海峽西岸周寧高山云霧特征分析*

陳少琴 阮惠瑾 林長城 趙一夫

海峽西岸周寧高山云霧特征分析*

陳少琴1阮惠瑾2林長城3趙一夫4

1.寧德市蕉城區(qū)氣象局 2.周寧縣氣象局 3.福建省氣象科學(xué)研究所 4.寧德市氣象局

利用福建周寧縣1981～2010年的云霧資料，對(duì)當(dāng)?shù)卦旗F特征及與天氣系統(tǒng)和氣象要素場的配置進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，周寧縣的年霧日總體呈下降變化趨勢(shì)；霧日的季節(jié)性變化明顯，冬春季霧日最多，夏季最少；霧日3月最多、7月最少。冬春季整日霧日占總霧日的30%之上；連續(xù)霧日主要在1～3月出現(xiàn)。周寧縣多霧日的年份與月份，與西太平洋副高強(qiáng)度偏弱和范圍小、西風(fēng)帶槽脊強(qiáng)度中等和南支槽影響有關(guān)；周寧縣霧日與平均氣溫變化呈反相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，春季到秋季表現(xiàn)尤為明顯。地面受冷高壓底部偏東或東北氣流影響時(shí)，配合中高層西南氣流的影響，易形成連續(xù)性大霧天氣。

海峽西岸 高山 云霧 周寧縣

霧是指大氣中因懸浮的水汽凝結(jié)，水平能見度低于1km的天氣現(xiàn)象[1]。近年來，國內(nèi)有關(guān)霧方面的研究有：馮蕾等[2]從統(tǒng)計(jì)和數(shù)值預(yù)報(bào)兩方面總結(jié)了國內(nèi)外在霧預(yù)報(bào)技術(shù)上的進(jìn)展，提出使用高分辨率的一維霧模式與中尺度天氣模式相結(jié)合的方法提高霧預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率；牛生杰等[3]通過霧的氣候特征、霧與湍流之間的相互作用，對(duì)我國在霧研究方面取得的進(jìn)展進(jìn)行了回顧；王博妮等[4]總結(jié)概括了近年來氣候統(tǒng)計(jì)方法對(duì)霧的機(jī)制、監(jiān)測識(shí)別與預(yù)報(bào)技術(shù)研究，針對(duì)目前和未來研究方向進(jìn)行了分析；石林平等[5]分析了華北平原大范圍大霧的氣候特征及大霧天氣的低空風(fēng)場、地面氣壓場等特點(diǎn),提出了天津預(yù)報(bào)大霧的部分消空指標(biāo)；劉德等[6]利用合成方法分析了幾次典型輻射霧和雨霧的環(huán)流形勢(shì)、流場特征以及霧的垂直結(jié)構(gòu)，揭示了重慶輻射霧和平流霧的形成原因；陳石忠等[7]通過對(duì)形成萍鄉(xiāng)地區(qū)輻射霧、平流霧主要?dú)庀笠蜃雍吞鞖獾姆治?，篩選出與霧日相關(guān)關(guān)系比較好的6個(gè)氣象因子，建立了春、秋、冬三個(gè)季節(jié)霧的預(yù)報(bào)方案，馬治國[8]、葉光營等[9]分析了福建霧的氣候變化分布規(guī)律。

周寧縣地處海峽西岸閩東北，為福建省高山縣城，霧日出現(xiàn)次數(shù)最多。霧對(duì)喜歡漫射光、濕潤天氣作物的生長和品質(zhì)有利，周寧縣茶葉品質(zhì)好，本地生長的野生蘭科等植物很大程度上得益于山高霧多的獨(dú)特環(huán)境；然而，由于霧日能見度差，當(dāng)?shù)亟煌ㄊ苡绊戄^大[10-11]，特別給橫貫周寧縣的寧上高速公路交通帶來極大的安全隱患。為此，本文利用1981～2010年海峽西岸周寧縣氣象觀測資料對(duì)周寧縣云霧的變化特征及與天氣系統(tǒng)和氣象要素場的配置進(jìn)行分析，旨在提高當(dāng)?shù)氐撵F預(yù)警預(yù)報(bào)能力，更好地服務(wù)和滿足地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展的需求。

1 資料來源和處理

選取周寧縣1981～2010年地面氣象觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每個(gè)霧日視每日3個(gè)觀測時(shí)次（08時(shí)、14時(shí)和20時(shí)）中出現(xiàn)一次以上霧的觀測記錄而定。

福建省季節(jié)劃分：春季為3～6月，夏季為7～9月，秋季為10～11月，冬季為12～2月。

2 霧日形成的特點(diǎn)

周寧縣境內(nèi)平均海拔在800m以上，地型多為山谷、盆地，總體地形呈西高東低結(jié)構(gòu)，地形的多樣化結(jié)合亞熱帶季風(fēng)氣候的特點(diǎn)，造成各種類型的霧如鋒面霧、輻射霧、平流霧均可出現(xiàn)。鋒面霧多數(shù)在春季冷暖空氣交匯時(shí)出現(xiàn)；因周寧縣夜間輻射降溫明顯、晝夜溫差大，易形成輻射霧,輻射霧一年四季都有，以秋冬季居多，夏季時(shí)有出現(xiàn)。平流霧則是在春季出現(xiàn)。之所以周寧縣霧日出現(xiàn)頻率高,主要是因?yàn)橹軐幙h高海拔和地形地勢(shì)明顯增加云霧出現(xiàn)的機(jī)會(huì)。一方面，多盆地和山谷，有利于水汽的積累及局地逆溫層的形成，其次，由于地形西高東低，在東風(fēng)氣流下，暖濕氣流沿地形抬升，很容易形成爬坡霧；尤其是春季云底高度較低，常將周寧縣籠罩在云霧中。

3 結(jié)果分析

3.1 霧日的年變化

1981～2010年間，周寧縣霧日出現(xiàn)的總天數(shù)為2468d，年平均82.27d。周寧縣30年霧日的逐年變化結(jié)果見圖１，其中霧日最少年份為2004年，僅有49d，其次為1999年，為51d；霧日最多年份是1985年，為115d，其次是1983年，為113d，霧日最少年份和最多年份相差66d。

圖1 1981～2010年周寧縣逐年霧日變化圖

按每10年統(tǒng)計(jì)分析，1981～1990年的霧日年均為103.7d，1991～2000年年均為82.4d，2001～2010年年均為60.7d，說明周寧縣的霧日每10年都呈減少趨勢(shì)，其中21世紀(jì)第一個(gè)10年的霧日比20世紀(jì)80年代減少近44%,整體上呈持續(xù)減少趨勢(shì)。王麗萍等指出[12]，霧日數(shù)偏少（多）與相對(duì)濕度偏?。ù螅鉁仄撸ǖ停┐嬖谝欢ǖ膶?duì)應(yīng)關(guān)系，估計(jì)周寧縣年霧日的減少趨勢(shì)也與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境改變、縣城發(fā)展、局地下墊面環(huán)境的改變[13]以及人類活動(dòng)的加劇有關(guān)。

3.2 霧日的季變化

表1為1981～2010年周寧縣不同季節(jié)霧日的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由表1可以看出，周寧縣霧日主要出現(xiàn)在冬春兩季，冬春季的霧日均超過30%，夏季最少，只有6.7%，與冬春兩季相比，相差近5倍。冬季周寧縣氣溫偏低，在雨后轉(zhuǎn)晴時(shí)易出現(xiàn)輻射霧，春季則因鋒面附近冷暖交匯，出現(xiàn)鋒面霧的機(jī)會(huì)更多；夏季向秋季轉(zhuǎn)換時(shí)，伴隨地面氣溫的降低，周寧縣的霧日出現(xiàn)次數(shù)也緩慢增多，主要由局地輻射霧造成?？梢?，周寧縣霧日的季節(jié)性變化是相當(dāng)明顯的。

按每10年統(tǒng)計(jì)，從 1981～1990年到2001～2010年的四季，每10年均呈減少趨勢(shì)。以2001～2010年時(shí)間段的霧日與1981～1990年時(shí)間段的霧日相比來看，夏季的霧日減少最多，達(dá)近5倍，秋季的霧日減少近1倍，而冬春兩季霧日減少近0.5倍。

表1　1981～2010年不同季節(jié)下周寧縣霧日統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.3 霧日的月變化

圖2為周寧縣30年的霧日月分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由圖2可以看出，周寧縣霧日的月變化整體呈單峰型變化，其中3月份出現(xiàn)霧日的次數(shù)最多，月均為13.9d，其次是2月,月均為12.1d；7月份霧日出現(xiàn)的最少，月均僅為1.3d，其次是8月，月均1.7d。最多月份與最少月份相差10倍多。因?yàn)?月份為福建省的春雨季，冷暖交匯，雨后易出現(xiàn)霧；7月為福建省的炎熱夏季，副熱帶高壓北移并控制福建，其下沉氣流不利于局地霧的形成。

圖2 1981～2010年周寧縣霧日逐月變化圖

3.4 霧日的日變化

統(tǒng)計(jì)30年白天和夜間均有霧記錄的日數(shù)占該月霧日百分比的情況如圖3所示，8月總共才出現(xiàn)2d，7月出現(xiàn)6d，9月出現(xiàn)15d，2月有204d為最多，圖3表明冬季一天內(nèi)都有霧記錄的日數(shù)占該月總霧日的比例都在50%以上，春季一天內(nèi)都有霧記錄的日數(shù)占該月總霧日的比例都在30%～50%之間，而7～9月所占的比例在10%上下，特別是8月僅占3.9%。

周寧縣霧的日變化特點(diǎn)具有明顯的季節(jié)性，冬春季的霧經(jīng)常連續(xù)多日出現(xiàn)，連綿不斷，這個(gè)季節(jié)的霧多且沒有明顯的日變化規(guī)律，一天內(nèi)任何時(shí)間都有可能出現(xiàn)或消散；夏秋季的霧則多變，多出現(xiàn)在下半夜至早上，日出后逐漸消散。

圖3 1981～2010年周寧縣逐月白天和夜間均有霧記錄的日數(shù)占該月霧日的百分比

3.5 最大連續(xù)霧日分布情況

周寧縣春季多受冷暖空氣的影響，在鋒面附近經(jīng)常出現(xiàn)鋒面霧，冷空氣南下到福建北部時(shí),受武夷山脈的阻擋，常常形成靜止鋒維持?jǐn)?shù)日，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間的霧，1981～2010年期間，各月出現(xiàn)連續(xù)霧日如圖4所示。30年間，連續(xù)霧日最多的是1月和2月，均為10次，3月次之，為9次；從夏季到秋季的5個(gè)月，均未出現(xiàn)連續(xù)霧日。

圖4 1981～2010年周寧縣各月出現(xiàn)連續(xù)霧日次數(shù)

1981～2010年最大連續(xù)霧日如表2所示，最多的最大連續(xù)霧日發(fā)生在1998年，有14日，最少的最大連續(xù)霧日發(fā)生在1999年，僅有3日。此期間霧的特點(diǎn)是濃重且影響時(shí)間長，日變化小。冬季有時(shí)也會(huì)有鋒面霧的發(fā)生，特別是晚冬時(shí)節(jié)。

表2 1981～2010年周寧縣最大連續(xù)霧日

4 霧與氣象要素場的關(guān)系

4.1 高度場對(duì)霧日的影響

利用1981～2010年NOAA月平均再分析資料，選取30年中平均霧日最多的3月份和最少的7月份所對(duì)應(yīng)的500hPa高度場和850hPa的流場以及濕度加以分析。

其中，霧日最多的1985年3月與霧日最少的2004年7月對(duì)比30年平均場,如圖5所示，可以看出500hPa高度場的差異主要體現(xiàn)在西太副高與西風(fēng)帶槽脊的強(qiáng)弱上。1985年3月東亞大槽較30年平均場強(qiáng)度更弱，但是位于青藏高原南部的南支槽卻更加明顯。2004年7月西太副高強(qiáng)度也強(qiáng)于30年平均場。在霧日最多的3月，西太副高強(qiáng)度弱，西風(fēng)帶無明顯槽脊，僅有較弱的南支槽，流型較為平直，東亞大槽也不明顯。霧日最少的7月，則副高強(qiáng)度強(qiáng)，多處于西風(fēng)帶槽前與副高邊緣控制的形勢(shì)下。

通過對(duì)30年周寧霧日資料的讀取，也可以發(fā)現(xiàn)30年來周寧縣平均霧日整體呈下降趨勢(shì)，1981～1990年之間的3月，周寧縣月平均霧日為近17日，2001～2010年之間的3月，周寧縣月平均霧日為近9日，下降趨勢(shì)非常明顯。這個(gè)現(xiàn)象應(yīng)該也與近十年來觀測密度降低與觀測場周邊環(huán)境變遷有一定的關(guān)系，但這些因素影響作用有限，大的整體環(huán)流背景還是在霧日的降低中起到了主導(dǎo)作用。選取1981～1990年的3月500hPa平均高度場（圖6）與2001～2010年的3月500hPa平均高度場（圖7），可以看出：1981～1990年這十年平均場中，位于孟加拉灣處有明顯的南支槽存在，而2001～2010年期間，南支槽則較弱。通過對(duì)兩個(gè)十年間3月平均場的對(duì)比中可以看出，上游南支槽的存在，使得來自印度洋的西南暖濕氣流可以源源不斷向我國華南一帶輸送水汽，對(duì)于周寧縣形成霧日是非常有利的環(huán)流背景條件，正是由于近十年3月份南支槽整體較弱，所以霧日呈整體下降趨勢(shì)。

圖5 1981～2010年500hPa平均高度場

圖6 1981～1990年3月500hPa平均高度場

圖7 2001～2010年3月500hPa平均高度場

4.2 風(fēng)場對(duì)霧日的影響

850hPa風(fēng)場（圖8）的差異主要體現(xiàn)在華南暖切位置上。在霧日顯著多的3月，福建省上空西南氣流有風(fēng)向與風(fēng)速的輻合，華南暖切從我國西南地區(qū)一直延伸到我國江南北部一帶，福建處于華南暖切尾部的南側(cè)，多連續(xù)低溫陰雨的天氣，是有利于形成霧的天氣形勢(shì)。而霧日顯著少的7月，華南暖切消失不見，西南氣流較強(qiáng)，海上高壓（反氣旋性環(huán)流）發(fā)展強(qiáng)盛，風(fēng)向風(fēng)速均無輻合。

4.3 濕度場對(duì)霧日的影響

霧日的差距與相對(duì)濕度有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在霧日顯著多的3月，相對(duì)濕度在70以上；霧日顯著少的7月，則小于70，霧日數(shù)與相對(duì)濕度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖9）。特別要注意，周寧縣冬季濕度其實(shí)也較大，但月均霧日數(shù)不及早春3月，主要是周寧縣在3月既容易在夜間輻射冷卻降溫形成輻射霧，也容易在西南暖濕氣流水汽輸送下產(chǎn)生平流霧。而冬季多為夜間輻射冷卻產(chǎn)生的輻射霧，平流霧日較初春少。

圖9 1981～2010年3月和7月850hPa濕度場

4.4 霧日與氣溫、相對(duì)濕度的變化關(guān)系

霧是水汽在近地層達(dá)到或接近飽和、在凝結(jié)核上凝結(jié)而成，其形成與空氣溫度、相對(duì)濕度密切相關(guān)。按照每10年統(tǒng)計(jì)，1981～2010年的霧日與平均氣溫、相對(duì)濕度的變化見表3。

從表3可以看出，從20世紀(jì)80年代起，到21世紀(jì)的第一個(gè)10年，四季的霧日隨著平均氣溫升高、相對(duì)濕度減小而減少。其中，秋季的相對(duì)濕度減少最多，為6.5%；冬季平均氣溫升高最多，為1.4℃。因此，隨著氣候變暖，周寧縣的霧日呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。

表3 1981～2010年周寧縣四季霧日、平均氣溫、相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)表

5 1998年3月最長連續(xù)霧日各背景場分析

1998年3月連續(xù)霧日14日，周寧縣近半月都處在霧的籠罩之下，是周寧縣近30年最長一次連續(xù)霧日過程。選取1998年3月500hPa平均高度場、850hPa流場、濕度場以及海平面氣壓場如圖10所示，可以看出，在這次明顯的連續(xù)霧日過程中，500hPa位于孟加拉灣的南支槽更加明顯，850hPa西南氣流強(qiáng)盛，華南暖切東伸至長江中下游一帶，濕度較大，海平面氣壓場基本位于冷高壓前段的底部。在這種形勢(shì)下，周寧縣上空的大氣中高層受500hPa南支槽前的影響，引導(dǎo)氣流為偏西到西南氣流，低層850hPa西南暖濕氣流強(qiáng)盛，為大霧形成提供充沛的水汽與熱力條件，地面受高壓底部偏東到東北氣流影響，是輻射霧生成的重要條件，同時(shí)，由于近地面高度與850hPa高度風(fēng)向明顯不同，周寧處在較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變之下，對(duì)近地面逆溫的穩(wěn)定維持很有幫助，因而有利于霧的生成和維持。

圖10 1998年3月各要素場分布情況

6 結(jié)論

（1）周寧縣的年霧日總體呈下降變化趨勢(shì)，與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境改變、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人類活動(dòng)加劇有關(guān)；霧日的季節(jié)性變化明顯，其中冬春兩季霧日最多，夏季最少；霧日月變化呈單峰型變化，３月份霧日最多、７月份最少。

（2）周寧縣冬季整日霧日占該季總霧日的比例超過50%，春季則在30%～50%之間，夏季最少在10%之下，其中8月份僅占3.9%。連續(xù)霧日主要出現(xiàn)在1～3月，夏秋兩季無連續(xù)霧日。

（3）周寧縣多霧日的年份與月份，與西太平洋副高強(qiáng)度偏弱和范圍小、西風(fēng)帶槽脊強(qiáng)度中等和南支槽影響有關(guān)，主要體現(xiàn)在850hPa流場華南暖切東伸明顯，西南氣流有風(fēng)向與風(fēng)速輻合，水汽輸送強(qiáng)盛；少霧日的年份與月份，與西太副高強(qiáng)度強(qiáng)及范圍大、西風(fēng)帶槽脊位置偏內(nèi)陸有關(guān)，主要體現(xiàn)850hPa流場西南氣流風(fēng)速較強(qiáng)，無風(fēng)速輻合，為海上高壓環(huán)流的脊區(qū)，多下沉運(yùn)動(dòng)。

（4）周寧縣霧日與平均氣溫變化呈反相關(guān)，平均氣溫上升，霧日減少；霧日與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，相對(duì)濕度越大，霧日越多，相對(duì)濕度越小，霧日越少，春季到秋季表現(xiàn)尤為明顯。

（5）當(dāng)冷高壓前段南下，地面受冷高壓底部偏東或東北氣流影響時(shí)，配合中高層西南氣流的影響，周寧縣則形成連續(xù)性大霧天氣。

[1] 蔡玉榮，張玲，李中斌，等. 章丘大霧氣候特征分析[J].山東氣象，2011(31)：73-74.

[2] 馮蕾，田華. 國內(nèi)外霧預(yù)報(bào)技術(shù)研究進(jìn)展[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，6（1）：74-81.

[3] 牛生杰，陸春松，呂晶晶，等. 近年來中國霧研究進(jìn)展[J].氣象科技，2016，6（2）：6-19.

[4] 王博妮，徐芬，田小毅，等. 我國近年霧研究方法及研究熱點(diǎn)綜述[J].氣象科技，2014，42（1）：23-30.

[5] 石林平，遲秀蘭. 華北平原大霧分析和預(yù)報(bào)[J].氣象，1995，21(5)：45-47.

[6] 劉德，周國兵，向波, 等. 重慶霧的天氣成因[J].氣象科技，2004，32(6)：461-466.

[7] 陳石忠，葉小峰，戴晶晶，等. 萍鄉(xiāng)地區(qū)霧的特征分析及預(yù)報(bào)方法初探[J].氣象與防災(zāi)研究，2007，30(4)：61-64.

[8] 馬治國，張春桂，陳家金，等. 福建省沿海霧的氣候變化特征分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2011，32(增1)：69-73.

[9] 葉光營，吳毅偉，劉必桔. 福州區(qū)域霧霾天氣時(shí)空分布特征分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33(10)：114-119.

[10] 李嵐，李洋，邢獎(jiǎng)月，等. 沈大高速公路霧氣候特征與氣象要素分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，25(1)：49-53.

[11] 魏文華，王體健，石春娥，等. 合肥市霧日氣象條件分析[J].氣象科學(xué)，2012，32(4)：437-442.

[12] 王麗萍，陳少勇，董安詳, 等，氣候變化對(duì)中國大霧的影響[J]. 地理學(xué)報(bào)，2006，32(1)：527-536.

[13] 劉勇，王東勇，田紅, 等，氣象觀測環(huán)境的變化對(duì)氣溫序列的影響分析[J].氣象科學(xué)，2006，26(4)：436-441.

科技部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（GYHY201406033）、華東區(qū)域氣象科技協(xié)同創(chuàng)新基金合作項(xiàng)目（QYHZ201406）共同資助。