南海沿岸近海地區大氣特征分析

安潔，齊琳琳

（空軍裝備研究院航空氣象防化研究所，北京 100085）

1 引言

隨著新型武器裝備的大量使用，研究大氣狀況對機載精確制導武器作戰使用效能的影響則顯得尤為重要，在模擬大氣輻射傳輸過程、發展大氣透過率模式及反演大氣參數等許多應用中,大氣狀態廓線是重要的輸入參數。目前國際上常用的大氣樣本庫有多個版本[1]，由于應用目的不同，各個樣本庫包含的大氣廓線的數量和內容均有差異，更主要的是都缺少能夠代表中國地區的大氣樣本。漆成莉[2]等人以中國區域2002年氣象探空資料為基礎,利用拓撲學方法建立了包含大氣溫度和濕度廓線的中國區域大氣廓線。南海地處亞熱帶和熱帶區域，幅員遼闊，背靠大陸，地理位置獨特，天氣變化較為復雜，其大氣廓線及氣候變化與陸地截然不同。南海區域是我國海上的重要門戶，近年來由于領土爭端、資源開發、共同安全等復雜矛盾，已成為軍事敏感和熱點地區之一。把握南海的掌控權，特別是制空權，對我國海洋安全具有十分重要的意義。我軍每年都會在南海地區組織多軍兵種、多機種的海上軍事演習，南海區域北緯10度線附近的航空兵警戒巡邏也已逐步實現常態化[3]。因此，研究南海的氣候特征有著重要的政治、軍事和科學意義。文日鳳等人[4]利用1988—1998年南海南部沿岸各站資料分析了南海海區氣候要素的分布特征；鮑獻文等[5]利用1990—1999年的AVHRR衛星資料分析了黃海、渤海、東海3個海區的4個季節不同的變化特點；伍玉梅等人[6]利用1985—2005年間AVHRR輻射計獲取的東海海表溫度資料，研究其時空變化特征；任崇等人[7]運用南沙永署礁氣象觀測站1989—2010年的氣溫資料，對近22年來南沙海區的氣溫變化進行了分析。

近年來氣候變化使得局地大氣特征發生明顯變化[8]，為了更精準的提供南海地區真實大氣的特征，文章對南海沿岸近海地區（108°—120°E，15°—25°N）的大氣特征進行對比分析。文中資料采用2001—2010年的南海沿岸近海站點的觀探測資料，共計74站點，具體經緯度分布見表1。在對溫、壓濕等大氣參數統計時，考慮到每日的探空資料的探空層高度和數目可能會不相同，因此統一取垂直方向10 km以下，間隔0.5 km進行插值。其中溫度和相對濕度做距離權重插值平均，而氣壓則采用對數插值平均[9]。然后在進行年和季的時間平均得到氣候平均態特征。

表1 選取站點經緯度統計表

2 大氣參數分布特征

2.1 氣壓

在10 km內氣壓隨高度呈指數遞減（見圖1a），以08時為例，年平均氣壓從1012.76 hPa降至287.08 hPa，且各季節的氣壓變化趨勢非常接近。但在同一高度處氣壓最大值出現的季節稍有不同：在1 km以下，均冬季氣壓最高，而最低氣壓則與時間有關，08時以夏季氣壓最低，春秋季與年平均值接近，而20時則以秋季氣壓最低，夏季與其接近；3—6 km各季節氣壓分布非常接近；6—10 km均以夏季氣壓最高，冬季氣壓最低。

2.2 大氣溫度

無論任何季節，氣溫均隨高度遞減。年平均氣溫垂直遞減率為5.48℃/km，單站出現的最大氣溫垂直遞減率可達8.06℃/km。圖1b給出的是08時平均氣溫隨高度分布情況，可以看到，在同一高度上，夏季氣溫最高，冬季氣溫最低，春秋季與年平均氣溫接近。在5 km以下，冬季的氣溫垂直遞減率較小，而在5 km以上，全年各季節的氣溫垂直遞減率大小彼此接近。

2.3 相對濕度

如圖1c所示，在2 km以下各季節相對濕度相差不大，且隨高度的變化也不大，但在2 km以上，差別就變得十分明顯了。在2 km以下相對濕度均較大，一般都在70%以上，2 km以上隨高度減小，特別是冬季，在2—5 km相對濕度直減率最大，到5 km以上相對濕度基本維持在10%以下。在同一高度上，均以夏季的相對濕度最大，秋季次之，冬季最小。春季相對濕度的分布趨勢與年平均的最為接近。不同時次的相對濕度分布趨勢大體相同，只是20時較08時的稍偏大。

3 云和能見度特征分析

3.1 云量

由圖2a可見，春季（3—5月）日平均總云量最多，為7.6成，秋季（9—11月）日平均總云量最少，為4.9成。夏季（6—8月）與冬季（12月—次年2月）日平均總云量相當，分別為6.7成和6.4成。兩者相比，夏季白天平均總云量較多，冬季夜間平均總云量較多。各季節平均總云量日變化均呈現出白天多、夜間少的特點。冬春兩季呈現“單峰”分布，即均以07時（北京時，下同）總云量最多，之后緩慢減少，直至21時以后，總云量又開始增加；而夏秋兩季總云量則是呈“兩段”分布，即分為較多的時段（06—19時）和較少的時段（20—次日05時），兩時段內總云量變化不大。

圖1 大氣參數廓線分布圖

圖2 各季節平均云量日變化曲線圖

春季日平均低云量最多（見圖2b），為6.9成，冬、夏兩季次之，分別為5.8成和5.4成，秋季日平均低云量最少，為4.0成。從日變化上來看，各季節平均低云量日變化均呈現出白天多、夜間少的特點，特別是冬、夏兩季“峰值”變化明顯：冬季以07時低云量最多，之后緩慢減少，直至21時以后，低云量又開始增加；夏季則以午后12—14時的平均低云量為最多，子夜最少。

圖3 總云量日變化頻率統計

分析各站點全年各月份的日平均云量可知（圖略），冬半年（9月—次年3月）東部沿海地區無論是總云量還是低云量都相對內陸地區較多，而夏半年各地區云量相近。這主要是由于冬季大陸上空較干，海洋上空水汽相對較多，而夏季兩者差別不大。

按總云量<1、1—3、4—7、8—10成四種情況分別統計每日出現的時次和頻率（見圖3），可以看出，春、夏、冬三季一日當中均以總云量在8—10成的出現頻率最高，即該地區一年當中以多云天氣為主。具體而言：冬、春季節總云量在8—10成的出現頻率占絕對優勢（見3a、b），無論任何時次都平均在18天/月以上，特別是春季06—12時（見圖3b）可達22天/月以上；夏季（見圖3c）總云量在8—10成的出現頻率比春季減少，且出現了晝夜的區別，白天（06—19時）可達16天/月以上，而夜間則只有10—14天/月。同時，夜間總云量在4—7成的出現頻率較春季有所增加，可達8—10天/月；秋季總云量日變化較為特殊（見圖3d），以總云量<1成和>7成兩種天氣為主，兩者出現頻率分別占9—15天/月，夜間（18時—次日06時）以晴空少云（總云量<1成）為主，白天（07—17時）則以多云到陰（總云量>7成）為主。

圖4 低云量日變化頻率統計

同樣，對低云量出現的頻率進行統計發現，冬、春季節均以低云量在8—10成的出現頻率為最高（見圖4a、b），無論任何時次都平均在16天/月以上，特別是春季（見圖4b）可達18天/月以上；夏季（見圖4c）白天（06—20時）以多云為主，上午06—10時低云量在8—10成的出現頻率居多，可達10天/月左右，下午以4—7成的出現頻率居多，可達13天/月左右，夜間則以<1成居多，可達15天/月；秋季低云量的日變化特點與冬、春季節相反，全天均以晴到少云（低云量<1成）為主，特別是夜間（20時—次日04時）出現低云量<1成的頻率可達18天/月，午后的出現頻率也在13天/月以上。其次是低云量在8—10成的出現頻率，全天均在9天/月左右。

3.2 云底高

秋冬季節云層較高（見圖5），平均云底高分別為4510 m和3657 m，而春夏季節則云層較低，春季平均云底高只有2197 m。從各季節的平均云底高日變化來看，白天云層較夜間更低，秋冬季節以清晨06—08時云底高最低，而春夏季節則以午后12—14時云底高最低，這也體現出低云出現的頻率。

圖5 各季節平均云底高日變化曲線圖

按云底高≤300 m、300—1000 m、1000—2000 m、2000—3000m、3000—4000m、4000—6000m、>6000m，分別統計各月出現的頻率（見圖6）。云底高在2000—6000 m區間的情況一年四季都比較少，且日變化不大，均在2天/月以下。冬季云底高以1000—2000 m的情況為最多，300—1000 m的出現概率次之，其中在03—05時段云底高在1000—2000 m的概率平均可達11天/月左右，在12—16時段云底高在300—1000 m的概率平均可達8—10天/月。春季云底高在300—1000 m的出現概率明顯占優，其中在14時前后平均可達18天/月左右，午夜（22時—次日02時）云底高在300—1000 m和1000—2000 m區間的出現概率相近，均在9天/月左右。到了夏季，云底高在300—1000 m的情況更為普遍，白天均在12天/月以上，其中午后時段可達27天/月。而進入秋季，云層明顯增高，云底高>6000 m的情況猛增，特別是在夜間平均可達14天/月以上，只在午后12—16時云底高在300—1000 m的情況稍多。

圖6 云底高量日變化頻率統計

圖7 各季節平均能見度日變化曲線圖

3.3 能見度

由圖7可見，夏季的能見度明顯比其他季節要好，日平均能見度約12.8 km，春、秋、冬季日平均能見度分別為9.6 km、9.3 km、8.4 km。各季節能見度日變化明顯，且均呈現“單峰”分布，即均以16時前后能見度最好、06時前后能見度最差。

圖8 能見度日變化頻率統計

圖9 綜合指標日變化頻率統計

將能見度按≤1 k m、≤4 k m、≤10 k m和≥20 km分別進行統計（見圖8）。全年出現惡劣能見度（≤1 km）的情況很少，平均在3天/月以下，特別是秋季，只在清晨06—08時有可能出現，平均概率在1天/月左右，其他時刻則幾乎不出現。當然，最佳能見度（≥20 km）的出現頻率也不是很高，尤其以春、秋、冬三季較少，一天當中只在14—18時出現的頻率稍高，也均在7天/月以下。這三個季節每日清晨能見度稍差，低能見度（≤4 km）的情況平均在14天/月左右，一天當中其他時段則多數在4—10 km。夏季能見度通常較好，以能見度>4 km的情況為主，一天當中10—20時段以能見度≥20 km的情況居多，平均可達12天/月以上，其他時段以能見度在4—10 km的情況居多，05時前后可高達16天/月左右。影響能見度的主要天氣現象是海霧，統計表明海溫介于20—22℃之間時海霧出現概率最大[10]，這正好解釋了春秋季節清晨能見度的原因。當然，海霧的出現除了與海溫有關外，還與大氣環流季節變化關系密切，這里不作分析。

4 小結

文章統計分析了南海沿岸近海地區的溫度、濕度等常規大氣參數特征，得到近年南海沿岸近海地區真實大氣參數廓線分布特征，并對飛行影響較為重要的云、能見度等天氣特征進行了分類統計，總體而言，該地區云量和能見度都有明顯的日變化和季節變化，雖云量較多，但能見度較好。考慮到對飛行的影響，統計了在低云量>4成、云底高≤300 m且能見度<1 km的危險天氣條件（通常此種情況下飛機不予飛行）出現的頻率分布，見圖9。總體而言，在南海地區這種危險天氣出現的概率很小，特別是在夏季幾乎沒有。一天當中，這種危險天氣主要出現在兩個時段，即06—08時段和15—20時段，尤其以春季的影響最大，17時的出現概率可達到0.35天/月。其次是冬季，15時的出現概率可達到0.24天/月。

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