北部灣海霧冷暖空氣輸送特征

韋晶晶，鐘利華，鄭鳳琴，韋美鬧，古明悅

（1.廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)，南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，南寧 530022；3.廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧 530022；4.欽州市氣象局，廣西 欽州 535000；5.隆安縣氣象局，廣西 隆安 532799）

引言

海霧是指發(fā)生在洋面上或者海域附近上空，由于邊界層中的水汽大量凝結(jié)造成的大氣能見(jiàn)度低于1km 的天氣現(xiàn)象［1］。北部灣位于中國(guó)南海的西北部，東臨中國(guó)的雷州半島和海南島，北臨廣西壯族自治區(qū)，西臨越南，與瓊州海峽和中國(guó)南海相連，被中越兩國(guó)陸地與中國(guó)海南島所環(huán)抱。海霧是北部灣地區(qū)主要的災(zāi)害之一，其對(duì)沿海城市及海上的交通運(yùn)輸、漁業(yè)以及平臺(tái)作業(yè)等會(huì)造成不利影響。提高海霧預(yù)報(bào)水平對(duì)北部灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

針對(duì)海霧天氣的研究取得了不少成果。王彬華［1］指出，冷卻和增濕是海霧生成的兩大機(jī)制。王銳等［2］指出，弱冷空氣過(guò)程對(duì)下墊面溫度的降低有利于低層水汽凝結(jié)，使渤海海霧得以發(fā)展。張?zhí)K平等［3］指出，黃海春季的海霧發(fā)生在冬季風(fēng)環(huán)流背景下，大氣環(huán)流提供了暖濕空氣的輸送條件。周發(fā)琇等［4］指出，黃海春季海霧形成的水汽由熱帶大氣提供，海面條件相對(duì)不重要。

對(duì)于北部灣海霧也展開(kāi)過(guò)一些研究。鄭鳳琴等［5-7］對(duì)北部灣海霧的季節(jié)變化、生消特征和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。曾國(guó)光［8］分析了防城港區(qū)海霧的氣候規(guī)律及生成的天氣形勢(shì)背景。古明悅等［9］對(duì)比分析了3 次北部灣典型大霧過(guò)程的環(huán)流背景和氣象要素特征。葉庚姣等［10］分析了一次北部灣海霧天氣過(guò)程的大氣邊界層特征。這些研究多是著眼于北部灣海霧的氣候特征或個(gè)例的研究，針對(duì)海霧過(guò)程冷暖空氣輸送特征的研究則少見(jiàn)。本文采用合成分析方法，對(duì)2015—2020 年北部灣地區(qū)不同類(lèi)型的海霧過(guò)程的海平面氣壓場(chǎng)和850hPa 風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行分析，并通過(guò)計(jì)算海霧出現(xiàn)前后北部灣及其附近區(qū)域海平面氣壓差及西南急流指數(shù)，分析北部灣海霧冷暖空氣輸送特征，以期為北部灣海霧預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

本文所用資料有常規(guī)觀測(cè)資料，包括北部灣地區(qū)13 個(gè)海島自動(dòng)氣象站逐時(shí)觀測(cè)資料，主要有能見(jiàn)度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、露點(diǎn)及相對(duì)濕度，以及歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心第五套再分析數(shù)據(jù)（ERA5，時(shí)間分辨率為1h，空間分辨率為0.25°×0.25°），主要有850hPa 風(fēng)場(chǎng)、海平面氣壓場(chǎng)資料。

1.2 海霧過(guò)程統(tǒng)計(jì)及分型規(guī)則

將北部灣海域分成北部灣西部海岸（包括防城港雙墩島、白須公礁、萬(wàn)歐燈架嶺）、北部灣東部海岸（包括北海市北海港、鐵山港石頭埠）、北部灣中部海岸（包括欽州市大廟墩島、黃姜山島、炮臺(tái)角島）、欽州灣海域（防城港市茅墩島）、潿洲島及鄰海海域（包括北海市潿洲島站、盛塘站、島竹蔗寮站、斜陽(yáng)島站）。海霧的統(tǒng)計(jì)規(guī)則為：當(dāng)該時(shí)次的最低能見(jiàn)度≤1km，且該時(shí)次的整點(diǎn)1min 平均能見(jiàn)度≤1km，則該時(shí)次出現(xiàn)霧，一天中2 個(gè)時(shí)次出現(xiàn)霧且間隔不超過(guò)2h，則這一天有霧。當(dāng)北部灣5 個(gè)海域有≥3 個(gè)海域出現(xiàn)連續(xù)≥2d 的海霧天氣，計(jì)為一次海霧天氣過(guò)程，若2 次過(guò)程間隔中有2 個(gè)海域出現(xiàn)霧日，計(jì)為同一次海霧天氣過(guò)程。根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)規(guī)則，2015 年1月—2020 年12 月期間北部灣海霧過(guò)程共有43 個(gè)。參考孔寧謙［11］對(duì)海霧天氣過(guò)程的分類(lèi)劃分方法，主要對(duì)北部灣地區(qū)43 次海霧天氣過(guò)程出現(xiàn)前12h—24h 海平面氣壓場(chǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，歸納得到5 種天氣類(lèi)型，即：入海高壓后部型、西南倒槽型、靜止鋒型、冷鋒前部型和入海高壓后部型+西南倒槽組合型（簡(jiǎn)稱(chēng)高后倒槽組合型）。統(tǒng)計(jì)2015—2020 年，入海高壓后部型和西南倒槽型分別出現(xiàn)10 次，靜止鋒和冷鋒前部型分別出現(xiàn)4 次，高后倒槽組合型出現(xiàn)15 次。本文僅對(duì)入海高壓后部型、西南倒槽型、靜止鋒型、冷鋒前部型進(jìn)行分析。

1.3 研究方法

計(jì)算出霧前和出霧時(shí)一定區(qū)域內(nèi)的海平面氣壓差，可了解海霧過(guò)程出霧前和出霧時(shí)冷暖空氣輸送情況；公式為：

式中dp 為一天的海平面氣壓差，p22.5，n為22.5°N，105°E 至110°E 的氣壓值，p17.5，n為17.5°N，105°E 至110°E 的氣壓值，氣壓差越大，則氣壓梯度越大。

采用西南急流指數(shù)來(lái)表征西南氣流的強(qiáng)弱，計(jì)算850hPa 西南急流（風(fēng)速＞12m·s-1）在關(guān)注區(qū)域（20°～25°N，105°～110°E，含廣西、北部灣的關(guān)鍵區(qū)域）所占百分比；定義西南急流區(qū)域指數(shù)為：

其中W 代表西南急流在選定區(qū)域中所占的百分比，A1 為選定區(qū)域中出現(xiàn)強(qiáng)西南急流格點(diǎn)個(gè)數(shù)，A2 為選定區(qū)域中的總格點(diǎn)個(gè)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 海霧天氣過(guò)程冷墊和冷空氣輸送特征

2.1.1 海平面氣壓場(chǎng)特征

圖1 給出2015—2020 年各類(lèi)型海霧發(fā)生當(dāng)天海平面氣壓場(chǎng)合成圖。高壓后部型海霧發(fā)生前5d，在蒙古高原有冷高壓中心，冷空氣不斷從東路補(bǔ)充南下影響華南地區(qū)，在云南、貴州、廣西西部存在靜止鋒，1018hPa 線到達(dá)廣西沿海一帶，冷空氣在此堆積，北部灣地區(qū)受到弱冷空氣影響，出霧當(dāng)天（圖1a），冷空氣減弱東退，1018hPa 線退至黃淮地區(qū)，地面冷高壓減弱東移出海，北部灣地區(qū)位于高壓后部，等壓線稀疏，轉(zhuǎn)受東南暖濕氣流影響。西南倒槽型海霧發(fā)生前5d，貝加爾湖南部有冷高中心，冷空氣從東路南下，1018hPa 線到達(dá)廣西沿海一帶，北部灣地區(qū)受到弱冷空氣影響，出霧當(dāng)天（圖1b），1018hPa 線退至長(zhǎng)江中下游地區(qū)，云貴高原有一向西南開(kāi)口的倒槽，等壓線稀疏，北部灣地區(qū)處于倒槽的邊緣，轉(zhuǎn)受西南暖濕氣流影響。靜止鋒型海霧發(fā)生前5d，貝加爾湖西側(cè)有冷高壓中心，冷空氣從東路南下，等壓線密集帶主要在湘桂交界處，冷空氣主力到達(dá)桂北一帶，而在北部灣地區(qū)有冷空氣滲透侵入，鋒面進(jìn)入北部灣南部海面時(shí)靜止少動(dòng)或擺動(dòng)，形成靜止鋒，出霧當(dāng)天（圖1c），冷空氣在廣西地區(qū)的勢(shì)力已經(jīng)減弱，受暖濕氣流加強(qiáng)影響，靜止鋒北退至廣西沿海地區(qū)，北部灣地區(qū)轉(zhuǎn)受偏南暖濕氣流影響。冷鋒前部型海霧發(fā)生前3d，貝加爾湖西側(cè)有冷高壓中心，冷空氣從西路南下，在貴州、湖南有等壓線密集帶，出霧當(dāng)天（圖1d），湘桂一帶等壓線變得更加密集，鋒區(qū)南壓至桂北，1018hPa 線到達(dá)廣西沿海，有弱冷空氣入侵影響北部灣地區(qū)。

圖1 出霧當(dāng)天20 時(shí)海平面氣壓場(chǎng)（單位：hPa）

可見(jiàn)，入海高壓后部型、西南倒槽型和靜止鋒型海霧發(fā)生前5d 有冷空氣從東路南下，冷空氣主體到達(dá)廣西地區(qū)，北部灣主要受到弱冷空氣的影響形成冷墊，出霧當(dāng)天，北部灣地區(qū)轉(zhuǎn)受偏南暖濕氣流影響，偏南風(fēng)帶來(lái)的暖濕空氣平流到降溫后的近岸冷海面上，凝結(jié)成霧；而冷鋒前部型海霧發(fā)生時(shí)有北方冷空氣從東路南下，冷空氣偏強(qiáng)，北部灣地區(qū)受鋒前冷空氣入侵影響，此時(shí)，北部灣海海面溫度、濕度較大，弱冷暖空氣交匯使?jié)窨諝饫鋮s凝結(jié)成霧。

2.1.2 出霧前后海平面氣壓差

一般在冷空氣影響時(shí)，在影響區(qū)域就會(huì)形成等壓線密集帶，當(dāng)冷空氣減弱，而暖空氣輸送增強(qiáng)時(shí)，等壓線轉(zhuǎn)為稀疏，氣壓梯度減小。表1 給出北部灣海霧過(guò)程關(guān)注區(qū)域出霧前5d 平均海平面氣壓差和出霧時(shí)的海平面氣壓差。

表1 各類(lèi)型海霧出霧前5d 和出霧時(shí)海平面氣壓差（單位：hPa）

從表1 可以看出，入海高壓后部型出霧時(shí)相比出霧前氣壓差有明顯的減小，由于出霧前期廣西及北部灣地區(qū)為冷高壓控制，冷高壓出海后轉(zhuǎn)為暖空氣控制，其氣壓差迅速減小。西南倒槽型則由于從高壓出海到西南風(fēng)加強(qiáng)至形成倒槽所用的時(shí)間較長(zhǎng)，出霧時(shí)較出霧前的氣壓差有所減小，但不如入海高壓后部型明顯。靜止鋒型由于出霧前期已有較強(qiáng)冷空氣南下，氣壓梯度較大，出霧時(shí)轉(zhuǎn)為暖空氣影響，所以氣壓差減小較多。冷鋒前部型由于出霧時(shí)廣西及北部灣地區(qū)有冷空氣的滲透，所以氣壓差較出霧前有所增大。

可見(jiàn)，除冷鋒前部型海霧出霧時(shí)相比出霧前氣壓差有所增大外，其他型海霧的氣壓差都較出霧前有不同程度的減小。

2.2 海霧天氣過(guò)程暖濕空氣輸送特征

2.2.1 850hPa 風(fēng)場(chǎng)特征

圖2 給出各類(lèi)型海霧發(fā)生前一天20 時(shí)的850hPa 風(fēng)場(chǎng)合成圖。入海高壓后部型（圖2a）、西南倒槽型（圖2b）和靜止鋒型（圖2c）海霧發(fā)生前，西南風(fēng)在北部灣地區(qū)迅速加大，在華南地區(qū)存在著東北-西南向的西南大風(fēng)區(qū)。入海高壓后部型最大風(fēng)速位于桂中地區(qū)，風(fēng)速達(dá)到11m·s-1，西南大風(fēng)的存在利于冷高壓東移出海；西南倒槽型在桂中、桂北地區(qū)存在大于12m·s-1的西南風(fēng)急流，最大風(fēng)速區(qū)位于桂中地區(qū)，達(dá)到13m·s-1，急流的存在利于西南倒槽的形成；靜止鋒型在桂中、桂北地區(qū)也存在著西南風(fēng)急流，最大風(fēng)速位于桂中地區(qū)呈東西向帶狀分布，達(dá)到14m·s-1，急流與南下冷空氣形成對(duì)峙，利于形成靜止鋒；冷鋒前部型海霧發(fā)生前，偏南風(fēng)也在北部灣地區(qū)迅速加大，大風(fēng)區(qū)比前三者的區(qū)域小，僅在廣西地區(qū)存在西南大風(fēng)，最大風(fēng)速同樣位于桂中地區(qū)，達(dá)到13m·s-1。各類(lèi)型海霧在北部灣地區(qū)存在6～9m·s-1的西南或偏南風(fēng)，風(fēng)速較小，北部灣地區(qū)位于西南大風(fēng)的右側(cè)，存在著風(fēng)速的反氣旋式切變，容易形成負(fù)渦度場(chǎng)，層結(jié)較為穩(wěn)定，有利霧的生成。

圖2 出霧前一天20 時(shí)850hPa 風(fēng)場(chǎng)（單位：m·s-1）

2.2.2 低空西南急流與海霧的關(guān)系

在對(duì)黃海海霧形成的氣候特征研究中發(fā)現(xiàn)，海霧的增濕過(guò)程來(lái)源于低空西南急流的輸送［12］，王婷等［13］在珠江口沿岸海霧的研究中也發(fā)現(xiàn)，多數(shù)海霧發(fā)生期間，850hPa 風(fēng)場(chǎng)有西南低空急流的存在。而具體到北部灣地區(qū)，海霧發(fā)生前也存在西南急流。

通過(guò)計(jì)算得到四種類(lèi)型海霧在出霧前和出霧當(dāng)天的西南急流指數(shù)（如表2）。

入海高壓后部型海霧發(fā)生前期北部灣地區(qū)為冷高壓控制，從表2 可見(jiàn)，出霧前三天西南急流指數(shù)僅為0.05，在出霧前兩天暖濕氣流迅速增強(qiáng)，冷高壓逐漸東移出海，西南急流指數(shù)增大到0.18，出霧當(dāng)天回落到0.14。低層較強(qiáng)的西南風(fēng)的存在才利于形成倒槽，所以西南倒槽型海霧的西南急流指數(shù)在出霧前三天就達(dá)到0.19，出霧前二天西南急流指數(shù)增大到0.23，而出霧當(dāng)天又降至0.12。靜止鋒型在出霧前三天西南氣流指數(shù)僅為0.07，出霧前兩天增大至0.20，而在出霧前兩天有所減小，在出霧當(dāng)天減小至0.02，說(shuō)明冷暖空氣都較弱，利于鋒面在廣西沿海地區(qū)少動(dòng)維持。冷鋒前部型的暖濕氣流輸送在出霧前期較其他型偏弱，在出霧前三天關(guān)注區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)西南急流，而在出霧前兩天西南急流指數(shù)達(dá)到0.14，出霧當(dāng)天西南急流指數(shù)也達(dá)到0.14。

表2 各類(lèi)型海霧的西南急流指數(shù)

3 結(jié)論

本文采用合成分析方法對(duì)2015—2020 年北部灣地區(qū)不同類(lèi)型的海霧過(guò)程海平面氣壓場(chǎng)和850hPa 風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行分析，并通過(guò)計(jì)算海霧出現(xiàn)前后北部灣及其附近區(qū)域海平面氣壓差及西南急流指數(shù)，分析了北部灣海霧冷暖空氣輸送特征，得到以下結(jié)論：

（1）各類(lèi)型海霧均有冷空氣南下影響，入海高壓后部型、西南倒槽型和靜止鋒型海霧發(fā)生前5d，廣西至北部灣地區(qū)有冷空氣堆積，形成冷墊，出霧時(shí)氣壓差較出霧前減小；冷鋒前部型海霧發(fā)生前3d，廣西有冷空氣堆積，海霧發(fā)生時(shí)冷空氣補(bǔ)充南下，有弱冷空氣影響北部灣地區(qū)，出霧時(shí)氣壓差較出霧前增大。

（2）海霧發(fā)生前在華南地區(qū)存在大范圍東北-西南向的西南大風(fēng)區(qū)，北部灣地區(qū)位于大風(fēng)區(qū)右側(cè)，層結(jié)較為穩(wěn)定；出霧前兩天西南急流指數(shù)迅速增大并達(dá)到峰值，說(shuō)明出霧前兩天西南氣流已經(jīng)開(kāi)始增強(qiáng)，暖濕空氣不斷向華南地區(qū)輸送，推動(dòng)冷空氣減弱北移，出霧前一天和出霧當(dāng)天西南急流指數(shù)有所減小，有利于冷暖空氣在北部灣地區(qū)對(duì)峙，形成海霧天氣過(guò)程。

本文僅初步分析了北部灣海霧過(guò)程的冷暖空氣輸送特征，對(duì)于海霧形成的機(jī)制還需要深入探討，這些方面的研究將在今后繼續(xù)開(kāi)展。