王緒翔，劉錦超，李 楊

（中國海警局，北京海淀 100000）

引言

海霧是海洋上低層大氣中的一種水汽凝結(jié)現(xiàn)象。王彬華［1］較早地對東亞地區(qū)的海霧進行了系統(tǒng)的分析，并指出黃海是我國海霧發(fā)生最頻繁的海區(qū)之一。黃海海霧影響區(qū)域大，海霧隨著風(fēng)的作用可以深入陸地，有時達(dá)幾十公里，給海上和陸上交通帶來影響。

黃海海霧的多發(fā)期在4—6 月，罕見期在8—11月，黃海、渤海海域存在冬季海霧多發(fā)時段［2］。

海霧在海洋和大氣共同作用下生成，前人通過不同海霧個例，分析了氣海溫差、風(fēng)場、水汽供應(yīng)、溫度平流、逆溫層等氣象要素對海霧的影響［3-15］。但這些研究主要是針對春季霧和夏季霧，冬季霧的研究較少，對于冬季海霧的研究還不夠深入，所以本文利用高精度的資料，通過冬季霧與夏季霧個例的對比研究分析冬季海霧生消的特點，了解冬季海霧的大氣邊界層特征，為數(shù)值模式提供合理的邊界層參數(shù)方案，從而提高海霧數(shù)值預(yù)報的準(zhǔn)確性，也可為預(yù)報員從天氣學(xué)角度更加深入了解冬季平流霧過程。

本文選定了兩個過程，一個過程發(fā)生在2008 年7 月夏季風(fēng)爆發(fā)后，另一個過程發(fā)生在2010 年2 月黃海海區(qū)還受冬季風(fēng)控制，對比這兩個過程，分析不同季節(jié)海霧的區(qū)別和影響海霧的主要氣象要素分布規(guī)律，并探討2008 年7 月9 日到11 日和2010 年2月23 日到25 日兩個過程中逆溫層維持原因。

1 資料和方法

1.1 數(shù)據(jù)說明

文中采用的資料來自：

（1）韓國氣象局提供的的天氣圖資料、可見光云圖和紅外云圖資料。

（2）美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）／美國國家大氣研究中心（NCAR）提供的FNL（Final Operational Global Analysis）全球客觀分析資料，水平分辨率為1°×1°、時間間隔為6h 的全球資料。

（3）中央氣象臺提供的MICAPS 地面觀測資料。

由于得到的資料采用世界時間，而地面觀測站數(shù)據(jù)采用北京時間，因此在使用資料對比過程中，對應(yīng)資料的時間應(yīng)該保持一致，在本文研究過程所引用的資料圖片中，所有圖片資料標(biāo)題所標(biāo)明的時間和文字?jǐn)⑹鼍鶠槭澜鐣r間。

為討論海霧發(fā)生時氣象要素的分布與沒有海霧時氣象要素分布的區(qū)別，分別對選取的兩個海霧過程進行前后延伸24h，通過對比可以看到海霧發(fā)生時的氣象要素的顯著變化；同時，利用兩個海霧過程對比分析不同季風(fēng)作用下影響海霧的氣象要素場的差異。

1.2 海霧個例選取方法

在海霧個例選取過程中，首先是利用氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)MICAPS 地面觀測資料，處理得到青島有霧的時次，再利用韓國氣象局的天氣圖進行驗證，最后利用衛(wèi)星云圖確定海霧的范圍。選取標(biāo)準(zhǔn)是在天氣圖上黃海周圍測站有大霧出現(xiàn)，同時在衛(wèi)星云圖上可以明顯看到黃海海區(qū)有大霧出現(xiàn)，綜合上述因素，最終選定了2008 年7 月8 日至11日和2010 年2 月22 日至25 日兩次海霧個例，分別代表夏季海霧與冬季海霧。

2 結(jié)果與分析

2.1 海霧過程的天氣形勢分析

2008 年7 月8 日00 時500hPa 天氣圖（圖略）上，青島上空位于西北太平洋高壓西部邊緣，整個黃海處在高壓的控制下，而位于青島上游地區(qū)山西省中部上空有一低槽。對應(yīng)850hPa 和地面青島地區(qū)都處在高壓后部。到7 月9 日00 時500hPa 青島上空仍位于高壓邊緣，但高壓中心向南移動，青島上游地區(qū)的淺槽稍向東移，00 時地面青島位于高壓邊緣與低壓前緣區(qū)域，此時青島地區(qū)出現(xiàn)海霧，從衛(wèi)星云圖可以看到整個黃海地區(qū)上空都有霧生成。7 月10 日12 時500hPa 青島上空等高線很稀疏，高壓中心已經(jīng)離開黃海，青島上游地區(qū)的淺槽移動到山東半島的中部。對應(yīng)黃海上空仍處于高低壓交匯處控制。此時海霧在黃海海區(qū)維持并有所加強。7 月11 日00時淺槽移動到黃海中部，此時海霧基本消散。到12時淺槽移動到朝鮮半島東部，在850hPa 圖上可以看到青島已經(jīng)處于冷平流的前部，對應(yīng)地面風(fēng)向也轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，此時海霧完全消散。

2010 年2 月23 日00 時，500hPa 青島上游地區(qū)的引導(dǎo)氣流為西北-東南向，東亞大槽位于蒙古中部上空，低渦中心位于俄羅斯中部上空。對應(yīng)850hPa 青島地區(qū)處在低壓前部的影響，地面青島地區(qū)處于高低壓之間，低壓中心位于蒙古內(nèi)，高壓中心位于朝鮮半島，青島地區(qū)主要吹東南風(fēng)，風(fēng)速2～3級，12 時低壓中心分裂為兩個，分別移動到內(nèi)蒙古東部和陜西省中部，青島地區(qū)主要受低壓前緣的影響，風(fēng)向仍為偏南風(fēng)，此時海霧形成。2 月24 日00時500hPa 位于俄羅斯中部上空的低壓中心分裂為兩個，中心分別位于俄羅斯中部上空和蒙古東北部上空，東亞大槽變?yōu)闄M槽，槽位于蒙古北部。850hPa00 時青島仍處于低壓前端的影響，低壓中心位于河南上空和內(nèi)蒙古東部，此時海霧維持并發(fā)展。2 月25 日00 時500hPa 位于蒙古東北部上空的低壓中心繼續(xù)向東南移動，移動到吉林省西部上空，此時東亞大槽轉(zhuǎn)豎，槽位于蒙古東部上空，橫槽轉(zhuǎn)豎帶來了冷空氣，黃海海區(qū)受到槽前冷空氣的影響，海霧開始減弱，到11 時海霧完全消散。

對比兩次海霧過程可以發(fā)現(xiàn)：兩次海霧過程都是地面形勢低壓前部、高壓后部型；不同的是這次夏季霧過程發(fā)生過程中空中東亞大槽穩(wěn)定少動，主要由小槽移動控制的，冬季霧過程主要由大槽移動影響，橫槽的產(chǎn)生對海霧過程的發(fā)生有重要作用。

2.2 冷暖平流與逆溫層

分析2008 年7 月8 日至11 日海霧過程可以看到，在海霧發(fā)生前，8 日00 時黃海海區(qū)950hPa 有暖平流，同時黃海上部出現(xiàn)一逆溫層，逆溫層的高度從地面到930hPa，海霧發(fā)生后，9 日00 時暖平流擴展到整個黃海地區(qū)。等到海霧消散時，12 日00 時山東半島都是冷平流，黃海北部也出現(xiàn)冷平流，黃海的東南部還有暖平流，在冷平流的作用下，暖平流漸漸失去對黃海的控制，逆溫層也逐漸消失。

分析2010 年2 月22 日至25 日海霧過程可以看到在海霧發(fā)生前，22 日00 時青島地區(qū)950hPa 有較弱的暖平流，約為3×10-5K·s-1，暖平流分布范圍很小，黃海大部分受北方冷平流的影響，同時黃海上部出現(xiàn)一逆溫層，逆溫層的高度從地面到930hPa，隨后暖平流逐漸加強，23 日00 時黃海上空的暖平流出現(xiàn)極大值，由于有強烈的暖平流，使得逆溫層持續(xù)存在并發(fā)展，24 日00 時逆溫層已經(jīng)覆蓋黃海西部，暖中心的強度是13.5℃，形成從地面到高空的逆溫層。直到25 日00 時較強的冷平流控制了山東半島和黃海地區(qū)，迫使暖平流中心南移，海霧開始消散，逆溫層也消失。

通過以上兩次海霧的分析可以看到，兩次海霧發(fā)生前，黃海950hPa 有持續(xù)的暖平流，持續(xù)一段時間后會在930hPa 形成一個暖中心，下層形成穩(wěn)定的逆溫層，隨后在暖平流的作用下，暖中心加強，逆溫層變得更穩(wěn)定，有利于海霧的繼續(xù)發(fā)展，當(dāng)來自山東半島的冷平流加強，影響到黃海西部時，暖平流被迫東移，同時逆溫層也逐漸減弱消失，不久之后海霧消散。兩次海霧過程都是在950hPa 先有暖平流，其次出現(xiàn)逆溫層，不久之后生成海霧，最后由于冷平流加強，海霧減弱消散。冬季霧逆溫層先減弱消失，然后海霧消散，與冬季霧相反，夏季霧是海霧先消散，然后逆溫層消失。冬季海霧的霧頂輻射冷卻比夏季霧強。

2.3 氣海溫差

2008 年7 月8 日12 時，整個黃海海區(qū)氣海溫差都是正值，此時整個區(qū)域都是穩(wěn)定的，且0.5℃≤T（a）-T（w）≤3.5℃，此時有利于海霧生成。9 日00 時T（a）-T（w）的范圍變?yōu)?℃≤T（a）-T（w）≤2℃（見圖1a）黃海上部仍維持穩(wěn)定。12 日00 時黃海海區(qū)T（a）-T（w）的范圍變?yōu)?℃≤T（a）-T（w）≤1℃。

2010 年2 月22 日00 時黃海北部海區(qū)的氣海溫差范圍為-2℃≤T（a）-T（w）≤0℃（見圖1b），黃海南部海區(qū)的氣海溫差范圍為0℃≤T（a）-T（w）≤2℃，到20時整個海區(qū)氣海溫差變?yōu)?℃≤T（a）-T（w）≤3℃，此后一直維持穩(wěn)定，到25 日14 時黃海海域氣海溫差接近于0。

圖1 氣海溫差（間隔1℃）

通過分析可以看到氣海溫差在這兩次海霧過程中都起到重要的作用。夏季風(fēng)爆發(fā)后，黃海海區(qū)底層一般是維持穩(wěn)定的，氣海溫差范圍在0℃≤T（a）-T（w）≤2℃時有利于海霧的發(fā)生和發(fā)展。冬季黃海地區(qū)受冬季風(fēng)的影響下，在海霧發(fā)生前位于黃海北部海面上是大片的負(fù)值區(qū)，說明這里的氣海溫差比較小，不易形成逆溫，海霧發(fā)生時黃海海域的氣海溫差變?yōu)檎祬^(qū)，海霧減弱消散時，黃海海域的氣海溫差先是變小接近于0，隨后漸漸地小于0。可以看到這次冬季霧也是平流冷卻霧。

2.4 要素時間序列分析

為了對海霧發(fā)生時段的影響因素進行更好的對比研究，本文分析了海霧發(fā)生前到海霧消散后的一些要素的時間序列。海霧發(fā)生的階段在圖2 中是兩條黑線之間部分。

圖2 是青島上空兩次海霧過程中風(fēng)速的垂直變化，在海霧發(fā)生時刻底層850hPa 以下都是偏南風(fēng)，在海霧消散時都會由南風(fēng)轉(zhuǎn)為北風(fēng)。

圖2 青島風(fēng)矢量時間—高度剖面圖

為了避免陸地地形對要素分布的影響，選用122.5°E、36°N 上空的要素場時間序列進行分析。由圖3 可以看到，兩次海霧發(fā)生時表面的行星邊界層和950hPa 的絕對渦度有明顯升高的趨勢。對于固定點，可以用絕對渦度的變化來代替相對渦度的變化。絕對渦度的變化要比表面行星邊界層的變化提前，而且兩條線的變化趨勢基本一致，同時絕對渦度有上升趨勢時對應(yīng)海霧發(fā)生，同時絕對渦度有下降趨勢時對應(yīng)海霧減弱消散。根據(jù)分析判定海霧的發(fā)生導(dǎo)致表面行星邊界層上升。在海霧發(fā)生前行星邊界層有下降的趨勢，在海霧發(fā)生時行星邊界層較低，等到海霧發(fā)展到一定階段表面行星邊界層開始上升，同時海霧開始消散。

圖3 122.5°E，36°N 處表面行星邊界層高度（虛線）和950hPa 上的絕對渦度（實線）的時間序列

綜上所述，兩次海霧過程的特征對比情況如表1。

表1 兩次海霧的對比分析表

3 結(jié)論與討論

利用天氣圖、云圖及FNL 客觀分析資料、MICAPS 地面觀測資料，對冬夏季節(jié)的兩次海霧過程的霧頂高度、天氣條件、氣海溫差、行星邊界層等要素進行了分析，主要結(jié)論如下：

（1）兩次海霧過程地面形勢都是低壓前部、高壓后部型；不同的是這次夏季霧發(fā)生過程中東亞大槽穩(wěn)定少動，主要由小槽移動控制，冬季霧過程主要由大槽移動影響，橫槽的產(chǎn)生對海霧過程的發(fā)生有重要作用。

（2）兩次過程的逆溫層頂高度都在930hPa 附近，影響逆溫層形成和破壞的主要因素是950hPa 的溫度平流。冬季海霧逆溫層先減弱消失，然后海霧消散，與冬季霧相反，夏季霧是海霧先消散，然后逆溫層消失。

（3）氣海溫差對于冬季霧和夏季霧的產(chǎn)生和發(fā)展都起到重要作用。在海霧發(fā)生時刻底層850hPa 以下都是偏南風(fēng)，在海霧消散時都會由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。

（4）伴隨著海霧的發(fā)生可以看到無論夏天還是冬天，表面行星邊界層都會有抬升的趨勢，海霧消散后表面行星邊界層降低，表面行星邊界層的變化要滯后于海霧的變化，說明海霧的發(fā)生發(fā)展是導(dǎo)致表面行星邊界層變化的原因，主要原因是海霧發(fā)生時引起底層湍流和上曳氣流或下曳氣流導(dǎo)致的。

（5）2010 年2 月海霧也是平流冷卻霧，這說明在冬季有強的暖平流也會產(chǎn)生平流冷卻霧。