平潭3～5月大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)研究*

齊 心鄧以勤鄧哲維

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平潭3～5月大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)研究*

齊 心1鄧以勤1鄧哲維2

1.平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)氣象局 2.清流縣氣象局

通過(guò)分析1984～2013年平潭國(guó)家基本氣象站地面觀測(cè)資料、FNL1.0°×1.0°和ERA-Interim再分析資料，基于定量統(tǒng)計(jì)法及Min-max標(biāo)準(zhǔn)化處理方法，總結(jié)出引起平潭大霧的環(huán)流形勢(shì)，得到了平潭3～5月大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)。結(jié)論如下：(1)平潭大霧主要發(fā)生在3～5月，一天中多出現(xiàn)于凌晨3～8時(shí)，中午及午后少有出現(xiàn)；(2)地面倒槽是形成平潭大霧最主要的環(huán)流形勢(shì)；(3)水汽條件是平潭發(fā)生大霧最主要的影響因子。

大霧 定量統(tǒng)計(jì)法 Min-max標(biāo)準(zhǔn)化處理 預(yù)報(bào)指標(biāo) 平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)

1 概述

平潭位于福建省東部沿海，2009年，福建省委八屆六次全會(huì)上作出了建立“福州平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)”的決定，2010年正式更名為“福建省平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)”。平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的建立，確立了平潭在兩岸關(guān)系中的重要地位。隨著平潭的開(kāi)放開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的大型活動(dòng)、會(huì)議在平潭舉行；各項(xiàng)重點(diǎn)工程也在島上如火如荼地實(shí)施；到平潭旅游的游客也日益增多。而大霧天氣常給這些活動(dòng)、工程的進(jìn)行以及海、陸交通帶來(lái)不利影響。研究平潭大霧形成機(jī)理及預(yù)報(bào)指標(biāo)，對(duì)于提高大霧預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確率和提前量至關(guān)重要。

國(guó)內(nèi)對(duì)大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)的研究有很多，但還沒(méi)有針對(duì)平潭本地進(jìn)行的研究。蔣大凱等[1]分析了近10年區(qū)域性大霧天氣過(guò)程，得到了區(qū)域性大霧的時(shí)空分布特征，并分析了遼寧省各種區(qū)域性大霧的成因及要素演變特征，從中提取預(yù)報(bào)指標(biāo),建立預(yù)報(bào)流程，用PP法建立區(qū)域性大霧的客觀預(yù)報(bào)方法。王琴等[2]統(tǒng)計(jì)分析了泰州大霧的氣候特征、形成大霧的天氣形勢(shì)及其特征，研究了針對(duì)泰州地區(qū)的大霧預(yù)報(bào)方法，并通過(guò)對(duì)2006年10月至2008年10月兩年的大霧預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高,對(duì)大霧預(yù)報(bào)有很好的指導(dǎo)作用。吳濱等[3]分析了1961～2004年福建省大霧時(shí)空分布特征，并指出年霧日數(shù)與年平均氣溫有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與年平均相對(duì)濕度有很好的正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)與森林覆蓋率的變化有一定的關(guān)系。但這些研究結(jié)果有其區(qū)域性特征，客觀預(yù)報(bào)方法也不一定適用于平潭。

為此，本文從天氣系統(tǒng)和物理量指標(biāo)兩方面出發(fā)，結(jié)合平潭當(dāng)?shù)氐牡乩須夂蛱卣?，總結(jié)出適用于平潭的大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)，旨在提高平潭3～5月大霧預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，為開(kāi)展預(yù)報(bào)、預(yù)警服務(wù)提供參考。

2 資料與分析方法

2.1 資料的選取

本文使用了平潭國(guó)家級(jí)基本觀測(cè)站1984～2013年逐日地面觀測(cè)資料、FNL1.0°×1.0°再分析資料以及ERA-Interim再分析資料。

2.2 插值方法

根據(jù)大霧預(yù)報(bào)機(jī)理，選取三個(gè)物理量作為生成大霧預(yù)報(bào)影響因子[6]，分別為1000hPa相對(duì)濕度（RH1000）、1000hPa風(fēng)場(chǎng)（F1000）和1000hPa和925hPa溫度差（T1000-T925）。應(yīng)用雙線性插值方法將再分析資料插值到平潭（25.51°N,119.78°E）單點(diǎn)上，得到單點(diǎn)上物理量的數(shù)值。

2.3 預(yù)報(bào)指標(biāo)計(jì)算方法

應(yīng)用定量統(tǒng)計(jì)法計(jì)算各要素的權(quán)重，得到大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)公式。對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行Min-Max標(biāo)準(zhǔn)化處理，代入大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)公式計(jì)算出大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)。

3 平潭大霧概況

通過(guò)分析平潭地面觀測(cè)資料得出，1984～2013年平潭大霧日數(shù)為465d，年平均霧日為15.5d。大霧集中出現(xiàn)在3～5月，共出現(xiàn)大霧322d，占總霧日的69.03%。其中發(fā)生在3月的有100d（占21.5%），年平均3.3d；發(fā)生在4月的有138d（占29.7%），年平均4.6d；發(fā)生在5月的有84d（占18.1%），平均每年2.8d。一天中多出現(xiàn)于3～8時(shí)，中午及午后少有出現(xiàn)（見(jiàn)圖1）。

圖1 1984-2013年平潭逐年大霧日數(shù)及逐月平均大霧日數(shù)

4 形勢(shì)場(chǎng)分析

通過(guò)對(duì)近30年地面形勢(shì)場(chǎng)進(jìn)行分析，歸納出平潭大霧天氣地面形勢(shì)場(chǎng)主要五種，分別為地面倒槽(35%)、均壓場(chǎng)(25%)、地面冷鋒(17%)、切變靜止鋒(12%)及高壓后部(9%)。

（1）地面倒槽。平潭處于地面倒槽南側(cè)或倒槽中均壓場(chǎng)影響時(shí)，受西南氣流影響，帶來(lái)充足的水汽，有利于形成霧。此類由北方冷空氣南下，但鋒區(qū)較北，平潭處于低壓回溫區(qū)內(nèi)，偏南氣流帶來(lái)暖濕空氣，由于下墊面較冷，常常形成平流霧。

（2）均壓場(chǎng)。在無(wú)明顯系統(tǒng)影響下，平潭一帶氣壓場(chǎng)均勻，大氣層結(jié)穩(wěn)定，由于沿海水汽充沛，有利于霧的形成。

（3）地面冷鋒。主要受中西路冷空氣南下影響，鋒面位于閩西北到華南一帶，平潭處于鋒前。由于海面上有大量水汽蒸發(fā)，空氣中水汽含量大，當(dāng)冷空氣到達(dá)時(shí)，水汽凝結(jié)，容易在平潭形成霧。

（4）靜止鋒。受武夷山地形影響，鋒面常停留在閩西北一帶，形成準(zhǔn)靜止鋒。由于準(zhǔn)靜止鋒附近冷暖氣團(tuán)較為活躍，受西南暖濕氣流帶來(lái)充沛的水汽，有利于形成霧。

（5）高壓后部。地面冷高壓東移出海減弱變性，受高壓底部偏東或偏東南氣流影響，水汽從海上輸送到平潭，暖濕空氣平流到較冷的下墊面上，極易在平潭形成平流霧。

圖2 大霧地面形勢(shì)場(chǎng)

a——地面倒槽；b——均壓場(chǎng)；c——地面冷鋒；d——切變靜止鋒；e——高壓后部。

5 指標(biāo)計(jì)算方法

將插值后的RH1000、F1000和T1000-T925三個(gè)物理量應(yīng)用定量統(tǒng)計(jì)法計(jì)算各要素的權(quán)重，得到大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)公式。將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行Min-Max標(biāo)準(zhǔn)化處理后，帶入大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)公式，得出大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)，再將大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)與實(shí)況進(jìn)行對(duì)比，得出指標(biāo)范圍。

5.1 定量統(tǒng)計(jì)法

根據(jù)出現(xiàn)大霧時(shí)，RH1000≥90、F1000＜3.4、T1000-T925＜1出現(xiàn)概率約為90%；80≤RH1000＜90、3.4≤F1000＜5.5、1≤T1000-T925＜2出現(xiàn)概率約為60%；70≤RH1000＜80、5.5≤F1000＜8.0、2≤T1000-T925＜3現(xiàn)概率約為30%，于是將3個(gè)預(yù)報(bào)因子劃分成3個(gè)級(jí)別（），將每個(gè)級(jí)別定義為1、2、3。

（1）當(dāng)70≤RH1000＜80時(shí)，=1；當(dāng)80≤RH1000＜90時(shí)，=2；當(dāng)90≤RH1000時(shí)，=3。

（2）當(dāng)5.5≤F1000＜8.0時(shí)，=1；當(dāng)3.4≤F1000＜5.5時(shí)，=2；當(dāng)F1000＜3.4時(shí)，=3。

（3）當(dāng)2≤T1000-T925＜3時(shí)，=1；當(dāng)1≤T1000-T925＜2時(shí)，=2；當(dāng)T1000-T925＜1時(shí)，=3。

這三個(gè)因子的權(quán)重分別為：1/（1+2+3）=0.17；2/（1+2+3）=0.33；3/（1+2+3）=0.5。

將所統(tǒng)計(jì)三個(gè)因子的個(gè)數(shù)代入計(jì)算，第種因子的權(quán)重為：

（因子中1的個(gè)數(shù)×0.17+因子X(jué)中2的個(gè)數(shù)×0.33+因子中3的個(gè)數(shù)×0.5）/{（因子中1的個(gè)數(shù)×0.17+因子中2的個(gè)數(shù)×0.33+因子中3的個(gè)數(shù)×3）+（因子中1的個(gè)數(shù)×0.17+因子中2的個(gè)數(shù)×0.33+因子中3的個(gè)數(shù)×3）+（因子中1的個(gè)數(shù)×0.17+因子中2的個(gè)數(shù)×0.33+因子中3的個(gè)數(shù)×3）}。最終計(jì)算出RH1000的權(quán)重為0.41615，F(xiàn)1000的權(quán)重為0.28961, T1000-T925的權(quán)重為0.29424。

5.2 Min-max標(biāo)準(zhǔn)化方法

設(shè)MinA和MaxA分別為因子的最小值和最大值，將的一個(gè)原始值通過(guò)Min-max標(biāo)準(zhǔn)化映射成在區(qū)間[0,1]中的值。將所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行Min-max標(biāo)準(zhǔn)化后，數(shù)據(jù)才具有可比較性。

5.3 大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)

通過(guò)上述兩種方法，將所統(tǒng)計(jì)的原始數(shù)據(jù)代入最終計(jì)算出大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)公式：

=0.41615(100-RH1000)/74.99+0.28961(F1000-0.026)/17.20+0.29424(T1000-T925+ 3.78)/10.59

將大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)代入原始數(shù)據(jù)得出指標(biāo)范圍：

當(dāng)＜0.3時(shí)，出現(xiàn)霧的可能性很大；

當(dāng)0.3≤＜0.5時(shí)，出現(xiàn)霧的可能性較低；

當(dāng)≥0.5時(shí)，不可能出現(xiàn)霧。

6 實(shí)況檢驗(yàn)

應(yīng)用本文研究結(jié)果，對(duì)2017年4月8日、5月5日平潭兩場(chǎng)大霧過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)。

4月8日08時(shí)：RH1000=94%，F(xiàn)1000=0.6m/s，T1000-T925=2.4℃

將以上數(shù)值代入大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)公式，得=0.21。

5月5日08時(shí)：RH1000=94%，F(xiàn)1000=3.8m/s，T1000-T925=2.9℃

將以上數(shù)值代入大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)公式，得=0.29。

通過(guò)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)4月8日和5月5日大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)Z均小于0.3，與實(shí)況吻合。因此，本文得出的大霧預(yù)報(bào)指標(biāo)公式具有一定的參考性。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)平潭大霧的分析，得出以下結(jié)論：

（1）春季（3～5月）是平潭大霧的多發(fā)季節(jié)；一天中大霧多出現(xiàn)在3～8時(shí)，中午及午后很少出現(xiàn)。

（2）影響平潭大霧的主要環(huán)流形勢(shì)有五種，分別為地面倒槽、均壓場(chǎng)、地面冷鋒、切變靜止鋒及高壓后部，其中以地面倒槽和均壓場(chǎng)影響為主。

（3）應(yīng)用定量統(tǒng)計(jì)法對(duì)RH1000、F1000和T1000-T925進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)三個(gè)物理量中，RH1000在大霧預(yù)報(bào)公式中權(quán)重最大，說(shuō)明水汽是大霧天氣發(fā)生的至關(guān)重要的條件。

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福建省氣象局基層科技專項(xiàng)項(xiàng)目（2015j18）。