2018年6月青岛海域一次海雾过程分析

王冠岚， 孙莎莎， 孙柏堂， 李鹏远

(1.国家气象中心,北京 100081； 2.山东省气象台,济南 250031；3.莱西市气象局,山东 青岛 266600； 4.中国海洋大学,山东 青岛 266100)

引 言

雾是由于近地面空气中悬浮的大量微小水滴或冰晶使大气水平能见度降至1 km以下的天气现象。广义上的海雾是指发生在海面上的雾，是影响海上大气能见度的主要天气现象。大雾的影响主要体现在交通运输上。陆地雾会对陆路交通运输和飞机起降产生不利的影响[1-4],海雾会对海上运输、船舶进出港等造成影响[5-6]。田华等[7]通过调研分析发现，交通、公安等部门对大雾的预报预警和影响评估等方面有较高需求。近年来，随着我国沿海地区承担着越来越多的重大会议和活动任务，海雾的影响已不仅仅局限于海上交通和生产活动，而是逐渐成为气象保障服务的新焦点。目前，对于海雾的研究主要集中在统计分析[8-9]、 数值模拟[10-12]、海雾预报方法[13-14]等方面。前期研究表明，海雾根据形成机制的不同，可分为平流雾、混合雾、辐射雾和地形雾[15]。黄海是我国近海海雾出现最频繁的海区[16]，且大多属于平流冷却雾[17-18]。青岛位于黄海北岸，6月为青岛附近海域海雾的最高发时段[19]。

2018年6月9日至10日，上合组织峰会在青岛召开，气象部门为峰会开幕式和各项会议活动提供了精准的决策气象服务[20-21]。本文将对此次峰会前夕青岛附近海域的一次海雾过程进行分析，对今后类似的气象保障服务提供参考。

1 资料和方法

本文使用的资料主要有:(1)全国综合气象信息共享平台(China Integrated Meteorological Information Service System,CIMISS)提供的地面站1 h观测资料,包括能见度、气温、相对湿度、风速风向、天气现象等。(2)Himawari-8可见光云图。(3)美国国家环境预报中心(NCEP)的 1°×1 °全球再分析数据(NCEP FNL Operational Global Analysis data)。(4)中国气象局高空观测资料。

利用中尺度大气数值模式WRF(Weather Research and Forecasting)对海雾过程进行模拟，初始场采用FNL再分析资料;模拟时段为2018年6月6日20时-10日08时。利用HYSPLIT-4模式(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory-4)进行气块的后向追踪轨迹计算，使用HYSPLIT时可以在线完成计算(网址http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php)，本研究输入的是GDAS的0.5°×0.5°再分析数据。

2 海雾实况和天气形势

2.1 海雾实况

由青岛站(台站号：54857)能见度随时间变化图(图1a)可以看出，6月7日16时起，青岛能见度出现明显下降，至7日23时一直维持能见度低于200 m的强浓雾，且在整个夜间能见度基本维持在1 km以下。8日，能见度有所提高，但在8日傍晚时段，仍出现能见度低于1 km的海雾。9日白天，能见度出现明显好转，特别是在9日20时至21时，能见度维持在3.5 km以上，22时后，由于受到上合峰会开幕式焰火燃放活动的影响，能见度一度短暂下降至500 m以下，随后回升至2.5 km。对应同时段的相对湿度，7日下午至夜间能见度较低的时段，青岛相对湿度为96%～98%，接近饱和。从风场随时间的变化看(图1b)，7日下午，青岛站风速基本在4～5 m·s-1的范围内，风向以东南风为主。7日至8日，青岛附近海域的海温(图略)保持在19～20 ℃。此次海雾为黄海海域夏季常见的平流冷却雾[22]。

从葵花8可见光云图(图2)可以看出，7日14时(图2a)，青岛南部黄海海域有海雾分布，但与陆地边界清晰，此时青岛能见度仍在3 km以上；16时(图2b)，青岛南部海域的海雾发展加强，并开始从海区向陆地移动，青岛能见度迅速降至500 m以下。8日14时(图2c)，黄海中部海域及青岛沿海地区的海雾在可见光云图上的纹理不再光滑，表明此时海雾内部结构逐渐受到破坏，有消散的趋势。9日14时(图2d)，受到高空系统的影响，整个区域云量增多，从可见光云图上已很难辨别海雾天气。

图1 2018年6月7日08时-10日08时青岛站能见度、相对湿度和风速变化

图2 2018年6月7日14时-19日14时葵花8可见光云图

2.2 天气形势

从天气背景看，7日08时500 hPa高空青岛附近上游有北支和中支西风槽活动，槽经向度比较小，并逐渐东移，青岛处在槽前西南气流中；850 hPa上，青岛处在鞍型场中，西北-东南向为高压区，东北-西南向为低压区(图略)；从地面气压场上看，7日至8日(图3)，青岛的西南-东北方向上，有低压系统东移发展，青岛受倒槽东侧偏东南气流影响，青岛近海和沿海内陆出现了海雾。这种低槽东移天气形势配置是黄海海雾的典型形势之一[23-24]。8日白天开始，随着中支西风槽发展，经向度变大，并且西风槽逐渐移近青岛，稳定的形势场开始变化，海雾维持的有利天气形势被破坏，海雾开始减弱消失。

图3 2018年6月7日14时-9日02时地面形势图

图4为全球再分析数据得到的气海温差分布。由图4可看出，7日下午(图4a)，青岛附近海区气海温差基本为0～0.5 ℃；随着近地层东南风的作用，7日夜间(图4b),气海温差有所增大，基本为0.5～1.0 ℃。8日上午(图4c),由于地面出现短时的北风，气海温差开始明显下降，大部分海区为0 ℃，局部海区为0～0.5 ℃；8日夜间(图4d)，地面基本为弱的东南风，气海温差再次加强，达到0.5～1.0 ℃，青岛西南侧的日照沿海气海温差最高为1.5～2.0 ℃。根据王彬华[15]的研究，气海温差数值在0.5～3.0 ℃的范围内，并且海表面温度≤25 ℃时利于平流雾的生成。因此，6月7-9日期间，在气海温差条件适宜的时段，非常有利于海雾发展。

图4 2018年6月7日14时-8日20时黄渤海气海温差分布图

由6日20时青岛站的探空曲线图可以看出(图5a)，此时近地层为东南风，1000-960 hPa之间有明显逆温层，逆温强度较强，但该厚度层的水汽条件较差，气层较干，因此青岛此时能见度较高，都在1 km以上。到了7日20时(图5b)，低层仍然为东南风，近地层的逆温高度有所抬高，出现了多层逆温,980-960 hPa的水汽条件相比6日有明显加强，该厚度层的空气近乎饱和，青岛的能见度迅速降低至200 m以下。通过对探空的分析发现，此次海雾过程属于浅薄的海雾，并且低能见度持续时间短，可预报性难度较大。

图5 2018年6月6-7日青岛站探空曲线图

3 数值模拟

3.1 中尺度模式WRF数值模拟结果

利用中尺度模式WRF对此次海雾进行数值模拟,模拟区域见图6。

图6 2018年6月6日20时-10日08时WRF模式计算区域示意图

饶丽娟等[25]研究表明，对于海雾模拟边界层方案采用YSU方案、云微物理方案采用Lin方案得到的雾区与观测事实最为相符，本文采用该方案，主要参数见表1。

将模式输出的地面气压场和风场与同期观测资料得到的地面气压场和风场进行比较,发现模拟输出场与实际观测场的形势十分相似(图略)。对其他变量(如相对湿度)比较发现，模拟值要略小于实际观测值，但两者的时间变化趋势具有一致性。因此，利用该模式进行海雾数值模拟研究是可行的。

表1 WRF模式青岛附近海雾数值模拟参数设定

云水混合比是对雾的能见度有重要指示意义的物理量，云水混合比越大，雾越浓。研究表明，当975 hPa云水混合比达到0.016 g·kg-1以上时定义为海雾[26]。图7为WRF模式模拟得到的6月7日至8日青岛附近海域近地层气温和云水混合比的纬向垂直剖面图。7日下午至夜间(图7a、b)，近地层的温度层结始终呈现随高度增加的分布，逆温增强，950 hPa与1000 hPa 温差最大，达到7 ℃；同时，云水混合比数值是逐渐提高的过程，最高0.6 g·kg-1以上的云水混合比从970 hPa向高层伸展了约10个hPa，达到960 hPa,此时浓雾[27]范围在不断扩大。8日白天(图7c)，近地层逆温减弱，云水混合比也大大降低，只有局地海区有0.5～0.6 g·kg-1的分布，大部分海区基本都在0.1 g·kg-1以下，此时浓雾局地分布。8日夜间(图7d)，近地层逆温仍存在，云水混合比相比白天的有所提高，但强度相较7日夜间的明显偏弱，此时海雾强度也相应较弱。

图7 2018年6月7日14时-8日20时青岛海区近地层气温和云水混合比纬向垂直剖面

3.2 后向气块追踪分析

前人有利用 HYSPLIT-4模式分析台风、暴雨、雾霾等天气过程的气块来源[28-32]。本文利用该模式以青岛胶州湾附近气块为跟踪起点，模拟1000 m、500 m、200 m和10 m高度层上气团72 h的后向轨迹。从6月9日02时后向追踪来看(图8)，1000 m和500 m高度上的气块都大致来自蒙古高原东侧，200 m高度上的气块主要来自河北北部，三者都呈西北东南走向。1000 m高度上的气块经历了下沉-上升-下沉的过程，500 m和200 m高度上的气块经历了上升-下沉的过程，最终三者汇入胶州湾附近。特别是在7日12时之后，此三个不同高度上的气块在青岛上空都有明显下沉增温过程，有利于逆温层的维持。10 m高度上的气块来自江南地区，在气块东移入海后经历了一个明显的下沉过程，随后转向北上，将暖湿空气输送至青岛，保证了此次海雾的发展维持。

4 结 论

本文通过对2018年6月7-9日青岛附近海域出现的一次海雾过程进行分析，探讨了海雾形成发展过程中的大气特征和海洋气象条件，得到了以下结论：

(1)在此次海雾维持过程中大气比较稳定，环流形势为低槽东移型，属于典型的黄海海雾天气形势。

(2)此次海雾过程日变化较为明显，在能见度小于1 km时，相对湿度为96%～98%；海温低于海平面气温，气海温差为0.5～1.0 ℃；风向以东南风为主，是海洋上的暖湿气流经冷海面凝结成的雾，为一次平流冷却雾过程。

(3)在整个海雾过程中，逆温层始终存在，近地层逆温差越大，对应海雾越强；云水混合比在0.6 g·kg-1以上的空间分布和海雾的落区有很好的吻合。

(4)后向气块追踪结果表明，本次海雾过程中，高层不同高度的气块在青岛上空都经历了明显的下沉增温过程，有利于逆温层的维持和发展；低层气块来自东海，不断将暖湿空气输送至青岛海域。这种高低层的气块来源配置有利于海雾的维持。