鄭鳳琴，羅小莉，鐘利華，韋晶晶

(廣西氣象服務(wù)中心，廣西 南寧 530022)

北部灣地處我國沿海西南端[1]，是我國南向通道的樞紐區(qū)域，也是我國沿海主要的海霧多發(fā)區(qū)之一[2]。海霧是海洋上低層大氣中的水汽凝結(jié)現(xiàn)象[3-4]，是我國沿海海區(qū)的一種災(zāi)害性天氣，起霧期間由于海面大氣能見度降低，對海上船舶運輸、漁業(yè)、平臺作業(yè)以及沿岸交通造成很大危害，甚至造成海難事故[5-6]。因此，加強(qiáng)海霧的研究[7-9]，提升海上大霧的預(yù)報預(yù)警能力，對減少人民生命財產(chǎn)損失具有非常重要的意義。

在海霧特點、成因分析等方面，國內(nèi)外已有許多研究成果。宋亞娟(2009)利用ICOADS資料分析了近100 a北太平洋上海霧的發(fā)生頻率，指出4—7月是北太平洋海霧發(fā)生頻率較高的季節(jié)[10]；張紅巖等(2005)對黃海春季海霧年際變化分析發(fā)現(xiàn)，高空環(huán)流為海霧形成提供了暖濕空氣的輸送條件，低空風(fēng)場及地面風(fēng)場有利于西太平洋低緯水汽向黃海輸送，水氣溫差有利于海霧的形成和維持[11]。張?zhí)K平等(2008)研究低層大氣季節(jié)變化和黃海海霧季節(jié)的關(guān)系時指出，溫度層結(jié)、湍流強(qiáng)度和高度與海霧季節(jié)變化密切關(guān)聯(lián)[12]；黃健等(2010)利用外場觀測數(shù)據(jù)，研究了華南沿海暖海霧的宏觀特征和湍流熱量交換特征[13]；魏建蘇等(2010)分析了江蘇沿海地區(qū)霧的時空分布特征、霧過程持續(xù)時間等，并探討了影響沿海霧生成的相關(guān)因子[14]。針對北部灣海霧的氣候診斷、環(huán)流特征也開展過一些研究。陳燕麗等(2016)利用沿海觀測資料，探討了北部灣海霧的年際、年代際和月分布特征，以及該地區(qū)海霧氣候變化特征的可能原因[15]；孔寧謙(1997)研究表明，廣西沿海霧多集中在冬春季節(jié)(12月至次年4月)，霧生消時間多集中在02:00—05:00，霧的持續(xù)時間多為1～3 h[16]；盧峰本等(2006)研究指出，北部灣海霧天氣過程的主要天氣形勢包括冷鋒前部、地面高壓后部和弱冷空氣影響等[17]。

由于海上資料比較缺乏，海上大霧的研究受到很大的限制。目前沿海氣象臺在預(yù)報海上大霧時，一般都是在沿岸陸地大霧預(yù)報的基礎(chǔ)上加一個經(jīng)驗值，或者是應(yīng)用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)報，因此有必要對海上霧與沿岸陸地霧進(jìn)行對比分析，深入了解海上大霧特點及其與沿岸陸地大霧的差異。本研究擬利用北部灣海洋氣象浮標(biāo)站觀測到的海上大霧相關(guān)資料與沿岸陸地觀測站的相應(yīng)資料對海上大霧以及沿岸陸地霧的大氣能見度進(jìn)行對比分析，進(jìn)而得出海上霧與沿岸陸地霧的對應(yīng)關(guān)系，以期為預(yù)報人員利用沿岸陸地資料開展海上大霧的預(yù)報提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

采用的資料主要包括海洋氣象浮標(biāo)站(以下簡稱為浮標(biāo)站)、潿洲島站和北海站的大氣能見度、相對濕度、降雨量和測風(fēng)資料。浮標(biāo)站建于2015年5月，直徑為10 m，安裝于距潿洲島南部約80 km的海面上，浮標(biāo)站由山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所研制，浮標(biāo)站上搭載了HMP155型溫濕度傳感器、PTB210型氣壓傳感器、PWD20大氣能見度傳感器、05103型風(fēng)傳感器、AEM-CAR海流傳感器以及自虹吸式50203雨量計等，觀測要素包括海表面以上2 m的氣溫、氣壓、濕度、大氣能見度、風(fēng)向風(fēng)速和海表面以下1 m的水溫，時間分辨率為10 min。潿洲島站屬于海島站，位于浮標(biāo)站的北面，對海霧預(yù)報的參考性較大。北海站屬于北部灣地區(qū)沿海站。各測站的地理位置如圖1所示。資料的時間序列為2016年1月至2017年12月，參照中國氣象局《地面氣象觀測規(guī)范》[18]對霧的定義，規(guī)定1 h平均大氣能見度低于1 km、相對濕度高于90%判定為出現(xiàn)大霧，若一天中任一個觀測時次任一觀測站出現(xiàn)大霧，則這一天為該觀測站的1個大霧日。日統(tǒng)計是按照氣象學(xué)上以北京時間20:00為日界的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計的。

圖1 北部灣海霧觀測站位置分布示意圖Fig. 1 Positions of sea fog observation stations in Beibu Gulf

2 海霧特征分析

2.1 北部灣海霧統(tǒng)計特征

由于浮標(biāo)站位于北部灣中部，可代表北部灣海洋的情況，對2016年1月至2017年12月這段時間的觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，可以發(fā)現(xiàn)北部灣海霧的特點。浮標(biāo)站的資料統(tǒng)計顯示，2016年共出現(xiàn)大霧37 d，2017年共出現(xiàn)大霧19 d；對比每年各月出現(xiàn)海霧的情況，發(fā)現(xiàn)海霧主要發(fā)生在春季(3、4月)和冬季(1、2月)，而研究的兩年期間北部灣5、11月分別只出現(xiàn)過1次海霧。從圖2可以看出，3月出現(xiàn)海霧的次數(shù)最多，共22次，平均每年11次；其次為4月，共出現(xiàn)17次，平均每年8.5次；再次為2月，共出現(xiàn)10次，平均每年5次；其它月份極少出現(xiàn)海霧，研究期間的6—10月和12月甚至未出現(xiàn)過海霧。

圖2 2016—2017年北部灣海霧出現(xiàn)頻數(shù)分布Fig. 2 Frequency distributions of sea fog over Beibu Gulf in 2016-2017

我們還分析了北部灣海霧的生消特征。由圖3可知，霧的生成呈現(xiàn)多峰特點，最容易出現(xiàn)霧的時間為凌晨03:00—05:00，其次為早晨07:00，而最少生成霧的時間為下午15:00—16:00，其次為晚上21:00—22:00；從圖3中霧的消散時間分布來看，上午08:00—10:00是霧消散的峰值時間，其次是下午12:00—13:00。從北部灣海霧生成和消散的時間對比可以看出，北部灣凌晨海霧的生成頻數(shù)要比消散數(shù)高，中午和下午海霧的消散頻數(shù)高于生成頻數(shù)，上半夜生成的海霧較凌晨生成的海霧維持時間長。

圖3 2016—2017年北部灣海霧的生消時間-頻數(shù)變化曲線Fig. 3 Time-frequency curve of sea fog formation and dissipation over Beibu Gulf in 2016-2017

從海霧的維持時間來看，北部灣海霧的維持時間較短，絕大部分在3 h以內(nèi)，占總數(shù)的75.0%；維持時間在1 h以內(nèi)的占比最高，為48.3%；維持時間大于8 h的霧占比較低，僅為9.2%。最短的海霧只維持了20 min，持續(xù)時間最長的海霧發(fā)生在2016年3月19日，維持時間達(dá)到14 h 50 min，但是仍比我國東部沿海典型持續(xù)性大霧的維持時間短得多。從季節(jié)分布來看，冬春季節(jié)不僅霧日多，而且持續(xù)時間長，平均維持時間在150 min以上，3月霧的平均維持時間最長，為180 min，夏秋季節(jié)海霧維持時間較短，平均維持時間在30 min以內(nèi)。

2.2 海上霧與沿岸陸地霧的對比分析

以浮標(biāo)站出現(xiàn)大霧日的資料與潿洲島站、北海站進(jìn)行對比分析。從各站大霧的總體分布情況來看，浮標(biāo)站共出現(xiàn)大霧56次，潿洲島站有57次，北海站僅有11次，潿洲島站大霧日數(shù)量與浮標(biāo)站更接近。由圖4可見，潿洲島站4月出現(xiàn)的海霧次數(shù)最多，共20次；其次為3月，共出現(xiàn)17次；再次為1月，共13次；5—11月未出現(xiàn)過海霧。北海站2月出現(xiàn)海霧次數(shù)最多，共5次，其它月份的海霧站次均低于3次，且6—12月未出現(xiàn)海霧。對比前文浮標(biāo)站海霧統(tǒng)計特征的分析結(jié)果，潿洲島站的海霧特征與浮標(biāo)站較為接近，均為2—4月海霧多其它月份少甚至沒有。綜上所述，北部灣海霧主要發(fā)生在冬春季(1—4月)，其中3、4月為最多。

圖4 2016—2017年北部灣各觀測站海霧的月分布情況Fig. 4 Monthly distribution of sea fog over observation stations in Beibu Gulf in 2016-2017

2.2.1 大氣能見度對比分析 根據(jù)以上分析，北部灣海霧主要出現(xiàn)在每年的1—4月，以浮標(biāo)站1—4月出現(xiàn)海霧日的大氣能見度與潿洲島站、北海站進(jìn)行對比(表1)。由表1的大氣能見度平均值來看，在2—4月的海霧日中，潿洲島站平均比浮標(biāo)站大0.7～3.3 km, 其中2月兩站的平均大氣能見度最為接近，相差僅為0.7 km，而1月與其他月份不同，1月潿洲島站平均大氣能見度比浮標(biāo)站小1.5 km；北海站平均大氣能見度比浮標(biāo)站大1.5～5.1 km，其中1月最小，4月最大。從相對濕度的平均值來看，在2—4月的海霧日中，潿洲島站平均比浮標(biāo)站小1.6%～2.4%，其中3月兩站的平均能見度最為接近，相差僅為1.6%，而1月與其他月份不同，1月潿洲島站平均相對濕度比浮標(biāo)站大0.9%；北海站平均相對濕度比浮標(biāo)站小2.7%～6.4%，其中1月兩站的平均相對濕度相差最小，2月最大。由此可見，相對于北海站，潿洲島站與浮標(biāo)站的大氣能見度平均值、相對濕度平均值相差較小。

表1 潿洲島站、北海站與浮標(biāo)站的大氣能見度、相對濕度對比Tab. 1 Comparison of atmospheric visibility and relative humidity among buoy station, Weizhou Island and Beihai stations

從表1可以看出，潿洲島站與浮標(biāo)站的大氣能見度最小值、相對濕度最小值相差較小。其中，潿洲島站的大氣能見度最小值與浮標(biāo)站相比，平均大0.0～0.1 km，而相對濕度最小值相差8.0%～14.0%；北海站的能見度最小值與浮標(biāo)站相比，平均大0.1～2.5 km，而相對濕度最小值相差13.0%～25.0%。兩個站中，北海站與浮標(biāo)站的能見度最小值、相對濕度最小值相差稍大。

3 海霧典型個例分析

3.1 2016年2月11日—13日海霧過程

2016年2月10日中午受西南倒槽的影響，北部灣海面開始出現(xiàn)大霧天氣。11日西南倒槽發(fā)展為西南暖低壓，北部灣位于暖低壓的南側(cè)，低層1 000 hPa受偏南氣流影響(圖5)，使得暖濕氣流源源不斷地從北部灣海面輸送到廣西陸地。在這種天氣形勢背景下，來自海上溫度、濕度均較高的氣流經(jīng)過北部灣水溫較低的海面上，冷卻形成平流霧。從出現(xiàn)時間來看，浮標(biāo)站10日11:00開始出現(xiàn)大霧，持續(xù)4 h，之后轉(zhuǎn)為輕霧至11日01:00，11日02:00重現(xiàn)大霧至13:00共持續(xù)12 h，11日22:00第三次出現(xiàn)大霧至12日12:00共持續(xù)14 h；潿洲島站大霧出現(xiàn)時間較浮標(biāo)站晚14 h，11日02:00出現(xiàn)大霧，持續(xù)1 h后轉(zhuǎn)為輕霧，11日22:00再次出現(xiàn)大霧至12日9:00共持續(xù)11 h；北海站大霧出現(xiàn)時間較潿洲島站晚1 h，11日03:00出現(xiàn)大霧，持續(xù)3 h之后消散。從海霧天氣過程的平均大氣能見度分析，浮標(biāo)站為3.6 km，比潿洲島站小1.9 km，比北海站小4.2 km，浮標(biāo)站的平均大氣能見度與潿洲島站更為接近。從海霧過程最小能見度來看，3個測站的最小大氣能見度均低于500 m，其中浮標(biāo)站的日最小大氣能見度為100 m，潿洲島站為200 m，北海站為300 m。

圖5 2016年2月11日20:00北部灣地區(qū)1 000 hPa風(fēng)場Fig. 5 Wind field of 1 000 hPa at 20:00 BST 11th February 2016 over Beibu Gulf area

從大霧出現(xiàn)時間、海霧天氣過程平均大氣能見度和最小大氣能見度分析，本次海霧天氣過程的大霧出現(xiàn)時間為浮標(biāo)站最早，其次是潿洲島站，北海站最晚；浮標(biāo)站平均大氣能見度與潿洲島站較接近，但大霧持續(xù)時長不同；3個測站的最小大氣能見度均低于500 m。這是由于此次海霧過程發(fā)生在冬春季節(jié)交替、大氣環(huán)流調(diào)整的季節(jié)，海面溫度較低，受西南暖低壓發(fā)展的影響，溫度、濕度均較高的氣流經(jīng)過水溫較低的海面上，冷卻形成平流霧，造成自南向北出現(xiàn)海霧，位置靠近的潿洲島站平均大氣能見度與浮標(biāo)站較接近。

3.2 2016年3月16日—18日海霧過程

圖6為2016年3月15日北部灣地區(qū)1 000 hPa風(fēng)場的分布情況。3月15日，冷高壓逐漸向偏東方向移動，在長江口出海。從圖6可以看出，北部灣地區(qū)受變性高壓脊后部偏東氣流影響。16日01:00前后潿洲島站出現(xiàn)大霧，大氣能見度下降到0.9 km并持續(xù)到凌晨6:00，而后轉(zhuǎn)為輕霧，大氣能見度為1.3～2.8 km，17日05:00再次出現(xiàn)大霧，11:00消散，21:00大霧重現(xiàn)，18日11:00大霧過程結(jié)束；16日02:00浮標(biāo)站出現(xiàn)大霧，較潿洲島站晚出現(xiàn)1 h，大霧持續(xù)了4 h，而后轉(zhuǎn)為輕霧，至中午11:00能見度達(dá)到11.2 km，16:00輕霧重現(xiàn)，17日05:00大氣能見度迅速降至0.5 km，之后霧持續(xù)至18日中午消散，大氣能見度達(dá)到15.0 km；北海站整個過程僅出現(xiàn)了輕霧，北海站16日04:00大氣能見度降至2.2 km，16日白天有所好轉(zhuǎn)，但大氣能見度仍小于5.0 km，輕霧維持到17日11:00，之后大氣能見度達(dá)到10.1 km。從以上分析可以看出，在本次海霧過程中潿洲島站最早出現(xiàn)大霧，隨后是浮標(biāo)站，然后北海站出現(xiàn)輕霧，表明此次海霧過程是從東南向西向北逐步蔓延的。

這次由出海高壓后部影響造成的海霧過程，3個測站的大氣能見度變化趨勢比較一致(圖7)，都是在夜間至上午出現(xiàn)大霧或輕霧，中午霧消散大氣能見度升高。從海霧天氣過程平均大氣能見度來看，北海站為4.2 km，潿洲島站為1.9 km，浮標(biāo)站為2.1 km，浮標(biāo)站的平均大氣能見度與潿洲島站相差0.2 km，與北海站相差2.1 km。

圖6 2016年3月15日20:00北部灣地區(qū)1 000 hPa風(fēng)場Fig. 6 Wind field of 1 000 hPa at 20:00 15th March 2016 over Beibu Gulf area

圖7 2016年3月16日—18日海霧過程北部灣3個觀測站大氣能見度對比分布Fig. 7 Comparison of atmospheric visibility at 3 stations during the sea fog process from 16th to 18th March 2016

3.3 2016年3月31日至4月1日海霧過程

2016年3月30日，西太平洋高壓與青藏高壓對峙，北部灣處于兩個高壓之間的鞍形場內(nèi)。由圖8可以看出，北部灣上空受偏東南氣流影響，風(fēng)速較小。大量的水汽向北部灣地區(qū)聚集，空氣濕度層增厚，在夜間強(qiáng)烈的輻射冷卻作用下，北部灣出現(xiàn)了輻射霧。

從圖9可以看出，2016年3月31日凌晨，浮標(biāo)站能見度比潿洲島站小1.0～2.0 km，比北海站小2.0～2.5 km，但北部灣3個觀測站的大氣能見度變化對應(yīng)得非常好，而且3個站均出現(xiàn)輕霧，31日白天受太陽照射海霧逐漸消散大氣能見度升高，潿洲島站、北海站13:00—14:00的能見度超過15.0 km，浮標(biāo)站的大氣能見度增長得慢些，13:00—14:00浮標(biāo)站的大氣能見度超過5.6 km；4月1日的大氣能見度變化情況與3月31日大體相同，也是凌晨到上午出現(xiàn)霧，白天太陽出來后霧有所消散，大氣能見度提升，不同的是4月1日06:00—11:00浮標(biāo)站的大氣能見度比3月31日小，出現(xiàn)大霧，潿洲島站與北海站的大氣能見度更為接近。

圖8 2016年3月30日20:00北部灣地區(qū)1 000 hPa風(fēng)場Fig. 8 Wind field of 1 000 hPa at 20:00 on 30th March 2016 over Beibu Gulf area

圖9 2016年3月31日至4月1日海霧過程北部灣3個觀測站的大氣能見度對比分布Fig. 9 Comparison of atmospheric visibility during sea fog process at 3 observation stations from 31st March to 1st April 2016

4 結(jié)論

本研究通過對北部灣浮標(biāo)站2016—2017年的資料與潿洲島站、北海站的對比分析，得到以下主要結(jié)論：

(1)2016年北部灣出現(xiàn)海霧37 d，2017年為19 d；從月分布來看，3月海霧日數(shù)最多，4月次之，2016年12月和2017年6—10月未出現(xiàn)海霧。

(2)從霧的生消特征分析，一天中出現(xiàn)霧的峰值時間為03:00—05:00，消散峰值時間為08:00—10:00，凌晨霧的生成頻數(shù)要比消散頻數(shù)高，中午和下午霧的消散頻數(shù)高于生成頻數(shù)；北部灣霧的維持時間絕大部分在3 h以內(nèi)。

(3)浮標(biāo)站與潿洲島站、北海站能見度、相對濕度的對比分析表明，在海霧日，潿洲島站的平均能見度、平均相對濕度更接近浮標(biāo)站，從平均能見度差來看，潿洲島站比浮標(biāo)站大0.7～3.3 km，北海站比浮標(biāo)站大1.5～5.1 km；從平均相對濕度差來看，潿洲島站比浮標(biāo)站小1.6%～2.4%，北海站比浮標(biāo)站小2.7%～6.4%。而且，海霧日潿洲島站的最小能見度、最小相對濕度與浮標(biāo)站相差較小，北海站與浮標(biāo)站相差稍大。

(4)2016—2017年3次海霧過程的大氣能見度、持續(xù)時間對比顯示，由于影響天氣系統(tǒng)的不同，海上霧與沿岸陸地霧大氣能見度會有很大的不同。當(dāng)西南暖低壓、高壓后部影響造成大霧時，潿洲島站的大氣能見度與浮標(biāo)站更接近，而北海站的大氣能見度與浮標(biāo)站相差較大；而均壓場造成海霧時，3個觀測站的大氣能見度變化對應(yīng)得非常好，凌晨到上午有霧，中午、下午霧消散。