富陽大霧影響及客觀預報方法研究

姜盈 張日佳 李凱 蔣立加

(富陽區氣象局,浙江 杭州 311400)

0 引 言

大霧是常見的氣象災害之一。近年來有關大霧的研究有很多,比如,騰衛平等對浙江省大霧的氣候特征以及大霧和氣象要素的關系做了統計分析,得出浙江省多大霧區在東部沿海、浙北的中部和西部、浙中的西部和浙南的西南地區;李云泉等對嘉興市大霧的生消規律做了統計,得出嘉興市大霧有明顯的年際變化,61%的大霧為短霧;周之栩等對湖州市一次連續大霧過程做了分析,得出對流層中層500hPa的平直緯向環流和低層的淺槽活動是大霧發生的重要條件。目前,針對縣級臺站大霧預報方法的總結較少。本論文將利用相關氣象資料,用統計分析、合成分析和可視化分析等方法,揭示大霧時空分布特征,總結富陽大霧預報方法,形成一套適用于富陽的大霧預報模式。

1 數據及資料

本文所采用的數據包括1955—2016年的富陽本站實況觀測資料數據;包括天氣現象,能見度,氣溫,濕度等;1955—2016年NCEP/NCAR的逐日再分析資料;2014—2016年富陽各自動站能見度數據。

在對這些數據進行處理分析的時候,根據數據的長度、數據標準和數據類型對不同的數據采用略不同的預處理方法,將在每節內容開始時進行詳述。

2 富陽大霧的時空分布特征

2.1 時間分布特征

2.1.1 年際變化

1955—2013年(2014—2016年大霧觀測由人工轉為自動,由于觀測標準出現變化,所以本文2.1.1和2.1.2中這3 a的大霧日數不參與統計),富陽區氣象站共記錄霧日1495 d,年均霧日25.3 d。霧日年際變化較大,最多的是1957年,共有46 d出現大霧,最少的是2006年,全年僅9 d出現了大霧。從年代分布來看,1959—1975年和2000—2013年是大霧發生的兩個低谷期,而1976—1999年是大霧多發期。

2.1.2 季節分布

從大霧的季節變化來看,大霧多發生在每年的深秋到初春,其中,從月際分布來看(圖1),11月份最多,占總日數的17.97%,12月其次。7、8月份盛夏時節最少。

圖1 1955年—2013年富陽大霧日月際分布

2.1.3 日變化

2014年起,大霧觀測啟動儀器自動觀測,根據《浙江省觀測處關于調整霾天氣現象觀測規定和對2013年霧、霾觀測數據訂正的通知》,目前霧的自動觀測能見度判別閾值調整為0.75 km。因此,本文用能見度≤750 m來做大霧統計。

利用富陽本站能見度自動觀測數據得出,2014—2016年共有455個小時出現過大霧。從圖2可以看出,00時起能見度≤750 m的次數明顯增加,而09時后能見度≤750 m的次數明顯減少。因此,富陽大霧的生成時間一般在下半夜到清晨日出前后,而霧消時間大約是9—10時左右。大霧最容易出現在6時和7時,其次是3時、4時和8時。富陽本站最長連霧天數為6 d。

圖2 2014—2016年富陽能見度≤750 m的時次分布

2.2 空間分布特點

目前,富陽區有能見度要素的自動站共有8個(包括本站)。為了保證數據的可比較性,這里僅用2016年的能見度數據做比較(表1)。

表1 2016年富陽8個站點大霧日數分布

富陽大霧天氣出現最頻繁的地區是富陽西北新登鎮、永昌鎮一帶,該地區三面環山,空氣不易流通,加上自身地勢也比較高,工業又相對集中,導致大霧活動頻繁。大部山地、丘陵地區為低霧頻率區域。

3 有利于富陽大霧發生的4種天氣形勢

我們對2001—2010年這10 a的這181次大霧過程的地面形勢圖進行分析和歸類得出,富陽區大霧多發生在1)冷高壓前暖區2)大陸高壓內部3)入海高壓后部4)大陸高壓底部倒槽發展北頂或低壓發展這幾種天氣形勢下。如圖3a—3d。

1)冷高壓前暖區

富陽區位于冷鋒或冷高壓前側的暖區中,暖濕氣流較為活躍,并有可能伴有降水,由于暖濕空氣經過冷的下墊面,在近地面形成平流霧,平流霧與地面冷鋒后方的鋒面霧相結合,造成大霧天氣。

2)大陸高壓內部

大陸高壓的控制對應的是晴好的天氣,云量較少,風速較小。在這種較為穩定的天氣形勢下,有利于夜間的輻射降溫,輻射冷卻作用使近地面層水汽凝結(或凝華)而形成輻射霧。

3)入海高壓后部

當富陽處于出海高壓后部時,一方面由于受前期冷空氣影響,下墊面溫度較低,另一方面由于冷空氣已經過境,北風減弱,這時候一般吹較弱的東北風或者是偏東風,海上的暖濕氣流往內陸輸送,容易造成平流霧。

4)大陸高壓底部倒槽發展北頂或低壓內部

在倒槽或者低壓頂部的偏南或者偏東氣流與東北或偏北氣流的輻合區內,一方面偏南或者偏東氣流從南方或海上輸送暖濕空氣經過冷的下墊面低空凝結形成霧,另一方面偏北氣流又提供弱冷空氣以及晴空輻射使霧的強度加大。在這種天氣形勢下既有平流霧又有輻射霧。

圖3 (a)2001年12月3日 (b)2008年10月28日 (c)2010年11月6日 (d)2003年5月6日08時地面形勢圖,分別代表1)冷高壓前暖區2)大陸高壓內部3)入海高壓后部4)大陸高壓底部倒槽發展北頂或低壓發展

4 富陽大霧影響因子

利用2001—2010年的共181次大霧上午08時的資料進行統計。選取了常用的濕度、風速、風向、氣溫作為主要考察因子,在對他們和大霧進行相關性檢驗時發現,它們大多和大霧都存在顯著相關(表2)。

表2 2001—2010年富陽大霧發生時氣溫變化規律

注:*表示通過0.05顯著性水平檢驗,△表示通過0.01顯著性水平檢驗

4.1 濕度和降水條件

大霧發生時,相對濕度≥90%的占68.0%,在85%和90%之間的占30.9%,僅1次大霧發生在相對濕度<85%的時候,有9次大霧發生在相對濕度為100%。僅23.2%的大霧發生前后12 h內伴有降水,且雨量絕大多數為小雨。

4.2 風的條件

研究表明,當地面風速在1～3 m/s時最有利于大霧的生成,因為太大的風速不利于層結的穩定,而太小的風速又不利于水汽的垂直輸送。

181次大霧中,17.7%的大霧發生時風速接近于0,25.4%的大霧發生時風速在0.1～0.9 m/s之間,共有56.4%的大霧發生時風速在1～3 m/s之間,僅1次大霧發生時風速超過3 m/s。

NW的風向下產生大霧的可能性最大,30.4%大霧發生在NW的風向下,其次是WNW和NNW,次數分別為16%和15.5%。

4.3 氣溫條件

相對于前面兩個條件,氣溫條件顯得不是特別嚴格。一般來說,氣溫日較差大對應的是較好的天況,有利于輻射霧的生成,而當氣溫過高時,則不利于水汽的凝結,不利于生成大霧。

由于這10 a中,7、8月份無大霧,6月份大霧發生僅一次,所以這3個月份沒有列入統計。表3中的氣溫日較差(下同)是指霧日前一天的最高氣溫與霧日當天的最低氣溫之差。分析得出,各月大霧日的氣溫日較差均值均大于6 ℃,其中5月的氣溫日較差均值最小,為6.6 ℃;各月08時的氣溫均值均小于23 ℃,其中9月08時氣溫最高,為22.0 ℃。

表3 2001—2010年富陽大霧發生時氣溫變化規律 ℃

4.4 輻射降溫條件

一般來說,夜間或清晨,當天氣晴朗或少云時晨,地面散熱迅速,降溫明顯,更有利于水汽凝結,形成輻射霧,相反當夜間或清晨云量較多時,不利于輻射冷卻,難以形成輻射霧。在平時的預報中,可以結合第二天的天況進行大霧預報。

4.5 層結條件

當近地面氣層比較穩定或者是有逆溫存在時,水汽和塵埃容易聚集。尤其當大范圍的下沉輻散運動使中低層大氣增溫,與近地層的輻射降溫相配合,加上近地層弱冷平流的作用,使低層大氣降溫,有助于形成深厚的逆溫層,有利于霧區的長時間維持。當氣層不穩定時,就有利于上下層熱量交換和水汽擴散,而不利于霧的形成。

另外,地表性質對輻射霧形成也有一定的影響。如土壤潮濕的地區,江河、湖泊附近,內陸低洼地區,都容易出現輻射霧。

5 富陽區大霧客觀預報方法建立

根據上述的大霧天氣形勢以及影響因子,再結合平時預報的一些實際經驗,我們總結出了富陽大霧的預報方法。

1)天氣形勢

當第二天早晨前后出現前文討論的冷高壓前暖區、大陸高壓內部、入海高壓后部、大陸高壓底部倒槽北頂或低壓發展這4種天氣形勢之一時繼續對其他條件進行判斷。

2)相對濕度條件

估計第二天08時左右的相對濕度,當相對濕度<85%時,判斷無大霧出現的可能,當相對濕度≥85%時,繼續對其他條件進行判斷。

3)降水條件

當08時左右會出現中雨及以上降水時,判斷無大霧出現的可能,當會出現中雨以下的降水或者無降水時,繼續對其他條件的判斷。

4)風力條件

當08時左右的風力在3 m/s以上的,判斷無大霧出現的可能,當風力在3 m/s以下時判斷有大霧。

根據這個預報方法,我們制作了富陽大霧客觀預報軟件,軟件操作簡便,界面簡單,非常適合日常大霧的預報分析。圖4是軟件的主要操作界面。

圖4 富陽大霧預報工具

6 結 語

1)2000—2013年是富陽大霧發生的兩個低谷期,而1967—1999年是大霧的多發期;

2)富陽大霧多發生在每年的深秋到初春,11月最多,12月其次,盛夏最少;

3)富陽大霧的生成時間一般在下半夜到清晨日出前后,而霧消時間大多在日出升溫后2～3 h之間,即大約9～10 h左右。大霧最容易出現在6時和7時,其次是3時、4時和8時。富陽本站最長連霧天數為6 d;

4)富陽區大霧天氣多是集中在富春江沿江平原和新登區域;

5)冷高壓前暖區/大陸高壓內部/入海高壓后部和大陸高壓底部倒槽發展是富陽大霧的幾種主要天氣形勢。相對濕度、降水、風向風速、氣溫和大霧呈現顯著相關,當出現上面的天氣形勢時,同時相對濕度≥85%,風速在1～3m/s之間,氣溫不高,且無中雨以上降水時容易出現大霧。

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