河北海岸带大雾特征分析及天气概念模型

高英杰 ，李延江，王 莉，葛红萍

（1.乐亭气象局，河北 唐山 063600；2.秦皇岛市气象局，河北 秦皇岛 066000）

河北海岸带大雾特征分析及天气概念模型

高英杰1，李延江2，王 莉2，葛红萍2

（1.乐亭气象局，河北 唐山 063600；2.秦皇岛市气象局，河北 秦皇岛 066000）

利用2001-2010年乐亭、秦皇岛大雾监测的252个个例及M icaps3.0常规资料，分析了河北海岸带大雾的时空尺度分布特征，初步建立大雾天气概念模型。研究结果显示:2001-2010年大雾年际变化不大，2005年达到日数最少为17次，2006年达到最多为34次；大雾日具有明显的月变化，一年当中各月均有大雾出现，其中以11～12月大雾日数最多，8～9月次之，其他各月较少；南到东南风、弱的均压场、适宜的海温均有利于产生大雾天气。

海岸带；大雾特征；天气模型

雾是悬浮在近地面层中的大量水滴或冰晶并使水平能见度小于1 km的灾害性现象，是近年公认的高影响天气[1]之一。其主要灾害特征是:降低能见度和增加空气污染指数，对陆地交通运输、航空、航运及人们身体健康产生直接影响，大雾天气浓度增大且持续较长时间，将对区域经济和人民生命财产构成严重的威胁。例如:2007年11月25日至26日河北中东部至渤海西海岸带出现了近年来一场罕见的大雾，最严重时能见度甚至不足10 m。天津、乐亭、山海关至沈阳高速公路从25日16时至27日6时开始全线封闭，数万辆车辆受阻，主要港口、航班及基础电力设施均不同程度受到了影响。为适应形势的发展和需求，广大气象工作者均从不同层面对雾开展了一系列预报方法研究，主要集中在雾的天气分析[2～3]与气候统计特征、MOS[4～5]、中尺度模式试验[6]及物理量[7]参数“配料”法等，在大雾监测、预报方法改进方面取得了显著进展。而河北海岸带大雾地域特征明显，浓雾多发区位于渤海西部岸区，笔者在上述研究的基础上，通过对乐亭、秦皇岛2001-2010年大雾监测252个个例及Micaps 3.0常规资料，分析了渤海西部沿海近岸海雾的时空尺度分布特征，初步建立海岸带地区大雾天气概念模型，为海岸带大雾天气监测分析及向海区延伸预报方法研究提供参考依据。

1 大雾时空尺度特征分析

环渤海水体的热源效应和沿海季风环流，为河北海岸带大雾天气的形成提供了水汽条件和气压梯度小的条件，导致秋、冬季节出现浓雾日数较多。同时由于下垫面与地形的差异、海岸线变化距离的远近等因素影响，河北海岸带地区雾出现的性质、时段、频率等均有较大不同。所用资料为2001-2010年乐亭、秦皇岛2个海岸带站“气表-1”资料。一般大雾日的统计方法:以日为界，一日内只要有1次或1次以上大雾记录为1个大雾日，对超过20时 （北京时)的大雾按2个大雾日统计。大雾持续时间统计:一日中当大雾的间隔时间超过3 h以上时，记录1次大雾次数，持续时间累计；当一日中大雾的间隔时间在4 h以上时确定为另一次大雾；将越过当日20时（北京时） 的同一场大雾作为1次连续大雾过程处理。大雾持续时间、连续大雾日数统计均跨月、跨年统计。从中筛选出252个过程个例，采用统计分析与同步天气图大雾灾害天气个例库对比分析，得出河北海岸带大雾的主要特征为:

1.1 大雾年变化及月变化

河北海岸带地区近10年间共出现雾日252次，由图1明显看出大雾年际变化不大，年平均出现大雾天气为25次，2005年达到日数最少为17次，2006年最多为34次；大雾日具有明显的月变化，一年当中各月均有大雾出现，其中以11～12月大雾日数最多，8～9月次之，其他各月较少。按季节划分，具有明显的季节变化，春季（3～5月） 30 d、 夏季 （6～8月） 62 d， 秋季 （9～11月） 87 d， 冬季 （12～2月） 73 d。 各月沿海地区秋、冬两季出现雾的频率几乎相当，秦皇岛明显比乐亭频数偏少10%～20%，与地理位置略偏北及同步个例多数为轻雾有关。

图1 2001-2010年乐亭、秦皇岛地区大雾天气逐年分布特征对比

图2 2001-2010年乐亭、秦皇岛地区大雾天气逐月分布特征对比

1.2 四季各时刻出现雾的分析

进一步分析显示:雾过程最长的为5 d，出现在2002年11月30日～12月4日。2001-2010年10年中出现过6次连续大雾日，一次大雾过程持续时间最长的达2 485min（41.4 h），出现在2002年12月2～4日 （2日 17:10开始， 4日10:35结束）。大雾持续时间最短的才27min，出现在2007年7月24日。河北西海岸带地区春、夏季出现雾的最多时刻一般在6～7时，秋季9～11月多在7～8时，冬季12～2月多在8～9时，随着不同季节的转换和日出时间的后移，总体出现雾的时间将向后推迟1 h。不利于大雾出现的时段为:春季13～15时，夏季 12～17 时， 秋季 12～16时（ 空气相对湿度偏小），冬季13～14时。同步天气过程资料分析表明:大雾天气500 hPa为偏西气流，槽前正涡度区，850 hPa物理量ω在-0.5～-4.5 hPa/H，渤海 925 hPa风场为偏东气流。K指数分别为负值，沙氏指数为正值且SI＞17℃。夏季受地方性海陆风天气影响，海陆之间的风向、风速转风时间变化，大雾出现的时间都有较大差异，秋冬季有时在同一天气系统影响下，会出现雨雪前大雾和雨雪后大雾，风速一般小于3m/s。

1.3 大雾一般预报与监测业务流程

基于气象部门Micaps系统的大雾预报与监测业务流程的建立及改进，一是根据不同用户需求，二是随着海洋天气监测新资料应用技术不断更新，所入选的海区预报因子、海区预警信号升降级指标、新预报概念模型及精细化业务流程也随之变化。主要根据实际预报预警的能力和效果，例如2009-2010版，850 hPa（1 500m）“温度脊与平流”特征值下降至925 hPa（670m），天气雷达被红外云图与可见光云图叠加分析图取代，MM5模式产品被WAF模式及T639产品取代。

预警信号上升、下降指标:TBB定量监测值与3 h实况叠加对比；系统性中、低云系前锋与雾区相对运动时，预报意义为浓雾加重；轻雾被低云叠加区比非叠加区能见度量级降低30%～40%。

2 河北省海岸带大雾天气概念模型

在海岸带地区，当空气运动水平相对静稳时（水平风速小于2m/s），海岸带-海区垂直混合偏弱，不利于大雾的形成；中尺度系统层结不稳定，垂直方向混合太强，下沉气流扩散较强也不利于雾的形成，因此，适度的混合作用才能形成海岸带的大雾天气。一般850 hPa垂直上升速度在（-0.5～-1.5)hPa/H对大雾形成非常有利。基于上述分析，对应系统性18例大雾天气过程实况场分析，归纳出河北海岸带出现大雾天气三种天气概念明显:（1） 850 hPa低层暖平流，地面弱高压场型；（2） 850 hPa低层暖湿平流，地面鞍型场型；（3） 低层暖脊，地面均压场型。

2.1 850 hPa低层暖平流，地面弱高压场型

图3 850 hPa、地面、低层暖舌，地面弱高压微风型天气概念模型

在850 hPa天气图上 （图3），925 hPa暖脊从山东半岛伸向河北省海岸带地区，华北东部上空温度暖平流明显且为正变温区， 850 hPa 0℃线位于42°N，这种背景场分布预示，河北海岸带地区的气压场偏低，容易形成低层800～1 000 m垂直分析逆温层，阻碍上层冷空气下传。在地面场上，华北、华东大陆全部被弱高压控制，区域气压梯度不大，风力小于3 m/s，有利于大雾天气发生、发展及长时间维持，是10～11月份环渤海大部地区在24～36 h多发大雾天气类型之一。

2.2 850 hPa低层暖平流，地面鞍型场型

在850 hPa温度场上，低层为暖湿平流，地面鞍型场使得水平风速控制在2～3m/s，有利于海陆之间湿度交换和混合的相对长时间维持（图4），在同步地面图上气压场的分布与低空高度场基本一致，东亚天气图上，黄海海上高压与大陆高压相互对应；黑龙江-远东地区低压与长江一带的低压带相互对应，这样的气压、高度场分布使得冀东地区基本处于鞍型场的静风区内，有利于雾区在鞍型场附近形成，即在渤海海岸带形成。

2.3 850 hPa低层暖脊、地面弱低压型

850hPa低层暖脊、地面弱低压型天气概念模型主要特点:850 hPa天气图上（图5），高度场主要表现气旋中心偏北，925 hPa低层暖脊势力比较强盛，暖中心在华北东部地区，主体冷中心偏北，在蒙古国东部，在青藏高压已经建立条件下，华北大部地区处于弱高空低槽控制下；海平面气压场的分布与高度场相匹配，河北海岸带处于高空850 hPa低压槽槽内，暖湿空气滞留于冀东至河北海岸带地区，海陆区域性较长时间水平和垂直方向大尺度交换，导致低层混合逆温，阻碍垂直空气扩散。一般多发于6～9月份环渤海大部地区，持续时间为24～48 h大雾天气。

图4 850 hPa、地面、低层暖舌，地面鞍型场静风型天气概念模型

图5 850 hPa、地面低层暖脊、地面弱低压微风型天气概念模型

2.4 出现大雾的“均压场”一般概念

地面气压场无论是鞍型、弱高压型、弱低压型，气压由中心向外围的梯度，为每个纬距一个百帕左右的变幅。在垂直方向上气压梯度也较小，850 hPa温度场有暖脊，500 hPa风场以偏西风为主，具体差别视季节和天气系统的演变而定，目前没有具体标准，相关的一些标准正在探讨之中。

3 结论

（1） 2001-2010年10年来大雾年际变化不大，年平均出现大雾天气为25次，2005年达到日数最少为17次，2006年最多为34次；大雾日具有明显的月变化，一年当中各月均有大雾出现，其中以11～12月大雾日数最多，8～9月次之，其他各月较少；两站的白天递增趋势均强于夜间，大雾各月出现频率沿海地区秋、冬两季出现雾的频率几乎相当，秦皇岛明显比乐亭频数偏少10%～20%，与地理位置略偏北及同步个例多数为轻雾记录有关。

（2） 河北西海岸带地区春、夏季出现雾的最多时刻一般在 6～7时， 秋季 9～11月多在 7～8时，冬季12～2月多在8～9时，随着不同季节的转换和日出时间的后移，总体出现雾的时间将向后推迟1 h。分析中发现一日中早晨6～7时是出现大雾最多的时次，11～17时大雾出现最少，夜间又开始增多。海区-海岸带南到偏东南风、弱的均压场及适宜的海温在水平弱交换的条件下利于大雾天气的发生发展。

（3） 通过同步资料对典型18例大雾天气过程实况形势场分析，归纳出河北海岸带出现大雾的三种基本天气类型。预报模型中的大雾因子选取，基于气象部门Micaps系统的大雾预报与监测业务流程的建立及改进，一是根据不同用户需求，二是随着海洋天气监测新资料应用技术不断更新，所入选的海区预报因子、海区预警信号升降级指标、新预报概念模型及精细化业务流程也随之变化。

[1]李子华.中国近 40 年来雾的研究[J].气象学报，2001，59（ 5）:616-624.

[2]毛冬艳，杨贵明.华北平原雾发生的气象条件[J].气象，2006，32（ 1）:78-83.

[3]李建华，崔宜少，李爱霞.山东半岛及其近海大雾的统计与分析[J].海洋预报 2010，27（ 6）:51-56.

[4]赵玉广，李江波，康锡言.用PP方法做河北省雾的分县预报[J].气象，2004，30（ 6）:43-47.

[5]程戴晖，杨美川.上海浦西地区雾持续时间的统计释用预报[J].气象，2001，27（ 7）:16-19.

[6]李晓丽，唐跃，王雷.舟山海雾发生问题探讨 [J].海洋预报，2011，28（ 1）:60-65.

[7]王彬华.中国近海海雾持续和消散问题的探讨[J].中国海洋大学学报:自然科学版，1980，10（ 2）:20-30.

Weather Characteristics and Its Conceptual M odel for the Heavy Fog in the Coastal Zone of Hebei Province

Gao Yingjie1,Li Yanjiang2,Wang Li2,Ge Hongping2
（1.Meteorological Bureau of Laoting County,Tangshan Hebei063600,China;2.Qinhuangdao Meteorological Bureau， Qinhuangdao Hebei066000,China）

Using 252 cases of the fog and the routine data in the system micaps 3.0 from 2001 to 2010 in Laoting county and Qinhuangdao city,by analyzing the distribution characteristics of the space and time scale on fog in the coastal area of Hebei province,the conceptual model on the heavy fog has been established preliminary in the coastal areas.The results showed that the interannual change of thick fog was not obvious from 2001to 2010,the least was 17 times in 2005,the most was 34 times in 2006.The days of fog had obvious monthly changes,heavy fog appeared in each year and each month.Meanwhile,the most days of heavy fog are from Nov.to Dec.,the second highest times appeared in Aug.and Sep.,and more less in the other months.South to the southeast wind help transmit warm advection and water vapor.Weak pressure field and the surface temperature of sea water is suitable to form heavy fog.

coastal zone； characteristic of heavy fog； weather model

P426.4

A

1008-813X（2012）02-0023-05

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.02.007

2012-02-10

公益性行业项目《环渤海高影响天气预报中的关键技术研究》（GYHY201106006）

高英杰（1970-），女，河北乐亭人，毕业于南京信息工程大学大气科学专业，气象工程师，主要从事气象监测工作。