shí)，伴隨地面氣溫的降低，周寧縣的霧日出現(xiàn)次數(shù)也緩慢增多，主要由局地輻射霧造成。可見(jiàn)，周寧縣霧日的季節(jié)性變化是相當(dāng)明顯的。

按每10年統(tǒng)計(jì)，從 1981～1990年到2001～2010年的四季，每10年均呈減少趨勢(shì)。以2001～2010年時(shí)間段的霧日與1981～1990年時(shí)間段的霧日相比來(lái)看，夏季的霧日減少最多，達(dá)近5倍，秋季的霧日減少近1倍，而冬春兩季霧日減少近0.5倍。

表1　1981～2010年不同季節(jié)下周寧縣霧日統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.3 霧日的月變化

圖2為周寧縣30年的霧日月分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由圖2可以看出，周寧縣霧日的月變化整體呈單峰型變化，其中3月份出現(xiàn)霧日的次數(shù)最多，月均為13.9d，其次是2月,月均為12.1d；7月份霧日出現(xiàn)的最少，月均僅為1.3d，其次是8月，月均1.7d。最多月份與最少月份相差10倍多。因?yàn)?月份為福建省的春雨季，冷暖交匯，雨后易出現(xiàn)霧；7月為福建省的炎熱夏季，副熱帶高壓北移并控制福建，其下沉氣流不利于局地霧的形成。

圖2 1981～2010年周寧縣霧日逐月變化圖

3.4 霧日的日變化

統(tǒng)計(jì)30年白天和夜間均有霧記錄的日數(shù)占該月霧日百分比的情況如圖3所示，8月總共才出現(xiàn)2d，7月出現(xiàn)6d，9月出現(xiàn)15d，2月有204d為最多，圖3表明冬季一天內(nèi)都有霧記錄的日數(shù)占該月總霧日的比例都在50%以上，春季一天內(nèi)都有霧記錄的日數(shù)占該月總霧日的比例都在30%～50%之間，而7～9月所占的比例在10%上下，特別是8月僅占3.9%。

周寧縣霧的日變化特點(diǎn)具有明顯的季節(jié)性，冬春季的霧經(jīng)常連續(xù)多日出現(xiàn)，連綿不斷，這個(gè)季節(jié)的霧多且沒(méi)有明顯的日變化規(guī)律，一天內(nèi)任何時(shí)間都有可能出現(xiàn)或消散；夏秋季的霧則多變，多出現(xiàn)在下半夜至早上，日出后逐漸消散。

圖3 1981～2010年周寧縣逐月白天和夜間均有霧記錄的日數(shù)占該月霧日的百分比

3.5 最大連續(xù)霧日分布情況

周寧縣春季多受冷暖空氣的影響，在鋒面附近經(jīng)常出現(xiàn)鋒面霧，冷空氣南下到福建北部時(shí),受武夷山脈的阻擋，常常形成靜止鋒維持?jǐn)?shù)日，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的霧，1981～2010年期間，各月出現(xiàn)連續(xù)霧日如圖4所示。30年間，連續(xù)霧日最多的是1月和2月，均為10次，3月次之，為9次；從夏季到秋季的5個(gè)月，均未出現(xiàn)連續(xù)霧日。

圖4 1981～2010年周寧縣各月出現(xiàn)連續(xù)霧日次數(shù)

1981～2010年最大連續(xù)霧日如表2所示，最多的最大連續(xù)霧日發(fā)生在1998年，有14日，最少的最大連續(xù)霧日發(fā)生在1999年，僅有3日。此期間霧的特點(diǎn)是濃重且影響時(shí)間長(zhǎng)，日變化小。冬季有時(shí)也會(huì)有鋒面霧的發(fā)生，特別是晚冬時(shí)節(jié)。

表2 1981～2010年周寧縣最大連續(xù)霧日

4 霧與氣象要素場(chǎng)的關(guān)系

4.1 高度場(chǎng)對(duì)霧日的影響

利用1981～2010年NOAA月平均再分析資料，選取30年中平均霧日最多的3月份和最少的7月份所對(duì)應(yīng)的500hPa高度場(chǎng)和850hPa的流場(chǎng)以及濕度加以分析。

其中，霧日最多的1985年3月與霧日最少的2004年7月對(duì)比30年平均場(chǎng),如圖5所示，可以看出500hPa高度場(chǎng)的差異主要體現(xiàn)在西太副高與西風(fēng)帶槽脊的強(qiáng)弱上。1985年3月東亞大槽較30年平均場(chǎng)強(qiáng)度更弱，但是位于青藏高原南部的南支槽卻更加明顯。2004年7月西太副高強(qiáng)度也強(qiáng)于30年平均場(chǎng)。在霧日最多的3月，西太副高強(qiáng)度弱，西風(fēng)帶無(wú)明顯槽脊，僅有較弱的南支槽，流型較為平直，東亞大槽也不明顯。霧日最少的7月，則副高強(qiáng)度強(qiáng)，多處于西風(fēng)帶槽前與副高邊緣控制的形勢(shì)下。

通過(guò)對(duì)30年周寧?kù)F日資料的讀取，也可以發(fā)現(xiàn)30年來(lái)周寧縣平均霧日整體呈下降趨勢(shì)，1981～1990年之間的3月，周寧縣月平均霧日為近17日，2001～2010年之間的3月，周寧縣月平均霧日為近9日，下降趨勢(shì)非常明顯。這個(gè)現(xiàn)象應(yīng)該也與近十年來(lái)觀測(cè)密度降低與觀測(cè)場(chǎng)周邊環(huán)境變遷有一定的關(guān)系，但這些因素影響作用有限，大的整體環(huán)流背景還是在霧日的降低中起到了主導(dǎo)作用。選取1981～1990年的3月500hPa平均高度場(chǎng)（圖6）與2001～2010年的3月500hPa平均高度場(chǎng)（圖7），可以看出：1981～1990年這十年平均場(chǎng)中，位于孟加拉灣處有明顯的南支槽存在，而2001～2010年期間，南支槽則較弱。通過(guò)對(duì)兩個(gè)十年間3月平均場(chǎng)的對(duì)比中可以看出，上游南支槽的存在，使得來(lái)自印度洋的西南暖濕氣流可以源源不斷向我國(guó)華南一帶輸送水汽，對(duì)于周寧縣形成霧日是非常有利的環(huán)流背景條件，正是由于近十年3月份南支槽整體較弱，所以霧日呈整體下降趨勢(shì)。

圖5 1981～2010年500hPa平均高度場(chǎng)

圖6 1981～1990年3月500hPa平均高度場(chǎng)

圖7 2001～2010年3月500hPa平均高度場(chǎng)

4.2 風(fēng)場(chǎng)對(duì)霧日的影響

850hPa風(fēng)場(chǎng)（圖8）的差異主要體現(xiàn)在華南暖切位置上。在霧日顯著多的3月，福建省上空西南氣流有風(fēng)向與風(fēng)速的輻合，華南暖切從我國(guó)西南地區(qū)一直延伸到我國(guó)江南北部一帶，福建處于華南暖切尾部的南側(cè)，多連續(xù)低溫陰雨的天氣，是有利于形成霧的天氣形勢(shì)。而霧日顯著少的7月，華南暖切消失不見(jiàn)，西南氣流較強(qiáng)，海上高壓（反氣旋性環(huán)流）發(fā)展強(qiáng)盛，風(fēng)向風(fēng)速均無(wú)輻合。

4.3 濕度場(chǎng)對(duì)霧日的影響

霧日的差距與相對(duì)濕度有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在霧日顯著多的3月，相對(duì)濕度在70以上；霧日顯著少的7月，則小于70，霧日數(shù)與相對(duì)濕度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖9）。特別要注意，周寧縣冬季濕度其實(shí)也較大，但月均霧日數(shù)不及早春3月，主要是周寧縣在3月既容易在夜間輻射冷卻降溫形成輻射霧，也容易在西南暖濕氣流水汽輸送下產(chǎn)生平流霧。而冬季多為夜間輻射冷卻產(chǎn)生的輻射霧，平流霧日較初春少。

圖9 1981～2010年3月和7月850hPa濕度場(chǎng)

4.4 霧日與氣溫、相對(duì)濕度的變化關(guān)系

霧是水汽在近地層達(dá)到或接近飽和、在凝結(jié)核上凝結(jié)而成，其形成與空氣溫度、相對(duì)濕度密切相關(guān)。按照每10年統(tǒng)計(jì)，1981～2010年的霧日與平均氣溫、相對(duì)濕度的變化見(jiàn)表3。

從表3可以看出，從20世紀(jì)80年代起，到21世紀(jì)的第一個(gè)10年，四季的霧日隨著平均氣溫升高、相對(duì)濕度減小而減少。其中，秋季的相對(duì)濕度減少最多，為6.5%；冬季平均氣溫升高最多，為1.4℃。因此，隨著氣候變暖，周寧縣的霧日呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。

表3 1981～2010年周寧縣四季霧日、平均氣溫、相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)表

5 1998年3月最長(zhǎng)連續(xù)霧日各背景場(chǎng)分析

1998年3月連續(xù)霧日14日，周寧縣近半月都處在霧的籠罩之下，是周寧縣近30年最長(zhǎng)一次連續(xù)霧日過(guò)程。選取1998年3月500hPa平均高度場(chǎng)、850hPa流場(chǎng)、濕度場(chǎng)以及海平面氣壓場(chǎng)如圖10所示，可以看出，在這次明顯的連續(xù)霧日過(guò)程中，500hPa位于孟加拉灣的南支槽更加明顯，850hPa西南氣流強(qiáng)盛，華南暖切東伸至長(zhǎng)江中下游一帶，濕度較大，海平面氣壓場(chǎng)基本位于冷高壓前段的底部。在這種形勢(shì)下，周寧縣上空的大氣中高層受500hPa南支槽前的影響，引導(dǎo)氣流為偏西到西南氣流，低層850hPa西南暖濕氣流強(qiáng)盛，為大霧形成提供充沛的水汽與熱力條件，地面受高壓底部偏東到東北氣流影響，是輻射霧生成的重要條件，同時(shí)，由于近地面高度與850hPa高度風(fēng)向明顯不同，周寧處在較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變之下，對(duì)近地面逆溫的穩(wěn)定維持很有幫助，因而有利于霧的生成和維持。

圖10 1998年3月各要素場(chǎng)分布情況

6 結(jié)論

（1）周寧縣的年霧日總體呈下降變化趨勢(shì)，與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境改變、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人類(lèi)活動(dòng)加劇有關(guān)；霧日的季節(jié)性變化明顯，其中冬春兩季霧日最多，夏季最少；霧日月變化呈單峰型變化，３月份霧日最多、７月份最少。

（2）周寧縣冬季整日霧日占該季總霧日的比例超過(guò)50%，春季則在30%～50%之間，夏季最少在10%之下，其中8月份僅占3.9%。連續(xù)霧日主要出現(xiàn)在1～3月，夏秋兩季無(wú)連續(xù)霧日。

（3）周寧縣多霧日的年份與月份，與西太平洋副高強(qiáng)度偏弱和范圍小、西風(fēng)帶槽脊強(qiáng)度中等和南支槽影響有關(guān)，主要體現(xiàn)在850hPa流場(chǎng)華南暖切東伸明顯，西南氣流有風(fēng)向與風(fēng)速輻合，水汽輸送強(qiáng)盛；少霧日的年份與月份，與西太副高強(qiáng)度強(qiáng)及范圍大、西風(fēng)帶槽脊位置偏內(nèi)陸有關(guān)，主要體現(xiàn)850hPa流場(chǎng)西南氣流風(fēng)速較強(qiáng)，無(wú)風(fēng)速輻合，為海上高壓環(huán)流的脊區(qū)，多下沉運(yùn)動(dòng)。

（4）周寧縣霧日與平均氣溫變化呈反相關(guān)，平均氣溫上升，霧日減少；霧日與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，相對(duì)濕度越大，霧日越多，相對(duì)濕度越小，霧日越少，春季到秋季表現(xiàn)尤為明顯。

（5）當(dāng)冷高壓前段南下，地面受冷高壓底部偏東或東北氣流影響時(shí)，配合中高層西南氣流的影響，周寧縣則形成連續(xù)性大霧天氣。

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科技部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（GYHY201406033）、華東區(qū)域氣象科技協(xié)同創(chuàng)新基金合作項(xiàng)目（QYHZ201406）共同資助。