資興市東江湖旅游景區(qū)“霧漫小東江”成因分析

李 矛，羅 瀟，賈海鷹，朱明輝

1.湖南省氣象服務(wù)中心，湖南長沙 410118；2.氣象防災(zāi)減災(zāi)湖南省重點實驗室，湖南長沙 410118

霧是懸浮于近地面大氣邊界層中的大量水滴或冰晶，使水平能見度降至1 km以下的天氣現(xiàn)象，是具有垂直結(jié)構(gòu)特征的大氣水物質(zhì)演變過程[1]。霧的形成條件包括冷卻作用、濕度增加以及水汽含量是否充沛等條件。按形成條件分類，霧可以分為平流霧、輻射霧和混合物。其中，平流霧是由平流作用導(dǎo)致的，暖濕氣團運動到寒冷的下墊面處，水汽冷凝形成液滴產(chǎn)生的霧[2]。平流霧通常具有突發(fā)性強、持續(xù)時間長、強度大和影響范圍廣的特點[3]。最初對平流霧的研究主要通過對大西洋、太平洋的濱島、島嶼或海霧的研究來了解平流霧的天氣學(xué)成因、氣象要素變化、邊界層條件、湍流和輻射機制等宏觀特征，以及微物理結(jié)構(gòu)[4-7]。

在平流霧的成因上，袁金南等[8]研究發(fā)現(xiàn)，平流（冷卻）霧的形成和發(fā)展與冷的下墊面及暖濕空氣的影響有關(guān)。王彬華等[9]研究表明，湍流輸送機制是平流霧形成的主要作用機制。Duynkerke[10]和Nishikawa等[11]同樣證實了在平流霧的生消過程中湍流輸送作用顯著。濮梅娟[12]和陸春松等[13]認為，暖濕氣流的不斷補充與系統(tǒng)性下沉運動對平流霧的生成起到了關(guān)鍵作用。王博妮等[14-15]研究發(fā)現(xiàn)，變冷的下墊面為平流霧的產(chǎn)生提供了有利的冷卻條件。

“霧漫小東江”為湖南省郴州市資興市國家5A級旅游景區(qū)東江湖內(nèi)的著名景點，是資興市對外宣傳的名片。景點位于東江大壩的下游，即從東江湖游客中心到東江大壩段，全長10 km左右。每年的5—10月，在江面上會升起層層薄霧。根據(jù)實景觀測資料，從各個方面綜合分析“霧漫小東江”的成因，以期為評估東江水電站擴機工程對“霧漫小東江”景觀的影響大小提供理論支撐。

1 資料來源

所用資料主要包括以下3個來源：（1）湖南省氣象服務(wù)中心設(shè)置在小東江二號橋和三號橋天氣網(wǎng)眼實景觀測資料；（2）小東江觀景區(qū)氣象要素現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)；（3）湖南省氣象服務(wù)中心在大東江、小東江自布測溫光纖所測得的垂直水溫數(shù)據(jù)，資料時序為2019年8月—2020年8月。

2 小東江平流霧統(tǒng)計

根據(jù)本項目設(shè)置在小東江二號橋和三號橋天氣網(wǎng)眼2019年8月25日—2020年8月25日為期1年24 h實時監(jiān)控結(jié)果統(tǒng)計，小東江庫區(qū)每年5月初（據(jù)實景觀測，2020年5月2日05:07小東江庫區(qū)第1次出現(xiàn)平流霧）開始出現(xiàn)“霧漫小東江”平流霧景觀，該景觀一直持續(xù)至11月中旬（據(jù)實景觀測，2019年11月12日06:05小東江庫區(qū)最后一次平流霧消散），與當?shù)芈糜尾块T發(fā)布的5—10月的最佳觀霧期一致。因此，“霧漫小東江”平流霧景觀一般出現(xiàn)于每年的5月初，一直持續(xù)至10月上旬。

在“霧漫小東江”平流霧出現(xiàn)期間（2019年8—11月、2020年5—7月）對天眼實況照片進行人工識別并統(tǒng)計逐日起霧情況，將每天小東江的水面情況分為無霧、輕霧和濃霧3種情況，只要某一天某一段時間起了濃霧，則認定該天為濃霧情況。通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)（圖1），5—8月起霧情況基本一致，月濃霧天數(shù)均在27 d以上，2019年的8月濃霧天數(shù)最多，達到了30 d。隨著氣溫的下降，濃霧天數(shù)呈逐漸減少趨勢，而無霧天數(shù)逐月增加，輕霧情況在占比最少。在觀測期間范圍內(nèi)的時間里，濃霧天數(shù)的比例為68.2%、輕霧天數(shù)占比6.1%、無霧天數(shù)占比25.7%。

圖1 天眼人工識別起霧期統(tǒng)計分析

3 小東江有霧期與無霧期關(guān)鍵氣象要素的差異

將輕霧和濃霧統(tǒng)稱為有霧，選取了有霧日數(shù)和無霧日數(shù)相差較小的1個月（10月和11月），統(tǒng)計2種情況下起霧開始階段到霧消散階段（17:00至翌日09:00）的逐小時平均的氣象要素情況（表1）。在溫度方面，在有霧日，統(tǒng)計時段的最低溫和最高溫溫差較無霧日要大；在濕度方面，有霧日較大相對濕度（相對濕度≥99%和相對濕度=100%）的比例明顯大于無霧日。在風(fēng)速方面，有霧日低風(fēng)速（風(fēng)速小于1.0 m/s）占比明顯大于無霧日。因此，較大的環(huán)境溫差、高濕度和低風(fēng)速是“霧漫小東江”景觀平流霧形成的主要氣象條件。

表1 “霧漫小東江”景觀平流霧形成的氣象條件分析

通過對成霧時間段監(jiān)測統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，小東江庫區(qū)平流霧大致可分為霧前階段、霧形成階段、霧發(fā)展階段、霧消散階段及霧消散后階段。從有霧日的氣象要素（氣溫、風(fēng)速和相對濕度）時序變化圖可看出，氣溫的變化呈“U”形分布，即在起霧階段和消散階段氣溫較高，在霧發(fā)展階段氣溫較低。風(fēng)速的變化在起霧階段和發(fā)展階段表現(xiàn)不明顯，但是在霧的消散階段，風(fēng)速明顯隨時間增大（圖2a）。在相對濕度上，相對濕度在統(tǒng)計時段呈“倒U”形分布，從起霧開始階段到霧發(fā)展階段，相對濕度隨時間的延長而迅速上升，接近霧消散階段時，相對濕度隨時間迅速下降（圖2b）。

圖2 起霧期各階段氣溫、風(fēng)速（a），相對濕度（b）時序變化趨勢

4 霧漫小東江平流霧影響因素識別和影響

小東江平流霧發(fā)生期間大氣層結(jié)為一致的對流穩(wěn)定。在典型的“霧漫小東江”平流霧發(fā)生時，空氣接近飽和，水汽凝結(jié)成霧，能見度迅速下降。根據(jù)天眼實景觀測實況分析，影響霧漫小東江平流霧生消的主要因素：風(fēng)向轉(zhuǎn)變、風(fēng)速變化、氣水溫差及地形等。

4.1 風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）

近地層氣流適宜的風(fēng)向風(fēng)速是形成平流霧的必要條件。根據(jù)本項目設(shè)置在小東江庫區(qū)自動氣象站監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計，受局地河谷地形地貌的影響，監(jiān)測期間小東江庫區(qū)的月平均風(fēng)速在0.49～0.96 m/s之間，年平均風(fēng)速僅為0.75 m/s，小于1.00 m/s，屬于1級軟風(fēng)級別。在“霧漫小東江”起霧期間（5—10月），平均風(fēng)速為0.67 m/s，6月風(fēng)速最低僅為0.49 m/s，霧期風(fēng)速呈現(xiàn)“倒V”形（圖3a）。通過分析起霧期風(fēng)向頻率可知，“霧漫小東江”平流霧發(fā)生的5—10月，靜風(fēng)頻率較高，在15.00%以上，在出現(xiàn)平流霧頻率最高的秋季，主導(dǎo)風(fēng)以S和NE為主，南風(fēng)有利于西南暖濕氣流的輸入，為小東江庫區(qū)提供充足的水汽條件；NE主要受小東江庫區(qū)地形和河道的影響，屬于典型的河谷風(fēng)，為小東江平流霧的水平輸送提供了必要的動力條件（圖3b）。

圖3 小東江庫區(qū)的風(fēng)速的逐月分布（a）、各季節(jié)風(fēng)向頻率（b）

4.2 氣水溫差（逆溫層結(jié)構(gòu)）

平流霧通常是暖濕空氣流到冷的下墊面而形成。小東江有霧期、無霧期水氣溫差統(tǒng)計結(jié)果詳見圖4。從圖中可以看出，在“霧漫小東江”平流霧發(fā)生的5—10月期間，除10月外，水氣溫差均保持在2.3℃以上，尤其是小東江平流霧發(fā)生頻率最高的6—8月間，水氣溫差更是在6.6℃～7.2℃之間，維持在6.0℃以上，說明較適宜的氣水溫差為小東江平流霧的發(fā)生提供了必備的逆溫條件。而在無霧期，水氣溫差一般均為負值，說明當水溫高于氣溫時，由于水面上層為冷空氣，下墊面為暖層，因此不具備平流霧發(fā)生水氣溫差條件。

圖4 小東江庫區(qū)氣溫和水溫的逐月分布

4.3 地形因素

平流霧的發(fā)生常受到局地地形的影響，小東江河段局地地形地貌為局地小氣候的形成提供了適宜的水汽和合適的動力先決條件?！办F漫小東江”平流霧發(fā)生在受大東江水庫大壩下游受低溫下泄水影響的小東江局部江段，影響范圍為大壩至下游的6 km的河段。小東江河道彎曲狹窄，兩側(cè)植被覆蓋率很高，良好的植被蓋度具有較好的水源蓄積和較強的植物蒸騰作用，使得江面局地相對濕度較其他地區(qū)整體偏高（有霧江段平均相對濕度為71.1%～94.1%），為局地平流霧的形成提供了充足的水汽條件，加之江段狹窄、海拔相對較低，形成了典型的“V”形地貌特征，減少并阻止了水汽向周邊區(qū)域迅速擴散，對局地小規(guī)模平流霧的形成、發(fā)展和維持極為有利。

5 結(jié)論

（1）通過持續(xù)一年的實景觀測資料統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，5—10月是“霧漫小東江”的最佳觀賞期，其中2019年的8月濃霧天數(shù)最多，達到了30 d。

（2）從氣象要素差異來看，在有霧日，最低溫和最高溫溫差比無霧日大，較大相對濕度（相對濕度≥99%和相對濕度=100%）的比例明顯大于無霧日，低風(fēng)速（風(fēng)速＜1.0 m/s）占比明顯大于無霧日。氣象要素在起霧的不同階段呈現(xiàn)不同的特征。

（3）在其他影響要素方面，小東江庫區(qū)微風(fēng)條件非常有利于霧的產(chǎn)生和維持，起霧期間較適宜的氣水溫差為小東江平流霧的發(fā)生提供了逆溫條件，小東江典型的“V”形地貌減少并阻止了水汽向周邊區(qū)域迅速擴散，對局地小規(guī)模平流霧的形成、發(fā)展和維持極為有利。