平潭3～5月大雾预报指标研究*

齐 心邓以勤邓哲维



平潭3～5月大雾预报指标研究*

齐 心1邓以勤1邓哲维2

1.平潭综合实验区气象局 2.清流县气象局

通过分析1984～2013年平潭国家基本气象站地面观测资料、FNL1.0°×1.0°和ERA-Interim再分析资料，基于定量统计法及Min-max标准化处理方法，总结出引起平潭大雾的环流形势，得到了平潭3～5月大雾预报指标。结论如下：(1)平潭大雾主要发生在3～5月，一天中多出现于凌晨3～8时，中午及午后少有出现；(2)地面倒槽是形成平潭大雾最主要的环流形势；(3)水汽条件是平潭发生大雾最主要的影响因子。

大雾 定量统计法 Min-max标准化处理 预报指标 平潭综合实验区

1 概述

平潭位于福建省东部沿海，2009年，福建省委八届六次全会上作出了建立“福州平潭综合实验区”的决定，2010年正式更名为“福建省平潭综合实验区”。平潭综合实验区的建立，确立了平潭在两岸关系中的重要地位。随着平潭的开放开发，越来越多的大型活动、会议在平潭举行；各项重点工程也在岛上如火如荼地实施；到平潭旅游的游客也日益增多。而大雾天气常给这些活动、工程的进行以及海、陆交通带来不利影响。研究平潭大雾形成机理及预报指标，对于提高大雾预报预警准确率和提前量至关重要。

国内对大雾预报指标的研究有很多，但还没有针对平潭本地进行的研究。蒋大凯等[1]分析了近10年区域性大雾天气过程，得到了区域性大雾的时空分布特征，并分析了辽宁省各种区域性大雾的成因及要素演变特征，从中提取预报指标,建立预报流程，用PP法建立区域性大雾的客观预报方法。王琴等[2]统计分析了泰州大雾的气候特征、形成大雾的天气形势及其特征，研究了针对泰州地区的大雾预报方法，并通过对2006年10月至2008年10月两年的大雾预报进行检验，预报准确率较高,对大雾预报有很好的指导作用。吴滨等[3]分析了1961～2004年福建省大雾时空分布特征，并指出年雾日数与年平均气温有较好的负相关关系，而与年平均相对湿度有很好的正相关关系，同时与森林覆盖率的变化有一定的关系。但这些研究结果有其区域性特征，客观预报方法也不一定适用于平潭。

为此，本文从天气系统和物理量指标两方面出发，结合平潭当地的地理气候特征，总结出适用于平潭的大雾预报指标，旨在提高平潭3～5月大雾预报的准确率，为开展预报、预警服务提供参考。

2 资料与分析方法

2.1 资料的选取

本文使用了平潭国家级基本观测站1984～2013年逐日地面观测资料、FNL1.0°×1.0°再分析资料以及ERA-Interim再分析资料。

2.2 插值方法

根据大雾预报机理，选取三个物理量作为生成大雾预报影响因子[6]，分别为1000hPa相对湿度（RH1000）、1000hPa风场（F1000）和1000hPa和925hPa温度差（T1000-T925）。应用双线性插值方法将再分析资料插值到平潭（25.51°N,119.78°E）单点上，得到单点上物理量的数值。

2.3 预报指标计算方法

应用定量统计法计算各要素的权重，得到大雾预报指标公式。对基础数据进行Min-Max标准化处理，代入大雾预报指标公式计算出大雾预报指标。

3 平潭大雾概况

通过分析平潭地面观测资料得出，1984～2013年平潭大雾日数为465d，年平均雾日为15.5d。大雾集中出现在3～5月，共出现大雾322d，占总雾日的69.03%。其中发生在3月的有100d（占21.5%），年平均3.3d；发生在4月的有138d（占29.7%），年平均4.6d；发生在5月的有84d（占18.1%），平均每年2.8d。一天中多出现于3～8时，中午及午后少有出现（见图1）。

图1 1984-2013年平潭逐年大雾日数及逐月平均大雾日数

4 形势场分析

通过对近30年地面形势场进行分析，归纳出平潭大雾天气地面形势场主要五种，分别为地面倒槽(35%)、均压场(25%)、地面冷锋(17%)、切变静止锋(12%)及高压后部(9%)。

（1）地面倒槽。平潭处于地面倒槽南侧或倒槽中均压场影响时，受西南气流影响，带来充足的水汽，有利于形成雾。此类由北方冷空气南下，但锋区较北，平潭处于低压回温区内，偏南气流带来暖湿空气，由于下垫面较冷，常常形成平流雾。

（2）均压场。在无明显系统影响下，平潭一带气压场均匀，大气层结稳定，由于沿海水汽充沛，有利于雾的形成。

（3）地面冷锋。主要受中西路冷空气南下影响，锋面位于闽西北到华南一带，平潭处于锋前。由于海面上有大量水汽蒸发，空气中水汽含量大，当冷空气到达时，水汽凝结，容易在平潭形成雾。

（4）静止锋。受武夷山地形影响，锋面常停留在闽西北一带，形成准静止锋。由于准静止锋附近冷暖气团较为活跃，受西南暖湿气流带来充沛的水汽，有利于形成雾。

（5）高压后部。地面冷高压东移出海减弱变性，受高压底部偏东或偏东南气流影响，水汽从海上输送到平潭，暖湿空气平流到较冷的下垫面上，极易在平潭形成平流雾。

图2 大雾地面形势场

a——地面倒槽；b——均压场；c——地面冷锋；d——切变静止锋；e——高压后部。

5 指标计算方法

将插值后的RH1000、F1000和T1000-T925三个物理量应用定量统计法计算各要素的权重，得到大雾预报指标公式。将原始数据进行Min-Max标准化处理后，带入大雾预报指标公式，得出大雾预报指标，再将大雾预报指标与实况进行对比，得出指标范围。

5.1 定量统计法

根据出现大雾时，RH1000≥90、F1000＜3.4、T1000-T925＜1出现概率约为90%；80≤RH1000＜90、3.4≤F1000＜5.5、1≤T1000-T925＜2出现概率约为60%；70≤RH1000＜80、5.5≤F1000＜8.0、2≤T1000-T925＜3现概率约为30%，于是将3个预报因子划分成3个级别（），将每个级别定义为1、2、3。

（1）当70≤RH1000＜80时，=1；当80≤RH1000＜90时，=2；当90≤RH1000时，=3。

（2）当5.5≤F1000＜8.0时，=1；当3.4≤F1000＜5.5时，=2；当F1000＜3.4时，=3。

（3）当2≤T1000-T925＜3时，=1；当1≤T1000-T925＜2时，=2；当T1000-T925＜1时，=3。

这三个因子的权重分别为：1/（1+2+3）=0.17；2/（1+2+3）=0.33；3/（1+2+3）=0.5。

将所统计三个因子的个数代入计算，第种因子的权重为：

（因子中1的个数×0.17+因子X中2的个数×0.33+因子中3的个数×0.5）/{（因子中1的个数×0.17+因子中2的个数×0.33+因子中3的个数×3）+（因子中1的个数×0.17+因子中2的个数×0.33+因子中3的个数×3）+（因子中1的个数×0.17+因子中2的个数×0.33+因子中3的个数×3）}。最终计算出RH1000的权重为0.41615，F1000的权重为0.28961, T1000-T925的权重为0.29424。

5.2 Min-max标准化方法

设MinA和MaxA分别为因子的最小值和最大值，将的一个原始值通过Min-max标准化映射成在区间[0,1]中的值。将所统计的数据进行Min-max标准化后，数据才具有可比较性。

5.3 大雾预报指标

通过上述两种方法，将所统计的原始数据代入最终计算出大雾预报指标公式：

=0.41615(100-RH1000)/74.99+0.28961(F1000-0.026)/17.20+0.29424(T1000-T925+ 3.78)/10.59

将大雾预报指标代入原始数据得出指标范围：

当＜0.3时，出现雾的可能性很大；

当0.3≤＜0.5时，出现雾的可能性较低；

当≥0.5时，不可能出现雾。

6 实况检验

应用本文研究结果，对2017年4月8日、5月5日平潭两场大雾过程进行检验。

4月8日08时：RH1000=94%，F1000=0.6m/s，T1000-T925=2.4℃

将以上数值代入大雾预报指标公式，得=0.21。

5月5日08时：RH1000=94%，F1000=3.8m/s，T1000-T925=2.9℃

将以上数值代入大雾预报指标公式，得=0.29。

通过检验，发现4月8日和5月5日大雾预报指标Z均小于0.3，与实况吻合。因此，本文得出的大雾预报指标公式具有一定的参考性。

7 结论

通过对平潭大雾的分析，得出以下结论：

（1）春季（3～5月）是平潭大雾的多发季节；一天中大雾多出现在3～8时，中午及午后很少出现。

（2）影响平潭大雾的主要环流形势有五种，分别为地面倒槽、均压场、地面冷锋、切变静止锋及高压后部，其中以地面倒槽和均压场影响为主。

（3）应用定量统计法对RH1000、F1000和T1000-T925进行分析后，发现三个物理量中，RH1000在大雾预报公式中权重最大，说明水汽是大雾天气发生的至关重要的条件。

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福建省气象局基层科技专项项目（2015j18）。