四川不同等級霧的時空分布及其生消時間

李慧晶,余 芳 *,李洪梅,周 琴,鄭颯颯

（1.四川省人工影響天氣辦公室，成都 610072；2.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都 610072；3.青海省海東市平安區氣象局，海東 810600；4.青海省西寧市氣象局，西寧 810000）

引言

霧污染天氣對交通運輸和人類生活的影響顯而易見，隨著經濟社會的發展，這種影響將越來越突出。對于全國或某個區域霧的時空分布和氣候變化特征，許多學者開展過相關研究[1-8]。鄭玉萍等[9]分析了不同海拔高度地區霧的時空分布特征，發現霧受海拔高度和地形影響較大。吳雁等[10]利用河北省11個氣象站常規觀測資料和NCEP 2.5°×2.5°再分析資料，研究了河北霧霾天氣的氣候變化趨勢，但所用資料空間分辨率較低。胡躍文等[11]利用2016～2017年自動站逐小時觀測資料，統計分析了貴州大霧天氣的時空分布特征，并結合天氣圖資料分析篩選了鋒面大霧個例31d和輻射大霧個例17d，對比分析大霧生消過程中風、溫、濕等氣象要素演變特點，發現貴州大霧在秋末到初春較為頻發，一天中02～09時是大霧頻發時段，07時達到峰值。張晶晶等[12]利用雷達數據對一次海霧過程進行分析，發現毫米波雷達能更有效探測海霧的生消變化和垂直結構等特征，但由于反射率因子非常小，部分區域無法探測到海霧回波。

四川省地貌東西差異大，地形復雜多變，高差懸殊。川內氣候復雜，四川盆地中亞熱帶濕潤氣候，川西南山地亞熱帶半濕潤氣候，川西北高山高原高寒氣候。因此，四川地區霧的時空演變特征及其成因比較復雜。許多學者已對四川地區霧的時空特征進行過研究。李慧晶等[13]研究了四川霧日數特征，發現霧日數呈現顯著的地區差異，具有川西高原霧日少、攀西地區霧日多的特點。唐信英等[14]分析了四川省大霧時空分布特征，發現四川盆地的年平均霧日數最多，霧日有明顯的季節和月際變化。顧清源等[15]研究指出：形成四川盆地大霧天氣的有利條件是近地層層結穩定、近地層風力弱、近地層準飽和，大霧預報最為重要的是判斷未來是否有降雨產生和輻射冷卻強度。魯燕等[16]研究了成都地區近30年大霧的氣候特征，發現成都地區大霧日數總體減少，成都的大霧主要在05～08時生成，08～12時消散。除了霧的時空分布特征外，霧的持續及生消時間也是研究霧的重要指標，但是在以往對霧和霾的研究中，由于觀測資料的時間分辨率低，大多根據日平均值(即霧日)來計算，而不是霧生成時刻或時段的大氣參數值，這會導致研究結果出現較大誤差。而近年來能見度自動觀測的出現在一定程度上解決了觀測資料時間分辨率低的問題。本文擬利用2016～2019年逐時水平能見度和相對濕度資料，分析四川地區不同等級霧的時空分布特征、持續時間和生消時間，旨在進一步加深對該地區霧的認識，為提升霧的預測預警水平提供科學依據。

1 資料及方法

根據觀測記錄的完整性，選取了四川地區153個氣象觀測站的逐時能見度和相對濕度資料，時間從2016～2019年共4年。

根據現行的中華人民共和國國家標準《霧的預報等級》（GB/T 27964-2011），按照水平能見度將霧分為（表1）：輕霧（1000m≤能見度＜10000m），大霧（500m≤能見度＜1000m），濃霧（200m≤能見度＜500m），強濃霧（50m≤能見度＜200m）和特強濃霧（能見度＜50m）。此外，為了與霾進行區別，除了考慮水平能見度的不同外，還增加了相對濕度≥90%的判據。由于輕霧對交通運輸和人民生活的影響不大，本文重點分析相對濕度≥90%的大霧、濃霧、強濃霧和特強濃霧的時空分布特征、持續時間和生消時間。需要特別指出的是，峨眉山站常年被霧籠罩（多年平均霧日數達300多天[1]），本文研究中剔除了峨眉山站。

表1 霧的預報等級

文中統計的霧時次數是指達到對應等級標準且水平能見度≥90%的霧時次數。另外，將連續時間內發生的達到相應等級標準且相對濕度≥90%的低能見度現象看做一次霧天氣過程，這與霧日數的計算方式不同。同一天內有幾個連續時次，就算做幾次霧過程，而不是一天只能計為一次。

2 不同等級霧的時空分布特征

2.1 不同等級霧的時間變化

2016～2019年四川共發生大霧39197時次。從大霧時次數月分布（圖1a）來看，四川地區每個月均有可能發生大霧天氣，大霧時次數由多到少的季節依次為：冬季、秋季、春季、夏季；冬季大霧發生時次約占全年的50%，是大霧最為頻發的季節，12月最多，占比為22%；其次是秋季，占全年的27%；夏季大霧的發生時次數最低，6、7、8月三個月占比＜10%，8月大霧最少。冬季冷空氣活動頻繁和近地面空氣濕度大是大霧頻發的主要原因。由于冷空氣的影響，氣溫降低，加上四川盆地濕度較同緯度其他地區大，空氣中水汽容易達到飽和，為大霧天氣的產生提供了有利條件。

2016～2019年四川共發生濃霧20902時次，是大霧的53%。從濃霧時次數月分布（圖1b）來看，跟大霧一樣，四川地區每個月均有可能發生濃霧；冬季濃霧發生最多，總共8773時次，占全年的42%，尤其是12月（占22.3%）；秋季發生濃霧占全年的34%；春節和夏季發生濃霧的占比相差不大，分別是13%和11%，5月和8月濃霧最少。因此，秋末到冬初是濃霧最為頻發的時段，主要與這期間冷空氣的頻繁活動有關。受冷空氣的影響，氣溫降低，空氣中水汽容易達到飽和，為濃霧的形成提供了有利條件。

2016～2019年四川共發生強濃霧11323時次，是濃霧的54.2%，大霧的28.9%。從強濃霧時次數月分布（圖1c）來看，四川地區每個月均有可能發生強濃霧；秋末到冬末強濃霧出現頻率最高，12月最多，11月次之，11月、12月、1月以及2月的強濃霧時次數占全年的80%；5～8月是強濃霧最少的月份。

圖1 不同等級霧時次數月分布（a.大霧，b.濃霧，c.強濃霧，d.特強濃霧）

2016～2019年四川共發生特強濃霧593時次。從特強濃霧時次數月分布（圖1d）來看，1月和12月是特強濃霧最為頻發的兩個月，占全年的79%；89%的特強濃霧發生在冬季，4～9月特強濃霧發生的比例＜1%。

從大霧發生時間分布（圖2a）來看，四川地區一天中每個時段均有可能發生大霧；01～09時大霧最為頻發，各時段大霧發生時次數均＞2000時次，各時刻的時次數占比均＞5%，該時段的總占比＞70%，07時達到峰值（3775時次，約占10%）；80%以上的大霧發生在20時～次日08時，該時段共發生大霧31306時次；08時以后大霧發生時次數明顯減少，13～18時大霧發生時次數最少，各時刻大霧發生時次數均＜400時次，占比＜1%。

圖2 不同等級霧發生時間分布（a.大霧，b.特強濃霧）

從濃霧發生時間分布（圖略）來看，四川地區一天中每個時段均有可能發生濃霧；02～09時濃霧最為頻發，各時刻濃霧發生時次數均＞1000時次，占比均＞5%，該時段總占比達75%，07時達到峰值，占12.4%；09時以后濃霧發生時次數明顯減少，13～20時濃霧時次數最少，各時刻濃霧時次數占比＜1%。

強濃霧發生時間分布（圖略）與濃霧大致相似。03～10時強濃霧最為頻發，發生時次數占總數的84%，該時間段強濃霧最為頻發，各時刻強濃霧發生時次數占比均＞6%，該時段總占比達84%，07時達到峰值，08時較07時略少；10時以后強濃霧時次數迅速減少，12～22時的各時段強濃霧發生時次數占比＜1%。

從特強濃霧發生時間分布（圖2b）來看，四川盆地近90%的特強濃霧發生在02～10時；03～10時的各時段特強濃霧發生時次數占比均＞5%，是特強濃霧最為頻發的階段，尤其是05時、07時、08時占比均＞13%；12～22時特強濃霧發生時次數占比＜1%。特強濃霧多發生于02～10時，一是與靜止鋒、冷高壓等特定天氣系統相關，二是夜間輻射降溫作用容易使近地層水汽凝結，加上清晨容易出現輻射逆溫，均有利于霧的形成。

2.2 四川不同等級霧的空間分布

如圖3a所示，2016～2019年四川大霧時次數空間分布極不均勻，具有很強的區域地理特征，川西高原和攀西地區大霧時次數少，盆地時次數多。在川西高原和攀西地區，除布拖、康定、美姑、普格4個站外，其余47個站這4年發生大霧總時次數＜100時次，其中有27個站的總時次數甚至＜10時次。在四川盆地，西部和南部地區大霧時次數較多，西北和東北大部地區大霧時次數較少；其中，納溪區、青神縣、雙流縣、江安縣、屏山縣、崇州市6站這4年發生大霧總時次數均＞1000時次，形成沿江一帶的多霧中心。四川盆地大霧天氣多發與其所處地理位置密切相關。四川盆地位于我國西南地區，東有巫山、大巴山，南與云貴高原接壤，北有秦嶺山脈，西與世界屋脊青藏高原相鄰，四周高山環繞，境內江河密布，廣闊的田野為近地面空氣提供了充足的水源，北面高大的秦嶺山脈就像一道鐵閘，擋住了南來北往的水汽，將南海、孟加拉灣北上的大量水汽截留在四川盆地內，從而造成了巴蜀大地冬季云霧迷漫、空氣濕潤的氣候特征，有利于大霧的形成。

如圖3b所示，2016～2019年四川濃霧時次數空間分布極為不均，同樣具有很強的地理區域特征。川西高原和攀西地區濃霧較少，除紅原、美姑、康定、普格4個站外，其余站這4年發生濃霧總時次數均≤100時次，其中有18個站沒有濃霧發生，有12個站總時次數＜10時次。相比之下，四川盆地濃霧較多，宜賓和屏山這4年發生濃霧總時次數均＞1000時次，其中屏山濃霧出現時次數最多；與大霧不同，濃霧在盆地東北部發生時次數較多，在盆地西北部和西南部較少，大部分地區常年無濃霧天氣。如圖3c所示，川西高原沒有強濃霧發生，攀西地區除美姑強濃霧較多外（65時次），其余大部常年沒有強濃霧發生；盆地大部均有強濃霧發生，屏山是強濃霧出現最多的地區（639時次），宜賓次之（418時次）；盆地平武縣、滎經縣、石棉縣、峨邊縣、珙縣、萬源市常年無強濃霧發生，雅安、青川、劍閣、宜賓縣、天全縣、閬中市、南江縣、馬邊縣、寧南縣等地的強濃霧時次數均＜10時次。如圖3d所示，四川地區僅有41個站發生過特強濃霧，主要集中在盆地，而川西高原、攀西地區沒有特強濃霧發生；屏山是特強濃霧最多發的地區，這4年共出現111時次，其次是什邡、青神、廣漢、雙流時次數均＞30時次。

圖3 四川不同等級霧時次數空間分布（a.大霧，b.濃霧，c.強濃霧，d.特強濃霧）

綜上所述，四川地區的霧主要發生在四川盆地，川西高原和攀西地區大部沒有強濃霧和特強濃霧發生，沿江一帶的站點為多霧中心；四川地區大霧、濃霧、強濃霧、特強濃霧的日變化較為相似，均為夜間到早晨多于午后到傍晚，清晨最多，午后最少；其中濃霧、強濃霧、特強濃霧集中發生在凌晨到清晨，而大霧在夜間各個時間段的占比均較高。需要特別指出的是，宜賓屏山受地理位置影響是各種等級霧的多發區。屏山位于在金沙江、岷江、長江三江交匯處，江水蒸發導致空中水汽充足，空氣更容易達到飽和而形成霧；此外，江面和陸地因下墊面不同而更容易產生溫差，易在冷暖空氣交界處產生鋒面霧，或者江面上暖濕氣流也容易產生平流霧。

3 不同等級霧的持續時間和生消時間

3.1 不同等級霧的持續時間

根據前文對大霧過程的定義，2016～2019年共有153個站發生了23942時次大霧天氣過程。從大霧持續時間（圖4a）看，有16644時次大霧持續1h，占總數的69.5%，持續時間＞1h的大霧過程有7298時次，占總數的30.5%。90%以上的大霧過程在3h內消散，少數大霧天氣過程持續時間＞6h，蒲江在2017年1月6～7日期間發生了一次持續時間長達22h的大霧天氣過程。

圖4 不同等級霧的持續時間（a.大霧，b.濃霧）

根據前文對濃霧過程的定義，2016～2019年共有135個站發生了12932時次濃霧天氣過程，濃霧發生站點和發生時次數均比大霧少。從濃霧持續時間（圖4b）看，持續1h的濃霧占總數的67%，93.2%的濃霧只持續3h就消散；持續時間＞6h的濃霧較少，持續6～14h的濃霧占比＜1%；持續時間最長的濃霧發生在宜賓，從2019年3月7日23時開始到8日12時結束，共持續了14h；濃霧的持續時間比大霧短，持續時間較長的濃霧時次數也比大霧少。

根據前文對強濃霧過程的定義，2016～2019年共有114個站發生4581時次強濃霧天氣過程，比濃霧過程減少了1/3，持續時間1h的占47.3%，持續時間＞1h的占52.7%（圖略）；強濃霧不容易在短時間內消散，有6.7%的強濃霧（300多時次）持續時間達4h，22%的強濃霧持續時間＞4h，10%的強濃霧持續時間＞6小時，有60時次強濃霧持續時間＞10h。

根據前文對特強濃霧過程的定義，2016～2019年共有51個站發生了297時次特強濃霧天氣過程。持續時間1h的過程占56%（圖略），持續時間＞1h的占44%，特強濃霧持續時間最長可達到9h；特強濃霧一旦形成，便不容易在短時間內消散，85.1%的特強濃霧在3h內消散。

3.2 不同等級霧的生消時間

圖5a是四川地區一天中各時間段大霧生消次數及持續1h的大霧時次數占總數的比例。如圖所示，持續時間1h的大霧多在夜間發生，而午后到晚上較少；07時達到峰值，09時后迅速減少。00～06時成霧次數比消霧多，07～13時消霧次數比成霧次數多。00～07時成霧次數較多，06時達到峰值，07時以后迅速減少，12～20時、23時是成霧最少的時段，各時刻成霧次數占比＜0.5%。01～09時是大霧消霧最多的時段，08時和09時達到峰值，中午和午后由于成霧較少，消霧也相應較少?？傮w來看，大霧成霧時間主要在夜間到凌晨日出前，消霧時間主要在日出后。

圖5 不同等級霧的生消時間（a.大霧，b.濃霧，c.強濃霧，d.特強濃霧）

圖5b是四川地區一天中各時間段濃霧生消次數及持續1h的濃霧時次數占總數的比例。如圖所示，濃霧成霧時次數跟大霧相似，也是晚上到早晨比白天到傍晚多；00時以后，隨著時間的推移濃霧成霧時次數逐漸增加，07時達到峰值，09時以后逐漸減少，12～20時幾乎沒有濃霧發生。00～07時濃霧成霧次數比消霧次數多，07時以后消霧次數比成霧多。07～10時是濃霧消霧最多的時段。

圖5c是四川地區一天中各時間段強濃霧生消次數及持續1h的強濃霧時次數占總數的比例。如圖所示，與大霧和濃霧不同，只持續1h強濃霧的時次數占比＜50%。07時以前，強濃霧成霧次數大于消霧次數，08～11時消霧次數遠大于成霧次數，12～22時成霧次數和消霧次數均很少。03～07時強濃霧多發，10～23時極少有強濃霧生成。強濃霧在07～10時消散最多。

圖5d是四川地區一天中各時間段特強濃霧生消次數及持續1h的特強濃霧時次數占總數的比例。從持續時間1h特強濃霧在一天中各個時間段的時次數占比來看，04～09時占比最高，分別在05時和09時出現峰值，之后迅速減少，12～19時和21時沒有持續1h的特強濃霧發生，20時、22時和23時特強濃霧僅發生7次。從特強濃霧的生消時間看，07時之前的成霧次數多于消霧次數，08～12時消霧次數多于成霧次數；04～08時是特強濃霧成霧最集中的時段，04時和07時分別出現峰值，00～03時有少量特強濃霧形成，除了21時有3次特強濃霧外，12時以后沒有特強濃霧生成；消霧次數主要集中在05～10時，10時以后迅速減少，13～22時幾乎無特強濃霧消散。

總之，四川地區有霧天氣一般出現在晴朗無云的夜間或早晨，日出后，由于氣溫升高加上湍流增強，空氣恢復到未飽和狀態，霧滴蒸發消散。

4 結論

本文利用四川省153個氣象觀測站點的逐時能見度和相對濕度資料，根據水平能見度將霧分為大霧、濃霧、強濃霧和特強濃霧四個等級，分析了四川不同等級霧的時空分布、持續時間及生消時間。結論如下：

（1）一年當中每個月都有可能發生大霧、濃霧和強濃霧天氣，特強濃霧天氣在4～9月比較罕見，其余各月均可能發生，不同等級的霧均在冬季最多，夏季最少。特強濃霧在12月和1月最多，大霧、濃霧和強濃霧在12月最多。

（2）一天當中每個時次都有可能發生大霧和濃霧天氣，強濃霧和特強濃霧天氣幾乎不會在13～20時發生，其余時間均可能發生。大霧、濃霧、強濃霧均在07時達到峰值，特強濃霧分別在05時和08時達到峰值。

（3）從空間分布來看，四川地區的霧主要發生在四川盆地，川西高原和攀西地區大部沒有強濃霧和特強濃霧發生，大霧和強濃霧發生的時次數也很少。

（4）從霧的持續時間來看，四川大霧天氣過程持續時間短，70%的大霧只持續1h，90%的大霧在3h內消散；90%的濃霧持續1～3h；強濃霧和特強濃霧一旦形成，便不容易在短時間內消散，強濃霧消散需要1～4h；90%以上的特強濃霧消散需要1～5h。

（5）從霧的生消時間來看，大霧的成霧時間主要在夜間到清晨日出前，消霧時間主要在日出后，00～06時大霧成霧次數比消霧次數多，07～13時大霧消霧次數比成霧次數多；濃霧在04～08時成霧較多，在07～10時消霧較多；強濃霧在03～07時成霧最多，10～23時極少有強濃霧生成，強濃霧大多在07～10時消散；特強濃霧成霧最集中的時段是04～08時，04時和07時分別是兩個峰值，消霧時間主要在05～10時。