四川不同等级雾的时空分布及其生消时间

李慧晶,余 芳 *,李洪梅,周 琴,郑飒飒

（1.四川省人工影响天气办公室，成都 610072；2.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，成都 610072；3.青海省海东市平安区气象局，海东 810600；4.青海省西宁市气象局，西宁 810000）

引言

雾污染天气对交通运输和人类生活的影响显而易见，随着经济社会的发展，这种影响将越来越突出。对于全国或某个区域雾的时空分布和气候变化特征，许多学者开展过相关研究[1-8]。郑玉萍等[9]分析了不同海拔高度地区雾的时空分布特征，发现雾受海拔高度和地形影响较大。吴雁等[10]利用河北省11个气象站常规观测资料和NCEP 2.5°×2.5°再分析资料，研究了河北雾霾天气的气候变化趋势，但所用资料空间分辨率较低。胡跃文等[11]利用2016～2017年自动站逐小时观测资料，统计分析了贵州大雾天气的时空分布特征，并结合天气图资料分析筛选了锋面大雾个例31d和辐射大雾个例17d，对比分析大雾生消过程中风、温、湿等气象要素演变特点，发现贵州大雾在秋末到初春较为频发，一天中02～09时是大雾频发时段，07时达到峰值。张晶晶等[12]利用雷达数据对一次海雾过程进行分析，发现毫米波雷达能更有效探测海雾的生消变化和垂直结构等特征，但由于反射率因子非常小，部分区域无法探测到海雾回波。

四川省地貌东西差异大，地形复杂多变，高差悬殊。川内气候复杂，四川盆地中亚热带湿润气候，川西南山地亚热带半湿润气候，川西北高山高原高寒气候。因此，四川地区雾的时空演变特征及其成因比较复杂。许多学者已对四川地区雾的时空特征进行过研究。李慧晶等[13]研究了四川雾日数特征，发现雾日数呈现显著的地区差异，具有川西高原雾日少、攀西地区雾日多的特点。唐信英等[14]分析了四川省大雾时空分布特征，发现四川盆地的年平均雾日数最多，雾日有明显的季节和月际变化。顾清源等[15]研究指出：形成四川盆地大雾天气的有利条件是近地层层结稳定、近地层风力弱、近地层准饱和，大雾预报最为重要的是判断未来是否有降雨产生和辐射冷却强度。鲁燕等[16]研究了成都地区近30年大雾的气候特征，发现成都地区大雾日数总体减少，成都的大雾主要在05～08时生成，08～12时消散。除了雾的时空分布特征外，雾的持续及生消时间也是研究雾的重要指标，但是在以往对雾和霾的研究中，由于观测资料的时间分辨率低，大多根据日平均值(即雾日)来计算，而不是雾生成时刻或时段的大气参数值，这会导致研究结果出现较大误差。而近年来能见度自动观测的出现在一定程度上解决了观测资料时间分辨率低的问题。本文拟利用2016～2019年逐时水平能见度和相对湿度资料，分析四川地区不同等级雾的时空分布特征、持续时间和生消时间，旨在进一步加深对该地区雾的认识，为提升雾的预测预警水平提供科学依据。

1 资料及方法

根据观测记录的完整性，选取了四川地区153个气象观测站的逐时能见度和相对湿度资料，时间从2016～2019年共4年。

根据现行的中华人民共和国国家标准《雾的预报等级》（GB/T 27964-2011），按照水平能见度将雾分为（表1）：轻雾（1000m≤能见度＜10000m），大雾（500m≤能见度＜1000m），浓雾（200m≤能见度＜500m），强浓雾（50m≤能见度＜200m）和特强浓雾（能见度＜50m）。此外，为了与霾进行区别，除了考虑水平能见度的不同外，还增加了相对湿度≥90%的判据。由于轻雾对交通运输和人民生活的影响不大，本文重点分析相对湿度≥90%的大雾、浓雾、强浓雾和特强浓雾的时空分布特征、持续时间和生消时间。需要特别指出的是，峨眉山站常年被雾笼罩（多年平均雾日数达300多天[1]），本文研究中剔除了峨眉山站。

表1 雾的预报等级

文中统计的雾时次数是指达到对应等级标准且水平能见度≥90%的雾时次数。另外，将连续时间内发生的达到相应等级标准且相对湿度≥90%的低能见度现象看做一次雾天气过程，这与雾日数的计算方式不同。同一天内有几个连续时次，就算做几次雾过程，而不是一天只能计为一次。

2 不同等级雾的时空分布特征

2.1 不同等级雾的时间变化

2016～2019年四川共发生大雾39197时次。从大雾时次数月分布（图1a）来看，四川地区每个月均有可能发生大雾天气，大雾时次数由多到少的季节依次为：冬季、秋季、春季、夏季；冬季大雾发生时次约占全年的50%，是大雾最为频发的季节，12月最多，占比为22%；其次是秋季，占全年的27%；夏季大雾的发生时次数最低，6、7、8月三个月占比＜10%，8月大雾最少。冬季冷空气活动频繁和近地面空气湿度大是大雾频发的主要原因。由于冷空气的影响，气温降低，加上四川盆地湿度较同纬度其他地区大，空气中水汽容易达到饱和，为大雾天气的产生提供了有利条件。

2016～2019年四川共发生浓雾20902时次，是大雾的53%。从浓雾时次数月分布（图1b）来看，跟大雾一样，四川地区每个月均有可能发生浓雾；冬季浓雾发生最多，总共8773时次，占全年的42%，尤其是12月（占22.3%）；秋季发生浓雾占全年的34%；春节和夏季发生浓雾的占比相差不大，分别是13%和11%，5月和8月浓雾最少。因此，秋末到冬初是浓雾最为频发的时段，主要与这期间冷空气的频繁活动有关。受冷空气的影响，气温降低，空气中水汽容易达到饱和，为浓雾的形成提供了有利条件。

2016～2019年四川共发生强浓雾11323时次，是浓雾的54.2%，大雾的28.9%。从强浓雾时次数月分布（图1c）来看，四川地区每个月均有可能发生强浓雾；秋末到冬末强浓雾出现频率最高，12月最多，11月次之，11月、12月、1月以及2月的强浓雾时次数占全年的80%；5～8月是强浓雾最少的月份。

图1 不同等级雾时次数月分布（a.大雾，b.浓雾，c.强浓雾，d.特强浓雾）

2016～2019年四川共发生特强浓雾593时次。从特强浓雾时次数月分布（图1d）来看，1月和12月是特强浓雾最为频发的两个月，占全年的79%；89%的特强浓雾发生在冬季，4～9月特强浓雾发生的比例＜1%。

从大雾发生时间分布（图2a）来看，四川地区一天中每个时段均有可能发生大雾；01～09时大雾最为频发，各时段大雾发生时次数均＞2000时次，各时刻的时次数占比均＞5%，该时段的总占比＞70%，07时达到峰值（3775时次，约占10%）；80%以上的大雾发生在20时～次日08时，该时段共发生大雾31306时次；08时以后大雾发生时次数明显减少，13～18时大雾发生时次数最少，各时刻大雾发生时次数均＜400时次，占比＜1%。

图2 不同等级雾发生时间分布（a.大雾，b.特强浓雾）

从浓雾发生时间分布（图略）来看，四川地区一天中每个时段均有可能发生浓雾；02～09时浓雾最为频发，各时刻浓雾发生时次数均＞1000时次，占比均＞5%，该时段总占比达75%，07时达到峰值，占12.4%；09时以后浓雾发生时次数明显减少，13～20时浓雾时次数最少，各时刻浓雾时次数占比＜1%。

强浓雾发生时间分布（图略）与浓雾大致相似。03～10时强浓雾最为频发，发生时次数占总数的84%，该时间段强浓雾最为频发，各时刻强浓雾发生时次数占比均＞6%，该时段总占比达84%，07时达到峰值，08时较07时略少；10时以后强浓雾时次数迅速减少，12～22时的各时段强浓雾发生时次数占比＜1%。

从特强浓雾发生时间分布（图2b）来看，四川盆地近90%的特强浓雾发生在02～10时；03～10时的各时段特强浓雾发生时次数占比均＞5%，是特强浓雾最为频发的阶段，尤其是05时、07时、08时占比均＞13%；12～22时特强浓雾发生时次数占比＜1%。特强浓雾多发生于02～10时，一是与静止锋、冷高压等特定天气系统相关，二是夜间辐射降温作用容易使近地层水汽凝结，加上清晨容易出现辐射逆温，均有利于雾的形成。

2.2 四川不同等级雾的空间分布

如图3a所示，2016～2019年四川大雾时次数空间分布极不均匀，具有很强的区域地理特征，川西高原和攀西地区大雾时次数少，盆地时次数多。在川西高原和攀西地区，除布拖、康定、美姑、普格4个站外，其余47个站这4年发生大雾总时次数＜100时次，其中有27个站的总时次数甚至＜10时次。在四川盆地，西部和南部地区大雾时次数较多，西北和东北大部地区大雾时次数较少；其中，纳溪区、青神县、双流县、江安县、屏山县、崇州市6站这4年发生大雾总时次数均＞1000时次，形成沿江一带的多雾中心。四川盆地大雾天气多发与其所处地理位置密切相关。四川盆地位于我国西南地区，东有巫山、大巴山，南与云贵高原接壤，北有秦岭山脉，西与世界屋脊青藏高原相邻，四周高山环绕，境内江河密布，广阔的田野为近地面空气提供了充足的水源，北面高大的秦岭山脉就像一道铁闸，挡住了南来北往的水汽，将南海、孟加拉湾北上的大量水汽截留在四川盆地内，从而造成了巴蜀大地冬季云雾迷漫、空气湿润的气候特征，有利于大雾的形成。

如图3b所示，2016～2019年四川浓雾时次数空间分布极为不均，同样具有很强的地理区域特征。川西高原和攀西地区浓雾较少，除红原、美姑、康定、普格4个站外，其余站这4年发生浓雾总时次数均≤100时次，其中有18个站没有浓雾发生，有12个站总时次数＜10时次。相比之下，四川盆地浓雾较多，宜宾和屏山这4年发生浓雾总时次数均＞1000时次，其中屏山浓雾出现时次数最多；与大雾不同，浓雾在盆地东北部发生时次数较多，在盆地西北部和西南部较少，大部分地区常年无浓雾天气。如图3c所示，川西高原没有强浓雾发生，攀西地区除美姑强浓雾较多外（65时次），其余大部常年没有强浓雾发生；盆地大部均有强浓雾发生，屏山是强浓雾出现最多的地区（639时次），宜宾次之（418时次）；盆地平武县、荥经县、石棉县、峨边县、珙县、万源市常年无强浓雾发生，雅安、青川、剑阁、宜宾县、天全县、阆中市、南江县、马边县、宁南县等地的强浓雾时次数均＜10时次。如图3d所示，四川地区仅有41个站发生过特强浓雾，主要集中在盆地，而川西高原、攀西地区没有特强浓雾发生；屏山是特强浓雾最多发的地区，这4年共出现111时次，其次是什邡、青神、广汉、双流时次数均＞30时次。

图3 四川不同等级雾时次数空间分布（a.大雾，b.浓雾，c.强浓雾，d.特强浓雾）

综上所述，四川地区的雾主要发生在四川盆地，川西高原和攀西地区大部没有强浓雾和特强浓雾发生，沿江一带的站点为多雾中心；四川地区大雾、浓雾、强浓雾、特强浓雾的日变化较为相似，均为夜间到早晨多于午后到傍晚，清晨最多，午后最少；其中浓雾、强浓雾、特强浓雾集中发生在凌晨到清晨，而大雾在夜间各个时间段的占比均较高。需要特别指出的是，宜宾屏山受地理位置影响是各种等级雾的多发区。屏山位于在金沙江、岷江、长江三江交汇处，江水蒸发导致空中水汽充足，空气更容易达到饱和而形成雾；此外，江面和陆地因下垫面不同而更容易产生温差，易在冷暖空气交界处产生锋面雾，或者江面上暖湿气流也容易产生平流雾。

3 不同等级雾的持续时间和生消时间

3.1 不同等级雾的持续时间

根据前文对大雾过程的定义，2016～2019年共有153个站发生了23942时次大雾天气过程。从大雾持续时间（图4a）看，有16644时次大雾持续1h，占总数的69.5%，持续时间＞1h的大雾过程有7298时次，占总数的30.5%。90%以上的大雾过程在3h内消散，少数大雾天气过程持续时间＞6h，蒲江在2017年1月6～7日期间发生了一次持续时间长达22h的大雾天气过程。

图4 不同等级雾的持续时间（a.大雾，b.浓雾）

根据前文对浓雾过程的定义，2016～2019年共有135个站发生了12932时次浓雾天气过程，浓雾发生站点和发生时次数均比大雾少。从浓雾持续时间（图4b）看，持续1h的浓雾占总数的67%，93.2%的浓雾只持续3h就消散；持续时间＞6h的浓雾较少，持续6～14h的浓雾占比＜1%；持续时间最长的浓雾发生在宜宾，从2019年3月7日23时开始到8日12时结束，共持续了14h；浓雾的持续时间比大雾短，持续时间较长的浓雾时次数也比大雾少。

根据前文对强浓雾过程的定义，2016～2019年共有114个站发生4581时次强浓雾天气过程，比浓雾过程减少了1/3，持续时间1h的占47.3%，持续时间＞1h的占52.7%（图略）；强浓雾不容易在短时间内消散，有6.7%的强浓雾（300多时次）持续时间达4h，22%的强浓雾持续时间＞4h，10%的强浓雾持续时间＞6小时，有60时次强浓雾持续时间＞10h。

根据前文对特强浓雾过程的定义，2016～2019年共有51个站发生了297时次特强浓雾天气过程。持续时间1h的过程占56%（图略），持续时间＞1h的占44%，特强浓雾持续时间最长可达到9h；特强浓雾一旦形成，便不容易在短时间内消散，85.1%的特强浓雾在3h内消散。

3.2 不同等级雾的生消时间

图5a是四川地区一天中各时间段大雾生消次数及持续1h的大雾时次数占总数的比例。如图所示，持续时间1h的大雾多在夜间发生，而午后到晚上较少；07时达到峰值，09时后迅速减少。00～06时成雾次数比消雾多，07～13时消雾次数比成雾次数多。00～07时成雾次数较多，06时达到峰值，07时以后迅速减少，12～20时、23时是成雾最少的时段，各时刻成雾次数占比＜0.5%。01～09时是大雾消雾最多的时段，08时和09时达到峰值，中午和午后由于成雾较少，消雾也相应较少。总体来看，大雾成雾时间主要在夜间到凌晨日出前，消雾时间主要在日出后。

图5 不同等级雾的生消时间（a.大雾，b.浓雾，c.强浓雾，d.特强浓雾）

图5b是四川地区一天中各时间段浓雾生消次数及持续1h的浓雾时次数占总数的比例。如图所示，浓雾成雾时次数跟大雾相似，也是晚上到早晨比白天到傍晚多；00时以后，随着时间的推移浓雾成雾时次数逐渐增加，07时达到峰值，09时以后逐渐减少，12～20时几乎没有浓雾发生。00～07时浓雾成雾次数比消雾次数多，07时以后消雾次数比成雾多。07～10时是浓雾消雾最多的时段。

图5c是四川地区一天中各时间段强浓雾生消次数及持续1h的强浓雾时次数占总数的比例。如图所示，与大雾和浓雾不同，只持续1h强浓雾的时次数占比＜50%。07时以前，强浓雾成雾次数大于消雾次数，08～11时消雾次数远大于成雾次数，12～22时成雾次数和消雾次数均很少。03～07时强浓雾多发，10～23时极少有强浓雾生成。强浓雾在07～10时消散最多。

图5d是四川地区一天中各时间段特强浓雾生消次数及持续1h的特强浓雾时次数占总数的比例。从持续时间1h特强浓雾在一天中各个时间段的时次数占比来看，04～09时占比最高，分别在05时和09时出现峰值，之后迅速减少，12～19时和21时没有持续1h的特强浓雾发生，20时、22时和23时特强浓雾仅发生7次。从特强浓雾的生消时间看，07时之前的成雾次数多于消雾次数，08～12时消雾次数多于成雾次数；04～08时是特强浓雾成雾最集中的时段，04时和07时分别出现峰值，00～03时有少量特强浓雾形成，除了21时有3次特强浓雾外，12时以后没有特强浓雾生成；消雾次数主要集中在05～10时，10时以后迅速减少，13～22时几乎无特强浓雾消散。

总之，四川地区有雾天气一般出现在晴朗无云的夜间或早晨，日出后，由于气温升高加上湍流增强，空气恢复到未饱和状态，雾滴蒸发消散。

4 结论

本文利用四川省153个气象观测站点的逐时能见度和相对湿度资料，根据水平能见度将雾分为大雾、浓雾、强浓雾和特强浓雾四个等级，分析了四川不同等级雾的时空分布、持续时间及生消时间。结论如下：

（1）一年当中每个月都有可能发生大雾、浓雾和强浓雾天气，特强浓雾天气在4～9月比较罕见，其余各月均可能发生，不同等级的雾均在冬季最多，夏季最少。特强浓雾在12月和1月最多，大雾、浓雾和强浓雾在12月最多。

（2）一天当中每个时次都有可能发生大雾和浓雾天气，强浓雾和特强浓雾天气几乎不会在13～20时发生，其余时间均可能发生。大雾、浓雾、强浓雾均在07时达到峰值，特强浓雾分别在05时和08时达到峰值。

（3）从空间分布来看，四川地区的雾主要发生在四川盆地，川西高原和攀西地区大部没有强浓雾和特强浓雾发生，大雾和强浓雾发生的时次数也很少。

（4）从雾的持续时间来看，四川大雾天气过程持续时间短，70%的大雾只持续1h，90%的大雾在3h内消散；90%的浓雾持续1～3h；强浓雾和特强浓雾一旦形成，便不容易在短时间内消散，强浓雾消散需要1～4h；90%以上的特强浓雾消散需要1～5h。

（5）从雾的生消时间来看，大雾的成雾时间主要在夜间到清晨日出前，消雾时间主要在日出后，00～06时大雾成雾次数比消雾次数多，07～13时大雾消雾次数比成雾次数多；浓雾在04～08时成雾较多，在07～10时消雾较多；强浓雾在03～07时成雾最多，10～23时极少有强浓雾生成，强浓雾大多在07～10时消散；特强浓雾成雾最集中的时段是04～08时，04时和07时分别是两个峰值，消雾时间主要在05～10时。