卜清軍，徐靈芝，侯 敏

(天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300457)

0 引 言

天津港作為世界級綜合性樞紐港，在國家“一帶一路”和京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略下，迎來巨大的發(fā)展契機。新形勢下港口物流面臨新的機遇、優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，對港口物流發(fā)展也提出新的發(fā)展策略。港口建設(shè)涉及到諸多自然環(huán)境的影響，其中氣象條件是主要因素之一，無論是海霧、降水，港口大風(fēng)都對港口工程建設(shè)、港口規(guī)劃、港口營運等產(chǎn)生極大的影響。霧是指懸浮在近地層大氣中的大量微細(xì)乳白色水滴或冰晶的可見集合體[1]，在低層大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)時，水氣的增加及溫度的降低使近海面的空氣逐漸達到飽和或過飽和狀態(tài)，水氣凝結(jié)物懸浮在空中，致使海面能見度下降[2]。國內(nèi)外學(xué)者對海霧的研究較多。傅剛等[3]研究了中國近海特別是黃海和東海北部海域的海霧；黃彬等[4]對黃海海霧的氣候特征和氣象水文要素特點進行了統(tǒng)計分析；徐燕峰等[5]研究了舟山海域春季海霧的發(fā)生規(guī)律和成因分析。本文收集渤海灣天津港歷史氣象觀測資料，研究大霧天氣發(fā)生與成災(zāi)的特點，旨在為加強港口營運做好氣象服務(wù)。

1 資料與方法

為研究天津沿海霧的氣候特征選擇的站點為沿海 4 個觀測站，分別為塘沽站(39°03′ N，117°43′ E)、漢沽站(39°14′ N，117°46′ E)、大港站(38°51′ N，117°28′ E)和渤海埕北石油 A 平臺觀測站(38°27′ N，118°25′ E)。按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 27964—2011《霧的預(yù)報等級》，根據(jù)能見度將霧分為 5個等級，分別為輕霧、大霧、濃霧、強濃霧和特強濃霧，能見度 V＜50m 為特強濃霧；50m≤V＜200m 為強濃霧；200m≤V＜500m 為濃霧；500m≤V＜1000m 為大霧；1000m≤V＜10000m 為輕霧。在霧的觀測業(yè)務(wù)中，與霾加以區(qū)分，引入相對濕度條件，定義能見度V＜1000m 且相對濕度 RH≥90%為霧，1000＜V＜10000m且60%＜RH＜90%為輕霧。

研究天津港霧的氣候特征采用1980—2017年歷史資料。霧日數(shù)界定以 20:00為日界，一日內(nèi)有 1次或以上大霧記錄，計為 1個霧日，對跨越 20:00的霧記為 2個霧日。霧持續(xù)時間，一日中當(dāng)大霧間隔時間在4h以內(nèi)的，按一次霧統(tǒng)計，持續(xù)時間累計，一日中霧的間隔時間在 4h以上時，就定義為另一次霧，將跨越20:00的同一場霧作為一次連續(xù)霧過程處理，霧持續(xù)時間、連續(xù)霧日數(shù)均跨月、跨年統(tǒng)計。

2 大霧天氣氣候特征

2.1 空間分布特征

天津沿海大霧日數(shù)的分布呈南北分布不均的特點(表1)。北部漢沽自1 9 8 0—2 0 1 7年3 8年間共發(fā)生1 0 4 4個霧日，年平均霧日數(shù) 2 8.0 d；中部天津港沿岸塘沽自1 9 8 0—2 0 1 7年3 8年間共發(fā)生6 0 8個霧日，南部大港氣象觀測業(yè)務(wù)運行始于1 9 8 6年，統(tǒng)計3 2年間共發(fā)生 6 7 6個霧日。沿海南部霧日多發(fā)，大港年平均霧日數(shù) 29.5d，中部塘沽較少，年平均霧日數(shù) 16.2d，北部漢沽年平均霧日數(shù)28.0d。

表1 1980—2017年天津沿海霧日數(shù)分布(單位：d)Tab.1 Distribution of foggy days in Tianjin from 1980 to 2017(unit：day)

2000—2017年，沿海大霧發(fā)生頻次呈北多南少的分布特征，北部漢沽發(fā)生大霧日數(shù) 502d，中部塘沽大霧日數(shù)281d，南部大港大霧日數(shù)235d(圖1)。

圖1 天津港沿岸各站大霧頻次變化Fig.1 Frequency changes of heavy fog at stations along Tianjin Port

2.2 年際變化特征

自 2000年以來大霧日數(shù)呈波動性減少(圖 2)，減少速率為 0.1d/a，2000—2017年大霧日數(shù)為281d，年平均霧日 15.6d，期間霧日數(shù)出現(xiàn)較多的年份有4個峰值為2007年、2006年、2016和2003年，霧日分別為 28、27、24、21d，其中 3個峰值出現(xiàn)在2010年以前。從大霧發(fā)生時數(shù)來看，呈上升趨勢，上升速率為 4.0h/a，2000—2017年大霧總時數(shù)為2237h，18年來年平均時數(shù)為 124.3h，期間出現(xiàn)了4個年霧時較多的峰值，年霧時數(shù)最多出現(xiàn)在2016年，高達279h，其次為2007年219h，2013年和2015年也比較多，分別為192h和187h，其中3個峰值出現(xiàn)在 2010年以后。對比前文分析大霧天氣日數(shù)變化呈緩慢減少趨勢，反映出連續(xù)性大霧或長生命史大霧天氣這種極端天氣事件的頻率有所增加。

圖2 天津港2000—2017年大霧發(fā)生頻次時間序列Fig.2 Time series of frequency of heavy fog occurrence in Tianjin Port from 2000 to 2017

2.3 季節(jié)變化特征

沿海一年四季都有霧出現(xiàn)，但又呈明顯的季節(jié)性特點。自 2000年以來，天津港沿岸霧出現(xiàn)時間主要集中在冬季，占 52.6%，其次為秋季，占 33.5%(圖3a)；近海霧也是冬季最多，占 43.5%，其次為春季，占 24.3%(圖 3b)。與沿岸霧不同的是，近海霧在夏季發(fā)生的頻率也較高，為 20.8%，接近春季，而沿岸霧在夏季非常少，僅占 3.9%。由此可見沿岸霧多發(fā)生在秋冬季，每年12月和1月為全年大霧出現(xiàn)最多月份；近海霧多發(fā)生在冬春季，每年1月和2月最多。

圖3 沿岸霧和近海霧的季節(jié)分布Fig.3 Seasonal distribution of coastal fog(a)and offshore fog(b)

沿海霧的形成需要兩個條件：一是降溫，二是增濕。沿岸夏季霧日少，究其原因，A平臺溫度低于塘沽站，沿岸平均相對濕度在 80% 以上，僅相對濕度的增大不會導(dǎo)致霧日的增多，由于海氣溫差較高，空氣的飽和水汽壓增大，反而難于達到飽和而不利于霧的生成；而沿岸秋季霧日多，平均氣溫為 14～18℃，此時的海表溫度仍偏高，海氣溫差適宜，因此最有利于霧的形成。

2.4 日變化特征

沿海大霧有明顯的日變化特征，霧生頻次變化呈單峰類型(圖 4)。霧的日變化各個季節(jié)有所不同，春季大霧集中出現(xiàn)在03:00～09:00，這7個小時的霧頻次占全天的 56.3%，峰值出現(xiàn)在早上 07:00，其次為 06:00，出現(xiàn)大霧頻次最少的時間段為 12:00～20:00；夏季大霧集中出現(xiàn)在 04:00～06:00，這 3個小時的霧頻次占全天的 35.0%，峰值出現(xiàn)在早上05:00，其次為 04:00和 06:00，出現(xiàn)大霧頻次最少的時間段為 11:00～18:00；秋季大霧集中出現(xiàn)在05:00～09:00，這 5個小時的霧頻次占全天的43.5%，峰值出現(xiàn)在早上 07:00，其次為 06:00和08:00，出現(xiàn)大霧頻次最少的時間段為 13:00～19:00，均低于10次；冬季大霧集中出現(xiàn)在03:00～10:00，這8個小時的霧頻次占全天的 50.5%，峰值出現(xiàn)在早上07:00，其次為 08:00和 09:00，出現(xiàn)大霧頻次最少的時間段為14:00～20:00。

圖4 逐年累積大霧日變化特征Fig.4 Characteristics of daily variation for year-to-year cumulative fog

2.5 強度分布特征

不同強度的霧發(fā)生的頻次各不相同，從小時數(shù)看(圖 5a)，2005—2017年，發(fā)生大霧時間最長，為625h，其次為強濃霧 424h，濃霧和特強濃霧時數(shù)分別為 416h和 202h。從年際變化看，大霧年平均48.1h，近年呈增長趨勢，增長速率 7.1h/y，峰值發(fā)生在最近的3年，最多為2015年139h，其次是2016年和2017年分別為132h和 65h；濃霧年平均 32.0h，也呈增長趨勢，增長速率1.6h/a，峰值出現(xiàn)在2016年63h；強濃霧年平均 32.6h，近年變化比較平穩(wěn)，略有減少趨勢，速率為 0.1h/a；特強濃霧年平均 15.5h，趨勢明顯減少，減少速率為 1.5h/a，2007年為最多，高達 65h，此后近十年每年維持在 5～26h之間，2017年未出現(xiàn)小于50m的特強濃霧。

從日數(shù)看(圖 5b)，2005—2017年發(fā)生的大霧時間最長，為 68d，其次為強濃霧 57d，濃霧和特強濃霧日數(shù)分別為 49d和 27d。年際變化，大霧年平均5.2d，呈減少趨勢，減少速率 0.4d/a。這與大霧小時數(shù)呈增長趨勢相反，也說明了在所有 1000m以下霧的趨勢變化呈小時數(shù)增加而日數(shù)減少這一特征中，500～1000m的大霧貢獻最大。大霧發(fā)生最多的年份出現(xiàn)在2006年，為12d，其次為2007年為8d；濃霧年平均 3.8d，也呈增長趨勢，增長速率 0.1d/a，峰值出現(xiàn)在2009、2013年和2015年，均為7d；強濃霧年平均 4.4d，與小時數(shù)呈減少趨勢相反，日數(shù)呈增加趨勢，速率為 0.2d/a，最多出現(xiàn)在 2014年為 11d；特強濃霧年平均 2.1d，與小時數(shù)變化一致，呈減少趨勢，減少速率為0.2d/a，在2007年為最多，為8d。

圖5 天津港不同強度霧發(fā)生頻次Fig.5 Frequency of occurrence of different intensity fogs in Tianjin Port

2.6 持續(xù)時間分布特征

將霧的持續(xù)時間 T分為 5個等級：0＜T≤3h，3h＜T≤6h，6h＜T≤12h，12h＜T≤24h，T＞24h。分析不同等級霧的發(fā)生頻次(圖 6a)，出現(xiàn)頻次最多的是時長為6～12h的霧，共出現(xiàn)73次占28.7%，其次時長為0～3h的霧，頻次為71次占27.8%，3～6h的霧為 63次占 24.7%，可見持續(xù)時長 6～12h的霧居多。雖然 T＞24h的霧頻次較小，僅占 4.3%，但由于此類長時間的霧會給交通帶來極大的影響，所以這部分霧仍需要引起足夠的重視，如2016年12月18日至22日連續(xù)93h的大霧。

從大霧連續(xù)日數(shù)的頻次分布看(圖 6b)，霧出現(xiàn)的頻次隨著連續(xù)霧日數(shù)的增加而減少，連續(xù) 2d出現(xiàn)的霧36次，連續(xù)3d出現(xiàn)的霧13次，連續(xù)4d和連續(xù)5d出現(xiàn)的霧均為4次，連續(xù)6d出現(xiàn)的霧有1次，出現(xiàn)在2002年12月13日至18日。2016年12月31日至2017年1月4日連續(xù)5d出現(xiàn)大霧，大霧持續(xù)時間 69h。

圖6 霧持續(xù)時間分布Fig.6 Distribution of fog duration

3 典型強濃霧天氣分析

3.1 天氣實況及天氣背景

2016年12月31日至2017年1月4日天津港連續(xù) 5d出現(xiàn)強濃霧天氣(圖 7)。具體時間分別為12月 31日 18:12～20:00出現(xiàn)強濃霧，最小能見度124m；31日20:00至1月1日20:00出現(xiàn)強濃霧，最小能見度 71m；1日 20:00至 2日 09:19出現(xiàn)強濃霧，最小能見度150m；2日20:00至3日11:05出現(xiàn)強濃霧，最小能見度為 156m；3日 20:00至 4日13:13出現(xiàn)強濃霧，最小能見度 75m。前期天氣背景有輕霧，1～2日出現(xiàn)微量降雪，3日夜間出現(xiàn)微量降雪。

3.2 天氣形勢分析

2016年12月31日08:00受高空淺槽后部西北氣流控制，850hPa為干暖平流，自地面至934hPa存在逆溫層，1000hPa及以下相對濕度超過80%，探空曲線有逆溫層和喇叭口，有利于大霧天氣出現(xiàn)。1月1日 850hPa受干暖平流影響，存在切變線，自1000hPa至 911hPa存在逆溫層，978hPa及以下相對濕度達 92%。2日以后處于高空槽后西北氣流控制，自地面至 983hPa存在強烈逆溫，逆溫強度高達12℃，近地層相對濕度達 92%(圖 8)。3日逆溫層增厚至 925hPa逆溫強度 10℃，1000hPa以下相對濕度超過 80%。4日 850hPa受反氣旋環(huán)流控制，逆溫層降至 972hPa，強度達 11℃。前期高空淺槽和低空切變線影響下，出現(xiàn)降雪，降雪過后近地層相對濕度較大，且邊界層存在強烈逆溫，出現(xiàn)了大霧和降雪同時出現(xiàn)的現(xiàn)象。

圖7 逐時能見度及相對濕度Fig.7 Visibility and relative humidity hourly

地面1月1日08:00地面處于冷鋒前部，西風(fēng)為主，存在地面中尺度輻合線，風(fēng)向為西風(fēng)轉(zhuǎn)東北風(fēng)，平均風(fēng)速在 1～2級，相對濕度 99%。在高空淺槽和低空切變線影響下，地面出現(xiàn)降雪，降雪過后相對濕度較大，且探空曲線有逆溫層和喇叭口，有利于大霧天氣維持。2日相對濕度保持在 99%，風(fēng)向為西北風(fēng)，十分鐘平均風(fēng)速1～2級。3日地面處于低壓后部高壓前部(冷鋒前)，西南風(fēng)影響，存在地面中尺度輻合線，維持至4日。

3.3 霧對天津港的影響

圖8 2017年1月2日08時天氣形勢Fig.8 Synoptic situation at 08：00 on January 2，2017

受大霧天氣影響，天津港船舶進出港動態(tài)受到嚴(yán)重影響，自2016年12月31日至2017年1月4日，天津港采取交通管制措施，封航 83.8h。受影響船舶動態(tài)共有 615艘次，其中包括“地中海抒情”輪、“天仁”輪等客輪14艘次，遠(yuǎn)洋輪19艘次。天津港封港、停止作業(yè)，集裝箱礦產(chǎn)品嚴(yán)重滯港，導(dǎo)致天津港集裝箱有色礦集中到港、集中卸船，船舶壓港嚴(yán)重，最終導(dǎo)致進口商遭受 7800萬滯箱費等損失。因滯箱費受損失的有貿(mào)易商、大型鋼鐵企業(yè)、礦產(chǎn)公司等。因大霧“抒情號”郵輪拋錨天津港外水域，致使2017年1月31日既定航班被迫取消，千余名旅客被滯留天津東疆港國際郵輪碼頭。

4 結(jié) 語

本文通過對天津沿海氣象站大霧觀測歷史氣候資料統(tǒng)計分析，結(jié)合典型強濃霧天氣過程分析，得到以下結(jié)論：

①天津沿海大霧日數(shù)分布南北不均。南部霧日多發(fā)，中部塘沽較少。但進入21世紀(jì)，大霧發(fā)生頻次呈北多南少的分布特征。

②大霧年際變化從發(fā)生頻次看有兩個特征，一是大霧天氣日數(shù)呈減少趨勢，二是大霧天氣時數(shù)呈上升趨勢，表明連續(xù)性大霧或長生命史大霧這種極端天氣事件的頻率有增加的趨勢。天津港大霧天氣有明顯的季節(jié)性特點，沿岸霧多發(fā)生在秋冬季，占 86.1%，每年 12月和 1月為大霧多發(fā)月份，近海霧多發(fā)生在冬春季，每年1月和2月最多。大霧天氣日變化特征呈單峰類型，峰值集中在早晨 06:00～08:00，各季有所不同，春季大霧集中出現(xiàn)在 06:00～07:00，夏季較早，大霧集中出現(xiàn)在 04:00～06:00，秋季大霧集中出現(xiàn)在 06:00～07:00，冬季稍晚，大霧集中出現(xiàn)在07:00～08:00，除夏季大霧峰值出現(xiàn)在早上05:00外，春、秋、冬三季峰值均出現(xiàn)在早上 07:00。午后14:00～19:00為少霧時段。

③不同強度的霧發(fā)生的頻次各不相同，其中大霧頻次最多，年平均 5.2d，其次為強濃霧年平均 4.4d，濃霧年平均 3.8d，特強濃霧年平均 2.1d。大霧頻次呈減少趨勢，減少速率 0.4d/a，這與大霧小時數(shù)呈增加趨勢相反，表明在所有 1000m以下霧的趨勢變化呈小時數(shù)增加而日數(shù)減少這一特征中，500～1000m的大霧貢獻最大；濃霧也呈增長趨勢，速率 0.1d/a；強濃霧的小時數(shù)呈減少趨勢，但日數(shù)呈增加趨勢，增加速率為 0.2d/a；特強濃霧呈減少趨勢，減少速率為0.2d/a。

④持續(xù)時長為 6～12h的霧出現(xiàn)頻次最多，占28.7%，其次是時長為 0～3h的霧，占 27.8%，時長3～6h的霧占24.7%。時常超過24h的霧頻次較小，僅占 4.3%，但超長時間的霧更會給港口船舶進出港動態(tài)帶來嚴(yán)重影響。