山區大霧生消特征及消散時段氣象要素變化客觀分析

楊 霽,羅菊英

(湖北省恩施自治州氣象局,湖北 恩施 445000)

山區大霧生消特征及消散時段氣象要素變化客觀分析

楊 霽,羅菊英

(湖北省恩施自治州氣象局,湖北 恩施 445000)

利用恩施基準站 1971—2009年的地面觀測資料,對霧日開始、結束及持續時間等進行初步分析,同時,利用已有的研究成果,根據恩施山區常見的兩種霧類,即輻射霧和平流霧的一些判別指標,對輻射霧和平流霧的日分布特征進行分類統計研究。在此基礎上,統計 2002—2009年地面逐小時觀測資料,結合大霧生成條件,針對大霧消散 6h前后的溫、濕、風、層結等條件并進行重點分析,結果表明:恩施冬季大霧日分布特征根據其類型的不同,在出現、消散時間及持續時長方面均有異同;地面氣溫回升,逆溫層的破壞是輻射霧消散的根本原因,而平流霧的消散主要與冷鋒入侵,中層暖濕平流輸送被切斷有關;從大霧消散前后各氣象要素數據列的變異系數計算分析可以得出,上述霧的日分布特征及消散時的各氣象要素的變化均具有一致性,具有共同的變化規律。

大霧;生消特征;消散;客觀分析

1 引言

恩施自治州位于云貴高原東延武陵山余脈與大巴山之間,州境絕大部分是山地,由于地形復雜,州境內大霧發生頻繁,是湖北省乃至全國的大霧高發區之一[1],特別是位于中部盆地的首府城市恩施市,是全州大霧的高發中心,年平均霧日為 60.3d,年最多霧日為 103d。恩施市不僅大霧發生頻率高,而且具有持續時間長的特點,大霧的頻繁發生,不僅對人類健康有很大的影響,而且低能見度給機場、公路等交通運輸也帶來了很大的安全隱患。故通過對大霧生消的客觀分析,認識其天氣背景,對建立大霧消散預報模式中因子的篩選提供了第一手參考資料,具有積極的指導意義。

從服務需求出發,隨著目前“鄂西生態旅游圈”的初步形成,針對災害性低能見度的預報,在適應社會經濟發展需求方面已有一些初步的研究成果,但是,與大霧成因預報同等重要的大霧消散時間客觀預報的研究,目前國內外都還不多,在我州尚處于空白,故針對一個多霧的山區而言,本文所研究的內容,對適應公共氣象服務需求具有必要性。

結合大霧背景分析結果,本文中對大霧消散的客觀分析,僅針對恩施冬季發生頻率高的輻射霧和平流霧而言。

2 不同類型大霧生消的日分布特征

2.1 大霧分型的統計學指標

在針對恩施山區大霧預報模型建立過程中,統計近 10a的 micaps資料和地面觀測資料,對篩選出的大霧個例進行天氣學背景普查及相關統計學特征分析,并對典型的個例進行詳細分析后,得出了以下霧類判別指標:

一般而言,輻射霧出現在晴好天氣下,而平流霧出現時大多伴隨降水,或者天氣陰沉,故根據上述指標,結合測站天氣實況,對 1971—2007年恩施市共出現的 2 366次大霧進行了分型統計,其中輻射霧出現 1 522次,平流霧 814次。

2.2 不同類型大霧日分布特征

根據上述大霧樣本資料,結合天氣觀測記錄,統計每一次大霧出現的開始時間、結束時間,持續時長,同時,將一日內大霧持續時長按間隔 2h進行的分段統計分析,得出如下結果:

2.2.1 開始時間 從表 2可以看出,輻射大霧的開始時間一般在下半夜到清晨日出前 (00—08時),占該類型大霧總次數的 85.8%,最易生成大霧的時段是在 04—08時,占該類大霧總次數的 49.1%;02—04時次之,占該類大霧總次數的 20.2%。一日內輻射大霧的起始時間一般不會出現在 10時以后到 20時之間,37a間僅出現 1次,12時以后到 20時從未出現過。

表 1 恩施山區各季大霧類型判別指標

表 2 不同類型大霧開始時間統計表(資料年代:1971—2007年)

平流大霧的開始時間與輻射大霧有相同點,也有不同之處,相同點在于均以 2—8時出現最多,不同之處是:全天不同時段均可出現;相當一部分平流大霧出現時間比輻射霧偏早,如開始時間出現在20—22時的占 11.8%,僅次于 2—4時,占 37a中該時段所出現霧總次數的 71.6%;開始時間在 12到 20時之間的大霧,100%為平流霧。

2.2.2 消散時段 從表 3可以看出,輻射霧最消散最多出現在 08—10時,36%的輻射霧均在該時段消散,在該時段消散的各類型霧中,有 70%為輻射霧;其次是 10—12時,33%的輻射霧均在該時段消散; 14時以后,輻射大霧基本均消散。

表 3 不同類型大霧消散時間統計表(資料年代:1971—2007年)

平流大霧消散時段的日分布與輻射霧有相同之處,也有不同之處,相同之處在于也以 08—10時消散最多,其次是 10—12時。不同之處在于,午后,仍有相當比例的平流霧持續,在 16時以后持續的大霧中,90%以上屬于平流霧。

2.2.3 持續時長 從表 4可以看出,恩施以出現 0～6h的短霧為主 (占霧總次數的 62%);6～12h中長霧次之 (占總次數的 29%);12h以上的長霧,僅占總次數的 9%,其中,1d以上的連續性超長大霧, 1971—2007年共出現 32次,占總次數的 1.4%,其中最長持續時間達 170h。從表 4還可以看出,持續6～10h的中長霧,平流霧次數相對于輻射霧而言明顯偏少,時長 >20h的長霧,近 90%為平流霧。從圖1還可以看出,針對輻射霧而言,大霧越濃,則消散時間越晚。午后才消散,且持續時長 >12h的,基本都是能見度 <100m的濃霧。而平流霧則不具有此規律,且能見度達到濃霧級別的不多,其持續時間長短主要跟降水天氣系統的移速有關。

表 4 不同類型大霧持續時長統計表(資料年代:1971—2007年)

2.2.4 伴隨降水情況 根據相關地面資料統計分析,得出圖 2。從圖 2可以看出,大霧開始時間在 10時到 20時之間的,幾乎均伴隨降水出現,大霧開始時間在 12時到 20時的,全部伴隨降水出現。從大霧消散情況分析,14時以后才消散的霧,伴隨降水的比率明顯增大,16時以后消散的大霧,90%以上伴隨降水。從大霧持續時長看,持續時長 >12h,伴隨降水的比率明顯加大,其中大霧持續時間達到 22h即以上的,伴隨降水的比率達到了86%。

圖3 日霧不同生、消時段及持續時長所伴隨降水情況直方圖

3 冬季大霧消散時段氣象要素客觀分析

大霧的消散條件,與其生成條件相反。根據已有的研究成果[2],冬季輻射霧的生成從溫濕層結等條件分析,主要有以下幾個條件:①多出現在變性冷高控制下的晴好天氣里;②在 850～925hPa之間存在明顯的逆溫層;③低層 925hPa及以下相對濕度在 95%左右;④在 850hPa以上,濕度直線下降,到700hPa的中空,為明顯的干區;⑤近地面有 1～2m/ s的微風。平流霧的生成主要有以下幾個條件:①多出現在冷鋒前或低壓槽前的南風流場中;②逆溫層不明顯,濕層厚度比輻射霧厚,相對濕度在 80%以上的濕層可伸展到 700hPa附近;③在 850～700hPa之間,維持 3～7m/s左右的偏南風,源源不斷的暖濕平流不斷輸送,而近地層風速相對微弱,且風向與中層相反,多偏北風。

根據上述恩施市出現最多的兩類大霧的生成條件,結合上述表 1中的霧類判別指標,有針對性的對兩類霧消散時段的相關要素進行分析綜合。

3.1 輻射霧

分析中選取了大霧開始時間出現在 2—9時的大霧樣本 105個,其結束時間根據早晚的不同選取了不同消散時段,即 10～12時消散 (24個)、12～20時 (72個,含之前消散的 24個),20時以后全部消散 (含之前所有共 103個)樣本進行分段數據分析,同時,選取當日所有樣本資料對應的 08時、20時探空資料進行分析,分析結果見表 5。

表 5 輻射霧消散前后地面、高空要素變化比較表

從表 5可以看出,針對地面氣象要素中的氣溫變化來看,消散越早的霧,如 10時就已消散的霧,08時所有樣本氣溫均值為 7.0℃,與 10時溫差平均僅1℃而 12時以后才消散的霧,08時樣本氣溫均值降至 5℃,與 12時溫差平均為 4℃,也就是說,清晨近地面氣溫越低,與午間氣溫相差越大,輻射霧持續時間越長。從濕度變化來看,大霧消散后濕度明顯降低,大霧出現時相對濕度平均值在 95%以上,接近飽和狀態,消散時一般都降到了 80%左右;從風的變化情況看,無論是風速還是風向,消散前后變化均不明顯,但消散越晚的霧,地面出現偏南風的頻率有所增多。從氣壓的變化來看,到午間基本能全部消散的霧,氣壓變化在消散前后變化不大,而在 12時以后才能完全消散的霧,地面有一個比較明顯的降壓變化。

針對高空資料分析,消散前后 700hPa均無明顯變化,與上述描述的輻射霧生成中的溫濕層結一致,而在 850hPa,變化最明顯的是:消散后 T-Td值明顯加大,850hPa氣溫與地面氣溫差值在 08時和20時相差大,也就說,在 20時,逆溫層不再存在。

分析中還采用了計算樣本序列變異系數的方法,用 C.V.表示,C.V.越小,說明數據離散程度越小。即:

從 C.V.值變化分析,地面要素中除天空低云量變化比較大以外,其余均較小,說明上述分析中的地面氣象要素變化具有一致性。高空要素中除850hPa與地面氣溫之間的逆溫值差異大外,其余均具有一致性,根據以前的研究成果,該層逆溫差值差異大,只能說明出現輻射霧時,有些樣本有可能逆溫層更低,在 850hPa以下,根據分析,一般在 925～850hPa之間逆溫層均較明顯。

3.2 平流霧

平流霧由于主要受系統影響,最長可持續幾天,故在消散客觀分析中,選取了在 08時還存在到20時就已完全消散的大霧樣本 35個,根據分析,得出表 6中的結果。

表 6 平流霧消散前后地面、高空各要素變化表

從表 6可以看出,針對地面要素變化,消散前后氣溫、氣壓無明顯變化,而相對濕度、低云量、風向風速均有較明顯的變化,濕度減小、風速略有加大,風向有東南風轉為東北風 (說明地面開始有冷平流入侵)。

從高空資料分析,無論是 700hPa還是 850hPa, T-Td值均增大,700hPa西南風向消散前后均沒改變,但消散后風速明顯減弱,850hPa風速變化不大,但風向與地面變化基本一致,有東南風轉為東北風。

從 C.V.值變化分析,地面要素除低云量在消散后差異大外,其余差異都小,高空除消散后700hPa層氣溫變化大外(該氣溫差異主要與冷鋒強弱有關),其余變化小。上述 C.V.值的變化說明,平流霧消散時各要素變化也具有很好的一致性,具有共同的變化規律。

4 結語

根據上述分析,可以得出如下結論:

①恩施冬季大霧日分布特征根據其類型的不同,在出現、消散時間及持續時長方面均有異同。相同點是均在 02—08時出現最多,08—10時消散最多,以出現 0～6h的短霧為主。不同之處是:輻射霧持續時長與霧的濃度有關,持續時間越長、消散越晚的霧,早晨霧越濃,而平流霧的出現與消散多與冷空氣等降水系統的來臨有關,輻射霧在 10—20時之間一般不出現,而平流霧在一日中任何時候都可以出現或消散,其持續時長與系統移速有關。

②從霧消散時段的地面、高空氣象要素變化客觀分析:清晨近地面氣溫越低,與午間氣溫相差越大,輻射霧持續時間越長,一般午后才消散的霧,地面均有一個降壓變化,風向由北轉南。從霧消散后的溫濕層結分析,地面氣溫回升,逆溫層的破壞是輻射霧消散的根本原因,而平流霧的消散主要是隨著冷鋒入侵,中層暖濕平流輸送被切斷有關。

③通過對大霧消散前后各氣象要素數據列的變異系數計算分析可以得出:上述霧的日分布特征及消散時的各氣象要素的變化均具有一致性,具有共同的變化規律。

[1] 孫丹,朱彬,杜吳鵬.我國大陸地區濃霧發生頻數的時空分布研究[J].熱帶氣象學報,2008,24(5):497-501.

[2] 羅菊英,周建山 .恩施山區冬季濃霧基本特征及生成機理研究[J].高原山地與氣象研究,2009,11.

P426.4

B

2010-09-10

楊霽(1971-),女,工程師,主要從事中短期預報方法研究等工作。

湖北省氣象局科技發展基金重點項目《恩施山區霧的預報方法研究》2008Z07.

1003-6598(2010)增刊 -0156-05