寧波舟山港海霧特征及觀測站點評估

孔揚 王科 申華羽 張晶晶 涂小萍

摘 要：利用寧波舟山港2013到2018年的管控記錄對港區海霧特征進行分析，發現港區自西向東具備不同的霧頻分布特點。結合氣象、水文觀測數據，提取海霧發生時的影響因子：西部港區偏北風3m·s-1以下;中部兼具北風、南風，風速5到8m·s-1;東部風向為南到西南風或偏南風，風速5m·s-1上下。氣溫、海溫在10到24℃之間較容易成霧，海汽溫差-1到0℃為最適宜。通過公平觀測評分ETS對能見度站的準確性、空測率等進行評估，并篩選出港區能見度代表站。

關鍵詞：港口管理;海霧;影響因子;觀測評估

中圖分類號：U65? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）02-0108-04

寧波舟山港是名副其實的國際大港。隨著港口的不斷發展，海霧天氣對于港口的影響日趨明顯。寧波舟山港調度中心記錄的管控數據表明，港區每年因海霧停工的平均時長達443小時，海霧發生較頻繁的年份，港口停工時長超過600小時。海霧已經成為對港口作業時長影響最大的災害性天氣。

寧波舟山港核心港區主要位于寧波北侖到舟山定海之間，為東西向狹長區域（圖1），地形復雜，海霧具有明顯的局地特征，因此霧季時港口一般采取分區域、分時段管控。港口的管控區域可劃分成6片，自西向東分別為：金塘大橋水域、大黃蟒以西、涂泥咀以西、峙頭至涂泥咀、佛渡梅山水域、蝦峙錨地及航道，圖1中按順序編為1到6區。本文以港口管控資料為基礎，得出港區海霧的發生規律，并結合浮標站、氣象監測站點等，對海霧發生時的天氣要素進行判別，得到海霧的影響因子。最后以管控數據為基準，對分布在港區沿線的29個后向散射能見度儀進行評估，得出海霧監測代表站點。

2 資料與方法

目前港口沿岸、海島上的前向散射能見度儀是儀器監測海霧的主要手段，不過自動監測較人工監測明顯偏小[1]，且能見度儀只能對特定高度的單點進行探測，無法探知水面上的情況，因此探測結果有一定的局限性，利用陸地上的能見度儀數據對海霧進行分析會產生一定的偏差。

港口管控時，均有船只現場判斷，因此可以認為反映了海霧事實，準確程度高于能見度儀。將管控數據轉化為分區域、逐小時數據，提取有霧時段，即可分析1到6區海霧精細化特征。分析有霧時港區附近的氣象、水文要素，即可提取海霧影響因子。管控數據與能見度站點數據做對比分析，可評估站點對其附近水域的代表性，并進一步確定監測代表站。

3 海霧特征

3.1年際變化

由2013到2018港口管控數據可知，海霧具有明顯的年際變化（圖2），這與前人[2，3]所述基本一致。2013年海霧長達636小時，此后三年雖有所回落，但呈現逐年遞增的趨勢。2017年海霧僅有218小時，對港口影響最小。各區也基本遵循年際變化的總趨勢，并沒有表現出明顯的差異。另外，霧時的空間分布不均勻，總體東、西多中間少。

3.2月變化

圖3表明，8—10月基本沒有海霧發生;12月和1月，1區管控時長增多，躍居成為港區管控的高發區;其余月份雖然每個區域都有管控可能，但6區明顯是管控時長最長的區域。

針對寧波、舟山地區的海霧，前人[2-4]曾以較少量的觀測站點數據為依據，普遍認為春季最為高發，冬季次之。而通過對管控數據分區統計發現，海霧的月變化特征存在一定的區域差異。自西向東，1、2區霧頻最高的月份反而出現在冬季（2月份），3區出現在初春（3月份），4區呈現出3月、5月的雙峰結構，5區、6區則與前人描述一致，4、5月份為霧頻最高時段。

4 海霧的影響因子

大霧的生消與海表溫度、氣溫、風場等氣象、水文要素有密切關系[5]。通過分析港區因霧管控時段各要素分布情況，可提取海霧的影響因子。

4.1 風力風向特征

大霧期間，東部以偏北風為主，風速3m·s-1以下;中部偏東和偏南風向逐漸增多，且風速逐漸增大，可達5到8m·s-1之間;5、6區以南到西南風為最多，其次為偏南風、南到東南風，其他風向均較少，風速多為5m·s-1上下（圖4）。

結合月際分布可知，4—6月東部港區進入平流霧高發期，偏南的暖濕氣流遇到較冷的海水冷卻凝結成霧，導致6區海霧表現出5月峰值的單峰型。由于地形遮蔽，暖濕氣流進入核心港區后減弱，因此港區平流霧自東向西減少。但西部港區在冬半年受冷空氣偏北風影響，多鋒面霧和輻射霧，呈現出2月份霧頻最高的單峰型特征。位于過渡地帶的3區則呈現出2月、5月的雙峰型。

4.2 海、氣溫度特征

氣溫升高，飽和水氣壓隨之加大，空氣的相對濕度減小，將不利于成霧[2]。同樣地，海表溫度需處在一定的溫度區間，過低、過高都不會形成霧[6]。另外，海氣溫差對海霧的形成有著重要作用[7]。

以海霧發生最多的6區為例進行分析。不考慮8到10月，海霧發生時，僅12月海氣平均溫差為正，其余多為-1到0℃。統計表明（表1），海氣溫差在-4.5到4.5℃之間均有可能，不過90%的情況集中在-2.2到1.3℃。氣溫、海溫的統計數值差別不大，極值都在2到28℃，90%的范圍則集中在10到24℃附近。

4.3 雨霧

當受底層暖濕系統影響，出現連續陰雨天氣時，雨量不明顯，但低底層相對濕度較大，會對港區能見度造成影響，形成雨霧天氣。港區因雨霧管控的時間約占總管控時間的3.5%，圖6顯示，6月份為雨霧最高發時段，恰逢寧波地區入梅時節，4月份次之，小時雨量平均在1、2毫米。

5 觀測站點評估

選取港區自建能見度站7個，氣象部門能見度站22個，并對應到各港區，進行站點監測數據的代表性評估。代表性評估屬于二元事件，借鑒預報評分公式，采用以下公式來評價觀測代表性強弱[8]。

公平觀測評分（Equitable threat score，ETS）：

空測率（False alarm ratio，FAR）：

其中，a表示觀測到有霧且管制發生（準確觀測），b表示觀測有霧但沒有管制（空測），c表示觀測無霧但發生管制（漏測），d表示觀測無霧且沒有管制（準確觀測無）。利用公式計算出各個站點的公平觀測評分ETS、空測率FAR。

5.1 空測率與站點高度

由圖7可知，空測率與站點高度表現出一定的相關性。海拔低的點位空測較少，能反映海面上能見度的真實狀況，而高海拔站點更容易出現空測，這反映了低云對海霧觀測的干擾現象。低云的云底高度可低至數十米，常常會覆蓋高海拔的觀測站點，卻不會像海霧一樣對海面上航行的船舶等造成影響。低云會使得高海拔站的能見度出現低值，產生空測現象。

5.2 代表站選取

結合歷年管控數據，對29個能見度站進行公平觀測評分ETS，得出站點代表性排序表。選取ETS數值大于0.18的7個站點作為港區海霧監測代表站（表2）。

6 結論

寧波舟山港大霧管控資料反映了港區范圍內的海霧觀測事實，是一種較為可靠的分區域海霧觀測資料，為分析港區的海霧發生特點和影響因子提供了新的參考依據。通過對管控數據、氣象水文監測數據的分析，得到以下結論：

（1）港區海霧的發生具有明顯的年際差異和月份變化規律，且不同區域的霧頻特征各異。其中，東部港區海霧最為高發，月變化表現為單峰型，4、5月份霧頻最高;西部次之，同樣為單峰型，2月霧頻最高;中部港區海霧偏少，表現為雙峰型。

（2）海霧發生時氣象、水文要素具有較強的規律性，提取要素的影響因子能夠較好地幫助判斷海霧的生成、消散。西部港區多鋒面霧、輻射霧，有霧時盛行偏北風，風速較低，一般在3m·s-1以下;中部兼具北風、南風，起霧時風速最大，在5到8m·s-1之間;東北以平流霧為主，風向多為南到西南風或偏南風，平均風速在5m·s-1上下。溫度方面，海氣溫差-1到0℃為最適宜，低于-2.2℃或高于1.3℃均不易起霧。氣溫、海溫成霧條件類似，在10到24℃之間，否則出現海霧的幾率較低。另外，春季尤其是6月、4月是雨霧高發時段，需注意弱降水對能見度的影響。

（3）以管控數據為基準，對港區附近分布的29個能見度觀測站進行評估。評估顯示，高海拔站點容易受到低云影響，產生較明顯的空測現象，日常業務中應加以區分，新站點的建設也需考慮觀測高度對海霧的影響。公平觀測評分ETS能夠綜合考慮站點的準確觀測、空測、漏測情況等，可以作為代表站選取的依據。最終選擇ETS值較高的7個站點作為港區能見度觀測代表站。

參考文獻：

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