湛江市一次持續(xù)性大霧天氣過程的特征分析

楊杰顏，郭浩鑫

（1.電白區(qū)氣象局，廣東茂名 525400；2.湛江市氣象局，廣東湛江 524000）

湛江市一次持續(xù)性大霧天氣過程的特征分析

楊杰顏1，郭浩鑫2

（1.電白區(qū)氣象局，廣東茂名 525400；2.湛江市氣象局，廣東湛江 524000）

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析資料和地面常規(guī)氣象觀測資料對湛江市2016年3月16—24日大霧過程，從天氣背景、水汽、動力、層結條件等方面進行分析，結果顯示穩(wěn)定少變的高低層天氣形勢配置以及有利的水汽、風力條件對大霧的維持有重要作用。近地層弱輻合上升運動以及暖濕空氣輸入是濃霧發(fā)展和維持的有利機制，地面弱冷空氣滲透以及后期的冷鋒迫近而產(chǎn)生的鋒面霧使此次大霧過程有顯著的強度變化。

天氣學；持續(xù)性大霧；天氣過程；動力條件；湛江

近年來，大霧（定義，大霧能見度≤500 m、濃霧能見度≤200 m）逐漸成為一種對社會發(fā)展影響極為重大的災害性天氣，持續(xù)性的大霧天氣不僅影響交通安全和運輸效率，還嚴重污染環(huán)境，影響人們身體健康。湛江市所在的雷州半島以及瓊州海峽區(qū)域是中國沿海5個海霧多發(fā)區(qū)之一，年平均霧日超過20 d［1-2］，春季大霧是該區(qū)常見的災害性天氣之一。不少氣象工作者對華南沿海大霧的特征進行了多方面研究。如郭秀英等［3］對華南沿海春季海霧與天氣型的關系進行了統(tǒng)計分析；黃健等［4］建立了廣東沿岸海霧決策樹預報模型；鄧英姿等［5］對廣西沿海地區(qū)大范圍霧氣候特征與天氣形勢進行分析。本研究利用NCEP/NCAR再分析資料（空間分辨率為1° ×1°、時間間隔為6 h，包含地表26個標準等壓層的溫、壓、濕等多個氣象要素信息）和逐小時的地面常規(guī)氣象觀測資料（主要溫、壓、濕、風等要素），從天氣環(huán)流演變、動力條件和大氣層結等方面對2016年3月湛江一次持續(xù)性大霧過程的形成原因和維持機制進行分析，以加深對湛江地區(qū)大霧天氣的認識，為提高大霧預報水平提供參考。

1 大霧天氣實況

2016年3月16—21、22、23—24日湛江市出現(xiàn)了一次持續(xù)時間長達9 d的大霧天氣過程，導致近百班次航班延誤或者取消，高速公路被迫持續(xù)關閉，輪渡停航。該次大霧過程時間段主要集中在每天的20：00到次日10：00（北京時，下同）。按照大霧的強度變化可將該次大霧過程分為強-減弱-更強3個階段。整個大霧過程在24日凌晨隨著冷空氣全面影響而結束。該次大霧過程具有持續(xù)時間較長（9 d）、強度大（濃霧出現(xiàn)時次較多）的特點。

2 大霧形成和維持的天氣背景

2.1 高低空環(huán)流形勢

根據(jù)3月15日08：00—24日08：00 500 hPa的平均環(huán)流形勢場（圖1a），可發(fā)現(xiàn)該次大霧發(fā)生和維持期間，我國中高緯度地區(qū)受寬廣高壓脊區(qū)控制，位于低緯的湛江處于較穩(wěn)定的偏西環(huán)流中；等溫線與等高線基本平行，溫度槽脊區(qū)與高度槽脊區(qū)近于重合，高壓脊得以長時間維持，低緯的偏西環(huán)流也穩(wěn)定少變。高層維持穩(wěn)定少變的大尺度環(huán)流為大霧的形成和維持提供了必要的環(huán)流背景。此外，通過對15—24日850 hPa的溫度場和風場進行連續(xù)分析，發(fā)現(xiàn)大霧維持期間，中南半島北部始終維持著一個暖中心（圖1b），粵西沿海處于西南風場控制，風向與等溫線交角較大，850 hPa粵西地區(qū)的暖平流輸送相當明顯?？梢?，在西南風場的引導下，中南半島北部的暖濕空氣被源源不斷地輸送至粵西沿海地區(qū)，為大霧的維持提供了充足的水汽。

圖1 湛江市2016年3月15—24日500 hPa平均環(huán)流形勢場（紅實線，單位：dagpm）（a）和3月17日02：00 850 hPa溫度（等值線，單位：℃）及風場（風向桿，單位：m/s）（b）

2.2 地面形勢

已有研究表明，雷州半島霧形成的地面形勢大致可分為高壓入海型、低壓前型、冷鋒前型、靜止鋒前型、鞍形場或均壓場型5類［6］。分析地面氣壓場（圖略），該次大霧過程發(fā)生前夕，地面冷空氣過程剛結束，冷高壓已從膠東半島以南移到海上，湛江處于高壓后部均壓場中；大霧維持期間，中南半島低壓逐漸發(fā)展并維持，湛江處于低壓前部，從高壓入海型到低壓前型，持續(xù)的均壓場是大霧維持的有利條件。

3 水汽和風力條件

霧的形成及維持與相對濕度、氣溫、露點溫度、風向風速等氣象因子有著重要關系［7］。由氣溫、相對濕度、露點溫度以及風向風速的日變化（圖2a），可以發(fā)現(xiàn)該次大霧過程中湛江地區(qū)的氣溫與露點溫度線基本重合，水汽基本處于飽和狀態(tài)，并且相對濕度值持續(xù)＞90%，說明該次大霧過程具有非常有利的水汽條件。湛江地處雷州半島，大霧過程中盛行的偏東風（圖2b）將海面上的暖濕空氣帶到湛江低空，有利于水汽積累；此外，大霧過程中的風速維持在5 m/s以下，集中在2～5 m/s，適當?shù)娘L速既能使冷卻作用擴展至適當?shù)臍鈱又?，又不影響下層空氣的充分冷卻和水汽的保存，十分有利于霧的形成和維持［6］。

圖2 2016年3月13—26日湛江露點溫度、溫度、相對濕度日變化（a）和3月16—23日風玫瑰圖（b）

4 濃霧的形成原因和維持機制

由實況中可以看出，該次大霧過程除了持續(xù)時間長外，還有強度大的特點。該次大霧過程中有連續(xù)6 d霧強達到濃霧級別，并且濃霧持續(xù)的時次都長達5 h以上，本研究進一步從動力條件、層結條件來分析濃霧的產(chǎn)生和維持。

4.1 動力結構特征

按照實況顯示（表1），3月17—21日連續(xù)5 d以及23日出現(xiàn)了濃霧，并且濃霧出現(xiàn)時段基本都在凌晨至早上。根據(jù)湛江的散度和渦度-時間垂直剖面圖（圖3a），3月17—21日及23日，在濃霧出現(xiàn)的時段，近地層（950 hPa以下）都存在正渦度環(huán)流中心，而風-時間垂直剖面圖（圖3b）顯示近地層基本為較強的東到東南風，說明低層的暖濕氣流強勢流入；而且近地層維持著-1～-4×10-5s-1的散度值，表明濃霧發(fā)生的時段低層存在弱輻合上升運動。在水汽條件極為有利的前提下，這種淺層上升運動可以使近地層的水汽向上輸送從而增加濕層的厚度，進而提高霧層的高度，有利于濃霧產(chǎn)生和維持。根據(jù)1 000～500 hPa的散度分布（圖3a），中層（850～500 hPa）存在的基本為正輻散區(qū)，有弱下沉運動，與低層（1 000～850 hPa）相反，這種中層弱下沉運動與低層弱上升運動相疊加不僅使低層維持了穩(wěn)定的層結條件，容易產(chǎn)生逆溫層，更阻斷了兩者之間的水汽交換，有利于低層水汽積累，對濃霧的發(fā)展和維持極有利。

圖3 2016年3月15—24日湛江散度（陰影，單位：10-5s-1）和渦度-時間垂直剖面圖（等值線，單位：10-5s-1）（a）和3月15—24日湛江風場剖面圖（單位：m/s）（b）

4.2 層結結構特征

根據(jù)吳彬貴等［8］研究，持續(xù)性大霧天氣過程中，逆溫層的生成和發(fā)展是大霧生成和發(fā)展的關鍵。利用該次大霧過程中逐6 h的NCEP/NCAR 1°×1°再分析資料反演出湛江地區(qū)的斜溫-對數(shù)壓力圖（簡稱Skew-t圖），對各Skew-t圖進行分析（圖略），取每天02：00的大氣低層溫度層結狀態(tài)變化及其對應每天出現(xiàn)大霧、濃霧的時次進行統(tǒng)計，結果如表1所示，可以看出，等（逆）溫層越深厚，出現(xiàn)的高度越低，大霧持續(xù)時間越長，強度就越強。如表中出現(xiàn)持續(xù)時間超過10 h的大霧時，等（逆）溫層的厚度基本≥1 000 m；反之，大霧持續(xù)時間不超過10 h時，等（逆）溫層厚度＜1 000 m；同時，出現(xiàn)持續(xù)時間超過5 h的濃霧時，等（逆）溫層的底部延伸至地面上空200 m高度。當?shù)龋妫貙哟嬖跁r，近地面層較穩(wěn)定，有利于水汽聚集，同時也阻礙熱量與水汽的垂直交換，有利于水汽凝結，等（逆）溫層越深厚，近地面熱量與水汽保持就越好，因此大氣環(huán)流穩(wěn)定少變，大霧就會持續(xù)；而等（逆）溫層底部高度降低，使得水汽向下擠壓，加重大霧的程度。

表1 3月份（02：00）湛江2次持續(xù)大霧過程低層溫度層結狀況變化及對應出現(xiàn)大霧實況

5 大霧強度變化原因

該次大霧過程強度有一個顯著的強-弱-更強的變化過程，中途減弱主要表現(xiàn)在21日夜間至22日白天能見度較好，22日凌晨出現(xiàn)了陣性降水天氣，22日夜晚起大霧重新加強并且濃霧持續(xù)長達13 h，為該次過程階段最強。根據(jù)22日08：00的地面氣壓場（圖4）可發(fā)現(xiàn)東南沿海有一弱冷空氣順著高壓脊向粵西沿海滲透，從風場-時間垂直剖面圖（圖3b）也可以看到21日夜間至22日白天低層風場有明顯的變化，直至22日夜晚才轉回東南風場。從散度、渦度-時間垂直剖面（圖3a）中可知，21日夜間到22日早上，從1 000～800 hPa的散度值為負，即弱輻合上升運動高度增加，使?jié)駥由?，大霧減弱，能見度上升，同時濕層升高，水汽遇冷產(chǎn)生了陣性降水。22日夜間冷鋒抵達前，低層的逆溫結構重新構建，23日08：00后風場從上至下逐漸轉成了偏北風，表明邊界層冷空氣已經(jīng)開始滲透，形成鋒面；而平流、鋒面過程疊加使大霧在22日夜間至23日早上得到顯著加強。

圖4 2016年3月22日08：00地面氣壓圖（單位：hPa）

6 結論

1）高層穩(wěn)定少變的偏西環(huán)流、低空強盛的暖平流流入以及地面持續(xù)維持的均壓場等良好的高底空環(huán)流配置是該次大霧過程發(fā)展和持續(xù)的重要原因，而充足的水汽和適當?shù)娘L向風速條件則有利于大霧的維持。

2）低層暖濕氣流的流入以及近地面淺層弱的輻合上升運動非常有利于水汽的積累，增加濕層的厚度，為濃霧提供了有利的發(fā)展和維持機制。

3）大氣低層的逆（等）溫層結與大霧的強度關系顯著，等（逆）溫層越深厚，出現(xiàn)的高度越低，大霧持續(xù)時間越長，強度就越強。

4）該次大霧強度由強-弱-更強的變化原因主要是地面的弱冷空氣滲透破壞了低層逆溫結構，大霧減弱；而隨著冷空氣迫近，低層逆溫重新建立，并且在平流霧基礎上疊加了鋒面霧使大霧達到過程最強。

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Analysis of the Characteristics of a Sustained Foggy W eather in Zhan jiang

YANG Jie-yan1，GUO Hao-xin2

（1.Meteorological Bureau of DianbaiDistrict，Maoming，Maoming 525400；2.Meteorological Bureau of Zhanjiang City，Zhanjiang 524000）

Using the NCEP/NCAR 1°×1°reanalysis and conventional surfacemeteorological data，we analyzed，from the aspects ofweather background and the conditions ofwater vapor，dynamics and stratification，the process of a heavy fog that took place in March 16-24，2016 in Zhanjiang city.The result is shown as follows.The heavy fog wasmaintained mainly by stableweather situation at both the upper and low level as well as favorable conditions ofwater vapor and thewind.Favorablemechanisms for the development andmaintenance of the heavy fog include weak convergence and uplifting in the near-surface layer and input ofwarm and humid air.The heavy fog changed significantly in intensity due to the intrusion ofweak cold air at the surface and then the approaching of a frontal fog.

synoptics；sustained heavy fog；weather process；dynamic conditions；Zhanjiang

P426

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.06.013

2016-08-01

楊杰顏（1990年生），女，本科，助理工程師，主要從事天氣預報和氣象服務工作。E-mail：544069683@qq.com

楊杰顏，郭浩鑫.湛江市一次持續(xù)性大霧天氣過程的特征分析［J］.廣東氣象，2016，38（6）：55-58.