王緒翔，劉錦超，李 楊

（中國(guó)海警局，北京海淀 100000）

引言

海霧是海洋上低層大氣中的一種水汽凝結(jié)現(xiàn)象。王彬華［1］較早地對(duì)東亞地區(qū)的海霧進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并指出黃海是我國(guó)海霧發(fā)生最頻繁的海區(qū)之一。黃海海霧影響區(qū)域大，海霧隨著風(fēng)的作用可以深入陸地，有時(shí)達(dá)幾十公里，給海上和陸上交通帶來(lái)影響。

黃海海霧的多發(fā)期在4—6 月，罕見(jiàn)期在8—11月，黃海、渤海海域存在冬季海霧多發(fā)時(shí)段［2］。

海霧在海洋和大氣共同作用下生成，前人通過(guò)不同海霧個(gè)例，分析了氣海溫差、風(fēng)場(chǎng)、水汽供應(yīng)、溫度平流、逆溫層等氣象要素對(duì)海霧的影響［3-15］。但這些研究主要是針對(duì)春季霧和夏季霧，冬季霧的研究較少，對(duì)于冬季海霧的研究還不夠深入，所以本文利用高精度的資料，通過(guò)冬季霧與夏季霧個(gè)例的對(duì)比研究分析冬季海霧生消的特點(diǎn)，了解冬季海霧的大氣邊界層特征，為數(shù)值模式提供合理的邊界層參數(shù)方案，從而提高海霧數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，也可為預(yù)報(bào)員從天氣學(xué)角度更加深入了解冬季平流霧過(guò)程。

本文選定了兩個(gè)過(guò)程，一個(gè)過(guò)程發(fā)生在2008 年7 月夏季風(fēng)爆發(fā)后，另一個(gè)過(guò)程發(fā)生在2010 年2 月黃海海區(qū)還受冬季風(fēng)控制，對(duì)比這兩個(gè)過(guò)程，分析不同季節(jié)海霧的區(qū)別和影響海霧的主要?dú)庀笠胤植家?guī)律，并探討2008 年7 月9 日到11 日和2010 年2月23 日到25 日兩個(gè)過(guò)程中逆溫層維持原因。

1 資料和方法

1.1 數(shù)據(jù)說(shuō)明

文中采用的資料來(lái)自：

（1）韓國(guó)氣象局提供的的天氣圖資料、可見(jiàn)光云圖和紅外云圖資料。

（2）美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）／美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）提供的FNL（Final Operational Global Analysis）全球客觀分析資料，水平分辨率為1°×1°、時(shí)間間隔為6h 的全球資料。

（3）中央氣象臺(tái)提供的MICAPS 地面觀測(cè)資料。

由于得到的資料采用世界時(shí)間，而地面觀測(cè)站數(shù)據(jù)采用北京時(shí)間，因此在使用資料對(duì)比過(guò)程中，對(duì)應(yīng)資料的時(shí)間應(yīng)該保持一致，在本文研究過(guò)程所引用的資料圖片中，所有圖片資料標(biāo)題所標(biāo)明的時(shí)間和文字?jǐn)⑹鼍鶠槭澜鐣r(shí)間。

為討論海霧發(fā)生時(shí)氣象要素的分布與沒(méi)有海霧時(shí)氣象要素分布的區(qū)別，分別對(duì)選取的兩個(gè)海霧過(guò)程進(jìn)行前后延伸24h，通過(guò)對(duì)比可以看到海霧發(fā)生時(shí)的氣象要素的顯著變化；同時(shí)，利用兩個(gè)海霧過(guò)程對(duì)比分析不同季風(fēng)作用下影響海霧的氣象要素場(chǎng)的差異。

1.2 海霧個(gè)例選取方法

在海霧個(gè)例選取過(guò)程中，首先是利用氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)MICAPS 地面觀測(cè)資料，處理得到青島有霧的時(shí)次，再利用韓國(guó)氣象局的天氣圖進(jìn)行驗(yàn)證，最后利用衛(wèi)星云圖確定海霧的范圍。選取標(biāo)準(zhǔn)是在天氣圖上黃海周圍測(cè)站有大霧出現(xiàn)，同時(shí)在衛(wèi)星云圖上可以明顯看到黃海海區(qū)有大霧出現(xiàn)，綜合上述因素，最終選定了2008 年7 月8 日至11日和2010 年2 月22 日至25 日兩次海霧個(gè)例，分別代表夏季海霧與冬季海霧。

2 結(jié)果與分析

2.1 海霧過(guò)程的天氣形勢(shì)分析

2008 年7 月8 日00 時(shí)500hPa 天氣圖（圖略）上，青島上空位于西北太平洋高壓西部邊緣，整個(gè)黃海處在高壓的控制下，而位于青島上游地區(qū)山西省中部上空有一低槽。對(duì)應(yīng)850hPa 和地面青島地區(qū)都處在高壓后部。到7 月9 日00 時(shí)500hPa 青島上空仍位于高壓邊緣，但高壓中心向南移動(dòng)，青島上游地區(qū)的淺槽稍向東移，00 時(shí)地面青島位于高壓邊緣與低壓前緣區(qū)域，此時(shí)青島地區(qū)出現(xiàn)海霧，從衛(wèi)星云圖可以看到整個(gè)黃海地區(qū)上空都有霧生成。7 月10 日12 時(shí)500hPa 青島上空等高線很稀疏，高壓中心已經(jīng)離開黃海，青島上游地區(qū)的淺槽移動(dòng)到山東半島的中部。對(duì)應(yīng)黃海上空仍處于高低壓交匯處控制。此時(shí)海霧在黃海海區(qū)維持并有所加強(qiáng)。7 月11 日00時(shí)淺槽移動(dòng)到黃海中部，此時(shí)海霧基本消散。到12時(shí)淺槽移動(dòng)到朝鮮半島東部，在850hPa 圖上可以看到青島已經(jīng)處于冷平流的前部，對(duì)應(yīng)地面風(fēng)向也轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，此時(shí)海霧完全消散。

2010 年2 月23 日00 時(shí)，500hPa 青島上游地區(qū)的引導(dǎo)氣流為西北-東南向，東亞大槽位于蒙古中部上空，低渦中心位于俄羅斯中部上空。對(duì)應(yīng)850hPa 青島地區(qū)處在低壓前部的影響，地面青島地區(qū)處于高低壓之間，低壓中心位于蒙古內(nèi)，高壓中心位于朝鮮半島，青島地區(qū)主要吹東南風(fēng)，風(fēng)速2～3級(jí)，12 時(shí)低壓中心分裂為兩個(gè)，分別移動(dòng)到內(nèi)蒙古東部和陜西省中部，青島地區(qū)主要受低壓前緣的影響，風(fēng)向仍為偏南風(fēng)，此時(shí)海霧形成。2 月24 日00時(shí)500hPa 位于俄羅斯中部上空的低壓中心分裂為兩個(gè)，中心分別位于俄羅斯中部上空和蒙古東北部上空，東亞大槽變?yōu)闄M槽，槽位于蒙古北部。850hPa00 時(shí)青島仍處于低壓前端的影響，低壓中心位于河南上空和內(nèi)蒙古東部，此時(shí)海霧維持并發(fā)展。2 月25 日00 時(shí)500hPa 位于蒙古東北部上空的低壓中心繼續(xù)向東南移動(dòng)，移動(dòng)到吉林省西部上空，此時(shí)東亞大槽轉(zhuǎn)豎，槽位于蒙古東部上空，橫槽轉(zhuǎn)豎帶來(lái)了冷空氣，黃海海區(qū)受到槽前冷空氣的影響，海霧開始減弱，到11 時(shí)海霧完全消散。

對(duì)比兩次海霧過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)：兩次海霧過(guò)程都是地面形勢(shì)低壓前部、高壓后部型；不同的是這次夏季霧過(guò)程發(fā)生過(guò)程中空中東亞大槽穩(wěn)定少動(dòng)，主要由小槽移動(dòng)控制的，冬季霧過(guò)程主要由大槽移動(dòng)影響，橫槽的產(chǎn)生對(duì)海霧過(guò)程的發(fā)生有重要作用。

2.2 冷暖平流與逆溫層

分析2008 年7 月8 日至11 日海霧過(guò)程可以看到，在海霧發(fā)生前，8 日00 時(shí)黃海海區(qū)950hPa 有暖平流，同時(shí)黃海上部出現(xiàn)一逆溫層，逆溫層的高度從地面到930hPa，海霧發(fā)生后，9 日00 時(shí)暖平流擴(kuò)展到整個(gè)黃海地區(qū)。等到海霧消散時(shí)，12 日00 時(shí)山東半島都是冷平流，黃海北部也出現(xiàn)冷平流，黃海的東南部還有暖平流，在冷平流的作用下，暖平流漸漸失去對(duì)黃海的控制，逆溫層也逐漸消失。

分析2010 年2 月22 日至25 日海霧過(guò)程可以看到在海霧發(fā)生前，22 日00 時(shí)青島地區(qū)950hPa 有較弱的暖平流，約為3×10-5K·s-1，暖平流分布范圍很小，黃海大部分受北方冷平流的影響，同時(shí)黃海上部出現(xiàn)一逆溫層，逆溫層的高度從地面到930hPa，隨后暖平流逐漸加強(qiáng)，23 日00 時(shí)黃海上空的暖平流出現(xiàn)極大值，由于有強(qiáng)烈的暖平流，使得逆溫層持續(xù)存在并發(fā)展，24 日00 時(shí)逆溫層已經(jīng)覆蓋黃海西部，暖中心的強(qiáng)度是13.5℃，形成從地面到高空的逆溫層。直到25 日00 時(shí)較強(qiáng)的冷平流控制了山東半島和黃海地區(qū)，迫使暖平流中心南移，海霧開始消散，逆溫層也消失。

通過(guò)以上兩次海霧的分析可以看到，兩次海霧發(fā)生前，黃海950hPa 有持續(xù)的暖平流，持續(xù)一段時(shí)間后會(huì)在930hPa 形成一個(gè)暖中心，下層形成穩(wěn)定的逆溫層，隨后在暖平流的作用下，暖中心加強(qiáng)，逆溫層變得更穩(wěn)定，有利于海霧的繼續(xù)發(fā)展，當(dāng)來(lái)自山東半島的冷平流加強(qiáng)，影響到黃海西部時(shí)，暖平流被迫東移，同時(shí)逆溫層也逐漸減弱消失，不久之后海霧消散。兩次海霧過(guò)程都是在950hPa 先有暖平流，其次出現(xiàn)逆溫層，不久之后生成海霧，最后由于冷平流加強(qiáng)，海霧減弱消散。冬季霧逆溫層先減弱消失，然后海霧消散，與冬季霧相反，夏季霧是海霧先消散，然后逆溫層消失。冬季海霧的霧頂輻射冷卻比夏季霧強(qiáng)。

2.3 氣海溫差

2008 年7 月8 日12 時(shí)，整個(gè)黃海海區(qū)氣海溫差都是正值，此時(shí)整個(gè)區(qū)域都是穩(wěn)定的，且0.5℃≤T（a）-T（w）≤3.5℃，此時(shí)有利于海霧生成。9 日00 時(shí)T（a）-T（w）的范圍變?yōu)?℃≤T（a）-T（w）≤2℃（見(jiàn)圖1a）黃海上部仍維持穩(wěn)定。12 日00 時(shí)黃海海區(qū)T（a）-T（w）的范圍變?yōu)?℃≤T（a）-T（w）≤1℃。

2010 年2 月22 日00 時(shí)黃海北部海區(qū)的氣海溫差范圍為-2℃≤T（a）-T（w）≤0℃（見(jiàn)圖1b），黃海南部海區(qū)的氣海溫差范圍為0℃≤T（a）-T（w）≤2℃，到20時(shí)整個(gè)海區(qū)氣海溫差變?yōu)?℃≤T（a）-T（w）≤3℃，此后一直維持穩(wěn)定，到25 日14 時(shí)黃海海域氣海溫差接近于0。

圖1 氣海溫差（間隔1℃）

通過(guò)分析可以看到氣海溫差在這兩次海霧過(guò)程中都起到重要的作用。夏季風(fēng)爆發(fā)后，黃海海區(qū)底層一般是維持穩(wěn)定的，氣海溫差范圍在0℃≤T（a）-T（w）≤2℃時(shí)有利于海霧的發(fā)生和發(fā)展。冬季黃海地區(qū)受冬季風(fēng)的影響下，在海霧發(fā)生前位于黃海北部海面上是大片的負(fù)值區(qū)，說(shuō)明這里的氣海溫差比較小，不易形成逆溫，海霧發(fā)生時(shí)黃海海域的氣海溫差變?yōu)檎祬^(qū)，海霧減弱消散時(shí)，黃海海域的氣海溫差先是變小接近于0，隨后漸漸地小于0?？梢钥吹竭@次冬季霧也是平流冷卻霧。

2.4 要素時(shí)間序列分析

為了對(duì)海霧發(fā)生時(shí)段的影響因素進(jìn)行更好的對(duì)比研究，本文分析了海霧發(fā)生前到海霧消散后的一些要素的時(shí)間序列。海霧發(fā)生的階段在圖2 中是兩條黑線之間部分。

圖2 是青島上空兩次海霧過(guò)程中風(fēng)速的垂直變化，在海霧發(fā)生時(shí)刻底層850hPa 以下都是偏南風(fēng)，在海霧消散時(shí)都會(huì)由南風(fēng)轉(zhuǎn)為北風(fēng)。

圖2 青島風(fēng)矢量時(shí)間—高度剖面圖

為了避免陸地地形對(duì)要素分布的影響，選用122.5°E、36°N 上空的要素場(chǎng)時(shí)間序列進(jìn)行分析。由圖3 可以看到，兩次海霧發(fā)生時(shí)表面的行星邊界層和950hPa 的絕對(duì)渦度有明顯升高的趨勢(shì)。對(duì)于固定點(diǎn)，可以用絕對(duì)渦度的變化來(lái)代替相對(duì)渦度的變化。絕對(duì)渦度的變化要比表面行星邊界層的變化提前，而且兩條線的變化趨勢(shì)基本一致，同時(shí)絕對(duì)渦度有上升趨勢(shì)時(shí)對(duì)應(yīng)海霧發(fā)生，同時(shí)絕對(duì)渦度有下降趨勢(shì)時(shí)對(duì)應(yīng)海霧減弱消散。根據(jù)分析判定海霧的發(fā)生導(dǎo)致表面行星邊界層上升。在海霧發(fā)生前行星邊界層有下降的趨勢(shì)，在海霧發(fā)生時(shí)行星邊界層較低，等到海霧發(fā)展到一定階段表面行星邊界層開始上升，同時(shí)海霧開始消散。

圖3 122.5°E，36°N 處表面行星邊界層高度（虛線）和950hPa 上的絕對(duì)渦度（實(shí)線）的時(shí)間序列

綜上所述，兩次海霧過(guò)程的特征對(duì)比情況如表1。

表1 兩次海霧的對(duì)比分析表

3 結(jié)論與討論

利用天氣圖、云圖及FNL 客觀分析資料、MICAPS 地面觀測(cè)資料，對(duì)冬夏季節(jié)的兩次海霧過(guò)程的霧頂高度、天氣條件、氣海溫差、行星邊界層等要素進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

（1）兩次海霧過(guò)程地面形勢(shì)都是低壓前部、高壓后部型；不同的是這次夏季霧發(fā)生過(guò)程中東亞大槽穩(wěn)定少動(dòng)，主要由小槽移動(dòng)控制，冬季霧過(guò)程主要由大槽移動(dòng)影響，橫槽的產(chǎn)生對(duì)海霧過(guò)程的發(fā)生有重要作用。

（2）兩次過(guò)程的逆溫層頂高度都在930hPa 附近，影響逆溫層形成和破壞的主要因素是950hPa 的溫度平流。冬季海霧逆溫層先減弱消失，然后海霧消散，與冬季霧相反，夏季霧是海霧先消散，然后逆溫層消失。

（3）氣海溫差對(duì)于冬季霧和夏季霧的產(chǎn)生和發(fā)展都起到重要作用。在海霧發(fā)生時(shí)刻底層850hPa 以下都是偏南風(fēng)，在海霧消散時(shí)都會(huì)由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。

（4）伴隨著海霧的發(fā)生可以看到無(wú)論夏天還是冬天，表面行星邊界層都會(huì)有抬升的趨勢(shì)，海霧消散后表面行星邊界層降低，表面行星邊界層的變化要滯后于海霧的變化，說(shuō)明海霧的發(fā)生發(fā)展是導(dǎo)致表面行星邊界層變化的原因，主要原因是海霧發(fā)生時(shí)引起底層湍流和上曳氣流或下曳氣流導(dǎo)致的。

（5）2010 年2 月海霧也是平流冷卻霧，這說(shuō)明在冬季有強(qiáng)的暖平流也會(huì)產(chǎn)生平流冷卻霧。