近40 a大興安嶺冰霧氣候特征及氣象要素分析

陸忠濤，侯士彬，周彥玲，胡本剛，侯士波

（1.大興安嶺地區(qū)氣象局,黑龍江加格達(dá)奇165000；2.友誼縣氣象局,黑龍江友誼155899）

近40 a大興安嶺冰霧氣候特征及氣象要素分析

陸忠濤1，侯士彬2，周彥玲1，胡本剛1，侯士波1

（1.大興安嶺地區(qū)氣象局,黑龍江加格達(dá)奇165000；2.友誼縣氣象局,黑龍江友誼155899）

利用1976－2015年大興安嶺6個地面氣象站40 a的氣象觀測資料，分析冰霧時空分布特征和氣象要素之間關(guān)系。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：空間分布北多南少；時間分布具有明顯的年際、月際和日變化。年際變化呈雙峰值分布，20世紀(jì)90年代中后期和21世紀(jì)初期分別出現(xiàn)了峰值，冰霧減少率為4.4 d/10 a；1月出現(xiàn)冰晶霧次數(shù)最多；霧日變化呈單峰分布，8－9時霧發(fā)生比例最高為86%，冰霧維持時間平均7 h，最長可達(dá)19.5 h。冰霧生成與溫度、濕度、風(fēng)力、溫度露點差等關(guān)系密切。冰霧出現(xiàn)時，日最低氣溫低于－40℃時，冰霧出現(xiàn)概率達(dá)到78%；相對濕度多集中在70－80%；全區(qū)平均溫度露點差為2.9℃；對應(yīng)的最多風(fēng)向為靜風(fēng)，風(fēng)力集中在0－2 m/s的范圍內(nèi)。

冰霧；氣候特征；氣象要素；分析

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國霧、霾天氣廣受關(guān)注。幾十年來，國內(nèi)眾多專家在霧方面也進(jìn)行了廣泛、深入的研究，但研究的對象幾乎全部為水滴霧，而對中國最北部冰霧現(xiàn)象幾乎無人關(guān)注和研究。冰霧天氣的直接體現(xiàn)為能見度的下降和氣溫的降低，在極寒的冬季出現(xiàn)－40℃以下的氣溫已經(jīng)是一種災(zāi)害性天氣，伴有能見度極低的冰霧具有更大的危害性。氣溫越低，冰霧濃度越強(qiáng)，能見度越低。出現(xiàn)濃冰霧時，由于能見度很差，加之雪天路滑結(jié)冰，山路崎嶇，極易造成公路交通事故。另外，霧天氣發(fā)生時，北方冬季常伴隨煙幕，對人體健康有極大危害。冰霧對公路交通、民航運(yùn)輸、電力、通信、生產(chǎn)活動、人們的日常生活和身體健康都可能造成不同程度的負(fù)面影響，因此，通過分析冰霧氣候特征及其與氣象要素的關(guān)系，可以為氣象災(zāi)害風(fēng)險評估和預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)，以便冰霧發(fā)生地區(qū)的公眾和相關(guān)部門提前做好保障，以期將冰霧造成的損失降到最低。

2 定義

中國氣象局《地面氣象觀測規(guī)范》規(guī)定，霧是大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使水平能見度小于1.0 km。

冰霧（ice-crystal fog）是由懸浮在空氣中的大量微小冰晶（可伴有過冷水滴）組成的霧，水平能見度小于1.0 km，又稱冰晶霧。冰霧出現(xiàn)時，伴有冰針同時加記。

3 霧與冰霧的區(qū)別

霧按其中所含的霧粒的物態(tài)來劃分，一般可分為水（滴）霧和冰霧兩類。水（滴）霧是由水滴或過冷卻水滴所組成，夏季霧出現(xiàn)相對濕度常為100%或接近100%。霧多為乳白色，城市工礦區(qū)的霧，也可帶土黃色或灰色。

冰霧則完全由冰晶或冰晶、過冷水滴混合組成，常見于嚴(yán)寒地區(qū)的冬季，由于近地氣層溫度很低，一般多在-40℃以下，使空氣中的水汽凝華而形成。在極寒冷的天氣里，大部分霧都含有冰晶，可呈暗灰色。同時，冰霧還是高寒地區(qū)人們鑒定極端氣溫的一種標(biāo)志。

4 冰霧形成機(jī)理

形成霧的物理過程就是使近地面層大氣降溫增濕的過程。由于近地氣層溫度很低，如果霧中同時存在過冷卻水和冰晶，由于冰面飽和水汽壓比水面飽和水汽壓小，水滴就會逐漸蒸發(fā)，而水汽在冰晶上凝華使之逐漸增大，同時過冷卻水滴與冰晶接觸又會立刻凍結(jié)，結(jié)果就變成冰霧。如果霧中冰晶長得很大，就會向地面降落而使霧趨于消散。冰霧現(xiàn)象常在空氣干冷、無風(fēng)、天空無云的夜晚和清晨出現(xiàn)，有時持續(xù)到中午才散去。根據(jù)降溫增濕的具體形式不同，一般將霧分為輻射霧、平流霧、蒸發(fā)霧、上坡霧、鋒面霧等，其中，最常見的是輻射霧和平流霧。

5 冰霧時空分布特征

資料統(tǒng)計說明：本文采用1976-2015年40 a大興安嶺6個氣象站點監(jiān)測資料，僅對冬季（11-2月）冰霧的氣候特征及相關(guān)氣象要素進(jìn)行分析。文中霧的記錄以20時為日界，一日內(nèi)只要出現(xiàn)霧就記為一個霧日，一日中出現(xiàn)兩次也按一次統(tǒng)計。

5.1 冰霧空間分布特征

冰霧受局地氣候影響較大，具有明顯空間分布特征。從大興安嶺各縣（區(qū)）冰霧的年分布可看出：大興安嶺北部和中東部霧出現(xiàn)的次數(shù)較多，南部地區(qū)出現(xiàn)的次數(shù)較少。近40 a來，大興安嶺各縣區(qū)觀測到的冬季冰霧累計為836次，其中漠河出現(xiàn)次數(shù)最多297次，其次是呼中172次，大興安嶺南部的加格達(dá)奇最少16次。近40 a，漠河有37 a出現(xiàn)了冰霧，只有3 a沒有出現(xiàn)過冰霧，而加格達(dá)奇僅有10 a出現(xiàn)過冰霧。呼中2001年、呼瑪1977年冰霧出現(xiàn)的次數(shù)為大興安嶺的極大值，為23次/a，2000年呼中、漠河冰霧出現(xiàn)的次數(shù)為大興安嶺的次大值21次/a，這與氣象觀測站點所建位置有關(guān)，漠河、呼瑪氣象監(jiān)測站點靠近黑龍江，而且漠河、呼中冬季氣溫在全區(qū)是最低的，因此，低溫水汽易于凝華在測站附近形成冰霧。

5.2 冰霧時間分布特征

5.2.1 冰霧的年際及年代際變化

圖1 大興安嶺冰霧的年際及年代際變化

從圖1可看出，大興安嶺冰霧在20世紀(jì)90年代中后期和21世紀(jì)初期分別出現(xiàn)了峰值（2001年71次/a、1994年60次/a）；2002年開始呈現(xiàn)下降趨勢，2005、2007年全區(qū)都沒有出現(xiàn)冰霧，2010-2013小幅上升。從線性趨勢分析可以看出，1976-2015年期間，大興安嶺冰霧出現(xiàn)次數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢，減少率霧日為4.4 d/10 a。這與近年來全球變暖有關(guān)，溫度升高，水汽凝華減少，霧出現(xiàn)的次數(shù)減少。

5.2.2 冰霧的月際變化

從表1大興安嶺冰霧的月際變化中可以看出，大興安嶺冬季1月出現(xiàn)冰晶霧次數(shù)最多，占全區(qū)58%，12月次之23%。冬季，雖然空氣中水汽含量較小，但氣溫較低，水汽易于達(dá)到飽和，產(chǎn)生凝結(jié)作用形成冰霧。

表1 大興安嶺冰霧的月際變化

5.2.3 冰霧的日變化

從圖2可看出，冰霧具有明顯的日變化，21時－次日12時為霧的多發(fā)時段，霧的日變化呈單峰分布，其中在8－9時霧的發(fā)生比例最高，為86%，在14－20時很少出現(xiàn)霧。這與霧的形成條件一致,夜間地面降溫，相對濕度升高，有利于水汽凝華而成。冰霧通常在夜間或早晨形成，極少數(shù)是下午日落后就開始出現(xiàn)的，日出前后最濃，以后隨著氣溫升高和風(fēng)速增大，冰晶不斷蒸發(fā)和擴(kuò)散，霧也就由濃變淡，逐漸消失或抬升為低云。6－11時是冰霧高峰期，也是一天中最容易出現(xiàn)交通事故的時段。一日中冰霧消散最晚持續(xù)到17時50分（呼瑪2000年12月23日），最早15時07分開始出現(xiàn)（呼瑪1996年12月18日）。

圖2 大興安嶺冰霧的日變化

5.2.4 冰霧的持續(xù)時間

冰霧的維持時間差異很大，平均持續(xù)時間7 h，最長的可達(dá)19.5 h（呼瑪1976年12月25日，當(dāng)時日最低氣溫－45.2℃），最短的0.3 h。這與大興安嶺的氣候背景有關(guān)，大興安嶺地處高緯，氣溫日較差大，日出后，地面氣溫上升快，相對濕度迅速下降，不利于霧的維持，因此霧的持續(xù)時間相對較短。

6 冰霧與氣象要素關(guān)系

6.1 溫度

由于大興安嶺地域廣闊，不同縣（區(qū)）溫度差別較大，現(xiàn)以日最低氣溫為例，對全區(qū)各縣區(qū)出現(xiàn)的836個冰霧個例進(jìn)行統(tǒng)計分析。

6.1.1 平均日最低氣溫

冰霧出現(xiàn)時，平均日最低氣溫為－41.1℃。平均日最低氣溫除南部的加格達(dá)奇－20.0℃之外，其他縣（區(qū)）氣象站平均日最低氣溫均在－39.3－（－43.8）℃。

6.1.2 日最低氣溫極值

日最低氣溫最小值出現(xiàn)在漠河－49.6℃，次小值呼中－49.2℃。最大值加格達(dá)奇－5.7℃，次大值呼瑪－11.9℃。

6.1.3 冰霧與氣溫關(guān)系

冰霧出現(xiàn)時，日最低氣溫低于－35℃的概率達(dá)到94%；低于－40℃概率達(dá)到78%。各縣（區(qū)）具體出現(xiàn)霧時對應(yīng)的日最低氣溫見表2。

表21976 -2015年大興安嶺日最低氣溫對應(yīng)的冰霧出現(xiàn)概率

6.2 濕度

冰霧出現(xiàn)時，平均相對濕度74%，最大相對濕度為100%，最小為44%。冰霧出現(xiàn)時相對濕度多集中在70－80%之間，具體見表3。

表31976 -2015年大興安嶺冬季濕度對應(yīng)的冰霧出現(xiàn)次數(shù)及百分比

6.3 飽和差

冰霧出現(xiàn)時，全區(qū)平均溫度露點差為2.9℃。南北差異較大，北部漠河為4.7℃,南部加格達(dá)奇為1.9℃。

6.4 風(fēng)

冰霧出現(xiàn)時，對應(yīng)的最多風(fēng)向為靜風(fēng)，次多風(fēng)向為南風(fēng)、西西南、西、南東南風(fēng)向；對于山區(qū)而言，風(fēng)力都集中在0－2 m/s的微風(fēng)范圍內(nèi)，全區(qū)風(fēng)速平均為0.5 m/s，北部的漠河、呼中、呼瑪平均風(fēng)速均為0 m/s，中部的塔河平均為2 m/s，新林、加格達(dá)奇平均為1 m/s。適宜的風(fēng)速和偏南氣流有助于水汽輸送形成冰霧。

6.5 氣壓

冰霧出現(xiàn)時的氣壓平均值為978 hPa。南北氣壓差異很大，大興安嶺北部漠河平均為981 hPa，南部加格達(dá)奇為972 hPa，最低值為呼中960 hPa，最高值呼瑪1003 hPa。冰霧出現(xiàn)時加格達(dá)奇多為低壓或高壓前部控制，呼瑪氣壓較高。

7 小結(jié)

（1）從空間分布看，大興安嶺山區(qū)北部冰霧出現(xiàn)次數(shù)最多，中東部次之，南部地區(qū)最少。

（2）大興安嶺冰霧有明顯的年際及年代際的變化，呈雙峰值分布。在20世紀(jì)90年代中后期和21世紀(jì)初期分別出現(xiàn)了峰值，2002年開始呈現(xiàn)下降趨勢，2010年有小幅度回升。近40 a大興安嶺冰霧減少率霧日為4.4 d/10 a。

（3）大興安嶺冬季冰霧的月際變化，1月出現(xiàn)冰晶霧次數(shù)最多，占全區(qū)58%，12月次之占全區(qū)23%。

（4）冰霧具有明顯的日變化，21時－次日12時為霧的多發(fā)時段，霧的日變化呈單峰分布，其中在8－9時霧的發(fā)生比例最高為86%。冰霧出現(xiàn)時，平均持續(xù)時間7 h，最長的可達(dá)19.5 h，最短的0.3 h。

（5）冰霧的生成與溫度、濕度、風(fēng)力、溫度露點差等關(guān)系密切。冰霧出現(xiàn)時日最低氣溫低于－40℃時，冰霧出現(xiàn)概率達(dá)到78%；相對濕度多集中在70－80%之間；冰霧出現(xiàn)時，全區(qū)平均溫度露點差為2.9℃；對應(yīng)的最多風(fēng)向為靜風(fēng)，次多風(fēng)向為南風(fēng)、西西南、西、南東南風(fēng)向，風(fēng)力都集中在靜風(fēng)到2 m/s的微風(fēng)范圍內(nèi)。

（6）由于缺乏野外設(shè)備觀測，霧的微物理結(jié)構(gòu)及演變過程有待探討。

Climatic characteristics and meteorological factors analysis of ice Fog in Daxing’anling in recent 40 years

LU Zhong－tao1,HOU Shi－bin2,ZHOU Yan－ling1,HU Ben－gang1,HOU Shi－bo1
（1.Daxinganling Regional Meteorological Bureau,Heilongjiang Jiagedaqi 165000; 2.Youyi county meteorological bureau,Heilongjiang Youyi 155899）

Based on the meteorological observation data of six ground meteorological stations in Daxing'anling from 1976 to 2015,the relationship between temporal and spatial distribution of ice fog and meteorological factors was analyzed.The results show that,the spatial distribution is more in northern China and less in South;the temporal distribution has obvious inter－annual,monthly and diurnal variations.The inter－annual variability showed a double peak distribution,and peaked in the middle and late 1990s and the beginning of the 21st century,respectively.The reduction rate of the fog was 4.4 d/10 a.;In January the ice fog appear most;fog days variation showed a unimodal distribution,the highest proportion of 8－9 when the fog occurrence is 86%,the average pogonip maintenance time is 7 h,up to 19.5 h..Ice fog generation has close relationship with temperature, humidity,wind and temperature dew point.When the pogonip appears,if the daily minimum temperature lower than－40 DEG C,pogonip probability reached 78%;the relative humidity is concentrated at 70－80%;the average temperature difference is 2.9℃;the maximum wind direction is Static wind and the speed isconcentrated in the range of 0－2 m/s.

Ice fog;climatic characteristics;meteorological elements

P426.4+3

A

1002－252X（2017）02－0004－03

2017－3－1

陸忠濤（1972－），男，河北省昌黎縣人，西南大學(xué)，本科生，工程師.