吉安市大霧時空分布特征及客觀預報方法研究

王文娟，劉立群，王曉彬，彭永泰

(江西省吉安市氣象局，江西吉安 343000)

吉安市大霧時空分布特征及客觀預報方法研究

王文娟，劉立群，王曉彬，彭永泰

(江西省吉安市氣象局，江西吉安 343000)

摘要利用吉安市11個地面氣象觀測站2006～2010年氣象觀測資料，統計分析了吉安市的大霧時空分布特征；基于2006～2010年吉安市84個區域性大霧(≥3站)過程實況資料，對大氣環流背景進行天氣學分型，并對其成因進行分析，揭示了地形與大霧的關系。通過普查相關氣象因子，篩選出與大霧相關性較好的預報因子，采用數理統計方法，建立吉安市大霧能見度預報方程。通過對2013年10月～2014年10月22次區域性大霧(≥3站)過程進行預報效果檢驗，報對19次，空報0次，漏報3次，預報準確率86.4%，檢驗效果較理想，體現較好的應用前景。

關鍵詞大霧；時空分布；天氣學分型；預報方法

吉安市地處長江中下游以南(25°58′32″～27°57′50″N、113°46′～115°56′E)，位于江西省中西部，贛江中游，羅霄山脈中段，屬亞熱帶季風濕潤氣候。大霧屬于比較常見的災害性天氣之一，秋冬季節為高發時段[1]，由于境內地形條件復雜，大霧發生具有不確定性，預測難度相對較大，為短期預報中的一個難點。近年來隨著經濟社會高速發展，汽車尾氣以及工礦企業排放污染物增多，大霧中的凝結核包含大量的各種各樣的雜質和化學微粒，直接危害人體健康，同時大霧天氣對交通帶來的不利影響愈發凸顯，尤其是高速公路大霧引發的交通事故劇增，為減少大霧天氣帶來的不利影響，開展對當地大霧的預報研究十分必要。

大霧發生具有季節性和時段性，且受地形和環境等因素影響較大，這些局限性均在不同程度上給大霧預報增加了難度。國內一些氣象學者對大霧開展了大量研究，但大多局限于各自地區[2-6]。如陳石忠等[3]對萍鄉地區霧的特征及預報方法進行了分析，建立了針對不同季節的大霧預報方程；姚蓉等[7]對湖南大霧氣候特征從天氣學原理角度進行了成因分析；鄧小麗等[8]用PP法建立了大霧預報方程，利用數值預報產品制作出未來24h大霧預報。目前吉安市在大霧預報實際業務工作中，一直停留在依靠經驗的主觀判斷基礎上進行，缺乏一套相對完善的客觀預報方法，預報結果不甚理想。為此，筆者利用吉安市11個地面氣象觀測站2006～2010年氣象觀測資料，統計分析了吉安市的大霧時空分布特征，基于2006～2010年吉安84個區域性大霧過程實況資料，對大氣環流背景進行天氣學分型，通過分析其環境條件及成因，普查相關氣象因子，篩選出具有代表性的大霧預報指標，采用數理統計方法建立吉安市大霧能見度預報方程，為大霧預報提供參考。

1資料選取及區域劃分

選取吉安市 2006～2010年地面和高空氣象觀測資料。吉安市下轄11個縣(市)區，由于東西及南北跨度較大，且地形條件復雜，導致大霧區域分布不均，在日常業務中將地域劃分為北部(新干、峽江、永豐)、西部(安福、永新、廈坪)、中部(吉水、吉安市、吉安縣)和南部(泰和、萬安、遂川)4個片區。

2吉安市大霧時空分布特征分析

2.1大霧的時間分布

2.1.1年變化。由圖1可見，2006～2010年吉安市大霧日數呈明顯跳躍式變化，其中有2個大霧高峰年份，一個高峰為2006年，全市年平均大霧日數為23.5d，另一個高峰為2010年，全市年平均大霧日數為23.3d；低谷期為2007～2008年，大霧呈陡降趨勢，分別為17.2和16.7d，2009年呈陡增趨勢，增加至為20.2d。大霧這種跳躍式變化可能與當前城鎮化建設規模日益擴張、工礦企業污染物排放量增多以及全球氣候變暖有關。

圖1　2006～2010年吉安市大霧年變化Fig.1　The annual variation of dense fog in Jian City during 2006-2010

2.1.2月變化。從吉安市大霧月變化(圖2)可看到，10月～次年4月大霧發生頻率較高，其中12月份出現最多，其次為1月份，而6～8月份出現最少。

圖2　2006～2010年吉安市大霧月變化Fig.2　The monthly variation of dense fog in Jian City during 2006-2010

2.1.3季變化。大霧天氣的季節分布(圖3)顯示，吉安市一年四季均有霧，且具有明顯的季節變化，冬半年多于夏半年，最多出現在冬季，其次春季，最少在夏季。秋冬交替時節大霧出現頻繁，主要是因為冷空氣活動增多，吉安常處冷高壓的控制之下，以輻射霧為主；春季出現大霧主要是由于南方的暖濕氣流開始活躍，低層有弱的冷空氣補充南下，空氣中的水汽遇冷凝結成霧滴，在空中積聚便形成大霧；而夏季大霧則出現較少，這主要與大氣缺乏靜穩條件相關。

圖3　2006～2010年吉安市大霧季節分布Fig.3　Seasonal distribution of dense fog in Jian City during 2006-2010

2.1.4日變化。普查吉安大霧的日變化發現，當表現為輻射霧時呈現明顯的日變化，通常前一日20：00～次日08：00出現，日出前05：00～08：00達到最濃，日出后隨著氣溫升高，09：00～12：00逐漸消散，一般很少在12：00以后消散，與晴好天氣對應；當表現為平流霧時則日變化不明顯，一天中任何時候均可出現，且持續時間較長，與陰雨天氣對應。

2.2大霧的空間分布從圖4可看出，2006～2010年吉安市大霧區域分布不均，山區多平原少，北部多、南部少。有2個大值中心，一個大值中心位于吉安西南部山區井岡山，年平均大霧日數為91.6d，由于境內最高峰海拔高度達1 841m，通常會產生云霧繚繞的景象，多發與其特殊地形有關；另一個大值中心位于吉安北部永豐、新干縣境內，其中永豐縣位居榜首25.0d，其次為新干縣20.6d；吉安、泰和縣基本持平，年平均大霧日數為16.0d；峽江縣為12.8d，吉水縣為11.0d，萬安、安福均為10.0d，永新縣為8.8d，出現大霧最少的區域位于遂川縣，年平均僅為2.6d。吉安市大霧分布從多到少依次為井岡山、永豐、新干、廈坪、吉安、泰和、峽江、吉水、萬安、安福、永新、遂川，大霧高發區域主要位于西南部山區、吉安北部、贛江沿線附近的地區以及吉泰盆地中心一帶。

圖4　2006～2010年吉安市大霧空間分布Fig.4　The spatial distribution of dense fog in Jian City during 2006-2010

3大霧環流背景分析

大霧發生屬于小概率天氣事件，但與特定的大尺度環流背景密切相聯。2006～2010年吉安市共有84個區域性大霧(≥3站)過程，利用2006～2010年吉安市高空、地面觀測資料，分析霧日08：00環流形勢并進行天氣學分型。高空500hPa環流形勢有低槽過境、槽后西北氣流、槽前西南氣流或偏西氣流4種類型，地面形勢主要有地面高壓型、地面高壓(冷鋒)底前部型、地面倒槽型、入海高壓后部型4種類型。

3.1地面高壓型這種類型的大霧常出現于晴好天氣。高空500hPa處槽后西北氣流控制，700、850hPa為一致偏北氣流；地面圖上(圖5a)，吉安處于地面冷高壓控制下的均壓場中，由于夜間強烈的輻射冷卻降溫，近地層濕度達到飽和，容易凝結成霧。這種類型多出現在秋冬之交，以輻射霧居多。

3.2地面高壓(冷鋒)底前部型地面圖上(圖5b)，吉安處于冷鋒前暖區均壓場中，蒙古國有強大的冷高壓，冷空氣沿西北路徑向東南方向擴散南下。高空500hPa通常處于槽區，盛行西南偏西氣流或槽后西北偏西氣流，850hPa通常處于弱高壓(脊)中均壓場中，850hPa以下往往有逆溫層存在，且逆溫層的溫差通?！? ℃，穩定的逆溫層結阻礙了大氣的垂直運動，使低層水汽不易擴散，為產生大霧提供了重要條件。這種形勢常出現在秋冬之交和春末，多表現為輻射霧或平流-輻射霧。

3.3地面倒槽型這種形勢的大霧天氣通常預示北方有強冷空氣(寒潮)堆積醞釀，未來將大舉南下。高空500hPa從貝加爾湖以西至鄂海一帶為一寬廣的橫槽區，表明有強冷空氣醞釀堆積，中低緯高原上空伴有低槽東移,700hPa吉安處于槽前偏西氣流中，850hPa為西南氣流，贛北北部有切變存在，中低層西南氣流強盛，低層水汽接近飽和；地面圖上(圖5c)，西南、華南有倒槽伸入江南地區，吉安處暖倒槽之中的均壓區，由于空氣濕度大，含水量增多，溫度露點差很小幾乎接近飽和，非常容易形成大霧天氣。這種形勢大多出現在冬末初春，以平流霧居多。

3.4入海高壓后部型這種形勢的大霧天氣通常預示北方有強冷空氣(寒潮)堆積醞釀，未來將大舉南下。高空500hPa高緯度地區貝加爾湖一帶有一寬廣橫槽，有強冷空氣積聚，中低緯度四川東部有低槽逐漸東移，吉安位于槽前弱西南氣流中；700、850hPa為偏南氣流中，高低空為上下一致的偏南氣流，暖濕氣流充沛，短波槽攜帶弱冷空氣滲透南下；地面圖上(圖5d)，貝加爾湖西側有一強大的冷高壓中心，吉安位于入海高壓后部的偏南氣流中，為東高西低形勢，微風且濕度大，靜穩條件下使得大氣中污染物不易擴散，空氣中凝結核積聚，非常容易出現大霧。吉安冬季、初春季出現較多，以平流-輻射霧為主。

注：a.地面高壓型(2008年12月15日08：00)；b.地面高壓(冷峰)底前部型(2006年12月15日08：00)；c.地面倒槽型(2006年3月8日08：00)；d.入海高壓后部型(2010年12月4日08：00)。Note：Ground high pressure type(08：00 Dec.15 2008)；b.Ground high pressure(cold front)bottom front type(08：00 Dec.15 2006)；c.Ground trough (08：00 Mar.8 2006)；d.High pressure rear type(08：00 Dec.4 2010).圖5　吉安市大霧地面形勢Fig.5　Ground situation of dense fog in Jian City

4環境條件分析

大霧生成與特定的天氣形勢和多種氣象要素有關，在此對2006～2010年區域性大霧日08：00的環境條件進行了相關分析。

4.1水汽條件首先近地面層附近充沛的水汽是大霧形成的必要條件。由于大霧是由空氣中大量微小的水滴和冰晶等懸浮物凝結而成，因此近地面層必須具備充足的水汽才能產生大霧。通過分析發現，地面溫度露點差T-Td≤2 ℃，近地面層水汽接近飽和狀態為成霧提供了先決條件。

4.2氣壓條件 分析地面氣壓場發現，25°～30°N、110°～120°E范圍內等壓線≤2根，即相差5.0hPa，吉安常處于弱高壓或均壓場控制之中，這種靜穩狀態有利于出現大霧。

4.3風速條件分析發現，吉安市地面平均風速通常為1～3m/s，微風對大霧形成非常有利，微風加強了近地面層的亂流作用，使輻射冷卻作用擴散到一定高度，同時輸送水汽到一定高度，有利于形成一定厚度的霧。風力過大或過小對大霧的形成均不利，風力過大，亂流作用太強，風力太小，輻射冷卻只能影響到近地面很薄的氣層。因此大霧的形成既需要相對穩定的環境以防水汽被吹散，又需要一定的氣流混合以加入冷卻范圍。

4.4層結條件大氣層結穩定是大霧形成的重要條件，低空和近地面層存在逆溫是有利于大霧發生的主要物理機制。近地面逆溫有利于近地面層水汽積累，低空逆溫使近地面層水汽不易擴散而聚集，有利于近地面層維持潮濕，不利于水汽的擴散，對大霧形成有利。分析2006～2010年區域性大霧過程08：00南昌、贛州站探空圖發現，低層伴有逆溫層存在，一般700hPa以上氣層穩定，而700hPa以下存在明顯的逆溫層，通常700～850、850～925hPa或近地面層925～1 000hPa有逆溫層。一般形成平流霧的逆溫層較厚，平流霧的天氣一般以陰云天氣居多，由于太陽輻射很難沖破逆溫層結；而輻射霧時一般是在晴空背景之下產生，由于地面長波輻射降溫形成的逆溫層，在探空圖上表現為淺薄的逆溫層，一旦太陽出來氣溫升高后，逆溫層將逐漸減弱直至消失。因此一般平流霧持續時間較長，沒有明顯的日變化，而輻射霧日變化較明顯。雨霧天氣探空曲線相對不典型，不一定存在明顯的逆溫結構，由于低層大氣濕度處于飽和狀態，與普通層狀云降水天氣相似。

綜上分析可知，大霧形成須滿足以下4個基本條件：近地層濕度較大、地面氣壓梯度較小、近地面風速較小、大氣層結穩定(逆溫)。

5前1d14：00氣象要素特征

在預報次日大霧時，須在準確對數值預報產品解釋應用的基礎上，參考本站前1d14:00地面氣象要素。

5.1相對濕度分析發現，當前1d08:00高空500hPa為槽后西北氣流時，14：00相對濕度大多為40%～60%，次日主要以輻射霧為主；當大霧前1d08:00高空500hPa為低槽過境，14：00相對濕度大多為70%～90%，次日以輻射霧為主，平流霧出現較少。

5.2溫度露點差普查前1d14：00溫度露點差發現，晴空背景下發生的輻射霧T-Td≤12 ℃為大霧發生的臨界指標，14：00溫度露點差愈小，夜間輻射冷卻降溫愈明顯，對次日形成大霧有利。

5.3風力分析前1d14:00風速發現，表現為輻射霧時一般地面偏北風≤4m/s，平流霧時風速偏南風則相對寬松一些，一般地面偏南風≤5m/s，有利于暖濕氣流向霧區輸送。

5.4總云量分析前1d14：00天空狀況發現，當前1d08：00高空500hPa為槽后西北氣流時，14：00以晴天或少云為主，夜間輻射降溫明顯，氣溫日較差大，由于輻射冷卻作用凝結形成輻射霧；當前1d08:00高空500hPa為低槽過境，14：00天空云量為9～10成，預計晚上天氣快速轉好，則次日出現大霧的可能性大。

5.5氣壓梯度分析發現前1d14:00弱氣壓系統對次日大霧形成具有較強的指示意義，14:00氣壓系統較弱(均勻場、鞍型場)，大氣處于相對靜穩狀態對夜間形成大霧非常有利。經統計，大霧前1d氣壓梯度是25°～30°N、110°～120°E范圍內等壓線≤2根。

6地形與大霧的關系

大霧發生具有地域性特點，吉安市地形條件比較復雜，從地形地貌上看，主要以丘陵、山地和小平原為主，整個地勢東西高聳、南部突起、中部低平、北部平坦而由邊及里三面逐漸向北傾斜，呈階梯狀構成以吉安、泰和為中心的吉泰盆地，江西最大的河流贛江從南向北貫穿其中。新干縣位于吉安市最北端，境內呈“川”字形，地勢平坦，且贛江穿城而過，水體增濕效應導致近地層濕度相對較大，一旦具備成霧的天氣形勢，大霧發生幾率極高；峽江縣位于吉安市北部，贛江自南向北貫穿縣境，全境地勢為東南、西北部高，向中部贛江傾斜，丘陵與山地交錯，還有黃金江、盤龍江等多條河流經過，水體增濕效應明顯，只要有利于大霧的環流形勢也容易出現大霧；永豐縣位于吉安市東北部，則以丘陵和山地交錯呈長帶型，位于吉泰盆地以東，特殊的地形條件對霧形成有利，近年來永豐大霧增多趨勢較明顯；吉水縣位于吉安中北部，贛江縱流北上，地形南北長東西窄，地勢東南高西北低，地貌以丘陵為主；吉安市(區)位于中部，贛江途經之地，為吉安政治文化中心，盆地的特殊地理結構及城市熱島效應逐年加劇使城區大霧日數有增多趨勢；泰和縣位于吉安市中南部，為吉泰盆地中心，橫跨贛江兩岸，近年來大霧呈現增多趨勢；萬安縣位于吉安市中南部、贛江中下游，地形以中低山、丘陵為主；廈坪位于吉安市西南部，井岡山市新城區，地形較平坦，一旦形勢具備也容易出現大霧；永新縣位于吉安西南部，地貌以山地、丘陵為主，地勢南北高、中部低，并從南北兩側向中部傾斜，這種盆地地貌對形成大霧有利；遂川縣、安?？h大霧日最少，由于兩地三面環山，不易形成霧。

綜上所述，在特定的大尺度環流背景下，大霧產生可能與其特殊地形關系密切，其中贛江水體增濕效應為產生大霧的一個重要誘因，另外潮濕的山谷、洼地、盆地及水面等自然地理條件為大霧形成的外部因素。

7大霧預報方程建立及效果檢驗

通過對大霧分型及成因分析后，大概能總結出吉安大霧的預報指標及著眼點。吉安大霧主要有輻射霧、平流霧或平流-輻射霧。首先確定影響系統，初步判斷吉安次日有無大霧，如果無霧則預報吉安次日無霧；如果有霧，就對其進行分型，繼續考慮其他條件，結合當地14：00地面實況資料和地形，制作次日大霧預報。

7.1消空指標在做當地大霧預報時，為了減少空報率，須對相應的氣象要素進行消空處理。通過之前對大霧前1d14：00的相關氣象要素特征進行相應分析之后，基本能概括出形成大霧所必須具備的氣象要素條件，從而得出大霧天氣的具體消空指標(表1)。針對輻射霧和平流霧進行了相應的區分，若預計次日將出現輻射霧時，當14：00 T-Td>12 ℃、∣T最低- Td∣>4 ℃，相對濕度地面高壓型>80%、低槽過境雨后轉晴型>98%，風速偏北風>4m/s或偏南風>5m/s、預計次日偏北風>3m/s或偏南風>4m/s，只要達到其中任一條件，則進行消空處理；若預計次日將出現平流霧時，當14：00 T-Td>10 ℃、∣T最低- Td∣>5 ℃、偏南風>5m/s、預計次日偏北風4m/s或偏南風>5m/s，只要達到其中任一條件，將進行消空處理(表1)。

7.2預報指標

7.2.1輻射霧。

7.2.1.1環流形勢。 吉安秋冬季節主要以輻射霧為主，產生輻射霧的天氣形勢：①地面氣壓梯度很小，處于弱氣壓場(均壓場、鞍型場)；②500hPa一般為西北或偏西氣流；③850hPa一般為高壓脊或反氣旋環流；④當日吉安有降水發生，預計低槽快速過境，雨后次日轉晴易形成輻射霧。

表1　相關氣象因素消空指標

7.2.1.2地形因素。輻射霧多產生于潮濕的山谷、洼地、盆地以及水系發達的地區。吉安市大霧多發帶主要位于贛江沿線一帶的地區、盆地以及西南部山區，預計次日有大霧出現時則優先考慮以上地區。

7.2.1.3氣象要素。①近地面存在逆溫層是大霧形成及維持的基本條件，因此地面溫度與925hPa或1 000hPa溫差為判斷次日能否出現逆溫的重要依據；②輻射霧形成對風速的要求很高，經過普查分析地面風速一般≤3m/s；③關注上游地區的云系變化，未來是否會影響吉安市，且預計次日高云或少云時則對形成輻射霧有利；④14：00相對濕度比平常明顯偏高，約偏高10%～20%，20：00相對濕度≥80%，晴空、微風，有利于次日出現大霧；⑤關注上游地區前1d有無大霧發生，若有次日則出現大霧的可能性較大。

7.2.2平流霧(平流-輻射霧)。

7.2.2.1環流形勢。吉安冬末初春時節，由于暖濕氣流開始活躍，北方有弱冷空氣擴散南下，主要以平流霧為主。產生平流霧的天氣形勢：①入海高壓后部平流霧，入海高壓后部的偏東或偏南氣流有利于形成弱的冷平流，且底層濕度條件轉好，地面氣溫一直處于回暖狀態；高空700和850hPa為弱的暖平流，暖濕氣流在冷的下墊面上滑行有利于出現平流霧(平流-輻射霧)。②鋒前平流霧，冷鋒前或低槽前的偏南氣流有利于暖濕空氣的輸送，容易出現平流霧。③地面氣壓梯度很小，處于弱氣壓場(均壓場、鞍型場)。④500hPa一般為西南或偏西氣流。

7.2.2.2氣象要素。①低空及近地面存在逆溫層是大霧形成及維持的基本條件；②平流霧對風有一定的要求，經過普查分析地面風速一般≤5m/s，風速太大則不利于暖濕氣流的輸送；③關注上游地區是否出現大霧，如形勢相似則表明本站出現平流霧的可能性大。

7.3預報方程建立為獲取大霧能見度的預報因子，對能見度和前1d14:00地面氣象要素資料進行了相關分析，篩選具有代表性的因子建立多元回歸方程：y=-3.007 8+0.020 4x1+0.161 8x2+0.023 2x4+0.035 0x5+0.013 6x6-0.020 8x7，式中，y為能見度；x1為前1d14:00露點溫度；x2為前1d14:00露點溫度差；x4為前1d最低氣溫與14:00露點溫度之差；x5為前1d14:00相對濕度；x6為前1d14:00風速；x7為前1d14：00水汽壓。

7.4預報效果檢驗 通過對2013年10月～2014年10月吉安市22次區域性大霧過程(≥3站)進行預報效果檢驗，評定標準：如果預報大霧過程，必須要求實況出現≥3站以上才算大霧過程預報正確，若實況僅有1～2站出現，則視為大霧過程空報；如果未預報大霧過程，而實況出現≥3站以上，則視為大霧過程漏報。從檢驗結果來看，報對19次、空報0次、漏報3次、預報準確率達86.4%，預報效果較理想。

8小結

(1)吉安市一年四季均有大霧，大霧天氣具有明顯的波動，冬半年多于夏半年，10月～次年4月大霧出現頻率較高，其中12月份出現最多，其次為1月份，6～8月份最少；近5a來大霧總體呈增加趨勢；大霧區域分布不均，西部山區多平原少，北部多南部少。

(2)吉安市大霧天氣分為地面高壓型、地面高壓(冷鋒)底前部型、地面倒槽型、入海高壓后部型4種基本類型。

(3)大霧出現前1d14:00相關氣象要素(相對濕度、風速、總云量、降水、氣壓梯度)對預報次日大霧具有參考意義。

(4)建立吉安市大霧客觀預報方法：首先確定影響系統，進行天氣學分型預報次日有無大霧，如果無則預報次日無大霧，如果有則進一步分型，再進行指標消空，確立相關預報指標(5項)，結合14：00地面實況和當地地形條件，最終做出次日大霧預報。

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StudyonDenseFogTemporal-spatialDistributionFeaturesandObjectiveForecastingMethodinJianCity

WANGWen-juan,LIULi-qun,WANGXiao-binetal

(JianMeteorologyBureau,Jian,Jiangxi343000)

AbstractUsing weather observation data during 2006-2010 from 11 stations in Jian City, temporal-spatial features of dense fog in Jian City were analyzed; based on 84 regional dense fog live data in Jian City during 2006-2010, weather types were conducted on atmospheric circulation background, causes were analyzed, and the relationship between terrain and fog was revealed. Through reviewing related meteorological factors, forecasting factors having good coorelation with dense fog were obtained. By using mathematical statistics method, visibility forecast equation of fog was established. Through detection of forecast effect of 22 regional fog from Oct. 2013 to Oct. 2014, correct report 19 times, blank report 0 times, fail to report 3 times, the accuracy rate was 86.4%. The examination effect is ideal, reflecting good application prospect.

Key wordsDense fog; Temporal and spatial distribution; Synoptic meteorology type; Forecasting method

作者簡介王文娟(1980-)，女，江西吉安人，工程師，從事短期天氣預報工作。

收稿日期2016-03-15

中圖分類號S 161.5

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)12-247-05