黑龍江省濃霧發(fā)生的近地面環(huán)流形勢(shì)和氣象條件分析

趙　玲，齊　鐸，李樹(shù)嶺，張　月

（1.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱150030；2.哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱150028）

黑龍江省濃霧發(fā)生的近地面環(huán)流形勢(shì)和氣象條件分析

趙玲1，齊鐸1，李樹(shù)嶺2，張?jiān)?

（1.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱150030；2.哈爾濱市氣象局，黑龍江哈爾濱150028）

利用地面觀測(cè)資料、高空探測(cè)資料、NCEP再分析資料以及ECMWF全球細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)資料，分析黑龍江省濃霧形成的有利條件，結(jié)果表明：根據(jù)濃霧發(fā)生時(shí)地面天氣形勢(shì)和影響系統(tǒng)分為高壓前部均壓型、低壓前部均壓型、一般均壓型、鞍型場(chǎng)及低壓鋒前型等5種環(huán)流型。濃霧易發(fā)生在風(fēng)速較小的條件下，其中以靜風(fēng)居多。濃霧發(fā)生時(shí)地面溫度山區(qū)多為10-18℃，平原地區(qū)多為-2-10℃。山區(qū)濃霧對(duì)空氣中水汽飽和程度要求比對(duì)平原地區(qū)高。平原地區(qū)發(fā)生能見(jiàn)度＜50 m的重濃霧頻率高于山區(qū)。濃霧發(fā)生前有低層暖、濕平流或弱水汽輻合，發(fā)生時(shí)伴有夜間輻射降溫或弱冷平流降溫使近地面形成穩(wěn)定層結(jié)。另外，近地面弱東風(fēng)或弱南風(fēng)伸展高度較高、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，容易出現(xiàn)致災(zāi)嚴(yán)重的濃霧天氣。

濃霧；近地面；氣象條件；山區(qū)；平原

1　引言

霧是近地面空氣中懸浮著大量水滴或冰晶微粒而使水平能見(jiàn)度降到1 km以內(nèi)的天氣現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的不斷加快，霧給交通運(yùn)輸業(yè)造成的危害和損失越來(lái)越嚴(yán)重，其中能見(jiàn)度低于0.5 km的濃霧天氣帶來(lái)的災(zāi)害尤為嚴(yán)重，并且濃霧容易伴隨出現(xiàn)嚴(yán)重的空氣污染事件。例如2013年10月20-22日哈爾濱等地濃霧天氣發(fā)生時(shí)，太平國(guó)際機(jī)場(chǎng)多次航班延誤，公路交通事故頻發(fā)，空氣污染嚴(yán)重。研究產(chǎn)生濃霧的環(huán)流背景以及決定其生消的氣象條件，對(duì)于提高濃霧預(yù)報(bào)、預(yù)警能力有重大意義。

林建等［1］（2008）對(duì)全國(guó)性大霧發(fā)生的環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和歸類分型，總結(jié)出大霧發(fā)生的幾種典型環(huán)流配置。宋潤(rùn)田［2］（1999）對(duì)北京地區(qū)冷霧發(fā)生時(shí)的大尺度環(huán)境場(chǎng)進(jìn)行分析，分別總結(jié)出輻射霧和平流霧發(fā)生的典型高、低空影響系統(tǒng)。吳洪等［3］（2000）通過(guò)普查統(tǒng)計(jì)了大霧形成對(duì)應(yīng)的環(huán)流形勢(shì)，及各種環(huán)流形勢(shì)所占的比例。并對(duì)北京地區(qū)不同類型大霧形成前的各種要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，總結(jié)出有利于大霧發(fā)生的各種指標(biāo)，并進(jìn)行預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，并將此預(yù)報(bào)方法進(jìn)行業(yè)務(wù)推廣。毛冬艷和楊貴名［4］（2006）分析了華北平原的氣象要素分布區(qū)間和大霧發(fā)生頻率之間的關(guān)系，總結(jié)出有利于大霧發(fā)生的各種要素指標(biāo)。張人禾等［5］（2014）對(duì)中國(guó)東部霧霾天氣產(chǎn)生的氣象條件進(jìn)行分析并建立相應(yīng)的預(yù)報(bào)方程，分別探討了動(dòng)力和熱力因子對(duì)霧霾的影響。

黑龍江省幅員遼闊，地形復(fù)雜，而不同下墊面特點(diǎn)與霧的發(fā)生與否關(guān)系重大。以往關(guān)于黑龍江省霧發(fā)生的條件研究多針對(duì)某一次具體天氣過(guò)程進(jìn)行分析，對(duì)黑龍江省濃霧產(chǎn)生的典型環(huán)流形勢(shì)和針對(duì)不同地形的濃霧氣象條件分析較少。本文分析總結(jié)黑龍江省山地及平原地區(qū)濃霧發(fā)生的時(shí)空分布特點(diǎn)、有利于濃霧發(fā)生的地面環(huán)流形勢(shì)以及近地面氣象要素特點(diǎn)，并得到一些濃霧預(yù)報(bào)參考依據(jù)。

2　資料與方法

本文利用2000-2009年常規(guī)地面觀測(cè)資料、NCEP逐6 h一次的FNL再分析資料以及2012-2015年哈爾濱站探空資料、ECMWF全球細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)資料。

為統(tǒng)計(jì)濃霧發(fā)生時(shí)環(huán)流形勢(shì)及要素特點(diǎn)，首先對(duì)濃霧日及區(qū)域性濃霧日進(jìn)行定義。常規(guī)地面觀測(cè)站在任意觀測(cè)時(shí)次中有水平能見(jiàn)度＜500 m的濃霧出現(xiàn)記為一個(gè)濃霧日。某日黑龍江省有3個(gè)以上相鄰測(cè)站出現(xiàn)濃霧天氣，認(rèn)為是一個(gè)區(qū)域性濃霧日。另外，參考宋潤(rùn)田（1999）的平流霧定義，分析發(fā)現(xiàn)黑龍江省濃霧絕大多數(shù)都屬于輻射霧，因此，分析中不區(qū)分濃霧的具體種類。

3　黑龍江省濃霧時(shí)空分布特征

對(duì)各站年平均濃霧日數(shù)分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：黑龍江省年平均濃霧日數(shù)分布存在三個(gè)大值中心（圖略），即大興安嶺、伊春南部以及牡丹江東部。這三個(gè)中心分別對(duì)應(yīng)著大、小興安嶺山脈和長(zhǎng)白山山系北部的山地區(qū)域。

由于黑龍江省幅員遼闊，下墊面復(fù)雜，區(qū)域平均不能很好代表所有地區(qū)的濃霧發(fā)生特點(diǎn)，所以進(jìn)一步分析漠河、伊春、綏芬河等山區(qū)測(cè)站和綏棱、方正、七臺(tái)河等平原測(cè)站分析濃霧發(fā)生日數(shù)逐月變化情況，發(fā)現(xiàn)山區(qū)和平原地區(qū)濃霧逐月分布差別明顯（圖略）。山區(qū)濃霧主要發(fā)生在6-9月，平原地區(qū)濃霧發(fā)生頻率較高的月份主要集中在8-10月，春末到夏初的5-7月幾乎沒(méi)有濃霧發(fā)生。由于山區(qū)與平原地區(qū)接近相反的年內(nèi)變化特點(diǎn)，在以下的分析和討論中有必要對(duì)地勢(shì)不同、濃霧多發(fā)季節(jié)不同的兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行分開(kāi)討論，以便對(duì)不同地區(qū)濃霧形成條件有更清晰和合理的認(rèn)識(shí)。

4　黑龍江省濃霧地面天氣形勢(shì)分型

霧發(fā)生在特定的環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)下，參考林建等（2008）分類方法，依據(jù)地面天氣形勢(shì)和影響系統(tǒng)把黑龍江省區(qū)域性濃霧分為高壓前部均壓型（11%）、低壓前部均壓型（29%）、一般均壓型（28%）、鞍型場(chǎng)（28%）及低壓鋒前型（5%）等5種類型，大多數(shù)霧發(fā)生時(shí)，地面氣壓分布均勻，等壓線稀疏。各種環(huán)流型具體的形勢(shì)配置特點(diǎn)（圖略）如下所述。

4.1高壓前部均壓型

濃霧分布在地面高壓前部的均壓區(qū)，此種類型主要出現(xiàn)在秋（36%）、冬（24%）兩季，春、夏季較少（各占20%）。對(duì)應(yīng)500 hPa形勢(shì)一般為脊前、弱脊、低渦后部或者平直西風(fēng)氣流，盛行西北風(fēng)或偏西風(fēng)；850 hPa盛行脊前西北氣流槽（低渦）前部西南、偏南氣流，風(fēng)力較小。

4.2低壓前部均壓型

濃霧區(qū)處于低壓系統(tǒng)前部的均壓場(chǎng)中，是最常見(jiàn)的一種濃霧環(huán)流型，幾乎只發(fā)生在5-9月，其中73%的這種類型個(gè)例發(fā)生在6-8月。這種類型對(duì)應(yīng)的500 hPa形勢(shì)，除盛行西北和偏西氣流外，槽前或低渦前部的西南、偏南氣流也占有較大比例（29%）；850 hPa處于低渦前部、低壓倒槽前部或者槽前的西南、偏南氣流所占比例較大，約為55%，風(fēng)力較小。

4.3一般均壓型

地面無(wú)明顯高低壓系統(tǒng)，濃霧區(qū)處于均壓場(chǎng)中。在普查的所有個(gè)例中，這種形勢(shì)除了2個(gè)個(gè)例出現(xiàn)在7月，其它均出現(xiàn)在8-9月。這種類型對(duì)應(yīng)的500 hPa環(huán)流特征與高壓前部均壓型相似，多為西北或偏西氣流；850 hPa上也常見(jiàn)西北或偏西氣流，幾乎沒(méi)有受偏南氣流影響的個(gè)例出現(xiàn)。

4.4鞍型場(chǎng)

濃霧區(qū)處于兩個(gè)高壓和兩個(gè)低壓之間的均壓場(chǎng)中。這種類型在一年中的任何月份都可能出現(xiàn)，夏季出現(xiàn)的比例最高為38%，秋季為32%、春季23%、冬季最少僅為7%。這種類型對(duì)應(yīng)的環(huán)流形勢(shì)在500 hPa和850 hPa上的表現(xiàn)與低壓前部均壓型相似。

4.5低壓鋒前型

濃霧區(qū)處于有地面低壓相伴的冷鋒前部，這種類型出現(xiàn)頻數(shù)最低，僅出現(xiàn)11次，其中夏季7次，9月2次，3月2次。值得一提的是，3月發(fā)生的這2次鋒前型濃霧是所有3月濃霧個(gè)例中僅有的兩個(gè)符合平流霧判別標(biāo)準(zhǔn)（1999）的個(gè)例，據(jù)此推測(cè)這種環(huán)流型與平流霧或平流-輻射霧密切相關(guān)。低壓鋒前型對(duì)應(yīng)850 hPa都以西南或東南等偏南氣流影響為主，風(fēng)力較小。

黑龍江省濃霧在空間分布上存在明顯的季節(jié)差異，相應(yīng)的環(huán)流形勢(shì)也存在顯著的季節(jié)性特點(diǎn)。冬季和春季環(huán)流型主要為高壓前部均壓型和鞍型場(chǎng)，其中冬季高壓前部均壓型出現(xiàn)頻率高達(dá)60%。對(duì)于濃霧發(fā)生頻繁的夏季和秋季，以上5種類型均有出現(xiàn)，夏季低壓前部均壓型發(fā)生頻率最高，一般均壓型和鞍型場(chǎng)型次之；秋季發(fā)生頻率前三位的是高壓前部均壓型、一般均壓型和鞍型場(chǎng)等3種。

5　黑龍江省濃霧發(fā)生的地面氣象要素特征

霧是發(fā)生在近地面的天氣現(xiàn)象，研究表明霧發(fā)生時(shí)地面氣象要素存在顯著特點(diǎn)（2011）［6］，因此地面氣象要素條件分析對(duì)了解霧的發(fā)生特點(diǎn)和形成條件具有重要意義。下面對(duì)比分析山區(qū)和平原濃霧發(fā)生時(shí)不同氣象要素的特點(diǎn)。

能見(jiàn)度大小是在大霧天氣預(yù)報(bào)中關(guān)注的重點(diǎn)，也是表征霧嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。如圖1所示，平原和山區(qū)濃霧發(fā)生時(shí)能見(jiàn)度主要為200-500 m，能見(jiàn)度在50-100 m濃霧山區(qū)多于平原地區(qū)，能見(jiàn)度＜50 m的濃霧平原地區(qū)高于山區(qū)。

當(dāng)溫度降低到接近露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣中的水汽就會(huì)凝結(jié)。所以，氣溫和溫度露點(diǎn)差與濃霧形成關(guān)系密切。從溫度統(tǒng)計(jì)結(jié)果上看，山區(qū)90%的濃霧發(fā)生在6-20℃之間，其中在10-18℃發(fā)生濃霧的頻率最高；平原地區(qū)濃霧主要發(fā)生在-2-10℃。這與山區(qū)濃霧主要發(fā)生在夏季、平原濃霧主要發(fā)生在秋季的氣候特征一致。從溫度露點(diǎn)差統(tǒng)計(jì)結(jié)果上看（圖2），山區(qū)濃霧發(fā)生時(shí)溫度露點(diǎn)差≤1℃，水汽近于飽和；平原在溫度露點(diǎn)差≥2℃的情況下仍有濃霧產(chǎn)生。對(duì)空氣中水汽飽和程度要求山區(qū)比平原高，這可能與黑龍江省平原地區(qū)秋冬季節(jié)凝結(jié)核比山區(qū)明顯多有關(guān)。

圖1　不同能見(jiàn)度濃霧發(fā)生百分率分布

圖2　不同溫度露點(diǎn)差區(qū)間濃霧發(fā)生百分率分布

風(fēng)是霧形成過(guò)程中的一個(gè)重要因素。對(duì)于黑龍江省，無(wú)論山區(qū)還是平原，90%以上濃霧發(fā)生時(shí)地面風(fēng)速都在3 m/s以下。具體的對(duì)山區(qū)而言，風(fēng)力集中在靜風(fēng)到2 m/s的微風(fēng)范圍內(nèi)；而對(duì)平原地區(qū)，風(fēng)力在3-5 m/s情況下濃霧發(fā)生的百分率為20%。因此，對(duì)平原而言，在有利的環(huán)流形勢(shì)下，一定的風(fēng)速也有利于水汽輸送和濃霧的維持。濃霧發(fā)生時(shí)除靜風(fēng)外，風(fēng)向以西風(fēng)、南風(fēng)和東風(fēng)為主，而在東北風(fēng)時(shí)很少發(fā)生濃霧。

6　黑龍江省濃霧發(fā)生時(shí)近地面主要?dú)庀笠貢r(shí)空分布特征

對(duì)2012-2015年單站濃霧發(fā)生時(shí)T-LnP圖以及ECMWF細(xì)網(wǎng)格全球模式預(yù)報(bào)的單站風(fēng)溫濕等氣象要素時(shí)序圖分析發(fā)現(xiàn)，不論哪種環(huán)流型發(fā)生的濃霧天氣，近地面或低層主要?dú)庀笠貢r(shí)空分布特點(diǎn)相似。濃霧發(fā)生前，在低層有暖、濕平流輸送或弱水汽輻合，濃霧發(fā)生時(shí)有夜間晴空輻射降溫或弱冷平流降溫，使近地面形成逆溫或氣溫垂直遞減率較小的穩(wěn)定層結(jié)，同時(shí)近地面有淺薄的準(zhǔn)飽和濕層，在近地面水平風(fēng)力較小時(shí)有濃霧天氣出現(xiàn)。

當(dāng)近地面受較弱的偏東風(fēng)或偏南風(fēng)控制，且較弱的風(fēng)速厚度較厚、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，容易出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度強(qiáng)、災(zāi)害重的濃霧天氣，如2013年10月20-22日，哈爾濱1-2 m/s的較小風(fēng)速厚度達(dá)到3 km左右，并且持續(xù)多天，所以出現(xiàn)有氣象記錄以來(lái)災(zāi)害最重的持續(xù)性霧霾天氣過(guò)程。在ECMWF全球細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作的哈爾濱等地單站要素綜合時(shí)序圖（圖3-4）中，10月21-22日低層主要為弱偏東風(fēng)控制，這個(gè)特點(diǎn)對(duì)霧霾天氣預(yù)報(bào)預(yù)警有較好的指示意義。

圖3　2013年10月21日08時(shí)哈爾濱T-LnP圖（右側(cè)線為層結(jié)溫度，左側(cè)線為露點(diǎn)溫度，單位：℃）；

圖4　2013年10月19-22日ECMWF全球細(xì)網(wǎng)格模式哈爾濱單站要素時(shí)序圖（陰影為相對(duì)濕度）

7　小結(jié)與討論

利用常規(guī)地面觀測(cè)資料、NCEP/NCAR逐6 h一次的FNL再分析資料、ECMWF全球細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)資料和哈爾濱站探空資料對(duì)黑龍江省濃霧發(fā)生時(shí)典型環(huán)流形勢(shì)和近地面氣象要素特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，所得結(jié)論如下：

（1）黑龍江省年平均濃霧日數(shù)分布的三個(gè)大值中心分別位于大、小興安嶺和東南部山區(qū)。濃霧日數(shù)6-9月最多，主要集中在山區(qū)；平原地區(qū)的濃霧多發(fā)生在9-11月，具有范圍大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、災(zāi)害重等特點(diǎn)。

（2）依據(jù)地面天氣形勢(shì)和影響系統(tǒng)，把區(qū)域性濃霧產(chǎn)生的環(huán)流背景分為高壓前部均壓、低壓前部均壓型、一般均壓型、鞍型場(chǎng)及低壓鋒前型等5種類型。冬季和春季主要以高壓前部均壓型和鞍型場(chǎng)為主；夏季和秋季，以上5種類型均有出現(xiàn)；夏季低壓前部均壓型發(fā)生頻率最高，一般均壓型和鞍型場(chǎng)型次之；秋季發(fā)生次數(shù)較多的是高壓前部均壓型、一般均壓型和鞍型場(chǎng)等3種。

（3）從地面氣象要素的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，黑龍江省濃霧主要發(fā)生在地面風(fēng)速較小的情況下，靜風(fēng)時(shí)發(fā)生頻率最高，3 m/s以下的西風(fēng)、南風(fēng)或東風(fēng)所占的比例也相對(duì)較高。山區(qū)濃霧發(fā)生時(shí)地面溫度多為10-18℃，溫度露點(diǎn)差在1℃以內(nèi)，空氣達(dá)到或接近飽和；平原地區(qū)濃霧發(fā)生時(shí)，地面溫度多為-2-10℃，溫度露點(diǎn)差可達(dá)3℃左右。平原地區(qū)能見(jiàn)度＜50 m的濃霧發(fā)生頻率高于山區(qū)。

（4）在濃霧發(fā)生前，有低層暖、濕平流或弱水汽輻合，濃霧發(fā)生時(shí)有夜間輻射降溫或弱冷平流降溫使近地面形成穩(wěn)定層結(jié)。近地面水平風(fēng)力較小，配合有淺薄的準(zhǔn)飽和濕層有利于濃霧天氣發(fā)生。另外，近地面弱偏東風(fēng)或弱偏南風(fēng)厚度較厚、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，易出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度強(qiáng)、災(zāi)害重的濃霧天氣。目前各種數(shù)值預(yù)報(bào)模式的形勢(shì)、要素預(yù)報(bào)產(chǎn)品以及單站要素綜合時(shí)序圖、T-lnP圖等對(duì)濃霧天氣預(yù)報(bào)預(yù)警有較好的指示意義。

［1］林建，楊貴名，毛冬艷.我國(guó)大霧的時(shí)空分布特征及其發(fā)生的環(huán)流形勢(shì)［J］.氣候與環(huán)境研究，13:171-181.

［2］宋潤(rùn)田.北京地區(qū)冷霧的天氣氣候特征［J］.氣象科技，1999，3:40-48.

［3］吳洪，柳崇健，邵潔等.北京地區(qū)大霧形成的分析和預(yù)報(bào)［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2000，1:23-27.

［5］張人禾，李強(qiáng)，張若楠.2013年1月中國(guó)東部持續(xù)性強(qiáng)霧霾天氣產(chǎn)生的氣象條件分析［J］.中國(guó)科學(xué):地球科學(xué)，2014，44:27-36

［5］毛冬艷，楊貴名.華北平原霧發(fā)生的氣象條件［J］.氣象，2006，32:78-83.

［6］趙桂香，杜莉，衛(wèi)麗萍，等.一次持續(xù)性區(qū)域霧霾天氣的綜合分析［J］.干旱區(qū)研究，2011，28:871-878.

Analysis on the near surface circulation and meteorological conditions in the fog in Heilongjiang Province

ZHAO Ling1，QI Duo1，LI Shu-ling2，ZHANG Yue1
（1.Meteorological observatory of Heilongjiang province，Heilongjiang Harbin 150030；2.Meteorological bureau of Harbin，Heilongjiang Harbin 150028）

Based on the conventional observations，the NCEP/NCAR reanalysis data and the fine-mesh grid model of ECMWF to research the effect factors of the severe fog in Heilongjiang province.The results suggested that according to the occurrence of fog，the surface weather situation and influence system are divided into 5 types，such as the front part of the high pressure，the pressure of the front，the average pressure type，the saddle type field and the front type.The severe fog easily occurred when the wind is weak，specially no wind.During the fog，the ground temperature in the mountainous area is 10 to 18℃，and the plain area is-2 to 10℃.The fog in mountainous regions need higher relative humidity than that in the plain..The frequencies of less than 50 m visibility in mountainous regions is lower than the plain regions.The low layer warm and wet advection fog or water vapor convergence occurs before the heavy fog occurred，and the fog happened with radiation cooling at night or weak cold advection cooling to form stable layer near the ground.Besides，weak east or south wind reached high altitude and last for a long time，the severe fog weather easily appeared.

severe fog；ground layer；effect factors；mountainous regions；plain regions

P458

A

1002-252X（2016）03-0001-04

2016-6-1

趙玲（1969-），女，安徽省蒙城縣人，南京氣象學(xué)院，碩士生，高級(jí)工程師.