姜盈 張日佳 李凱 蔣立加

(富陽區(qū)氣象局,浙江 杭州 311400)

0 引 言

大霧是常見的氣象災(zāi)害之一。近年來有關(guān)大霧的研究有很多,比如,騰衛(wèi)平等對浙江省大霧的氣候特征以及大霧和氣象要素的關(guān)系做了統(tǒng)計分析,得出浙江省多大霧區(qū)在東部沿海、浙北的中部和西部、浙中的西部和浙南的西南地區(qū);李云泉等對嘉興市大霧的生消規(guī)律做了統(tǒng)計,得出嘉興市大霧有明顯的年際變化,61%的大霧為短霧;周之栩等對湖州市一次連續(xù)大霧過程做了分析,得出對流層中層500hPa的平直緯向環(huán)流和低層的淺槽活動是大霧發(fā)生的重要條件。目前,針對縣級臺站大霧預(yù)報方法的總結(jié)較少。本論文將利用相關(guān)氣象資料,用統(tǒng)計分析、合成分析和可視化分析等方法,揭示大霧時空分布特征,總結(jié)富陽大霧預(yù)報方法,形成一套適用于富陽的大霧預(yù)報模式。

1 數(shù)據(jù)及資料

本文所采用的數(shù)據(jù)包括1955—2016年的富陽本站實況觀測資料數(shù)據(jù);包括天氣現(xiàn)象,能見度,氣溫,濕度等;1955—2016年NCEP/NCAR的逐日再分析資料;2014—2016年富陽各自動站能見度數(shù)據(jù)。

在對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析的時候,根據(jù)數(shù)據(jù)的長度、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)類型對不同的數(shù)據(jù)采用略不同的預(yù)處理方法,將在每節(jié)內(nèi)容開始時進(jìn)行詳述。

2 富陽大霧的時空分布特征

2.1 時間分布特征

2.1.1 年際變化

1955—2013年(2014—2016年大霧觀測由人工轉(zhuǎn)為自動,由于觀測標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)變化,所以本文2.1.1和2.1.2中這3 a的大霧日數(shù)不參與統(tǒng)計),富陽區(qū)氣象站共記錄霧日1495 d,年均霧日25.3 d。霧日年際變化較大,最多的是1957年,共有46 d出現(xiàn)大霧,最少的是2006年,全年僅9 d出現(xiàn)了大霧。從年代分布來看,1959—1975年和2000—2013年是大霧發(fā)生的兩個低谷期,而1976—1999年是大霧多發(fā)期。

2.1.2 季節(jié)分布

從大霧的季節(jié)變化來看,大霧多發(fā)生在每年的深秋到初春,其中,從月際分布來看(圖1),11月份最多,占總?cè)諗?shù)的17.97%,12月其次。7、8月份盛夏時節(jié)最少。

圖1 1955年—2013年富陽大霧日月際分布

2.1.3 日變化

2014年起,大霧觀測啟動儀器自動觀測,根據(jù)《浙江省觀測處關(guān)于調(diào)整霾天氣現(xiàn)象觀測規(guī)定和對2013年霧、霾觀測數(shù)據(jù)訂正的通知》,目前霧的自動觀測能見度判別閾值調(diào)整為0.75 km。因此,本文用能見度≤750 m來做大霧統(tǒng)計。

利用富陽本站能見度自動觀測數(shù)據(jù)得出,2014—2016年共有455個小時出現(xiàn)過大霧。從圖2可以看出,00時起能見度≤750 m的次數(shù)明顯增加,而09時后能見度≤750 m的次數(shù)明顯減少。因此,富陽大霧的生成時間一般在下半夜到清晨日出前后,而霧消時間大約是9—10時左右。大霧最容易出現(xiàn)在6時和7時,其次是3時、4時和8時。富陽本站最長連霧天數(shù)為6 d。

圖2 2014—2016年富陽能見度≤750 m的時次分布

2.2 空間分布特點

目前,富陽區(qū)有能見度要素的自動站共有8個(包括本站)。為了保證數(shù)據(jù)的可比較性,這里僅用2016年的能見度數(shù)據(jù)做比較(表1)。

表1 2016年富陽8個站點大霧日數(shù)分布

富陽大霧天氣出現(xiàn)最頻繁的地區(qū)是富陽西北新登鎮(zhèn)、永昌鎮(zhèn)一帶,該地區(qū)三面環(huán)山,空氣不易流通,加上自身地勢也比較高,工業(yè)又相對集中,導(dǎo)致大霧活動頻繁。大部山地、丘陵地區(qū)為低霧頻率區(qū)域。

3 有利于富陽大霧發(fā)生的4種天氣形勢

我們對2001—2010年這10 a的這181次大霧過程的地面形勢圖進(jìn)行分析和歸類得出,富陽區(qū)大霧多發(fā)生在1)冷高壓前暖區(qū)2)大陸高壓內(nèi)部3)入海高壓后部4)大陸高壓底部倒槽發(fā)展北頂或低壓發(fā)展這幾種天氣形勢下。如圖3a—3d。

1)冷高壓前暖區(qū)

富陽區(qū)位于冷鋒或冷高壓前側(cè)的暖區(qū)中,暖濕氣流較為活躍,并有可能伴有降水,由于暖濕空氣經(jīng)過冷的下墊面,在近地面形成平流霧,平流霧與地面冷鋒后方的鋒面霧相結(jié)合,造成大霧天氣。

2)大陸高壓內(nèi)部

大陸高壓的控制對應(yīng)的是晴好的天氣,云量較少,風(fēng)速較小。在這種較為穩(wěn)定的天氣形勢下,有利于夜間的輻射降溫,輻射冷卻作用使近地面層水汽凝結(jié)(或凝華)而形成輻射霧。

3)入海高壓后部

當(dāng)富陽處于出海高壓后部時,一方面由于受前期冷空氣影響,下墊面溫度較低,另一方面由于冷空氣已經(jīng)過境,北風(fēng)減弱,這時候一般吹較弱的東北風(fēng)或者是偏東風(fēng),海上的暖濕氣流往內(nèi)陸輸送,容易造成平流霧。

4)大陸高壓底部倒槽發(fā)展北頂或低壓內(nèi)部

在倒槽或者低壓頂部的偏南或者偏東氣流與東北或偏北氣流的輻合區(qū)內(nèi),一方面偏南或者偏東氣流從南方或海上輸送暖濕空氣經(jīng)過冷的下墊面低空凝結(jié)形成霧,另一方面偏北氣流又提供弱冷空氣以及晴空輻射使霧的強(qiáng)度加大。在這種天氣形勢下既有平流霧又有輻射霧。

圖3 (a)2001年12月3日 (b)2008年10月28日 (c)2010年11月6日 (d)2003年5月6日08時地面形勢圖,分別代表1)冷高壓前暖區(qū)2)大陸高壓內(nèi)部3)入海高壓后部4)大陸高壓底部倒槽發(fā)展北頂或低壓發(fā)展

4 富陽大霧影響因子

利用2001—2010年的共181次大霧上午08時的資料進(jìn)行統(tǒng)計。選取了常用的濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫作為主要考察因子,在對他們和大霧進(jìn)行相關(guān)性檢驗時發(fā)現(xiàn),它們大多和大霧都存在顯著相關(guān)(表2)。

表2 2001—2010年富陽大霧發(fā)生時氣溫變化規(guī)律

注:*表示通過0.05顯著性水平檢驗,△表示通過0.01顯著性水平檢驗

4.1 濕度和降水條件

大霧發(fā)生時,相對濕度≥90%的占68.0%,在85%和90%之間的占30.9%,僅1次大霧發(fā)生在相對濕度<85%的時候,有9次大霧發(fā)生在相對濕度為100%。僅23.2%的大霧發(fā)生前后12 h內(nèi)伴有降水,且雨量絕大多數(shù)為小雨。

4.2 風(fēng)的條件

研究表明,當(dāng)?shù)孛骘L(fēng)速在1～3 m/s時最有利于大霧的生成,因為太大的風(fēng)速不利于層結(jié)的穩(wěn)定,而太小的風(fēng)速又不利于水汽的垂直輸送。

181次大霧中,17.7%的大霧發(fā)生時風(fēng)速接近于0,25.4%的大霧發(fā)生時風(fēng)速在0.1～0.9 m/s之間,共有56.4%的大霧發(fā)生時風(fēng)速在1～3 m/s之間,僅1次大霧發(fā)生時風(fēng)速超過3 m/s。

NW的風(fēng)向下產(chǎn)生大霧的可能性最大,30.4%大霧發(fā)生在NW的風(fēng)向下,其次是WNW和NNW,次數(shù)分別為16%和15.5%。

4.3 氣溫條件

相對于前面兩個條件,氣溫條件顯得不是特別嚴(yán)格。一般來說,氣溫日較差大對應(yīng)的是較好的天況,有利于輻射霧的生成,而當(dāng)氣溫過高時,則不利于水汽的凝結(jié),不利于生成大霧。

由于這10 a中,7、8月份無大霧,6月份大霧發(fā)生僅一次,所以這3個月份沒有列入統(tǒng)計。表3中的氣溫日較差(下同)是指霧日前一天的最高氣溫與霧日當(dāng)天的最低氣溫之差。分析得出,各月大霧日的氣溫日較差均值均大于6 ℃,其中5月的氣溫日較差均值最小,為6.6 ℃;各月08時的氣溫均值均小于23 ℃,其中9月08時氣溫最高,為22.0 ℃。

表3 2001—2010年富陽大霧發(fā)生時氣溫變化規(guī)律 ℃

4.4 輻射降溫條件

一般來說,夜間或清晨,當(dāng)天氣晴朗或少云時晨,地面散熱迅速,降溫明顯,更有利于水汽凝結(jié),形成輻射霧,相反當(dāng)夜間或清晨云量較多時,不利于輻射冷卻,難以形成輻射霧。在平時的預(yù)報中,可以結(jié)合第二天的天況進(jìn)行大霧預(yù)報。

4.5 層結(jié)條件

當(dāng)近地面氣層比較穩(wěn)定或者是有逆溫存在時,水汽和塵埃容易聚集。尤其當(dāng)大范圍的下沉輻散運動使中低層大氣增溫,與近地層的輻射降溫相配合,加上近地層弱冷平流的作用,使低層大氣降溫,有助于形成深厚的逆溫層,有利于霧區(qū)的長時間維持。當(dāng)氣層不穩(wěn)定時,就有利于上下層熱量交換和水汽擴(kuò)散,而不利于霧的形成。

另外,地表性質(zhì)對輻射霧形成也有一定的影響。如土壤潮濕的地區(qū),江河、湖泊附近,內(nèi)陸低洼地區(qū),都容易出現(xiàn)輻射霧。

5 富陽區(qū)大霧客觀預(yù)報方法建立

根據(jù)上述的大霧天氣形勢以及影響因子,再結(jié)合平時預(yù)報的一些實際經(jīng)驗,我們總結(jié)出了富陽大霧的預(yù)報方法。

1)天氣形勢

當(dāng)?shù)诙煸绯壳昂蟪霈F(xiàn)前文討論的冷高壓前暖區(qū)、大陸高壓內(nèi)部、入海高壓后部、大陸高壓底部倒槽北頂或低壓發(fā)展這4種天氣形勢之一時繼續(xù)對其他條件進(jìn)行判斷。

2)相對濕度條件

估計第二天08時左右的相對濕度,當(dāng)相對濕度<85%時,判斷無大霧出現(xiàn)的可能,當(dāng)相對濕度≥85%時,繼續(xù)對其他條件進(jìn)行判斷。

3)降水條件

當(dāng)08時左右會出現(xiàn)中雨及以上降水時,判斷無大霧出現(xiàn)的可能,當(dāng)會出現(xiàn)中雨以下的降水或者無降水時,繼續(xù)對其他條件的判斷。

4)風(fēng)力條件

當(dāng)08時左右的風(fēng)力在3 m/s以上的,判斷無大霧出現(xiàn)的可能,當(dāng)風(fēng)力在3 m/s以下時判斷有大霧。

根據(jù)這個預(yù)報方法,我們制作了富陽大霧客觀預(yù)報軟件,軟件操作簡便,界面簡單,非常適合日常大霧的預(yù)報分析。圖4是軟件的主要操作界面。

圖4 富陽大霧預(yù)報工具

6 結(jié) 語

1)2000—2013年是富陽大霧發(fā)生的兩個低谷期,而1967—1999年是大霧的多發(fā)期;

2)富陽大霧多發(fā)生在每年的深秋到初春,11月最多,12月其次,盛夏最少;

3)富陽大霧的生成時間一般在下半夜到清晨日出前后,而霧消時間大多在日出升溫后2～3 h之間,即大約9～10 h左右。大霧最容易出現(xiàn)在6時和7時,其次是3時、4時和8時。富陽本站最長連霧天數(shù)為6 d;

4)富陽區(qū)大霧天氣多是集中在富春江沿江平原和新登區(qū)域;

5)冷高壓前暖區(qū)/大陸高壓內(nèi)部/入海高壓后部和大陸高壓底部倒槽發(fā)展是富陽大霧的幾種主要天氣形勢。相對濕度、降水、風(fēng)向風(fēng)速、氣溫和大霧呈現(xiàn)顯著相關(guān),當(dāng)出現(xiàn)上面的天氣形勢時,同時相對濕度≥85%,風(fēng)速在1～3m/s之間,氣溫不高,且無中雨以上降水時容易出現(xiàn)大霧。

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