吉安市大雾时空分布特征及客观预报方法研究

王文娟，刘立群，王晓彬，彭永泰

(江西省吉安市气象局，江西吉安 343000)

吉安市大雾时空分布特征及客观预报方法研究

王文娟，刘立群，王晓彬，彭永泰

(江西省吉安市气象局，江西吉安 343000)

摘要利用吉安市11个地面气象观测站2006～2010年气象观测资料，统计分析了吉安市的大雾时空分布特征；基于2006～2010年吉安市84个区域性大雾(≥3站)过程实况资料，对大气环流背景进行天气学分型，并对其成因进行分析，揭示了地形与大雾的关系。通过普查相关气象因子，筛选出与大雾相关性较好的预报因子，采用数理统计方法，建立吉安市大雾能见度预报方程。通过对2013年10月～2014年10月22次区域性大雾(≥3站)过程进行预报效果检验，报对19次，空报0次，漏报3次，预报准确率86.4%，检验效果较理想，体现较好的应用前景。

关键词大雾；时空分布；天气学分型；预报方法

吉安市地处长江中下游以南(25°58′32″～27°57′50″N、113°46′～115°56′E)，位于江西省中西部，赣江中游，罗霄山脉中段，属亚热带季风湿润气候。大雾属于比较常见的灾害性天气之一，秋冬季节为高发时段[1]，由于境内地形条件复杂，大雾发生具有不确定性，预测难度相对较大，为短期预报中的一个难点。近年来随着经济社会高速发展，汽车尾气以及工矿企业排放污染物增多，大雾中的凝结核包含大量的各种各样的杂质和化学微粒，直接危害人体健康，同时大雾天气对交通带来的不利影响愈发凸显，尤其是高速公路大雾引发的交通事故剧增，为减少大雾天气带来的不利影响，开展对当地大雾的预报研究十分必要。

大雾发生具有季节性和时段性，且受地形和环境等因素影响较大，这些局限性均在不同程度上给大雾预报增加了难度。国内一些气象学者对大雾开展了大量研究，但大多局限于各自地区[2-6]。如陈石忠等[3]对萍乡地区雾的特征及预报方法进行了分析，建立了针对不同季节的大雾预报方程；姚蓉等[7]对湖南大雾气候特征从天气学原理角度进行了成因分析；邓小丽等[8]用PP法建立了大雾预报方程，利用数值预报产品制作出未来24h大雾预报。目前吉安市在大雾预报实际业务工作中，一直停留在依靠经验的主观判断基础上进行，缺乏一套相对完善的客观预报方法，预报结果不甚理想。为此，笔者利用吉安市11个地面气象观测站2006～2010年气象观测资料，统计分析了吉安市的大雾时空分布特征，基于2006～2010年吉安84个区域性大雾过程实况资料，对大气环流背景进行天气学分型，通过分析其环境条件及成因，普查相关气象因子，筛选出具有代表性的大雾预报指标，采用数理统计方法建立吉安市大雾能见度预报方程，为大雾预报提供参考。

1资料选取及区域划分

选取吉安市 2006～2010年地面和高空气象观测资料。吉安市下辖11个县(市)区，由于东西及南北跨度较大，且地形条件复杂，导致大雾区域分布不均，在日常业务中将地域划分为北部(新干、峡江、永丰)、西部(安福、永新、厦坪)、中部(吉水、吉安市、吉安县)和南部(泰和、万安、遂川)4个片区。

2吉安市大雾时空分布特征分析

2.1大雾的时间分布

2.1.1年变化。由图1可见，2006～2010年吉安市大雾日数呈明显跳跃式变化，其中有2个大雾高峰年份，一个高峰为2006年，全市年平均大雾日数为23.5d，另一个高峰为2010年，全市年平均大雾日数为23.3d；低谷期为2007～2008年，大雾呈陡降趋势，分别为17.2和16.7d，2009年呈陡增趋势，增加至为20.2d。大雾这种跳跃式变化可能与当前城镇化建设规模日益扩张、工矿企业污染物排放量增多以及全球气候变暖有关。

图1　2006～2010年吉安市大雾年变化Fig.1　The annual variation of dense fog in Jian City during 2006-2010

2.1.2月变化。从吉安市大雾月变化(图2)可看到，10月～次年4月大雾发生频率较高，其中12月份出现最多，其次为1月份，而6～8月份出现最少。

图2　2006～2010年吉安市大雾月变化Fig.2　The monthly variation of dense fog in Jian City during 2006-2010

2.1.3季变化。大雾天气的季节分布(图3)显示，吉安市一年四季均有雾，且具有明显的季节变化，冬半年多于夏半年，最多出现在冬季，其次春季，最少在夏季。秋冬交替时节大雾出现频繁，主要是因为冷空气活动增多，吉安常处冷高压的控制之下，以辐射雾为主；春季出现大雾主要是由于南方的暖湿气流开始活跃，低层有弱的冷空气补充南下，空气中的水汽遇冷凝结成雾滴，在空中积聚便形成大雾；而夏季大雾则出现较少，这主要与大气缺乏静稳条件相关。

图3　2006～2010年吉安市大雾季节分布Fig.3　Seasonal distribution of dense fog in Jian City during 2006-2010

2.1.4日变化。普查吉安大雾的日变化发现，当表现为辐射雾时呈现明显的日变化，通常前一日20：00～次日08：00出现，日出前05：00～08：00达到最浓，日出后随着气温升高，09：00～12：00逐渐消散，一般很少在12：00以后消散，与晴好天气对应；当表现为平流雾时则日变化不明显，一天中任何时候均可出现，且持续时间较长，与阴雨天气对应。

2.2大雾的空间分布从图4可看出，2006～2010年吉安市大雾区域分布不均，山区多平原少，北部多、南部少。有2个大值中心，一个大值中心位于吉安西南部山区井冈山，年平均大雾日数为91.6d，由于境内最高峰海拔高度达1 841m，通常会产生云雾缭绕的景象，多发与其特殊地形有关；另一个大值中心位于吉安北部永丰、新干县境内，其中永丰县位居榜首25.0d，其次为新干县20.6d；吉安、泰和县基本持平，年平均大雾日数为16.0d；峡江县为12.8d，吉水县为11.0d，万安、安福均为10.0d，永新县为8.8d，出现大雾最少的区域位于遂川县，年平均仅为2.6d。吉安市大雾分布从多到少依次为井冈山、永丰、新干、厦坪、吉安、泰和、峡江、吉水、万安、安福、永新、遂川，大雾高发区域主要位于西南部山区、吉安北部、赣江沿线附近的地区以及吉泰盆地中心一带。

图4　2006～2010年吉安市大雾空间分布Fig.4　The spatial distribution of dense fog in Jian City during 2006-2010

3大雾环流背景分析

大雾发生属于小概率天气事件，但与特定的大尺度环流背景密切相联。2006～2010年吉安市共有84个区域性大雾(≥3站)过程，利用2006～2010年吉安市高空、地面观测资料，分析雾日08：00环流形势并进行天气学分型。高空500hPa环流形势有低槽过境、槽后西北气流、槽前西南气流或偏西气流4种类型，地面形势主要有地面高压型、地面高压(冷锋)底前部型、地面倒槽型、入海高压后部型4种类型。

3.1地面高压型这种类型的大雾常出现于晴好天气。高空500hPa处槽后西北气流控制，700、850hPa为一致偏北气流；地面图上(图5a)，吉安处于地面冷高压控制下的均压场中，由于夜间强烈的辐射冷却降温，近地层湿度达到饱和，容易凝结成雾。这种类型多出现在秋冬之交，以辐射雾居多。

3.2地面高压(冷锋)底前部型地面图上(图5b)，吉安处于冷锋前暖区均压场中，蒙古国有强大的冷高压，冷空气沿西北路径向东南方向扩散南下。高空500hPa通常处于槽区，盛行西南偏西气流或槽后西北偏西气流，850hPa通常处于弱高压(脊)中均压场中，850hPa以下往往有逆温层存在，且逆温层的温差通常≥2 ℃，稳定的逆温层结阻碍了大气的垂直运动，使低层水汽不易扩散，为产生大雾提供了重要条件。这种形势常出现在秋冬之交和春末，多表现为辐射雾或平流-辐射雾。

3.3地面倒槽型这种形势的大雾天气通常预示北方有强冷空气(寒潮)堆积酝酿，未来将大举南下。高空500hPa从贝加尔湖以西至鄂海一带为一宽广的横槽区，表明有强冷空气酝酿堆积，中低纬高原上空伴有低槽东移,700hPa吉安处于槽前偏西气流中，850hPa为西南气流，赣北北部有切变存在，中低层西南气流强盛，低层水汽接近饱和；地面图上(图5c)，西南、华南有倒槽伸入江南地区，吉安处暖倒槽之中的均压区，由于空气湿度大，含水量增多，温度露点差很小几乎接近饱和，非常容易形成大雾天气。这种形势大多出现在冬末初春，以平流雾居多。

3.4入海高压后部型这种形势的大雾天气通常预示北方有强冷空气(寒潮)堆积酝酿，未来将大举南下。高空500hPa高纬度地区贝加尔湖一带有一宽广横槽，有强冷空气积聚，中低纬度四川东部有低槽逐渐东移，吉安位于槽前弱西南气流中；700、850hPa为偏南气流中，高低空为上下一致的偏南气流，暖湿气流充沛，短波槽携带弱冷空气渗透南下；地面图上(图5d)，贝加尔湖西侧有一强大的冷高压中心，吉安位于入海高压后部的偏南气流中，为东高西低形势，微风且湿度大，静稳条件下使得大气中污染物不易扩散，空气中凝结核积聚，非常容易出现大雾。吉安冬季、初春季出现较多，以平流-辐射雾为主。

注：a.地面高压型(2008年12月15日08：00)；b.地面高压(冷峰)底前部型(2006年12月15日08：00)；c.地面倒槽型(2006年3月8日08：00)；d.入海高压后部型(2010年12月4日08：00)。Note：Ground high pressure type(08：00 Dec.15 2008)；b.Ground high pressure(cold front)bottom front type(08：00 Dec.15 2006)；c.Ground trough (08：00 Mar.8 2006)；d.High pressure rear type(08：00 Dec.4 2010).图5　吉安市大雾地面形势Fig.5　Ground situation of dense fog in Jian City

4环境条件分析

大雾生成与特定的天气形势和多种气象要素有关，在此对2006～2010年区域性大雾日08：00的环境条件进行了相关分析。

4.1水汽条件首先近地面层附近充沛的水汽是大雾形成的必要条件。由于大雾是由空气中大量微小的水滴和冰晶等悬浮物凝结而成，因此近地面层必须具备充足的水汽才能产生大雾。通过分析发现，地面温度露点差T-Td≤2 ℃，近地面层水汽接近饱和状态为成雾提供了先决条件。

4.2气压条件 分析地面气压场发现，25°～30°N、110°～120°E范围内等压线≤2根，即相差5.0hPa，吉安常处于弱高压或均压场控制之中，这种静稳状态有利于出现大雾。

4.3风速条件分析发现，吉安市地面平均风速通常为1～3m/s，微风对大雾形成非常有利，微风加强了近地面层的乱流作用，使辐射冷却作用扩散到一定高度，同时输送水汽到一定高度，有利于形成一定厚度的雾。风力过大或过小对大雾的形成均不利，风力过大，乱流作用太强，风力太小，辐射冷却只能影响到近地面很薄的气层。因此大雾的形成既需要相对稳定的环境以防水汽被吹散，又需要一定的气流混合以加入冷却范围。

4.4层结条件大气层结稳定是大雾形成的重要条件，低空和近地面层存在逆温是有利于大雾发生的主要物理机制。近地面逆温有利于近地面层水汽积累，低空逆温使近地面层水汽不易扩散而聚集，有利于近地面层维持潮湿，不利于水汽的扩散，对大雾形成有利。分析2006～2010年区域性大雾过程08：00南昌、赣州站探空图发现，低层伴有逆温层存在，一般700hPa以上气层稳定，而700hPa以下存在明显的逆温层，通常700～850、850～925hPa或近地面层925～1 000hPa有逆温层。一般形成平流雾的逆温层较厚，平流雾的天气一般以阴云天气居多，由于太阳辐射很难冲破逆温层结；而辐射雾时一般是在晴空背景之下产生，由于地面长波辐射降温形成的逆温层，在探空图上表现为浅薄的逆温层，一旦太阳出来气温升高后，逆温层将逐渐减弱直至消失。因此一般平流雾持续时间较长，没有明显的日变化，而辐射雾日变化较明显。雨雾天气探空曲线相对不典型，不一定存在明显的逆温结构，由于低层大气湿度处于饱和状态，与普通层状云降水天气相似。

综上分析可知，大雾形成须满足以下4个基本条件：近地层湿度较大、地面气压梯度较小、近地面风速较小、大气层结稳定(逆温)。

5前1d14：00气象要素特征

在预报次日大雾时，须在准确对数值预报产品解释应用的基础上，参考本站前1d14:00地面气象要素。

5.1相对湿度分析发现，当前1d08:00高空500hPa为槽后西北气流时，14：00相对湿度大多为40%～60%，次日主要以辐射雾为主；当大雾前1d08:00高空500hPa为低槽过境，14：00相对湿度大多为70%～90%，次日以辐射雾为主，平流雾出现较少。

5.2温度露点差普查前1d14：00温度露点差发现，晴空背景下发生的辐射雾T-Td≤12 ℃为大雾发生的临界指标，14：00温度露点差愈小，夜间辐射冷却降温愈明显，对次日形成大雾有利。

5.3风力分析前1d14:00风速发现，表现为辐射雾时一般地面偏北风≤4m/s，平流雾时风速偏南风则相对宽松一些，一般地面偏南风≤5m/s，有利于暖湿气流向雾区输送。

5.4总云量分析前1d14：00天空状况发现，当前1d08：00高空500hPa为槽后西北气流时，14：00以晴天或少云为主，夜间辐射降温明显，气温日较差大，由于辐射冷却作用凝结形成辐射雾；当前1d08:00高空500hPa为低槽过境，14：00天空云量为9～10成，预计晚上天气快速转好，则次日出现大雾的可能性大。

5.5气压梯度分析发现前1d14:00弱气压系统对次日大雾形成具有较强的指示意义，14:00气压系统较弱(均匀场、鞍型场)，大气处于相对静稳状态对夜间形成大雾非常有利。经统计，大雾前1d气压梯度是25°～30°N、110°～120°E范围内等压线≤2根。

6地形与大雾的关系

大雾发生具有地域性特点，吉安市地形条件比较复杂，从地形地貌上看，主要以丘陵、山地和小平原为主，整个地势东西高耸、南部突起、中部低平、北部平坦而由边及里三面逐渐向北倾斜，呈阶梯状构成以吉安、泰和为中心的吉泰盆地，江西最大的河流赣江从南向北贯穿其中。新干县位于吉安市最北端，境内呈“川”字形，地势平坦，且赣江穿城而过，水体增湿效应导致近地层湿度相对较大，一旦具备成雾的天气形势，大雾发生几率极高；峡江县位于吉安市北部，赣江自南向北贯穿县境，全境地势为东南、西北部高，向中部赣江倾斜，丘陵与山地交错，还有黄金江、盘龙江等多条河流经过，水体增湿效应明显，只要有利于大雾的环流形势也容易出现大雾；永丰县位于吉安市东北部，则以丘陵和山地交错呈长带型，位于吉泰盆地以东，特殊的地形条件对雾形成有利，近年来永丰大雾增多趋势较明显；吉水县位于吉安中北部，赣江纵流北上，地形南北长东西窄，地势东南高西北低，地貌以丘陵为主；吉安市(区)位于中部，赣江途经之地，为吉安政治文化中心，盆地的特殊地理结构及城市热岛效应逐年加剧使城区大雾日数有增多趋势；泰和县位于吉安市中南部，为吉泰盆地中心，横跨赣江两岸，近年来大雾呈现增多趋势；万安县位于吉安市中南部、赣江中下游，地形以中低山、丘陵为主；厦坪位于吉安市西南部，井冈山市新城区，地形较平坦，一旦形势具备也容易出现大雾；永新县位于吉安西南部，地貌以山地、丘陵为主，地势南北高、中部低，并从南北两侧向中部倾斜，这种盆地地貌对形成大雾有利；遂川县、安福县大雾日最少，由于两地三面环山，不易形成雾。

综上所述，在特定的大尺度环流背景下，大雾产生可能与其特殊地形关系密切，其中赣江水体增湿效应为产生大雾的一个重要诱因，另外潮湿的山谷、洼地、盆地及水面等自然地理条件为大雾形成的外部因素。

7大雾预报方程建立及效果检验

通过对大雾分型及成因分析后，大概能总结出吉安大雾的预报指标及着眼点。吉安大雾主要有辐射雾、平流雾或平流-辐射雾。首先确定影响系统，初步判断吉安次日有无大雾，如果无雾则预报吉安次日无雾；如果有雾，就对其进行分型，继续考虑其他条件，结合当地14：00地面实况资料和地形，制作次日大雾预报。

7.1消空指标在做当地大雾预报时，为了减少空报率，须对相应的气象要素进行消空处理。通过之前对大雾前1d14：00的相关气象要素特征进行相应分析之后，基本能概括出形成大雾所必须具备的气象要素条件，从而得出大雾天气的具体消空指标(表1)。针对辐射雾和平流雾进行了相应的区分，若预计次日将出现辐射雾时，当14：00 T-Td>12 ℃、∣T最低- Td∣>4 ℃，相对湿度地面高压型>80%、低槽过境雨后转晴型>98%，风速偏北风>4m/s或偏南风>5m/s、预计次日偏北风>3m/s或偏南风>4m/s，只要达到其中任一条件，则进行消空处理；若预计次日将出现平流雾时，当14：00 T-Td>10 ℃、∣T最低- Td∣>5 ℃、偏南风>5m/s、预计次日偏北风4m/s或偏南风>5m/s，只要达到其中任一条件，将进行消空处理(表1)。

7.2预报指标

7.2.1辐射雾。

7.2.1.1环流形势。 吉安秋冬季节主要以辐射雾为主，产生辐射雾的天气形势：①地面气压梯度很小，处于弱气压场(均压场、鞍型场)；②500hPa一般为西北或偏西气流；③850hPa一般为高压脊或反气旋环流；④当日吉安有降水发生，预计低槽快速过境，雨后次日转晴易形成辐射雾。

表1　相关气象因素消空指标

7.2.1.2地形因素。辐射雾多产生于潮湿的山谷、洼地、盆地以及水系发达的地区。吉安市大雾多发带主要位于赣江沿线一带的地区、盆地以及西南部山区，预计次日有大雾出现时则优先考虑以上地区。

7.2.1.3气象要素。①近地面存在逆温层是大雾形成及维持的基本条件，因此地面温度与925hPa或1 000hPa温差为判断次日能否出现逆温的重要依据；②辐射雾形成对风速的要求很高，经过普查分析地面风速一般≤3m/s；③关注上游地区的云系变化，未来是否会影响吉安市，且预计次日高云或少云时则对形成辐射雾有利；④14：00相对湿度比平常明显偏高，约偏高10%～20%，20：00相对湿度≥80%，晴空、微风，有利于次日出现大雾；⑤关注上游地区前1d有无大雾发生，若有次日则出现大雾的可能性较大。

7.2.2平流雾(平流-辐射雾)。

7.2.2.1环流形势。吉安冬末初春时节，由于暖湿气流开始活跃，北方有弱冷空气扩散南下，主要以平流雾为主。产生平流雾的天气形势：①入海高压后部平流雾，入海高压后部的偏东或偏南气流有利于形成弱的冷平流，且底层湿度条件转好，地面气温一直处于回暖状态；高空700和850hPa为弱的暖平流，暖湿气流在冷的下垫面上滑行有利于出现平流雾(平流-辐射雾)。②锋前平流雾，冷锋前或低槽前的偏南气流有利于暖湿空气的输送，容易出现平流雾。③地面气压梯度很小，处于弱气压场(均压场、鞍型场)。④500hPa一般为西南或偏西气流。

7.2.2.2气象要素。①低空及近地面存在逆温层是大雾形成及维持的基本条件；②平流雾对风有一定的要求，经过普查分析地面风速一般≤5m/s，风速太大则不利于暖湿气流的输送；③关注上游地区是否出现大雾，如形势相似则表明本站出现平流雾的可能性大。

7.3预报方程建立为获取大雾能见度的预报因子，对能见度和前1d14:00地面气象要素资料进行了相关分析，筛选具有代表性的因子建立多元回归方程：y=-3.007 8+0.020 4x1+0.161 8x2+0.023 2x4+0.035 0x5+0.013 6x6-0.020 8x7，式中，y为能见度；x1为前1d14:00露点温度；x2为前1d14:00露点温度差；x4为前1d最低气温与14:00露点温度之差；x5为前1d14:00相对湿度；x6为前1d14:00风速；x7为前1d14：00水汽压。

7.4预报效果检验 通过对2013年10月～2014年10月吉安市22次区域性大雾过程(≥3站)进行预报效果检验，评定标准：如果预报大雾过程，必须要求实况出现≥3站以上才算大雾过程预报正确，若实况仅有1～2站出现，则视为大雾过程空报；如果未预报大雾过程，而实况出现≥3站以上，则视为大雾过程漏报。从检验结果来看，报对19次、空报0次、漏报3次、预报准确率达86.4%，预报效果较理想。

8小结

(1)吉安市一年四季均有大雾，大雾天气具有明显的波动，冬半年多于夏半年，10月～次年4月大雾出现频率较高，其中12月份出现最多，其次为1月份，6～8月份最少；近5a来大雾总体呈增加趋势；大雾区域分布不均，西部山区多平原少，北部多南部少。

(2)吉安市大雾天气分为地面高压型、地面高压(冷锋)底前部型、地面倒槽型、入海高压后部型4种基本类型。

(3)大雾出现前1d14:00相关气象要素(相对湿度、风速、总云量、降水、气压梯度)对预报次日大雾具有参考意义。

(4)建立吉安市大雾客观预报方法：首先确定影响系统，进行天气学分型预报次日有无大雾，如果无则预报次日无大雾，如果有则进一步分型，再进行指标消空，确立相关预报指标(5项)，结合14：00地面实况和当地地形条件，最终做出次日大雾预报。

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StudyonDenseFogTemporal-spatialDistributionFeaturesandObjectiveForecastingMethodinJianCity

WANGWen-juan,LIULi-qun,WANGXiao-binetal

(JianMeteorologyBureau,Jian,Jiangxi343000)

AbstractUsing weather observation data during 2006-2010 from 11 stations in Jian City, temporal-spatial features of dense fog in Jian City were analyzed; based on 84 regional dense fog live data in Jian City during 2006-2010, weather types were conducted on atmospheric circulation background, causes were analyzed, and the relationship between terrain and fog was revealed. Through reviewing related meteorological factors, forecasting factors having good coorelation with dense fog were obtained. By using mathematical statistics method, visibility forecast equation of fog was established. Through detection of forecast effect of 22 regional fog from Oct. 2013 to Oct. 2014, correct report 19 times, blank report 0 times, fail to report 3 times, the accuracy rate was 86.4%. The examination effect is ideal, reflecting good application prospect.

Key wordsDense fog; Temporal and spatial distribution; Synoptic meteorology type; Forecasting method

作者简介王文娟(1980-)，女，江西吉安人，工程师，从事短期天气预报工作。

收稿日期2016-03-15

中图分类号S 161.5

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)12-247-05