江苏不同强度降雨对能见度影响分析

鲍婧　黄亮

摘要利用江苏70个基本站多年逐时雨量、相对湿度、风向、风速以及同时段内最低能见度等观测资料，分析不同强度降雨对能见度的影响，并对比分析两种不同强度降雨造成的低能见度事件统计特征。结果表明：降雨是除雾以外，江苏低能见度的主要影响天气（147%），其中稳定性弱降雨和短时强降雨影响最大。与低能见度雾事件不同，降雨造成的低能见度事件全天各时段均可能出現，发生时可伴随较强的风速（>2 m/s），短强低能见度多见风速>4 m/s（266%）。江苏冬春两季为雨雾高发季，主要受降雨持续时间影响，对应的低能见度区间为500～1 000 m，有明显日变化。短强低能见度主要受雨强影响，多发生于6—9月，对应的低能见度区间为小于200 m，无明显日变化。两种降雨产生的低能见度事件有明显的空间分布差异，且雨雾低能见度发生时偏北风占主导，短强低能见度发生时则偏东风占主导。

关键词低能见度；降雨造成的低能见度；不同强度降雨；雨雾；短时强降雨

低能见度是影响交通运输安全的重要气象因素之一，容易诱发交通事故，统计表明，我国由低能见度造成的交通事故占气象原因事故的292%，对人们的生命和财产造成无法估量的损失，因而做好能见度的预报、研究具有积极意义（陆春松等，2011；刘霖蔚等，2012；候灵等，2014；费东东等，2016）。研究发现，降雨影响能见度变化（Stewart and Yiu，1993；Stewart et al.，1995；Tardif and Rasmussen，2007，2008，2010；吴兑等，2009），由降雨造成的低能见度事件时有发生，给现代交通运输安全带来严重危害（Harold and Hakkert，1988；Kevin and Ian，2005；谢静芳等，2006；吉廷艳等，2011）。

国内外学者从不同角度对降雨与能见度的关系做出了探索，从宏观特征（邓雪娇等，2007；李宏宇等，2010；严文莲等，2010；黄治勇等，2012）和微观特征（孟蕾等，2010；赵胡笳和马雁军，2011；刘端阳，2011；赵胡笳等，2014）对雨雾的形成、发展机制、环流背景、垂直结构、微物理特性以及各种影响因素的作用方面进行研究，得出了许多有益的结论，Donaldson and Stewart（1993）认为雨雾是雨滴下落到云层以下的干空气中后蒸发为水汽，冷却凝结而形成的雾，Tardif and Rasmussen（2010）基于数值模拟和观测实例指出自由降落的雨滴处于非平衡态，也认为雨滴的蒸发是雾形成的原因。于华英等（2015）对2007年12月南京6次雨雾过程的宏、微观结构演变特征进行了分析。刘西川等（2010）在分析降水粒子的大小、速度、形状、谱分布、光学特性等特征的基础上，忽略气溶胶粒子的影响，建立基于实测谱分布的降水与能见度的理论模型。

这些研究加深了对雨雾过程的认识，雨雾多形成于稳定性弱降雨中，而不同强度降雨对能见度变化的影响不同，对流性强降雨，短时间内雨强达到高值，影响雾滴数浓度和含水量，从而使得能见度急速降低，此类型降雨使得能见度短时间内急速下降，其危害性不容忽视，但已知研究多针对雨雾展开，对于不同强度降雨和能见度的关系却鲜见研究。且由于观测资料的限制，现有研究多以个例分析为主，对于大样本降雨条件下的低能见度事件共性特征缺乏了解，相关预报指标少有研究，这严重制约了对于不同强度降雨造成的低能见度事件的认识，无法为能见度降雨预报提供技术支撑，严重影响了对低能见度天气预报服务的准确率。

本文应用较长时间序列观测资料，分析江苏地区降雨对能见度的影响，选取雨雾和短时强降雨造成的低能见度（简称“短强低能见度”，下文同）这两种降雨造成的低能见度的主要类型，通过统计方法对比分析不同强度降雨造成的低能见度事件的气象要素分布、时空分布特征，为提高由降雨造成的低能见度事件的预报准确率提供参考。

1资料

1）利用2005—2014年江苏70个基本站（图1）3 h间隔地面观测资料，对江苏近10 a低能见度天气的天气性质进行统计分析，以此对江苏近10 a低能见度主要天气有初步的认识。

2）利用2012—2014年上述站点逐时雨量、相对湿度、风向、风速资料以及同时段内能见度仪测得的最低能见度值（能见度背景场观测开始于2012年），选取小时降雨量大于0 mm/h且小时最低能见度小于1 000 m的事件，即“降雨造成的低能见度事件”，研究降雨强度对能见度的影响。

3）对比分析不同强度降雨造成的低能见度事件（本文指雨雾和短强低能见度）的气象要素分布和时空分布特征等。

2降雨对能见度的影响

21降雨与能见度的相互关系

分析2005—2014年江苏70个基本站地面低能见度事件发生时对应天气现象，其中降雨造成的低能见度事件占比147%，可见降雨对能见度的影响客观存在且不容忽视，降雨造成的低能见度是江苏低能见度事件的一种重要类型。而目前我国气象部门所发布的预警信号中并未对此类天气现象做出区分，因此对此类天气现象进行研究具有实际意义。

分析2012—2014年江苏地区降雨造成的低能见度事件中，小时降雨量与小时最低能见度的相互关系（图2），可知，能见度随着小时降雨量的增大总体呈指数降低，但受降水粒子特性和天气条件以及谱分布等多种因素影响，能见度与降雨强度之间的关系并不是唯一对应的。当小时降雨量较小时，对应能见度分布较为分散，波动性强，此时对能见度起主要影响的可能不是降雨强度，受其他因素，如持续时间的影响明显，因此导致小时最低能见度的波动范围较大，随着小时降雨量继续增大，能见度随雨强持续下降，此时对能见度其主导因素的为雨强。可见，不同强度降雨对能见度的影响不同。

22不同强度降雨对能见度的影响

参考气象行标《高速公路交通气象条件等级》，结合实际气象工作经验，对高影响的低能见度和降雨进行了等级划分，如表1和表2所示。

图3为2012—2014年江苏地区降雨造成的低能见度过程中，不同阈值范围小时降雨量对应不同等级低能见度出现的比率分布，可见，在降雨造成的低能见度过程中，各个等级低能见度的变化受降雨量影响较大：500～1 000 m区间在0～1 mm/h所占比重最大为78%，之后随雨强增大迅速减小；200～500 m区间所占比重随雨强迅速增大，在10～15 mm/h达到最大（522%），之后随雨强增大逐渐减小；100～200 m，50～100 m区间变化趋势相似，当小时降雨量<5 mm/h时，随雨强增大变化不大，此后随雨强增大迅速增大，且前者增幅更大；0～50 m区间的低能见度鲜少出现，集中在15～30 mm/h范围内。此外，值得关注的是，在当小时降雨量达到5、10、15、20、30 mm/h阈值时，区间内的主导能见度等级都出现了变化。总的来说，随着降雨量的增大，出现高等级能见度天气的比率明显增大。

不同能见度范围内不同等级小时降雨量的比率分布（图4）则表明，在所有低能见度等级中0～1 mm/h所占比率都是最大的，这也是由于江苏地区该等级降雨最常出现；500～1 000 m和<50 m区间内，≤1 mm/h降雨占主导；200～500 m区间内，≤1 mm/h的弱降雨和短时强降雨都起到重要作用；而在50～200 m区间内，短时强降雨所占比重明显较大。

可见，不同强度降雨对能见度的影响不同，对于江苏地区，影响能见度的降雨事件主要为小时降雨量≤1 mm/h的弱降雨以及小时降雨量≥20 mm/h的短时强降雨，对应的低能见度过程性质也不同，对于弱降雨来说，以雨雾为主，主要受降雨持续性影响，对应的能见度区间为500～1 000 m，而对于短时强降雨，则主要是雨强影响能见度，对应的能见度区间为小于200 m。短强低能见度过程更易出现高等级低能见度，对交通安全的危害更大。

3雨雾和短强低能见度统计特征对比

31不同强度降雨造成的低能见度过程气象要素分布特征

对两种不同强度降雨造成的低能见度事件的相对湿度、风向、风速以及同时段内最低能见度分等级统计（图5），雨雾的最低能见度（图5a）主要分布在500～1 000 m区间内（780%），小于200 m的样本仅占24%，短强低能见度的最低能见度（图5a）主要集中分布在50～500 m区间内，其中最多分布区间为100～200 m（523%）。

两种不同强度降雨造成的低能见过程，其相对湿度（图5b）分布情况基本一致，主要分布在90%～100%的区间内，占比均在80%以上，其中短强低能见度在95%～100%高濕区间所占比重（634%）高于雨雾（457%），而相对湿度为100%的饱和状况都不多。

由风速（图5c）的分布可知，对于雨雾，静风的情况最少，仅占34%，1～2 m/s的区间占比最大（320%），2～3 m/s区间和0～1 m/s区间占比相差不大，分别为226%和181%。可见即使风速较大，降雨仍然能够对能见度产生有效地影响。同样的情况发生在短强低能见度过程中，占比最高的区间为大于4 m/s（266%），与雨雾过程相比，短强低能见度过程中的风速更大，短时强降雨主要出现在强天气过程中。另已有研究表明，江苏地区辐射雾发生时风速通常为0～2 m/s。因此，降雨造成的低能见度事件和低能见度雾事件中风速的分布存在显著差异。

对不同强度降雨造成的低能见度事件的风向风速（图6）进行统计可知，对于雨雾（图6a），东北风占比最大（18%），而西南风比重最低，仅为39%，此外，东风（174%）和西北风（153%）也不容忽视。对于短强低能见度（图6b），偏东风占主导（546%），偏西南风占比相差不大（7%左右）。而对不同风向对应风速等级所占比例分析可知，各个风向的风速等级分布规律基本一致，与图5c的结果相同。

32不同强度降雨造成的低能见度过程时间分布特征

图7为2012—2014年江苏地区雨雾过程频率、小时降雨量、小时最低能见度月平均和逐时平均的变化。由图7a可见，全年均可出现雨雾过程，呈三峰结构，春季（3—5月）所占比重大于其他季节，达298%，出现雨雾频率最高，冬季次之（289%），夏季最低（198%）。全年的极值出现在2月，为147%，这与冬季冷空气活动频繁有关。7—9月小时降雨量月平均明显高于其余月份。而小时最低能见度月平均值在631 m（1月）～746 m（9月）区间范围内，小时最低能见度的月平均变化趋势和雨雾出现的频率在春、夏季呈明显的反相关，而在秋、冬季则为正相关。降雨量与能见度呈正相关，可能是由于弱降雨对能见度起到一定的“清洗”作用，此时造成低能见度的不是雨强，而是雨滴的蒸发。

由图7b可见，全天各时段均可能出现雨雾，有明显的日变化，主要发生时段集中在凌晨到日出08时，呈单峰结构，变化幅度不大，06时出现的概率最大，为64%，16时最低，为23%。小时降雨量逐时平均值的低值时段和雨雾的高发时段一致，白天明显高于夜间。而小时最低能见度逐时平均在647 m（07时）～742 m（16时）区间范围内，低值时段为05—08时，小时最低能见度的日变化趋势和雨雾出现的频率为明显的反相关。

图8为2012—2014年江苏地区短强低能见度过程频率、小时降雨量和小时最低能见度月平均、逐时平均变化，可见，短强低能见度过程和雨雾过程的时间变化特征有很大差异。由图8a可见，冬季没有短强低能见度过程出现，此类过程集中出现在江苏雨量充沛的汛期（6—9月），高达956%，极值出现在7月，为421%。同样的，月平均小时降雨量也是在6—9月最大，明显高于其余月份。而小时最低能见度月平均值在94 m（11月）～242 m（5月）区间范围内。其余月份变化不大，小时最低能见度的月平均变化趋势和短强低能见度出现的频率呈明显的反相关。由图8b可见，全天各时段均可能出现短强低能见度，无明显日变化，午后16—18时为最多发生的时段，18时出现的概率最大，为62%，12时最低，为29%。小时降雨量逐时平均值无明显日变化。而小时最低能见度逐时平均在158 m（00时和19时）至211 m（06时）区间范围内。

33不同强度降雨造成的低能见度过程空间分布特征

对雨雾及短强低能见度过程发生频数的空间分布（图9）进行分析，可知不同强度降雨造成的低能见度事件空间分布存在明显差异，其中雨雾过程（图9a），沿江苏南地区为高发区，最高出现在宜兴（1 710次），西南—东北向出现频数逐渐减少，其中淮北西北部和沿淮中部分别有一个中心区；而由短强低能见度过程的空间分布（图9b）可知，短强低能见度有两个高发区，一个是苏南地区，另一个是江淮之间西北部、沿淮及淮北东部地区，高值中心出现在泗洪（24次）。

4结论

1）降雨是除雾以外，影响江苏低能见度的主要天气，根据1 h降雨量，江苏地区影响能见度的降雨主要有两类：小时降雨量≤1 mm/h的稳定性弱降雨以及短时强降雨。

2）对于雨雾，主要受降雨持续性影响，造成低能见度的不是雨强，而是雨滴的蒸发，对应的低能见度区间为500～1 000 m，而对于短强低能见度，则主要受雨强影响，对应的低能见度区间为小于200 m，与雨雾相比，短强低能见度过程更易出现高等级低能见度，对交通安全的危害更大。

3）与低能见度雾事件不同，降雨造成的低能见度事件全天各时段均可出现，发生时可伴随较强的风速，雨雾多伴有偏北风（333%），短强低能见度为偏东风占主导（546%）。

4）雨雾与短强低能见度有明显的时空分布差异，江苏雨雾高发季为冬春两季，有明显日变化，高发区为沿江苏南地区，自西南向东北出现频数逐渐减少，短强低能见度几乎都发生在6—9月，无明显日变化，有两个高发区，一个是苏南地区，另一个是江淮之间西北部、沿淮及淮北东部地区。

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Analysis of the influence of rainfall intensity on visibility in Jiangsu

BAO Jing1，HUANG Liang1，SHEN Yang2，ZHANG Liwen1，ZHANG Zhiwei1

1Jiangsu Meteorological Service Center，Nanjing 210008，China；

2Jiangsu Meteorological Observatory，Nanjing 210008，China

Using the hourly observation data of rain，relative humidity，wind direction，wind speed，and minimum visibility in the same period from 70 national weather stations in Jiangsu Province，the impacts of different rainfall intensities on visibility was analyzed，and the statistical characteristics of two types of rainfalls with different intensities，which caused lowvisibility weather，were compared and analyzed.The results showed that rainfall was the major reason for lowvisibility weather in Jiangsu（145%） besides fog.Stable weak rainfall and shorttime heavy rainfall showed the most obvious impacts.Unlike the lowvisibility weather events caused by fogs，those caused by rainfalls may occur at any time throughout the day usually with high wind speeds（>2 m/s）.In 266% of these events，wind speed would be>4 m/s.Winter and spring were seasons with most frequent rain fog weather in Jiangsu，which was mainly affected by the duration of rainfalls.The corresponding low visibility range was 500—1 000 m with obvious diurnal variations.Shorttime heavy rainfall fog weather was mainly affected by the intensity of rainfalls，which mostly occurred during June and September，and the corresponding lowvisibility range was less than 200 m without obvious diurnal variations.There was obvious spatial distribution difference between the low visibility weather events caused by the two types of rainfalls.When the rain fog weather occurred，the northerly wind dominated；when the shorttime heavy rainfall fog weather occurred，the easterly wind dominated.

lowvisibility；lowvisibility caused by rainfall；different rainfall intensities；rain fog；shorttime heavy rainfall

doi：1013878/j.cnki.dqkxxb.20170806002

（責任编辑：张福颖）