《海霧觀測和預(yù)報進展及其面臨的挑戰(zhàn)》介紹

侯美亭

（作者單位：中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院）

《海霧觀測和預(yù)報進展及其面臨的挑戰(zhàn)》介紹

侯美亭

以SYNOP代碼為基礎(chǔ)的海洋氣象觀測至今仍在繼續(xù)，為研究世界海霧的分布提供了數(shù)據(jù)。

2016年，Springer即將出版的由Kora?in和Dorman主編的Marine Fog: Challenges and Advancements in Observations and Forecasting（《海霧觀測和預(yù)報進展及其面臨的挑戰(zhàn)》）一書，對海霧的觀測和預(yù)報研究進行了全面梳理，給出了海霧研究未來的機遇和挑戰(zhàn)。

全書一共包括11個章節(jié)，分別邀請各有關(guān)領(lǐng)域的專家撰寫，介紹了海霧研究的眾多層面，包括世界海洋氣象觀測的發(fā)展史（Kora?in和Dorman）、全球海霧的發(fā)生與氣候（Dorman，Mejia, Kora?in和McEvoy）、霧的觀測技術(shù)（Dorman）、湍流對海霧的影響（Kim和Yum）、輻射對海霧的影響（Kim和Yum）、與海霧有關(guān)的天氣過程（張?zhí)K平和Lewis）、微物理性質(zhì)（Gultepe，Milbrandt 和周斌斌）、降水和霧的關(guān)系（Tardif）、海霧模擬與預(yù)報（Kora?in）、集合預(yù)報（杜鈞和周斌斌）以及遙感（Wilcox）等。這里將本書的主要內(nèi)容簡述如下。

本書前兩章為引言以及對世界海洋氣象觀測發(fā)展史的介紹。19世紀中期，航海船舶日志里開始出現(xiàn)了海洋天氣的基本信息，包括對晴天、霧、雨或雪等基本天氣特征的描述。根據(jù)這些信息，美國人Maury在1855年首次對世界海洋的洋流、溫度和天氣進行了分析。20世紀40—50年代的SYNOP（地面天氣觀測）代碼的提出及其普遍被接受，是世界海洋氣象發(fā)展的另一個關(guān)鍵階段。SYNOP代碼極大地便利了標準化大氣條件的記錄。以SYNOP代碼為基礎(chǔ)的海洋氣象觀測至今仍在繼續(xù)，這為研究世界海霧的分布提供了數(shù)據(jù)。

霧的觀測實際上是以能見度為基礎(chǔ)的。20世紀中期，SYNOP代碼將水平能見度小于1km的天氣條件定義為霧，介于1～10km為薄霧等。大霧的嚴重程度也可以通過船舶或其燈光在多大程度上能被看清楚來判斷，類似這樣的技術(shù)至今仍在沿用，盡管霧自動檢測系統(tǒng)已經(jīng)開始出現(xiàn)在海洋世界（見本書第三章）。

在行星邊界層，湍流在動量、熱和水分交換中扮演了重要角色，是影響海霧形成的關(guān)鍵因素（第四章）。在穩(wěn)定的條件下（有利于平流霧的形成、維持和耗散），風切變可以誘導(dǎo)湍流混合，平流暖空氣從而可以因感熱通量輔散而變冷。不同于陸地上的霧，海霧的另一個主要貢獻因素來自于海表的潛熱通量，其有利于水汽飽和。通過觀測識別湍流在海霧形成中的角色開始于20世紀早期。過去30多年來，配備了精密儀器的科研船舶和航空器的觀測試驗已經(jīng)用于識別海霧的微物理和微氣象特征。

第五章介紹了輻射在海霧形成和演變中的作用。輻射對于陸地上霧的形成當然是至關(guān)重要的。而在一些特殊條件下，輻射熱損失也是海霧形成中的一個重要因素。平流霧形成過程中，湍流動能通常是由風產(chǎn)生的，因為它一般發(fā)生在熱穩(wěn)定的條件下。然而，由于風速很弱，海面上方空氣的湍流冷卻和（或）變濕不可能有效地進行。在此條件下，從平流暖空氣到冰冷海水表面，長波輻射導(dǎo)致的空氣冷卻也可以使水汽飽和。在陸地和海洋表面，輻射可以解釋霧層的垂直發(fā)展：一旦海面形成霧，霧的演變將關(guān)鍵取決于霧頂?shù)妮椛淅鋮s。本章也給出了霧頂輻射冷卻對霧演變產(chǎn)生影響的幾個觀測實例。

第六章討論了西北太平洋和中國、韓國附近海域海霧的天氣過程，特別關(guān)注了海霧形成和消散的復(fù)雜性，及其對人類活動的顯著影響。除了天氣條件，也考慮了海表溫度（SST）的作用，因為SST是霧過程的一個重要影響因素。本章旨在為理解海霧的發(fā)生和天氣預(yù)報提供有用的信息。

霧過程中微物理特性的變化在第七章中進行了介紹。理解霧形成過程中的微物理性質(zhì)，主要基于陸地和海洋上專門的外場試驗，同陸地相比，在海洋上進行試驗充滿了更多挑戰(zhàn)。但這些試驗證實并強調(diào)了微物理特性（包括能見度、液態(tài)水含量、顆粒分布、液滴大小分布、液滴濃度、過飽和度、輻射、熱通量和動量）對霧的形成、演變和消散過程的重要性。

基于早期和近期有關(guān)降水與霧關(guān)系的研究，第八章概述了目前所理解的降水形成的霧及其演化過程中的一些關(guān)鍵物理規(guī)律，例如暖鋒降水、降水蒸發(fā)、暖濕水汽平流及湍流混合等可能導(dǎo)致霧形成的一種機制。降水與霧的關(guān)系是當前霧研究中雖認識有限，但非常重要的一個方面。

海霧預(yù)報仍然存在很大的不確定性（第九章）。原則上，海霧預(yù)報一般屬于次級的天氣預(yù)報。 不過在現(xiàn)實中，次天氣尺度邊界層中海洋觀測的缺乏制約著霧預(yù)報。小尺度的一些變量，如大氣顆粒物和

液滴分布、熱和水汽通量、三維垂直和水平運動、 三維湍流，以及它們在大氣邊界層中的層級分布等等，對理解霧過程非常重要。近些年開展的針對陸地和海洋的霧的集合預(yù)報已經(jīng)取得了一些進展（第十章），例如，巴黎國際機場的霧的局地集合預(yù)報系統(tǒng)，NCEP短期集合預(yù)報系統(tǒng)（SREF）等。

第十一章介紹了衛(wèi)星遙感技術(shù)在霧研究中的不斷增加的應(yīng)用，探討了Aqua衛(wèi)星的微波成像儀反演的SST和MODIS提供的可見和紅外數(shù)據(jù)在檢測霧和低云方面的協(xié)同效果。事實上，對全球范圍的海洋SST的微波觀測就始于2002年的Aqua衛(wèi)星。不過，極軌衛(wèi)星較長的重復(fù)采樣時間嚴重制約著霧的遙感檢測，建設(shè)能在靜止衛(wèi)星軌道檢測來自洋面的微弱微波信號的傳感器，將能很好地解決采樣時間分辨率的問題，這是一個重大的工程挑戰(zhàn)。

（作者單位：中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院）