山区大雾生消特征及消散时段气象要素变化客观分析

杨 霁,罗菊英

(湖北省恩施自治州气象局,湖北 恩施 445000)

山区大雾生消特征及消散时段气象要素变化客观分析

杨 霁,罗菊英

(湖北省恩施自治州气象局,湖北 恩施 445000)

利用恩施基准站 1971—2009年的地面观测资料,对雾日开始、结束及持续时间等进行初步分析,同时,利用已有的研究成果,根据恩施山区常见的两种雾类,即辐射雾和平流雾的一些判别指标,对辐射雾和平流雾的日分布特征进行分类统计研究。在此基础上,统计 2002—2009年地面逐小时观测资料,结合大雾生成条件,针对大雾消散 6h前后的温、湿、风、层结等条件并进行重点分析,结果表明:恩施冬季大雾日分布特征根据其类型的不同,在出现、消散时间及持续时长方面均有异同;地面气温回升,逆温层的破坏是辐射雾消散的根本原因,而平流雾的消散主要与冷锋入侵,中层暖湿平流输送被切断有关;从大雾消散前后各气象要素数据列的变异系数计算分析可以得出,上述雾的日分布特征及消散时的各气象要素的变化均具有一致性,具有共同的变化规律。

大雾;生消特征;消散;客观分析

1 引言

恩施自治州位于云贵高原东延武陵山余脉与大巴山之间,州境绝大部分是山地,由于地形复杂,州境内大雾发生频繁,是湖北省乃至全国的大雾高发区之一[1],特别是位于中部盆地的首府城市恩施市,是全州大雾的高发中心,年平均雾日为 60.3d,年最多雾日为 103d。恩施市不仅大雾发生频率高,而且具有持续时间长的特点,大雾的频繁发生,不仅对人类健康有很大的影响,而且低能见度给机场、公路等交通运输也带来了很大的安全隐患。故通过对大雾生消的客观分析,认识其天气背景,对建立大雾消散预报模式中因子的筛选提供了第一手参考资料,具有积极的指导意义。

从服务需求出发,随着目前“鄂西生态旅游圈”的初步形成,针对灾害性低能见度的预报,在适应社会经济发展需求方面已有一些初步的研究成果,但是,与大雾成因预报同等重要的大雾消散时间客观预报的研究,目前国内外都还不多,在我州尚处于空白,故针对一个多雾的山区而言,本文所研究的内容,对适应公共气象服务需求具有必要性。

结合大雾背景分析结果,本文中对大雾消散的客观分析,仅针对恩施冬季发生频率高的辐射雾和平流雾而言。

2 不同类型大雾生消的日分布特征

2.1 大雾分型的统计学指标

在针对恩施山区大雾预报模型建立过程中,统计近 10a的 micaps资料和地面观测资料,对筛选出的大雾个例进行天气学背景普查及相关统计学特征分析,并对典型的个例进行详细分析后,得出了以下雾类判别指标:

一般而言,辐射雾出现在晴好天气下,而平流雾出现时大多伴随降水,或者天气阴沉,故根据上述指标,结合测站天气实况,对 1971—2007年恩施市共出现的 2 366次大雾进行了分型统计,其中辐射雾出现 1 522次,平流雾 814次。

2.2 不同类型大雾日分布特征

根据上述大雾样本资料,结合天气观测记录,统计每一次大雾出现的开始时间、结束时间,持续时长,同时,将一日内大雾持续时长按间隔 2h进行的分段统计分析,得出如下结果:

2.2.1 开始时间 从表 2可以看出,辐射大雾的开始时间一般在下半夜到清晨日出前 (00—08时),占该类型大雾总次数的 85.8%,最易生成大雾的时段是在 04—08时,占该类大雾总次数的 49.1%;02—04时次之,占该类大雾总次数的 20.2%。一日内辐射大雾的起始时间一般不会出现在 10时以后到 20时之间,37a间仅出现 1次,12时以后到 20时从未出现过。

表 1 恩施山区各季大雾类型判别指标

表 2 不同类型大雾开始时间统计表(资料年代:1971—2007年)

平流大雾的开始时间与辐射大雾有相同点,也有不同之处,相同点在于均以 2—8时出现最多,不同之处是:全天不同时段均可出现;相当一部分平流大雾出现时间比辐射雾偏早,如开始时间出现在20—22时的占 11.8%,仅次于 2—4时,占 37a中该时段所出现雾总次数的 71.6%;开始时间在 12到 20时之间的大雾,100%为平流雾。

2.2.2 消散时段 从表 3可以看出,辐射雾最消散最多出现在 08—10时,36%的辐射雾均在该时段消散,在该时段消散的各类型雾中,有 70%为辐射雾;其次是 10—12时,33%的辐射雾均在该时段消散; 14时以后,辐射大雾基本均消散。

表 3 不同类型大雾消散时间统计表(资料年代:1971—2007年)

平流大雾消散时段的日分布与辐射雾有相同之处,也有不同之处,相同之处在于也以 08—10时消散最多,其次是 10—12时。不同之处在于,午后,仍有相当比例的平流雾持续,在 16时以后持续的大雾中,90%以上属于平流雾。

2.2.3 持续时长 从表 4可以看出,恩施以出现 0～6h的短雾为主 (占雾总次数的 62%);6～12h中长雾次之 (占总次数的 29%);12h以上的长雾,仅占总次数的 9%,其中,1d以上的连续性超长大雾, 1971—2007年共出现 32次,占总次数的 1.4%,其中最长持续时间达 170h。从表 4还可以看出,持续6～10h的中长雾,平流雾次数相对于辐射雾而言明显偏少,时长 >20h的长雾,近 90%为平流雾。从图1还可以看出,针对辐射雾而言,大雾越浓,则消散时间越晚。午后才消散,且持续时长 >12h的,基本都是能见度 <100m的浓雾。而平流雾则不具有此规律,且能见度达到浓雾级别的不多,其持续时间长短主要跟降水天气系统的移速有关。

表 4 不同类型大雾持续时长统计表(资料年代:1971—2007年)

2.2.4 伴随降水情况 根据相关地面资料统计分析,得出图 2。从图 2可以看出,大雾开始时间在 10时到 20时之间的,几乎均伴随降水出现,大雾开始时间在 12时到 20时的,全部伴随降水出现。从大雾消散情况分析,14时以后才消散的雾,伴随降水的比率明显增大,16时以后消散的大雾,90%以上伴随降水。从大雾持续时长看,持续时长 >12h,伴随降水的比率明显加大,其中大雾持续时间达到 22h即以上的,伴随降水的比率达到了86%。

图3 日雾不同生、消时段及持续时长所伴随降水情况直方图

3 冬季大雾消散时段气象要素客观分析

大雾的消散条件,与其生成条件相反。根据已有的研究成果[2],冬季辐射雾的生成从温湿层结等条件分析,主要有以下几个条件:①多出现在变性冷高控制下的晴好天气里;②在 850～925hPa之间存在明显的逆温层;③低层 925hPa及以下相对湿度在 95%左右;④在 850hPa以上,湿度直线下降,到700hPa的中空,为明显的干区;⑤近地面有 1～2m/ s的微风。平流雾的生成主要有以下几个条件:①多出现在冷锋前或低压槽前的南风流场中;②逆温层不明显,湿层厚度比辐射雾厚,相对湿度在 80%以上的湿层可伸展到 700hPa附近;③在 850～700hPa之间,维持 3～7m/s左右的偏南风,源源不断的暖湿平流不断输送,而近地层风速相对微弱,且风向与中层相反,多偏北风。

根据上述恩施市出现最多的两类大雾的生成条件,结合上述表 1中的雾类判别指标,有针对性的对两类雾消散时段的相关要素进行分析综合。

3.1 辐射雾

分析中选取了大雾开始时间出现在 2—9时的大雾样本 105个,其结束时间根据早晚的不同选取了不同消散时段,即 10～12时消散 (24个)、12～20时 (72个,含之前消散的 24个),20时以后全部消散 (含之前所有共 103个)样本进行分段数据分析,同时,选取当日所有样本资料对应的 08时、20时探空资料进行分析,分析结果见表 5。

表 5 辐射雾消散前后地面、高空要素变化比较表

从表 5可以看出,针对地面气象要素中的气温变化来看,消散越早的雾,如 10时就已消散的雾,08时所有样本气温均值为 7.0℃,与 10时温差平均仅1℃而 12时以后才消散的雾,08时样本气温均值降至 5℃,与 12时温差平均为 4℃,也就是说,清晨近地面气温越低,与午间气温相差越大,辐射雾持续时间越长。从湿度变化来看,大雾消散后湿度明显降低,大雾出现时相对湿度平均值在 95%以上,接近饱和状态,消散时一般都降到了 80%左右;从风的变化情况看,无论是风速还是风向,消散前后变化均不明显,但消散越晚的雾,地面出现偏南风的频率有所增多。从气压的变化来看,到午间基本能全部消散的雾,气压变化在消散前后变化不大,而在 12时以后才能完全消散的雾,地面有一个比较明显的降压变化。

针对高空资料分析,消散前后 700hPa均无明显变化,与上述描述的辐射雾生成中的温湿层结一致,而在 850hPa,变化最明显的是:消散后 T-Td值明显加大,850hPa气温与地面气温差值在 08时和20时相差大,也就说,在 20时,逆温层不再存在。

分析中还采用了计算样本序列变异系数的方法,用 C.V.表示,C.V.越小,说明数据离散程度越小。即:

从 C.V.值变化分析,地面要素中除天空低云量变化比较大以外,其余均较小,说明上述分析中的地面气象要素变化具有一致性。高空要素中除850hPa与地面气温之间的逆温值差异大外,其余均具有一致性,根据以前的研究成果,该层逆温差值差异大,只能说明出现辐射雾时,有些样本有可能逆温层更低,在 850hPa以下,根据分析,一般在 925～850hPa之间逆温层均较明显。

3.2 平流雾

平流雾由于主要受系统影响,最长可持续几天,故在消散客观分析中,选取了在 08时还存在到20时就已完全消散的大雾样本 35个,根据分析,得出表 6中的结果。

表 6 平流雾消散前后地面、高空各要素变化表

从表 6可以看出,针对地面要素变化,消散前后气温、气压无明显变化,而相对湿度、低云量、风向风速均有较明显的变化,湿度减小、风速略有加大,风向有东南风转为东北风 (说明地面开始有冷平流入侵)。

从高空资料分析,无论是 700hPa还是 850hPa, T-Td值均增大,700hPa西南风向消散前后均没改变,但消散后风速明显减弱,850hPa风速变化不大,但风向与地面变化基本一致,有东南风转为东北风。

从 C.V.值变化分析,地面要素除低云量在消散后差异大外,其余差异都小,高空除消散后700hPa层气温变化大外(该气温差异主要与冷锋强弱有关),其余变化小。上述 C.V.值的变化说明,平流雾消散时各要素变化也具有很好的一致性,具有共同的变化规律。

4 结语

根据上述分析,可以得出如下结论:

①恩施冬季大雾日分布特征根据其类型的不同,在出现、消散时间及持续时长方面均有异同。相同点是均在 02—08时出现最多,08—10时消散最多,以出现 0～6h的短雾为主。不同之处是:辐射雾持续时长与雾的浓度有关,持续时间越长、消散越晚的雾,早晨雾越浓,而平流雾的出现与消散多与冷空气等降水系统的来临有关,辐射雾在 10—20时之间一般不出现,而平流雾在一日中任何时候都可以出现或消散,其持续时长与系统移速有关。

②从雾消散时段的地面、高空气象要素变化客观分析:清晨近地面气温越低,与午间气温相差越大,辐射雾持续时间越长,一般午后才消散的雾,地面均有一个降压变化,风向由北转南。从雾消散后的温湿层结分析,地面气温回升,逆温层的破坏是辐射雾消散的根本原因,而平流雾的消散主要是随着冷锋入侵,中层暖湿平流输送被切断有关。

③通过对大雾消散前后各气象要素数据列的变异系数计算分析可以得出:上述雾的日分布特征及消散时的各气象要素的变化均具有一致性,具有共同的变化规律。

[1] 孙丹,朱彬,杜吴鹏.我国大陆地区浓雾发生频数的时空分布研究[J].热带气象学报,2008,24(5):497-501.

[2] 罗菊英,周建山 .恩施山区冬季浓雾基本特征及生成机理研究[J].高原山地与气象研究,2009,11.

P426.4

B

2010-09-10

杨霁(1971-),女,工程师,主要从事中短期预报方法研究等工作。

湖北省气象局科技发展基金重点项目《恩施山区雾的预报方法研究》2008Z07.

1003-6598(2010)增刊 -0156-05