长江沿海地区雾的特征及影响因子分析*

田小毅，张志薇

(1.中国气象局交通气象重点开放实验室，江苏 南京 210008；2.江苏省气象服务中心，江苏 南京 210008)

大雾是影响长江航运安全最危险的灾害性天气，素有长江水上航运安全的头号“隐形杀手”之称；而长江作为世界第三、中国第一大河，在中国航运业中发挥着越来越重要的作用。根据最近的统计表明，进出长江江苏段的船舶日平均流量达2 700多艘次，高峰时达到5 000艘次，长江成为了名副其实的黄金水道[1]。尤其是长江南通段位于长江入海处，江面宽阔，最宽处有20 km，支流较多，航道弯曲狭窄交叉，水流条件复杂，常常受到大雾这种灾害性天气影响，使得船只无法正常航行,造成船只相撞、触礁等事故，严重威胁水上交通安全。2002年2月19日，一场海雾笼罩浙沪海域，上午7时许，在浙江洋山港水域航行的“浙象渔70031”被一迎面驶来的船舶撞击沉没，船上7人全部落水；上午09:05分，在长江口南支航道航行的890 t的货运船“浙岱66210”与一艘100 t左右的“苏天航2号”发生严重碰撞，约10min后被撞船“苏天航2号”沉没；2007年1月18日晚，在外高桥航道发生一起因能见度不良导致的船舶碰撞事故，一船沉没，14名船员遇险，30个集装箱漂失。类似事故几乎每年都有发生，给人民生命财产带来严重损失，必须引起人们的警觉。而且下垫面水陆的变化往往是引起气象要素突变而引发气象灾害的直接原因，气象部门常规的地面气象观测站，距离江边较远，统计结果不能准确地反映出江边及江面上的气象状况。于是2009年江苏省气象局和江苏海事局联合在长江江苏段全线364 km江段上共布设36个自动监测站，可以获得1 min一次的能见度、降雨量、温度、相对湿度、风向风速等高密度实况监测资料。

我国沿海地区多有雾发生，在一定条件下，海雾能够深入内陆几十、甚至几百公里远，造成沿海地区出现低能见度的大雾天气，对海上航行、沿海地区交通航运、海洋捕捞和水产养殖、港务活动及农作物和人类身体健康等带来不利影响，长江南通段由于其特殊地理位置，在适宜的条件下，海雾也会向沿海以及长江口江面一带移动，导致沿海周边地区大气水平能见度降低，从而对长江航道船只安全航行产生影响。许多专家学者对陆地雾和沿海雾从天气形势背景、出现的统计规律和成因、发生的气象条件、海面风、大气层结稳定性、海表温、水汽输送以及雾灾对交通的影响等多方面进行研究[2-11]；对长江山区的雾情陈正洪等也做过一些研究[12-17]，孙锦铨等[18]也只是简单提出海雾在适当的风向风速条件下，可以平流输送到长江口江面。但是对因海雾的移动造成的长江东部沿海地区能见度下降的规律和影响因子并没有进行深入的研究。本文主要利用长江沿海地区布设的自动站1 min一次高密度资料，对大雾发生时的气象要素特征以及发生前1 h的气象要素的变化特征进行分析，提炼出预报指标，在大雾发生前0.5～1 h向江苏海事局决策部门提供准确的预警预报信息，为其采取相应防范措施提供依据并争取时间，减少或避免事故发生，同时也减少了无效的封航时间。

1 资料说明

本文选用2010年1月至2016年12月长江沿海地区启东中远海工站1 min一次的气象要素实况观测数据资料，包括能见度、温度、相对湿度、风向风速、降水量等要素，因其处于长江东部最靠近沿海的位置，而且又在36站中以最早出现雾的概率最高，占73%，因此可以作为海雾西移对长江航运影响的指标站来研究。

文中将一次雾过程定义为从能见度下降至1 000 m或以下开始，到下次能见度上升为1 000 m以上结束，其间至少有一个连续30 min能见度小于1 000 m的过程。

2 长江沿海雾的分布特征

2.1 月分布特征

通过对2010-2016年长江沿海地区启东中远海工站实况监测资料进行分析，其月平均次数占总次数的百分率显示(图1)，长江沿海雾主要出现在2月、6月和11月，以6月最多，占全年26.7%，2月和11月次之，8-10月最少。从季节分布来看，秋季雾最少，其它三季雾分布较多，这与田心如等[19]，魏建苏等[20]研究的江苏陆地和沿海地区陆地雾的分布特征有些差异。

图1 长江沿海雾的平均月分布

2.2 日分布特征

长江沿海雾的生消具有明显的日变化特征(图2)，日落至早晨能见度逐渐下降，日出后能见度逐渐上升。其开始时间主要集中在19时至次日04时，占总次数95.6%；消散时间一般在日出前后至正午前，其中02-11时消散占总次数87.0%，又以06-09时消散最为集中，占总次数56.5%。统计沿海雾持续时间(图3)，发现沿海雾持续时间有长有短，以持续2～11 h的概率较大，占总次数的78.3%。

图2 长江沿海雾的开始时间和消散时间分布

图3 长江沿海雾维持时间所占比例

2.3 能见度下降的类型

分析长江沿海雾在出现前1 h的能见度和相对湿度的数据资料(图4)，发现能见度值比较离散，范围较为宽泛，最低值在400 m，最高值达5 000 m，这就给预报增加了难度，于是将能见度在下降至1 000 m或以下前，根据能见度下降的特征，将其分为3种类型(图5)，分别是缓慢下降类(能见度在2～3 h以上从3 000 m左右下降到1 000 m以下)、快速下降类(能见度在几分钟至十几分钟内从3 000 m以上下降到1 000 m以下)和有“象鼻形”前兆类[21]。长江沿海雾以出现“象鼻形”前兆和快速下降类为主，占总次数的93.5%,其中出现“象鼻形”前兆占总次数的52.2%。

图4 长江沿海雾出现前1 h能见度与相对湿度散点图

图5 长江沿海雾能见度下降类型所占的比例

3 长江沿海雾与气象因子的关系

从本质上讲雾的产生，首先在空气中必须有凝结核作为依附，其次便是在降温和增湿两种过程作用下，空气中相对湿度增加到一定程度使水汽达到饱和从而凝结而成；同时适宜的风向和风速是雾产生的重要条件。于是将温度、相对湿度、风向风速作为沿海雾的影响因子进行研究。提炼出长江沿海雾发生时的特征及其与发生前1 h气象影响因子的变化特征指标，为今后长江沿海雾的预报服务提供参考依据。

3.1 与风向及其变化的关系

雾的生成与风向有密切的关系。通过对雾发生时和雾发生前1 h的风向资料统计分析(图6)，发现雾发生前1 h主要以东到东南风为主，西风和南风出现的概率很小；雾发生时以东北风和东风至东到东南风为主，占56.5%，西到西北风至西北风和东到东南风至东南风概率减小，东风和东北风概率增大，这说明了东风和东北风不仅为雾的产生带来海上的水汽，而且带来较冷的温度，使得气温下降，有利于水汽达到饱和状态。从季节分布来看(图7)，春季雾发生前1 h主要以东到东南风为主，其次是东到东北风；发生时以东风至东到东南风为主，西风至北风概率减小，东风概率明显增大。夏季雾发生前1 h主要以东到东南风为主；发生时以东风至东到东南风为主，西风概率减小，北风至东风概率增大。秋季雾发生前1 h主要以东到东南风为主；发生时以东到东南和东北风为主，北风概率明显减小，东北风和西南风概率增大。冬季雾发生前1 h主要以东南风为主；发生时以东北风为主，西风至北风概率增大，东风至南风概率明显减小。

图6 长江沿海雾发生前1 h和雾发生时风向概率分布

3.2 与风速及其变化的关系

长江沿海雾发生前1 h风速在0.4～5.3 m/s，雾发生时风速略有减小，基本在0.4～5 m/s,最集中在3 m/s以内，雾发生时0.4～2 m/s的概率由68%增大到78%，可见适宜的风速既能使冷却作用扩展至适当的气层中去，又不影响下层空气的充分冷却和水汽的保存，最有利于雾的形成；最小风速不是静风，这说明风速过小或静风时既不利于江面降温效应向近地层空气的传送及水汽的湍流输送，也不利于雾滴间的初始碰并增长，难以形成因雾滴曲率差异而导致的链锁反应，因而不利于浓雾的形成(图8)。

不同季节的风速及其变化也有所不同，春季雾发生时风速在0.6～3.5 m/s，较发生前基本是减小的；夏季雾发生时风速在0.7～5 m/s，较发生前以增大为主；秋季雾发生时风速在0.8～2.6 m/s，较发生前既有减小也有增大，但幅度基本在1 m/s以内；冬季雾发生时风速在0.4～2.7 m/s，较发生前基本是减小的。由此可见，冬季雾发生时风速比较小，且发生时比发生前是减小的；而夏季雾发生时风速比较大，且发生时比发生前是增大的。

3.3 与相对湿度及其变化的关系

雾的形成与发展和大气湿度有密不可分的关系。形成雾时的大气湿度应该是饱和或者接近饱和，由于空气中有大量的凝结核存在，因此相对湿度不一定达到100%时就可能达到饱和从而形成雾或浓雾。

图7 长江沿海雾不同季节发生前1 h和雾发生时风向概率分布

图8 长江沿海雾发生前1 h和雾发生时风速分布

长江沿海雾形成时相对湿度基本在85%以上，当相对湿度在90%以上时雾发生的频率为89%。统计雾发生前1 h的相对湿度(图9a)，发现雾在形成前相对湿度基本是增加的，只有当相对湿度达到97%以上时，个别个例相对湿度会有小幅减小，但减小幅度在0.1%～0.2%。统计不同季节雾发生时与发生前1 h的相对湿度差值(图9b)，相对湿度增幅概率较大区间为：春季0～1.6%；夏季0～0.9%；秋季0～0.5%；冬季0～3.6%，可见冬季雾发生时相对湿度增幅最大，其次是春季，秋季增幅最小。

图9 长江沿海雾发生前1h相对湿度散点图和发生时与发生前1h的相对湿度差

3.4 与温度及其变化的关系

由于饱和水汽压是随着温度的下降而降低，因此空气温度的变化对雾的形成具有重要影响，温度下降，如果此时近地层的空气又相当潮湿，那么当气温降到一定程度时，空气中一部分水汽就会凝结成微小水滴，悬浮在近地层空气中，从而形成雾。统计长江沿海雾出现时的温度，最高温度在24.9℃，最低温度在1.9℃，其中温度在4～23℃之间时雾发生频率为96%，这比长江江苏段雾发生时温度范围要小一些[21]。

分析不同季节雾发生时的温度(图10a)，发现春季温度在7.5～20.0℃，温度在8～15℃雾发生的频次较高；夏季温度在19.5～24.9℃，温度在20～23℃雾发生的频次较高；秋季温度在9.4～17.1℃，温度在15～17℃雾发生的频次较高；冬季温度在1.9～10.1℃，温度在4～10℃雾发生的频次较高。分析雾发生时和发生前1h的温度变化特征(图10b)，发现其中有17%个例温度是上升的，13%个例温度不发生变化，70%个例温度出现下降，温度变化范围为：春季-1.6～0.4℃；夏季-1.6～0.2℃；秋季-0.6～0.9℃；冬季-3.1～0.7℃，其中雾发生频次较高的温度变化范围为：春季-0.5～0℃；夏季-0.3～0℃；秋季-0.6～0℃；冬季-1.0～0℃和0.5～0.7℃，说明春夏秋三季雾发生时温度以下降为主，冬季除了温度下降外，温度上升0.5～0.7℃也是雾的频发期。

图10 长江沿海雾不同季节温度及温度变化分布

4 结论

(1) 长江沿海雾主要发生于6月，2月和11月次之；主要形成于19时至次日04时，结束于06-09时，而且持续时间较长，以2～11 h雾为主。

(2) 雾发生前1 h主要以东到东南风为主，西风和南风出现的概率很小；雾发生时以东北风和东风至东到东南风为主，占56.5%，东风和东北风概率增大，这说明了东风和东北风为雾的形成提供充足的水汽条件。

(3) 雾发生时风速比发生前1 h总体是减小的，但夏季雾发生时风速比春夏秋三季都大，而且比发生前是增大，这与其它三个季节是不同的。

(4) 雾在形成前相对湿度基本是增加的，冬季雾发生时相对湿度的增幅最大，其次是春季，秋季增幅最小。

(5) 雾发生时的温度范围在1.9～24.9℃，出雾频次较高温度范围为：春季8～15℃；夏季20～23℃；秋季15～17℃；冬季4～10℃。与雾发生前1 h的温度比较，83%的个例温度是下降或维持不变，只有17%个例温度是上升的；春夏秋三季温度下降时，雾发生的频次较高，而冬季除了温度下降外，当温度上升0.5～0.7℃也为雾的频发期。

(6) 长江沿海雾以出现“象鼻形”前兆和快速下降类为主，其中出现“象鼻形”前兆占总次数的52.2%，为雾的预报提供参考依据。