黃海霧季開始日期的確定及其年際變化

丁做尉,張?zhí)K平,白 慧,薛德強(qiáng),周雪松

(1.中國海洋大學(xué)海洋-大氣相互作用與氣候?qū)嶒?yàn)室,山東青島266100;2.江西省南昌市氣象臺,江西南昌330038; 3.山東省氣象臺,山東濟(jì)南250031)

黃海霧季開始日期的確定及其年際變化

丁做尉1,2,張?zhí)K平1＊＊,白 慧1,薛德強(qiáng)3,周雪松3

(1.中國海洋大學(xué)海洋-大氣相互作用與氣候?qū)嶒?yàn)室,山東青島266100;2.江西省南昌市氣象臺,江西南昌330038; 3.山東省氣象臺,山東濟(jì)南250031)

根據(jù)山東省14個氣象站1979—2007年4次/d的大氣能見度觀測資料、NCEP/NCAR再分析資料、JRA等資料,提出了黃海霧季開始時間的以候?yàn)闀r間尺度的標(biāo)準(zhǔn),并對影響霧季開始的可能因素進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:黃海氣候平均霧季開始在第20候,從此候開始,盛行風(fēng)向、濕度平流、溫度平流、大氣層結(jié)等都有利于海霧的產(chǎn)生;不同年份霧季開始的時間有差別,導(dǎo)致不同年份霧季開始早晚的主要原因是海-氣溫差、濕度、盛行風(fēng);黃東海海溫正(負(fù))距平,且東海北部黃海南部海溫正(負(fù))距平比黃海北部海溫正(負(fù))距平強(qiáng)度更大時,黃海北部霧季開始時間較早(晚)。海-氣溫差<0℃是海霧季節(jié)開始的先決條件,但對海霧季節(jié)開始的早晚沒有明顯的影響。黃海反氣旋對大氣層結(jié)的穩(wěn)定有一定的貢獻(xiàn),有利于霧的形成和維持。逆溫對于霧季的形成和維持有重要作用,但逆溫強(qiáng)度與霧季開始的早晚沒有直接關(guān)系;逆溫層的高度可能影響海霧季節(jié)的發(fā)生,霧季開始偏早年逆溫層更接近地面。

海霧;開始日期;黃海

海霧是指在海洋影響下出現(xiàn)在海上的水平能見距離<1 000 m的天氣現(xiàn)象。海霧是影響海面大氣能見度的重要因素,對航?；顒雍秃Ｉ献鳂I(yè)有很大的影響。4～7月是黃海海霧多發(fā)時期,形成海霧季節(jié)[1]。周發(fā)琇和劉龍?zhí)玔2]用月平均霧日數(shù)5 d以上,霧日變率< 50%作為黃、東海霧季標(biāo)準(zhǔn)。張?zhí)K平[3]將月霧日相對頻數(shù)(月霧日數(shù)/年霧日數(shù))>10%作為霧季的標(biāo)準(zhǔn)。無論按照哪種標(biāo)準(zhǔn),黃海的霧季均始于4月。觀測表明,雖然霧季都是從4月開始,但有的年份進(jìn)入4月霧日明顯偏多,有的年份4月下旬甚至4月底海霧才開始增多,早晚相差十幾天甚至更長時間。黃海處于東亞季風(fēng)區(qū)[4],對于亞洲季風(fēng)爆發(fā)日期的確定、爆發(fā)早晚的成因、及其對天氣氣候的影響已經(jīng)有了大量研究[5-7]。但是對于海霧季節(jié)開始日期的確定方法迄今尚無研究,更不知道是什么原因造成了海霧季節(jié)開始偏早或者偏晚。雖然有研究認(rèn)為春季海霧具有一定的季風(fēng)特征[8],但4月東亞夏季風(fēng)尚未爆發(fā),大氣環(huán)流還是受冬季風(fēng)控制[9],海霧季節(jié)開始的早晚顯然與東亞夏季風(fēng)開始的早晚不是同一件事情。隨著人類海上活動的日益增加,以“月”為時間單位的霧季開始時間顯得過于粗糙,有必要在更小時間尺度上對海霧季節(jié)開始的日期進(jìn)行確定。

本文利用候平均資料,首先研究確定了黃海霧季開始的標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而討論了海霧季節(jié)開始偏早和偏晚的大氣環(huán)流形勢和大氣邊界層氣象條件,為下一步研究海霧開始早年與晚年的原因奠定基礎(chǔ),也可以為海霧季節(jié)開始的預(yù)報提供參考。

1 資料和方法

本文用到的資料包括大氣能見度觀測資料和海洋大氣再分析資料。大氣能見度數(shù)據(jù)來自山東省14個氣象站1979—2007年4次/d的觀測資料。海表面氣溫(SAT),海表面水溫(SST)等資料來源于NCEP/ NCAR再分析資料[10],分辨率為2.5(°)×2.5(°),和J RA(Japanese25-yearReanalysisProject,日本1979—2007年再分析資料)[11],分辨率為1.25(°)× 1.25(°)。其中NCEP資料用于分析海-氣溫差(SSTSAT),高度場,風(fēng)場,J RA資料用于分析層結(jié)穩(wěn)定度等。由于霧的定義是以大氣能見度<1 000 m為標(biāo)準(zhǔn)的,因此處理資料時以每天中至少有1次觀測能見度<1 000 m的作為霧日(觀測資料中只有能見度信息,所以其中未去掉降水日。由于4月山東降水較少,對統(tǒng)計(jì)結(jié)果影響不大)。研究海霧季節(jié)開始標(biāo)準(zhǔn)中,對海-氣溫差和霧日數(shù)進(jìn)行了5 d滑動平均,使結(jié)果更趨于穩(wěn)定。

由于黃海海霧季節(jié)主要是平流冷卻霧,即暖濕空氣平流至冷海面下層空氣冷卻凝結(jié)成霧,春季尤甚[1-2],本文研究的霧季開始日期的確定方法也是基于平流冷卻霧的形成機(jī)制。由于氣象觀測數(shù)據(jù)中并沒有區(qū)分霧的類型,本文在研究中也沒有對霧進(jìn)行分類。作者計(jì)算了青島與黃海沿海日照,石島、成山頭、威海、海陽、嶗山候霧日數(shù)的相關(guān)系數(shù),均超過95%的信度檢驗(yàn),青島站與黃海沿海其它站在海霧的季節(jié)變化、年際變化上具有一致性[8],因此本文用青島站的霧日記錄研究黃海霧日季節(jié)變化有較好的代表性。

2 霧季開始時間的確定方法

2.1 海氣溫差條件

圖1 氣候平均的青島附近的海-氣溫差(虛線)及青島氣候平均霧日數(shù)距平累積指數(shù)(實(shí)線)Fig.1 Climatological mean of the sea-air temperature ifference near Qingdao(dotted line)andclimatological mean of cumulative fog days anomalies index of Qingdao(solid line)

按照其形成機(jī)理,SAT高于SST是平流冷卻霧生成的重要條件之一。中國近海平流冷卻霧成霧的海-氣溫差范圍為-3～0℃[1]。如圖1所示,青島近海氣候平均的海-氣溫差有明顯的季節(jié)變化,1～16候和45～72候海-氣溫差>0℃,17～44候海-氣溫差一直維持<0℃。從17候(3月下旬)開始,青島近海的海-氣溫差<0℃,所以黃海氣候平均的海霧季節(jié)應(yīng)在17候以后開始。

2.2 霧日數(shù)條件

海-氣溫差<0℃只是有利于平流冷卻霧的形成,要分析霧季開始的時間,還要對每候的霧日數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

本文先定義霧日距平累積指數(shù)(數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理),計(jì)算公式為Si=Si-1+(fi-ˉf)(i=1,365或366)

其中Si為霧日距平累積指數(shù),fi為第i天出現(xiàn)霧日的頻率2007年平均每天出現(xiàn)霧日的頻率(1980,1984,1988, 1992,1996,2000,2004是閏年,為366 d),di為i年的總霧日數(shù)。

霧日距平累計(jì)指數(shù)表示了1 a中霧日頻率隨時間的變化趨勢。

氣候平均的霧日距平累積指數(shù)表明,從20候開始,霧日距平累積指數(shù)呈增加趨勢,即霧日出現(xiàn)頻率高出氣候平均每天霧日頻率。從第42候開始,霧日距平累積指數(shù)呈減少趨勢,即霧日出現(xiàn)頻率開始低于氣候平均每天霧日頻率(見圖1)。所以第20候可能為氣候平均黃海霧季開始候。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證以上確定的海霧季節(jié)開始日期,統(tǒng)計(jì)了1979—2007年每候霧日數(shù)(見圖2),可以看出,雖然17候就有了氣溫高于海溫的條件,但候霧日數(shù)從第20候開始連續(xù)高于或接近氣候平均值。從第43候開始,候霧日數(shù)開始連續(xù)低于氣候平均值。圖2說明青島氣候平均霧日較多的時間集中在20～42候。

圖2 青島氣候平均候霧日數(shù)Fig.2 Climatological mean of fog days of Qingdao

結(jié)合氣候平均海-氣溫差條件和霧日數(shù)分布特征等因素綜合考慮,可以認(rèn)為青島氣候平均的霧季開始于第20候(4月10日)。

青島氣候平均候霧日數(shù)表現(xiàn)出雙峰型的特征。多霧期主要集中在春夏季,這與日照等近海地區(qū)的霧的多發(fā)時節(jié)是一致的(圖略),反映了海霧季節(jié)特征。冬季為次多霧期,與內(nèi)陸地區(qū)的多霧期一致,反映出青島的冬季霧多為陸地霧性質(zhì)。

以青島海氣溫差>0℃的17～45候作為時間參考,青島的14～45候各候霧日數(shù)跟日照,石島,成山頭,威海,海陽,嶗山這6個地區(qū)的14～45候各候霧日數(shù)的相關(guān)系數(shù)均超過95%的信度檢驗(yàn),所以青島的海霧特征在山東東南沿海是具有一定代表性的。

3 海霧季節(jié)開始前后的大氣環(huán)流特征

以上用SST-SAT和霧日累積指數(shù)對黃海海霧季節(jié)開始日期進(jìn)行了初步確定,霧季開始時間為20候。但是平流冷卻霧的形成需要一定的環(huán)境背景和天氣條件。以下討論20候前后大氣環(huán)流的變化和靜力穩(wěn)定度的變化。

3.1 大氣環(huán)流條件

Zhang等[12]曾給出了4月海霧季節(jié)開始的低空環(huán)流形勢:黃海有局地小高壓和比較明顯的反氣旋環(huán)流,為黃海西部輸送水汽。根據(jù)本文確定的日期,圖3為18～19候和20～21候的環(huán)流形勢,以分析霧季開始前和開始后的1 000 hPa流場,并且驗(yàn)證關(guān)于青島氣候平均霧季開始時間的確定是否合理。

圖3 氣候平均18～19候(a)和20～21候(b)的1 000 hPa位勢高度(實(shí)線)、風(fēng)場(矢量)和濕度平流(陰影) Fig.3 Climatological mean of geopotential height(contour),wind(vector)and humidity advection (shaded)at 1 000 hPa level in the pentad 18～19(a),and pentad 20～21(b)

圖4 氣候平均18～19候和20～21候925 hPa位勢高度(實(shí)線),風(fēng)(矢量),和溫度平流(陰影)Fig.4 Climatological mean of geopotential height(contour),wind(vector)and temperature advection (shaded)at 925 hPa level in the pentad 18～19(a),and pentad 20～21(b)

由圖3可以看出,20～21候高壓主體位于黃海,黃海西北部處于高壓的西北部,盛行東南風(fēng)(見圖3b),有利于來自黃海中部和南部的暖濕氣流流經(jīng)黃海相對冷的海面,形成平流冷卻霧。從濕度平流也可以看出,黃海上空為正的濕度平流。而18～19候,黃海西北部沒有明顯的偏東南氣流,黃海上空幾乎沒有正的濕度平流(見圖3a)。925 hPa在20～21候黃海附近存在暖平流(見圖4a-b)。該高度上的暖平流有利于逆溫層建立[12]。而18～19候黃海上空沒有明顯的暖平流。20～21候925 hPa黃海上空沒有出現(xiàn)閉合高壓,反氣旋環(huán)流也沒有1 000 hPa明顯。說明黃海海面的反氣旋是1個只存在于低層的淺薄系統(tǒng)。

3.2 層結(jié)穩(wěn)定度條件

圖5 北京時間08時氣候平均13候～24候逐日逆溫發(fā)生的頻率(單位:1)Fig.5 Climatological mean daily inversion frequency at? AM Beijing time between pentad 13 and 24(unit:1)

海霧出現(xiàn)時,往往有伴逆溫[1,13],青島的L波段雷達(dá)探空表明,4月～6月逆溫層明顯[12]。一般來說,逆溫出現(xiàn)的情況下,表明大氣層結(jié)比較穩(wěn)定,大氣的垂直運(yùn)動受到抑制,底層水汽凝結(jié)物不易擴(kuò)散到高空,有利于海霧的發(fā)生和維持。而逆溫減弱或者消失,表明大氣的垂直擾動加強(qiáng),海霧消失的可能性增大。圖5為北京時間08時1988—2007年20 a每天平均的13候～24候從995～717 hPa(其中包括995 hPa、982.49 hPa、964.98 hPa、942.47 hPa、914.94 hPa、882.44 hPa、845.43 hPa、804.91 hPa、761.89 hPa、717.38 hPa共10層)逆溫發(fā)生的頻率。對青島上空大氣逆溫層的分析表明,青島上空的逆溫層從第19候期間建立,有利于海霧的形成和維持,而在19候之前沒有明顯的逆溫層。

因此,在20候后,無論是環(huán)流形勢還是大氣穩(wěn)定性方面都有比較一致的變化,該變化利于海霧的發(fā)生。綜合前文給出的霧日的分布規(guī)律,青島海霧霧季開始時間為第20候,其標(biāo)準(zhǔn)為:在海氣溫差<0℃的條件下,霧日距平累積指數(shù)連續(xù)增加超過2候的,即霧日出現(xiàn)頻率連續(xù)2候高于日平均霧日頻率的,以開始增加并且有霧的那一候作為霧季開始的候。

利用該霧季開始的標(biāo)準(zhǔn),對1980—2007年的霧季開始時間做出判斷,得到每年霧季開始的候。與氣候平均的霧季開始候(20候)相比,距平如圖6。

圖6 1979—2007年霧季開始候的距平Fig.6 Anomalies of the beginning pentad of fog season from 1979 to 2007

將1979—2007年共29 a每年霧季開始的候作標(biāo)準(zhǔn)化處理,本文中取標(biāo)準(zhǔn)化值≥0.8(2.8候)為霧季開始偏晚年,有1980、1989、1990、1997、2003、2005、2006年共7 a;≤-0.8為霧季開始偏早年,有1981、1983、1985、1992、1994、1998、2002、2007年共8 a;其它14 a為正常年。這種分布也說明作者提出的霧季開始標(biāo)準(zhǔn)是比較合理的。

4 海霧季節(jié)開始早、晚年的對比分析

4.1 典型年

影響霧的形成因子很復(fù)雜,為了分析影響霧季開始早晚的主要因素,從霧季開始偏早的年份中挑選2007年(霧季17候開始),從霧季開始偏晚的年份中挑選2005年(霧季24候開始)進(jìn)行對比。

4月黃海1 000 hPa的反氣旋環(huán)流為黃海西北部帶來偏南的弱暖溫度平流,有利于海霧的生成[12]。氣候平均情況下,當(dāng)1 000 hPa黃海反氣旋存在時,120°E, 35°N為偏南風(fēng),125°E,35°N為偏北風(fēng)。為了表征黃海上空1 000 hPa反氣旋的出現(xiàn)早晚和強(qiáng)度,根據(jù)氣候平均1 000 hPa的黃海反氣旋環(huán)流的位置,定義反氣旋指數(shù)I=V(120°E,35°N)-V(125°E,35°N)/SQRT(V2120°E,35°N+ V2(125°E,35°N))。

其中V是經(jīng)向風(fēng)矢量。V(120°E,35°N)表示120°E,35°N處的經(jīng)向風(fēng)大小。V(125°E,35°N)表示125°E,35°N處的經(jīng)向風(fēng)大小。并規(guī)定當(dāng)V(120°E,35°N)<0(北風(fēng))或者V(125°E,35°N)>0(南風(fēng))時,I=0。

當(dāng)I>0時,黃海上空1 000 hPa存在反氣旋環(huán)流。當(dāng)I=0時,黃海上空1 000 hPa不存在反氣旋環(huán)流。

上文已經(jīng)提到,逆溫層有利于海霧的形成和維持。而逆溫強(qiáng)度最強(qiáng)的高度出現(xiàn)在914 hPa左右(見圖5),所以為了表示逆溫的強(qiáng)度和出現(xiàn)次數(shù),將青島附近每天4次的995～914 hPa出現(xiàn)逆溫時的逆溫強(qiáng)度(相鄰2層的溫度差)求和,并求候平均作為逆溫指數(shù)。

圖7 2007年(早年,a)和2005年(晚年,b)13候至24候的反氣旋指數(shù)(點(diǎn)線)、青島附近的海-氣溫差(實(shí)線,單位:(℃))、逆溫指數(shù)(長虛線)、比濕(長短虛線,單位:g/kg)Fig.7 The anti-cyclone index(dotted lines),the sea-air temperature difference near Qingdao(solid line,unit:℃), inversion index(long dashed line),specific humidity near Qingdao(the length of dashed line,unit:g/kg)of pentad 13-24 in 2007(the early year,a)and 2005(the late year,b)

圖8 2007年(a)和2005年(b)13候至24候青島附近的風(fēng)速(實(shí)線,單位:m/s)、經(jīng)向風(fēng)(虛線,單位:m/s)Fig.8 Wind velocity(solid line,unit:m/s),meridional wind(dotted line,unit:m/s)between pentad 13 and 24 near Qingdao in 2007(a)and 2005(b)

從圖7和8中可以看到,2007年14候黃海1 000 hPa出現(xiàn)反氣旋,但是海-氣溫差>0℃,所以霧季尚未開始。當(dāng)16候黃海反氣旋出現(xiàn)時,海-氣溫差為-1℃左右,此時南風(fēng)較弱,比濕也不高,逆溫指數(shù)比較小;17候霧季開始,南風(fēng)較大,比濕增加為6 g/kg左右,海-氣溫差為-3℃左右,逆溫條件也更好。2005年,15候出現(xiàn)弱南風(fēng),黃海1 000 hPa出現(xiàn)反氣旋環(huán)流,海-氣溫差-1℃左右,比濕3 g/kg左右,逆溫指數(shù)比較小。21候時,黃海反氣旋環(huán)流再次出現(xiàn),此時比濕3 g/kg左右,幾乎沒有南風(fēng),霧季開始于比濕8 g/kg左右,逆溫指數(shù)很高,海-氣溫差-6℃的24候。

對2007年和2005年的分析表明,在海-氣溫差和靜力穩(wěn)定性較有利的條件下,較強(qiáng)的偏南風(fēng)和較高的濕度對霧季的開始有重要的作用。黃海1 000 hPa的反氣旋環(huán)流出現(xiàn)后,逆溫指數(shù)有一定幅度的上升。說明黃海反氣旋對大氣層結(jié)的穩(wěn)定有一定的貢獻(xiàn),這與張?zhí)K平等[12]的結(jié)論是一致的。逆溫對于霧季的形成和維持有重要作用,但逆溫的強(qiáng)度與霧季開始的早晚沒有直接關(guān)系。

4.2 霧季開始早年和晚年的合成分析

以上分析了影響青島海霧發(fā)生的局地因素,黃海的局地海氣條件又受到大尺度背景環(huán)流和海洋條件的影響。海洋下墊面的熱力狀況影響了海面的蒸發(fā),大尺度的背景環(huán)流影響水汽輸送,黃海北部局地的水汽收支的變化引起的潛熱的釋放又會改變局地大氣的熱力狀況,影響大氣的層結(jié)。這樣不同的海洋下墊面和背景環(huán)流將決定黃海北部海霧發(fā)生時間的早晚。本節(jié)采用合成方法,比較青島霧季開始早晚年的背景環(huán)流、黃海海面溫度和黃海北部局地逆溫的差異。

4.2.1 大氣環(huán)流 對霧季開始偏早年的1 000 hPa位勢高度、風(fēng)場的合成分析表明,偏早年的第18候1 000 hPa黃海上空出現(xiàn)1個閉合的高壓(圖略),第19候高壓仍然維持(見圖9a),黃海北部受高壓西北側(cè)的偏南氣流影響,黃海南部的水汽能向北部輸送,有利于霧的形成。而霧季開始偏晚年的合成中,第19候高壓偏于大陸一側(cè)(見圖9b),黃海西部沒有明顯的偏南風(fēng),黃海上空的閉合高壓在21候才出現(xiàn)(圖略)。另外,霧季開始偏早年1 000 hPa的風(fēng)從18候開始為偏南風(fēng)持續(xù)超過6候,而霧季開始偏晚年1 000 hPa的風(fēng)從21候開始持續(xù)為偏南風(fēng)(圖略),所以黃海低空的閉合高壓以及偏南風(fēng)的持續(xù)可能是影響霧季開始早晚的原因之一。

圖9 霧季開始偏早年(a)和偏晚年(b)19候的1 000 hPa位勢高度(實(shí)線)和風(fēng)(矢量)Fig.9 Geopotential height(contour)and wind(vector)at 1 000 hPa level in pentad 19 in the early(a)and late(b)fog season years

4.2.2 海溫 挑選黃海北部霧季開始早年和晚年的第19候的黃海海溫做比較,對霧季開始早年,第19候處于霧季開始前夕,而對晚年來說,第19候霧季尚未開始,這樣能更直觀地呈現(xiàn)海溫與霧季開始時間的聯(lián)系。

圖10 霧季開始偏早年(a)和偏晚年(b)19候SST的距平Fig.10 SST anomalies of early(a)and late(b)fog season years in pentad 19

如圖10a所示,霧季開始偏早年的第19候黃東海大部分海區(qū)為SST正距平,海溫偏高,有利于海面蒸發(fā)。并且東海北部黃海南部存在1個SST正距平最大值區(qū),中心在長江口外。這種配置有利于東海北部黃海南部海面的蒸發(fā),在偏南風(fēng)的作用下,暖濕空氣輸送到黃海北部,并失去部分熱量而降溫,有利于霧的形成。霧季開始偏晚年,SST距平在黃海大部分海區(qū)為負(fù)值,海溫偏低,東海北部存在1個SST負(fù)距平最小值區(qū),不利于海面蒸發(fā)。可見,黃海南部-東海北部的海溫可能對霧季開始影響最明顯。通過比較同期的黃海海溫,可以得出結(jié)論:黃東海海溫正(負(fù))距平,且東海北部黃海南部海溫正(負(fù))距平比黃海北部海溫正(負(fù))距平強(qiáng)度更大時,黃海北部霧季開始時間較早(晚)。

圖11 霧季開始偏早年(a)和偏晚年(b)19候海-氣溫差Fig.11 Sea-air temperature difference of early(a)and late(b)fog season years in pentad 19

4.2.3 海-氣溫差 霧季開始偏早年和霧季開始偏晚年的19候海-氣溫差在黃海附近差別較小,海-氣溫差都在-3～0℃之間,有利于平流冷卻霧的形成。可見海-氣溫差<0℃是海霧季節(jié)開始的先決條件,但對海霧季節(jié)開始的早晚沒有明顯的關(guān)系。

4.2.4 層結(jié)穩(wěn)定度 逆溫的出現(xiàn)意味著大氣層結(jié)更穩(wěn)定,邊界層或者對流層低層內(nèi)逆溫層的建立不利于較暖的近海面層與較冷的上層之間的水汽和能量交換,使局地的水汽集聚于近海面層,為海霧的發(fā)生提供了條件。圖12為霧季開始偏早年和霧季開始偏晚年的第13候至第24候08時從995～717 hPa(其中包括995、982.49、964.98、942.47、914.94、882.44、845.43、804.91、761.89和717.38 hPa共10層)逆溫發(fā)生的頻率圖。從圖中可以看到,逆溫發(fā)生的頻率在19候突然增加,并且穩(wěn)定持續(xù)。逆溫發(fā)生頻率最大的高度在930～870 hPa,這是霧季開始偏早年和偏晚年的共同特點(diǎn)。二者的區(qū)別在于,霧季開始偏早年18候930 hPa以下逆溫的頻率更高,19候逆溫的頻率更高,而且逆溫層已經(jīng)接近地面,這樣在4月(夏季風(fēng)爆發(fā)前)水汽量供應(yīng)不是很充分的條件下,也有可能形成厚度較薄的霧。實(shí)際上探空資料表明,春季的霧確實(shí)較夏季的霧薄。而在霧季開始偏晚年,高度較低的逆溫出現(xiàn)于20候左右,但逆溫層高度仍然離開地面在960 hPa,這可能是霧季出現(xiàn)偏早的背景條件之一。

圖12 霧季開始偏早年(a)和偏晚年(b)北京時間08時13候～24候逐日的逆溫發(fā)生頻率(單位:1)Fig.12 Daily inversion frequency at 08··00 AM Beijing time between pentad 13 and 24 in the early(a)and late(b)fog season years(unit:1)

5 結(jié)論

本文通過多種資料分析,得到以下結(jié)論:

(1)確定了黃海霧季開始的標(biāo)準(zhǔn):在海氣溫差<0℃的條件下,霧日距平累積指數(shù)連續(xù)增加超過2候的,以開始增加并且有霧的那一候作為霧季開始的候。根據(jù)這個標(biāo)準(zhǔn)可以確定黃海氣候平均霧季開始在第20候。

霧季開始后的21～22候,黃海西北部盛行東南風(fēng),黃海上空為正的濕度平流,925 hPa黃海上空的暖平流有利于逆溫層的建立,這些都有利于平流霧的產(chǎn)生。與霧季開始前的18～19候黃海西北部沒有明顯的偏南氣流,黃海上空幾乎沒有正的濕度平流,925 hPa黃海上空沒有明顯的暖平流等背景條件形成鮮明的對比。

(2)不同年份之間存在霧季開始早晚的時間差異。挑選霧季開始偏早的2007年和霧季開始偏晚的2005年進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn):較強(qiáng)的南風(fēng)和較高的濕度在霧季的形成過程中起重要的作用。黃海反氣旋對大氣層結(jié)的穩(wěn)定有一定的貢獻(xiàn),有利于霧的形成。逆溫對于霧季的形成和維持有重要作用,但逆溫強(qiáng)度與霧季開始的早晚沒有直接關(guān)系。

(3)對霧季開始偏早年和霧季開始偏晚年分別做合成分析,結(jié)果表明:黃海低空的閉合高壓以及偏南風(fēng)的持續(xù)是影響霧季開始早晚的原因之一,這與典型年的分析一致。說明黃海海霧季節(jié)開始早晚與黃海低空閉合高壓以及其西部的偏南風(fēng)有直接關(guān)系。黃東海海溫正(負(fù))距平,且東海北部黃海南部海溫正(負(fù))距平比黃海北部海溫正(負(fù))距平強(qiáng)度更大時,黃海北部霧季開始時間較早(晚)。東海北部-黃海南部的海溫異常對海霧季節(jié)早晚有更加明顯的影響。海-氣溫差小于0℃是海霧季節(jié)開始的先決條件,但對海霧季節(jié)開始的早晚沒有明顯的影響。逆溫層的高度可能影響海霧季節(jié)的發(fā)生,霧季開始偏早年逆溫層更接近地面。

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Abstract: By using the atmospheric visibility data of 14 weather stations in Shandong Province from 1979 to 2007,NCEP/NCAR and J RA reanalysis data,the criterion of the beginning season of the Yellow Sea fog on pentad time-scale is put forward.Also some possible factors which could impact on the criterion are analyzed.The results showed that the climatological Yellow Sea fog season starts at the 20th pentad,and from then on,the prevailing wind direction,humidity advection,temperature advection,atmospheric stratification,etc.were beneficial to the generation of the sea fog.The beginning season of the fog varied annually because of different sea-air temperature,humidity,prevailing winds.When the sea surface temperature(SST)anomalies over the East China Sea and the Yellow Sea were positive(negative),and the positive(negative)SST anomalies over the southern Yellow Sea and the northern East China Sea were greater than those over the northern Yellow Sea,the fog season of the northern Yellow Sea starts earlier (later).The negative sea-air temperature difference was the prerequisite for the beginning of the fog season,but do not affect it obviously.Meanwhile the Yellow Sea anticyclone contributed to the stability of atmospheric stratification,which was conducive to the formation and maintenance of the sea fog.Also, the inversion played an important role,but the intensity of inversion had no direct impact on the beginning of fog season.Furthermore,the height of the inversion layer might affect the occurrence of sea fog season,the inversion was more close to the ground in the relatively early fog season years.

Key words: sea fog;start date;the Yellow Sea

責(zé)任編輯 龐 旻

Identification of the Beginning of the Sea-Fog Season over Yellow Sea and Its Annual Variation

DING Zuo-Wei1,2,ZHANG Su-Ping1,BAI Hui1,XUE De-Qiang3,ZHOU Xue-Song3
(1.Ocean-Atmosphere Interaction and Climate Laboratory(OAC),Ocean University of China,Qingdao 266100,China;2. Nanchang Weather Station,Nanchang 330038,China;3.Meteorological Observatory of Shandong Province,Jinan 250031, China)

P426.4+3

A

1672-5174(2011)04-011-08

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40975003);教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(20090132110008);國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2006AA09Z149);中國氣象局公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(GYHY(QX)200706031)資助

2010-03-05;

2010-04-09

丁做尉(1985-),女,碩士。

E-mail:zsping@ouc.edu.cn