辽东湾西岸海雾特征分析

王玉国，章晗，朱苗苗，赵玉梅，岳政名，张玉生，张守宝

（1.92493部队气象台，辽宁葫芦岛，125000；2.兴城市气象局，辽宁葫芦岛，125100；3.中国电波传播研究所，青岛，266107）

1 引言

海雾是指发生在滨海、岛屿上空或海上的低层大气的一种凝结现象，是悬浮于大气边界层中的大量水滴（或冰晶）使水平能见度小于1000 m的危险性天气现象[1]。海雾一般是在暖湿空气流经冷海面条件下形成，其存在与海洋环境有着密切的关系[2]。起雾期间近海海面水汽含量大，不同波长的电磁波的吸收、散射和反射特性会受到水汽的严重干扰。因此，在一切海上和沿岸的经济、社会和军事活动中，海雾是我们高度关注的重要因素[3]。辽东湾西岸地区海岸线呈东北-西南走向，东面、南面是渤海的辽东湾，西北面的“辽西走廊”是连接京津、进出东北的“咽喉”要道。该海区四季分明，大雾的发生频率具有明显的季节差异，冬季气候寒冷，近地面易出现逆温层，辐射雾的发生频率较高，春秋季节南北向风变换频繁、空气干燥，大雾的发生频率较低。从海雾的定义来看，该海区冬半年（10—3月）出现的大雾不具备平流冷却型海雾的特征，本文不作重点分析。夏半年（4—9月）特别是6—7月份，受辽东湾海洋冷下垫面的影响，暖湿空气易于在近海面达到饱和，海雾多发，且持续时间长，浓雾（能见度小于200 m）多，平流冷却型海雾的特征比较典型。当海雾发生时，能见度大大降低，有时不足50 m，严重影响航运安全，甚至造成沿海高速公路封闭，给社会经济活动带来诸多不利影响，延伸到陆地的海雾及抬升形成的低碎云是沿海机场严把的“飞行禁区”，是该地区航空气象保障的难点。目前，文献中尚无针对该海区海雾的深入研究，开展辽东湾西岸海雾特征和形成条件研究，具有十分重要的意义。

2 资料和方法

本文选用的资料为菊花岛气象站2002—2011年每日16个时次（夜间每3 h、白天每1 h一次）的地面气象观测数据，包括风向、风速、温度、绝对湿度、相对湿度、能见度等。菊花岛为渤海最大的岛屿，距陆地最近距离约15 km，具有良好的海上实况代表性；辽东湾的海温资料选用T639背景场提供的日平均海温数据；高空温湿资料选用锦州站2007—2011年的08或20时的探空数据，该探空站距菊花岛气象站约60 km，距海岸约25 km，其高空资料对辽东湾西岸海区具有较好的代表性。

雾日的标准：当整点观测出现能见度小于1000 m时，即记为1个大雾日；当整点观测出现能见度小于200 m时，即记为1个浓雾日。大雾持续时数即大雾从开始到结束的时数，在一次大雾天气过程中，如果大雾中断不超过3 h，认为大雾持续。大雾持续天数即大雾连续出现的天数。雾季的标准：当某月的月雾日相对频数（月雾日数/年雾日数）大于10%时，该月即为雾季[3]。

表1 菊花岛气象站4—9月平均海雾日数（2002—2011年）（单位/d）

表2 菊花岛气象站4—9月各时次海雾发生频数（2002—2011年）（单位/%）

3 辽东湾西岸海雾的变化特征

3.1 季节分布及雾季确定

辽东湾西岸海雾的分布具有很强的季节性（见表1）。4—7月，月平均海雾日数及浓雾日数呈增加趋势，6、7月份最为集中，7月达到最大值，平均雾日为5.2 d，2010年7月海雾日数最多，达到了9 d。8月份海雾日数骤减，月平均海雾日数只有2.5 d，9月份月平均海雾日数最少，只有0.6 d。6、7月份的海雾日数分别占4—9月（半年）总海雾日数的23.9%和28.9%，且发生频数（海雾日数占总观测日数的百分比）高，都在14%以上，能见度小于200 m的浓雾多，60%以上的浓雾日集中在这两个月份。按照雾季确定的标准，6、7月份可定为辽东湾西岸海区的雾季。

4—5月份，随着气温和海温的回升，暖湿空气开始活跃，低层大气中的含水量增多，同时气温的回升速度明显高于海温的回升速度，海面的“冷源”效应开始显现。海雾发生的有利条件趋于增多，但这一时期，冷暖空气交替频繁，大风天气多，不利海雾的发生、发展和维持，大雾出现更多地与锋面天气系统的活动有关；6—7月份，随着西太平洋副热带高压的位置北移，暖湿空气的势力显著增强，渤海海区盛行南向风，同时海温低于气温，近海面大气层极易出现稳定层结，为海雾生成、发展和维持提供了极为有利的条件；8月份以后，副热带高压南撤，冷空气活动开始增多，同时，海温在8月份升至一年中的最高值，海温常常高于气温，海雾频率急剧下降[4]。

3.2 年际变化

辽东湾西岸的海雾具有明显的年际变化，4—9月海雾总日数在不同年份的差别是非常显著的（见图1），2010年大雾日数最多，高达33 d，发生频数（海雾日数/总观测日数）为18%，浓雾日数19 d；2002年大雾日数最少，仅有10 d，发生频数为5.5%，浓雾日数只有1 d。

图1 菊花岛气象站4—9月海雾及浓雾总日数的年际变化

3.3 日变化

3.3.1 海雾发生频数的日变化

辽东湾西岸的海雾发生频数（海雾出现的次数/总观测次数）具有明显的日变化特征。从各时次海雾发生频数表中（见表2）可以看出，后半夜到上午（2—11时）海雾的发生频数比较高，8时的频数最高，各月平均为4.8%，7月份8时的频数高达8.7%，下午（14—17时）海雾发生频数比较低，平均为1.6%，8月份的14时、9月份的17时在10年的观测中皆没有海雾发生。

3.3.2 海雾生消的日变化

海雾生消具有明显的日变化，一日中早晨是海雾出现最多的时段[5]。从菊花岛气象站各时段海雾初生与消散的次数（见图2）可以看出，一天中各个时段均有海雾生成，2—8时是海雾的多发时段。这一时段由于辐射冷却，气温下降，相对湿度增加，有利于低层水汽凝结形成海雾。11—17时，气温升高，相对湿度降低，不利于海雾生成，海雾初生次数明显偏少。日出后气温回升，海雾呈减弱或消散趋势，近30%的海雾在上午8—11时消散，傍晚至日出前则不利于海雾的消散。

3.4 持续时间

持续时间作为表述海雾过程持续能力的统计量，一般包括海雾过程的持续时数和持续天数。一次长的海雾过程可以持续数天、数十个小时，在海雾持续天数内，即可能连续不间断达数十小时，也可能断断续续，由几次海雾生消过程。统计结果表明，辽东湾西岸的海雾过程平均持续时数为7.8 h，持续时数在6 h以内占60%，有5%的海雾过程持续时数超过30 h，其中的75%发生在6—7月份，最长持续时数为52 h。55%的海雾过程持续1 d，15%的海雾过程持续天数超过3 d，最长为5 d。

4 辽东湾西岸海雾发生的水文气象条件

4.1 温湿条件

辽东湾西岸发生海雾时，相对湿度都在85%以上，平均为94.2%。气温在18.0°—24.9℃之间海雾多发，气温大于25.0℃时海雾明显减少（见表3）。在18.0°—24.9℃范围内，空气的含水能力较强，绝对湿度较大，且容易达到饱和，有利于雾的形成，大于25.0℃时，水汽达到饱和的难度增加，海雾不易形成。

海雾的形成都要经过降温增湿过程[2-3]。对比海雾生成前后的温湿变化，海雾生成时比前日14时气温平均下降2.3℃，最大下降幅度可达7.2℃；相对湿度平均升高14.4%，有的高达46%，而绝对湿度提高并不明显，平均只有0.6 g/m3，还有个别降低的情况，这主要是由于海雾生成前暖湿气流已控制本区，空气中的含水量已达到较高的水平。海雾消散前后湿度、温度也有显著变化，绝对湿度平均降低2.0 g/m3，有的降幅高达12.3 g/m3，相对湿度平均降低19.4%，有的降幅高达60%，气温平均升高2.4℃。当海雾消散过程是受到较强冷空气影响时，气温也可能下降。总之，海雾消散往往伴随气团的变化，湿气团减弱或被干气团代替是海雾消散的重要条件。

4.2 风向风速条件

适宜的风向和风速将暖湿空气向冷水面输送是海雾产生的重要条件，海雾出现时风向风速因不同海区和地形而有差异[3]。海雾与风向的关系主要是由海岸线走向和天气型决定，渤海海区出现海雾的天气型主要有：入海高压后部型、副高边缘型、低压前部型和冷锋前部型[4]。辽东湾西岸地区海岸线基本呈东北—西南走向，S、SSW、SW风有利于海上暖湿气流的输送，是本地海雾形成和维持的主导风向（见表4）。

表3 菊花岛气象站4—9月各温度段海雾发生次数（2002—2011年）

表4 菊花岛气象站4—9月各风向海雾发生次数（2002—2011年）

图2 菊花岛气象站各时段海雾初生与消散的次数（2002—2011年）

海雾的形成与海上风速的大小有密切关系[6]。辽东湾西岸海雾初生时的平均风速为6.2 m/s，3—10 m/s的风速最有利于海雾的形成（见表5）。风速过小，不利于暖湿空气输送；风速过大，海面动量交换大大增加，混合层增厚，不利于水汽在海面的聚集。极个别锋面系统产生雾时，风速可达15 m/s。海雾生成前日14时北向风明显减弱（风速一般为0—2 m/s），暖湿气流加强，南向风比例高达84%，风速平均为7.0 m/s。海雾的消散常常伴随风向的变化，与水汽输送的中断有关。

4.3 海洋背景场条件

平流冷却型海雾的形成机制中，冷海面是暖湿空气降温的冷源，较冷的海温场是平流雾产生的基本条件，当暖空气流到较冷的海面上，气温如降至露点温度，空气便可以达到饱和，继续降低，水汽凝结而形成雾。如果海温很高，空气中的水分含量有限，气温便很难降至露点[7]。气温高于海温，有利于海雾形成，但气温高于海温太多，低层空气过于稳定，雾只局限在贴海面层内，雾层很薄，不能向上发展，不能形成具有一定厚度的雾[6]。海雾日数与气温、海温、气—海温差有明显的相关性（见表6），6、7月份，平均气温、海温较高，且气温高于海温，温差不大，分别为1.3℃和0.9℃，在成雾的理想气—海温差（0.5—1.5 ℃）范围之内[1,7]，海雾多发；4、5月份，平均气温、海温较低，近海面水汽含量较少，且气温远高于海温，气—海温差分别为3.5℃和4.8℃，超出成雾的气—海温差（0.5°—3.0℃）范围[1,7]，海雾日数相对较少；8、9月份，平均气温低于海温，气—海温差分别为-0.4℃和-1.9℃，海洋对海雾形成的冷却效应大大减弱，8月份日平均海温常常高于25℃，超出成雾的最高水温界限（25℃）[1,7]。在这样的海洋背景条件下，低层大气中的水汽在海面不再容易达到饱和，海雾日数骤减。

4.4 大气层结条件

海雾是发生在大气边界层中的天气现象，稳定的大气层结是海雾发展和维持的重要条件。雾中低空层结往往是微弱降温或等温或逆温，逆温层结可以阻挡水汽向高层输送，抑制低层大气的对流发展，使水汽和凝结核聚积在低空，对雾的形成极为有利[6-9]。通过分析海雾形成前12 h内08时或20时的925 hPa（高度一般在700—900 m之间）的高空温度、相对湿度数据及海雾生成时的海面气温数据，可以明显看出逆温和暖干层的存在。在60个海雾过程中，925 hPa的高空温度平均高出海面气温2.0℃，最高可达10.7℃，只有约10%的海雾过程的高空温度低于海面气温，一般在0.1°—3.0℃之间，但温度直减率小于绝热直减率，气层仍属稳定气层；925 hPa的高空相对湿度低于海面相对湿度，高空相对湿度平均只有61.5%，一半的海雾过程在成雾前高空相对湿度低于60%。

表5 菊花岛气象站4—9月各风速段海雾发生次数（2002—2011年）

表6 菊花岛月平均气温和辽东湾月平均海表温度与海雾日数关系表

高空暖干层与近海面冷湿层的存在，水汽得不到向上输送，集聚于底层，在近海面低空形成“水汽压抑层”，为海雾形成和发展提供了良好的温湿层结条件。这样的温湿层结条件也极易导致电磁波在海面上发生陷获折射，出现大气波导现象[10]。同样海雾消散与“水汽压抑层”的破坏密不可分，地面升温、流场变化、抬升运动都可能造成“水汽压抑层”的消失，“水汽压抑层”的变化对海雾生消预报具有重要指示意义。

5 结论

辽东湾西岸是海雾多发地区，6、7月份最为集中，平均每月4 d以上，最多可达9 d；海雾具有明显的日变化特征，多出现在后半夜到上午（2—11时）的时段内，上午随着气温回升，海雾逐渐减弱或消散；海雾生成后，平均持续7.8 h，60%的海雾持续时数在6 h以内，有5%的海雾过程持续时数超过30 h，最大持续时数为52 h，近15%的海雾过程持续天数超过3 d，最长可达5 d。

辽东湾西岸海雾的形成和发展是综合水文气象条件共同作用的结果。冷的海洋下垫面、持续的暖湿气流输送是海雾形成的基本前提，降温、增湿是海雾形成的必备条件，适宜的气—海温差、稳定的大气层结是海雾形成、发展、维持的关键因素。辽东湾西岸海雾发生时，风向大多为SSW、SW，风速平均为6.2 m/s，相对湿度都大于85%，平均为94.2%；气温在18.0°—24.9℃之间海雾多发，气温大于25.0℃海雾明显减少；气温高于海温，气—海温差小于3.0℃有利海雾生成和发展；海雾发生前后925 hPa等压面层常为暖干层，近海面低空存在明显的“水汽压抑层”。

[1]王彬华.海雾[M].北京:海洋出版社，1983.

[2]周发琇.海雾及其分类[J].海洋预报,1988,5(1):78-84.

[3]张苏平,鲍献文.近十年中国海雾研究进展[J].中国海洋大学学报,2008,38(3):359-366.

[4]阎俊岳,陈乾金,张秀芝,等.中国近海气候[M].北京:科学出版社,1993:170-185.

[5]李建华,崔宜少,李爱霞,等.山东半岛及其近海大雾的统计与分析[J].海洋预报,2010,27(6):51-56.

[6]黄彬,高山红,宋煜,等.黄海平流海雾的观测分析[J].海洋科学进展,2009,27(1):16-23.

[7]周发琇.海雾的水文气象特征[J].海洋预报,1988,5(4):84-94.

[8]李晓丽,唐跃,王雷.舟山海雾发生问题探讨[J].海洋预报,2011,28(1):60-65.

[9]任兆鹏,张苏平.黄海夏季海雾的边界层结构特征及其与春季海雾的对比[J].中国海洋大学学报,2011,41(5):23-30.

[10]郭铁宝.由海面蒸发波导预报平流海雾的方法[J].海洋预2004,21(4):40-47.