寧波舟山港海霧特征及觀測(cè)站點(diǎn)評(píng)估

孔揚(yáng) 王科 申華羽 張晶晶 涂小萍

摘 要：利用寧波舟山港2013到2018年的管控記錄對(duì)港區(qū)海霧特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)港區(qū)自西向東具備不同的霧頻分布特點(diǎn)。結(jié)合氣象、水文觀測(cè)數(shù)據(jù)，提取海霧發(fā)生時(shí)的影響因子：西部港區(qū)偏北風(fēng)3m·s-1以下;中部兼具北風(fēng)、南風(fēng)，風(fēng)速5到8m·s-1;東部風(fēng)向?yàn)槟系轿髂巷L(fēng)或偏南風(fēng)，風(fēng)速5m·s-1上下。氣溫、海溫在10到24℃之間較容易成霧，海汽溫差-1到0℃為最適宜。通過(guò)公平觀測(cè)評(píng)分ETS對(duì)能見(jiàn)度站的準(zhǔn)確性、空測(cè)率等進(jìn)行評(píng)估，并篩選出港區(qū)能見(jiàn)度代表站。

關(guān)鍵詞：港口管理;海霧;影響因子;觀測(cè)評(píng)估

中圖分類號(hào)：U65? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）02-0108-04

寧波舟山港是名副其實(shí)的國(guó)際大港。隨著港口的不斷發(fā)展，海霧天氣對(duì)于港口的影響日趨明顯。寧波舟山港調(diào)度中心記錄的管控?cái)?shù)據(jù)表明，港區(qū)每年因海霧停工的平均時(shí)長(zhǎng)達(dá)443小時(shí)，海霧發(fā)生較頻繁的年份，港口停工時(shí)長(zhǎng)超過(guò)600小時(shí)。海霧已經(jīng)成為對(duì)港口作業(yè)時(shí)長(zhǎng)影響最大的災(zāi)害性天氣。

寧波舟山港核心港區(qū)主要位于寧波北侖到舟山定海之間，為東西向狹長(zhǎng)區(qū)域（圖1），地形復(fù)雜，海霧具有明顯的局地特征，因此霧季時(shí)港口一般采取分區(qū)域、分時(shí)段管控。港口的管控區(qū)域可劃分成6片，自西向東分別為：金塘大橋水域、大黃蟒以西、涂泥咀以西、峙頭至涂泥咀、佛渡梅山水域、蝦峙錨地及航道，圖1中按順序編為1到6區(qū)。本文以港口管控資料為基礎(chǔ)，得出港區(qū)海霧的發(fā)生規(guī)律，并結(jié)合浮標(biāo)站、氣象監(jiān)測(cè)站點(diǎn)等，對(duì)海霧發(fā)生時(shí)的天氣要素進(jìn)行判別，得到海霧的影響因子。最后以管控?cái)?shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)分布在港區(qū)沿線的29個(gè)后向散射能見(jiàn)度儀進(jìn)行評(píng)估，得出海霧監(jiān)測(cè)代表站點(diǎn)。

2 資料與方法

目前港口沿岸、海島上的前向散射能見(jiàn)度儀是儀器監(jiān)測(cè)海霧的主要手段，不過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)較人工監(jiān)測(cè)明顯偏小[1]，且能見(jiàn)度儀只能對(duì)特定高度的單點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，無(wú)法探知水面上的情況，因此探測(cè)結(jié)果有一定的局限性，利用陸地上的能見(jiàn)度儀數(shù)據(jù)對(duì)海霧進(jìn)行分析會(huì)產(chǎn)生一定的偏差。

港口管控時(shí)，均有船只現(xiàn)場(chǎng)判斷，因此可以認(rèn)為反映了海霧事實(shí)，準(zhǔn)確程度高于能見(jiàn)度儀。將管控?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分區(qū)域、逐小時(shí)數(shù)據(jù)，提取有霧時(shí)段，即可分析1到6區(qū)海霧精細(xì)化特征。分析有霧時(shí)港區(qū)附近的氣象、水文要素，即可提取海霧影響因子。管控?cái)?shù)據(jù)與能見(jiàn)度站點(diǎn)數(shù)據(jù)做對(duì)比分析，可評(píng)估站點(diǎn)對(duì)其附近水域的代表性，并進(jìn)一步確定監(jiān)測(cè)代表站。

3 海霧特征

3.1年際變化

由2013到2018港口管控?cái)?shù)據(jù)可知，海霧具有明顯的年際變化（圖2），這與前人[2，3]所述基本一致。2013年海霧長(zhǎng)達(dá)636小時(shí)，此后三年雖有所回落，但呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。2017年海霧僅有218小時(shí)，對(duì)港口影響最小。各區(qū)也基本遵循年際變化的總趨勢(shì)，并沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的差異。另外，霧時(shí)的空間分布不均勻，總體東、西多中間少。

3.2月變化

圖3表明，8—10月基本沒(méi)有海霧發(fā)生;12月和1月，1區(qū)管控時(shí)長(zhǎng)增多，躍居成為港區(qū)管控的高發(fā)區(qū);其余月份雖然每個(gè)區(qū)域都有管控可能，但6區(qū)明顯是管控時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)的區(qū)域。

針對(duì)寧波、舟山地區(qū)的海霧，前人[2-4]曾以較少量的觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，普遍認(rèn)為春季最為高發(fā)，冬季次之。而通過(guò)對(duì)管控?cái)?shù)據(jù)分區(qū)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，海霧的月變化特征存在一定的區(qū)域差異。自西向東，1、2區(qū)霧頻最高的月份反而出現(xiàn)在冬季（2月份），3區(qū)出現(xiàn)在初春（3月份），4區(qū)呈現(xiàn)出3月、5月的雙峰結(jié)構(gòu)，5區(qū)、6區(qū)則與前人描述一致，4、5月份為霧頻最高時(shí)段。

4 海霧的影響因子

大霧的生消與海表溫度、氣溫、風(fēng)場(chǎng)等氣象、水文要素有密切關(guān)系[5]。通過(guò)分析港區(qū)因霧管控時(shí)段各要素分布情況，可提取海霧的影響因子。

4.1 風(fēng)力風(fēng)向特征

大霧期間，東部以偏北風(fēng)為主，風(fēng)速3m·s-1以下;中部偏東和偏南風(fēng)向逐漸增多，且風(fēng)速逐漸增大，可達(dá)5到8m·s-1之間;5、6區(qū)以南到西南風(fēng)為最多，其次為偏南風(fēng)、南到東南風(fēng)，其他風(fēng)向均較少，風(fēng)速多為5m·s-1上下（圖4）。

結(jié)合月際分布可知，4—6月東部港區(qū)進(jìn)入平流霧高發(fā)期，偏南的暖濕氣流遇到較冷的海水冷卻凝結(jié)成霧，導(dǎo)致6區(qū)海霧表現(xiàn)出5月峰值的單峰型。由于地形遮蔽，暖濕氣流進(jìn)入核心港區(qū)后減弱，因此港區(qū)平流霧自東向西減少。但西部港區(qū)在冬半年受冷空氣偏北風(fēng)影響，多鋒面霧和輻射霧，呈現(xiàn)出2月份霧頻最高的單峰型特征。位于過(guò)渡地帶的3區(qū)則呈現(xiàn)出2月、5月的雙峰型。

4.2 海、氣溫度特征

氣溫升高，飽和水氣壓隨之加大，空氣的相對(duì)濕度減小，將不利于成霧[2]。同樣地，海表溫度需處在一定的溫度區(qū)間，過(guò)低、過(guò)高都不會(huì)形成霧[6]。另外，海氣溫差對(duì)海霧的形成有著重要作用[7]。

以海霧發(fā)生最多的6區(qū)為例進(jìn)行分析。不考慮8到10月，海霧發(fā)生時(shí)，僅12月海氣平均溫差為正，其余多為-1到0℃。統(tǒng)計(jì)表明（表1），海氣溫差在-4.5到4.5℃之間均有可能，不過(guò)90%的情況集中在-2.2到1.3℃。氣溫、海溫的統(tǒng)計(jì)數(shù)值差別不大，極值都在2到28℃，90%的范圍則集中在10到24℃附近。

4.3 雨霧

當(dāng)受底層暖濕系統(tǒng)影響，出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣時(shí)，雨量不明顯，但低底層相對(duì)濕度較大，會(huì)對(duì)港區(qū)能見(jiàn)度造成影響，形成雨霧天氣。港區(qū)因雨霧管控的時(shí)間約占總管控時(shí)間的3.5%，圖6顯示，6月份為雨霧最高發(fā)時(shí)段，恰逢寧波地區(qū)入梅時(shí)節(jié)，4月份次之，小時(shí)雨量平均在1、2毫米。

5 觀測(cè)站點(diǎn)評(píng)估

選取港區(qū)自建能見(jiàn)度站7個(gè)，氣象部門能見(jiàn)度站22個(gè)，并對(duì)應(yīng)到各港區(qū)，進(jìn)行站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的代表性評(píng)估。代表性評(píng)估屬于二元事件，借鑒預(yù)報(bào)評(píng)分公式，采用以下公式來(lái)評(píng)價(jià)觀測(cè)代表性強(qiáng)弱[8]。

公平觀測(cè)評(píng)分（Equitable threat score，ETS）：

空測(cè)率（False alarm ratio，F(xiàn)AR）：

其中，a表示觀測(cè)到有霧且管制發(fā)生（準(zhǔn)確觀測(cè)），b表示觀測(cè)有霧但沒(méi)有管制（空測(cè)），c表示觀測(cè)無(wú)霧但發(fā)生管制（漏測(cè)），d表示觀測(cè)無(wú)霧且沒(méi)有管制（準(zhǔn)確觀測(cè)無(wú)）。利用公式計(jì)算出各個(gè)站點(diǎn)的公平觀測(cè)評(píng)分ETS、空測(cè)率FAR。

5.1 空測(cè)率與站點(diǎn)高度

由圖7可知，空測(cè)率與站點(diǎn)高度表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。海拔低的點(diǎn)位空測(cè)較少，能反映海面上能見(jiàn)度的真實(shí)狀況，而高海拔站點(diǎn)更容易出現(xiàn)空測(cè)，這反映了低云對(duì)海霧觀測(cè)的干擾現(xiàn)象。低云的云底高度可低至數(shù)十米，常常會(huì)覆蓋高海拔的觀測(cè)站點(diǎn)，卻不會(huì)像海霧一樣對(duì)海面上航行的船舶等造成影響。低云會(huì)使得高海拔站的能見(jiàn)度出現(xiàn)低值，產(chǎn)生空測(cè)現(xiàn)象。

5.2 代表站選取

結(jié)合歷年管控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)29個(gè)能見(jiàn)度站進(jìn)行公平觀測(cè)評(píng)分ETS，得出站點(diǎn)代表性排序表。選取ETS數(shù)值大于0.18的7個(gè)站點(diǎn)作為港區(qū)海霧監(jiān)測(cè)代表站（表2）。

6 結(jié)論

寧波舟山港大霧管控資料反映了港區(qū)范圍內(nèi)的海霧觀測(cè)事實(shí)，是一種較為可靠的分區(qū)域海霧觀測(cè)資料，為分析港區(qū)的海霧發(fā)生特點(diǎn)和影響因子提供了新的參考依據(jù)。通過(guò)對(duì)管控?cái)?shù)據(jù)、氣象水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，得到以下結(jié)論：

（1）港區(qū)海霧的發(fā)生具有明顯的年際差異和月份變化規(guī)律，且不同區(qū)域的霧頻特征各異。其中，東部港區(qū)海霧最為高發(fā)，月變化表現(xiàn)為單峰型，4、5月份霧頻最高;西部次之，同樣為單峰型，2月霧頻最高;中部港區(qū)海霧偏少，表現(xiàn)為雙峰型。

（2）海霧發(fā)生時(shí)氣象、水文要素具有較強(qiáng)的規(guī)律性，提取要素的影響因子能夠較好地幫助判斷海霧的生成、消散。西部港區(qū)多鋒面霧、輻射霧，有霧時(shí)盛行偏北風(fēng)，風(fēng)速較低，一般在3m·s-1以下;中部兼具北風(fēng)、南風(fēng)，起霧時(shí)風(fēng)速最大，在5到8m·s-1之間;東北以平流霧為主，風(fēng)向多為南到西南風(fēng)或偏南風(fēng)，平均風(fēng)速在5m·s-1上下。溫度方面，海氣溫差-1到0℃為最適宜，低于-2.2℃或高于1.3℃均不易起霧。氣溫、海溫成霧條件類似，在10到24℃之間，否則出現(xiàn)海霧的幾率較低。另外，春季尤其是6月、4月是雨霧高發(fā)時(shí)段，需注意弱降水對(duì)能見(jiàn)度的影響。

（3）以管控?cái)?shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)港區(qū)附近分布的29個(gè)能見(jiàn)度觀測(cè)站進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估顯示，高海拔站點(diǎn)容易受到低云影響，產(chǎn)生較明顯的空測(cè)現(xiàn)象，日常業(yè)務(wù)中應(yīng)加以區(qū)分，新站點(diǎn)的建設(shè)也需考慮觀測(cè)高度對(duì)海霧的影響。公平觀測(cè)評(píng)分ETS能夠綜合考慮站點(diǎn)的準(zhǔn)確觀測(cè)、空測(cè)、漏測(cè)情況等，可以作為代表站選取的依據(jù)。最終選擇ETS值較高的7個(gè)站點(diǎn)作為港區(qū)能見(jiàn)度觀測(cè)代表站。

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