北太平洋海雾发生频率的气候特征❋

傅 刚，宋亚娟，2

（1.中国海洋大学海洋环境学院，山东青岛266100；2.国家海洋局第一海洋研究所海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室，山东青岛266061）

北太平洋海雾发生频率的气候特征❋

傅 刚1，宋亚娟1，2

（1.中国海洋大学海洋环境学院，山东青岛266100；2.国家海洋局第一海洋研究所海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室，山东青岛266061）

利用1909—2008年共100年间的国际综合海洋-大气资料集（International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set，ICOADS）对北太平洋和东亚海域海雾的发生频率及海雾发生时主要气象要素特征进行了分析。研究发现，北太平洋海雾主要发生在中高纬度海域，从北海道到阿留申群岛以南的海域是海雾发生频率较大的地区，海雾发生频率的最大值在40%以上，而在低纬度海域海雾频率几乎为零。4～8月是北太平洋上发生海雾较为频繁的季节，4～7月中国近海海雾主要发生在黄海、东海和渤海海域。6月份山东半岛以南海域海雾最大频率可达20%，进入8月后，海雾频率突然降低到5%以下。海雾发生时，千岛群岛以东海域风向主要以南风为主，其次为东南风和西南风居多，海上风速在4.4～12.3 m·s-1之间。海雾发生时气温通常接近于露点温度，甚至有部分低于露点温度。海雾发生前，千岛群岛以东海域上气海温差多在-1～3℃之间。

海雾发生频率；北太平洋；海气温差；气象要素

海雾是海上、岸滨和岛屿地区上空低层大气中，由于水汽凝结而产生的大量水滴（或冰晶），使得大气水平能见度小于1000m的危险性天气现象［1］。海雾对人类活动有很大影响，与海雾相伴随的大气低能见度对航运、港口活动、海上渔业、平台作业、军事以及沿岸航空和公路交通等会带来严重危害［2-3］。

海雾的气候统计研究成果相对较少，最主要的原因是缺乏海上实测资料，对海雾的变化规律难以判断。较早时期主要采用陆地雾的经验方法来预报海雾的出现和消亡，从天气学和气候学的角度出发，主要关注雾日数、雾季、频率、日变化、持续时间等物理要素，通过这种分析方法大致得到海雾分布规律。但海雾不是孤立的天气系统，而是在一定的大气环流背景和气象水文要素影响下发生、发展的，与海洋和大气环境中的热力、动力过程有密切的联系。1938年，在Matthew Maury的研究工作基础上，美国科学家绘制了世界海洋气候图集，最早给出了世界大洋上海雾的粗略分布［4-5］。王彬华讨论了海雾的定义和分类、水文气象特征、物理性质，在前人研究的基础上，综合分析了世界大洋上海雾发生频率的分布和季节变化［1］。张红岩等对黄海春季海雾年际变化进行了分析，总结了适合海雾发展的大气环流背景场特点，并获得海雾与气候要素场之间的关系［6］。周发琇、王鑫等采用合成和个例分析结合的方法，对黄海沿岸春夏季海雾的大气环流条件、水汽输送条件和海面条件进行了分析［7-8］。张苏平选择52个代表性较好的滨海气象站、海洋站、海拔高度较低的岛屿站，在中国气象局1971—2000年整编资料及再分析资料基础上分析了中国近海地区的雾日数分布，指出，中国沿海自南向北有5个相对多雾区：雷州半岛和琼州海峡、福建沿海、舟山群岛、青岛-潮连岛附近海域、成山头附近海域［9］。傅刚等分析了我国黄海和东海海雾的分布特征，以及影响海雾生成、维持和消散的环境要素条件［10］。以上研究成果加深了人们对海雾的理解，为中国沿海海雾预报提供了参考依据。

以往对海雾分布和气象水文要素的研究大部分是利用月平均资料，沿岸或离岸较近的常规气象观测资料，以及近岸浮标观测资料。本文利用1909—2008年共100年间的船舶观测资料，研究北太平洋海域的海雾频率分布特征，对海雾发生时的水文气象要素特征进行分析，讨论可能引起海雾发生发展的海洋与大气环境条件。

1 资料和方法

本文使用的资料是由美国海洋大气局（The National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）地球研究实验室、NOAA国家气候数据中心和美国国家自然科学基金委员会大气研究中心的合作下建立的最新国际综合海洋-大气资料集（InternationalComprehensive Ocean-Atmosphere Data Set，ICOADS，网址http：∥icoads.noaa.gov／products.html）［11］，从1784年至今已有超过2亿次观测报告，是目前世界上最全面、观测数据量最大的海上观测资料集。其中，海表面观测资料主要是通过多个国家的船舶（商船、军队船只、科学考察调查船）、锚定浮标和漂流浮标、沿海观测站以及海上平台观测得到的，范围覆盖全球海域。从1980年以后，海上观测设备和方式多样化，传统的船舶观测数量在逐渐减少，取而代之的是浮标观测。至2002年，通过漂流浮标和系留浮标得到的观测报告数量已经占80%以上。本文中使用了1909—2008年共100年的资料，用以计算海雾发生频率。

本文主要结合ICOADS资料中大气能见度和天气状态这2个气象参量来判断海雾是否发生，在此只考虑大气能见度小于1000m的情况，并结合天气状况进行判断，排除由于降水（雨、雪等）所造成的大气能见度降低的情况。通过对原始资料进行严格的质量检验和控制，消除了海上气象要素观测受观测环境、观测设备和通讯条件等影响而可能出现的错误，主要采取了以下措施：（1）对气象要素进行气候学检验，根据物理量的平均数值范围进行判断，将显著偏离气候平均值的异常气象要素排除；（2）根据ICOADS资料中每一个气象要素的质量控制标记，筛选可信度高的资料，将可信度低的数据排除；（3）根据船舶呼号、观测时间、观测点经纬度和观测内容对每组观测数据进行逐一检验，删除重复报告；（4）对大气能见度降低的原因进行分析，排除由于降水等因素使大气能见度降低的观测报告。

ICOADS实测报告中不仅包含大气能见度，还有同时刻的风速、风向、温度、湿度等背景场资料。通过对ICOADS资料初步分析发现，1982年前，ICOADS中个别物理量数据的缺测较多，如露点温度、海表面气温等，1982年后缺侧情况明显减少，且增加了天气现象的观测，可以更加准确地判断海雾是否发生。因此本文利用1982—2008年共27年的资料，分析海雾发生时主要气象要素的特征。

为分析北太平洋上海雾的时空分布特征，首先对海雾的发生频率进行了统计分析。将研究区域划分为多个2（°）×2（°）的网格①本文将研究海域分别划分为1（°）×1（°）、2（°）×2（°）、3（°）×3（°）、4（°）×4（°）、5（°）×5（°）的网格，对每一种网格下的海雾频率做了分析，发现分布特征大体类似。试验结果表明，划分的网格大小不会对分析结果产生实质的影响。文中选取2°×2°的网格，兼顾了研究问题的细致程度和图示效果。，统计每个网格内大气能见度小于1000m的次数和总的观测次数，进而得到海雾发生的相对频率，即：相对频率=海雾发生次数／总观测次数。

2 结果分析

2.1北太平洋海雾频率的时空分布特征

图1为利用1909—2008年共100年资料平均得到的北太平洋海雾频率逐月分布图。如图1（a）所示，1月份大部分海面上的海雾频率在10%以下，海雾主要发生在40°N以北海域。千岛群岛附近海域、堪察加半岛两侧以及白令海峡以南的部分海域海雾频率在10%左右。在东太平洋阿拉斯加湾以南的海域同样存在1个大值区，最大频率为6%。海雾频率呈现“西多东少”的特征。2月份，位于堪察加半岛东侧和千岛群岛一带海雾频率为10%的区域已连成一片，白令海峡以南海域海雾频率增大，最大值超过14%。东北太平洋海面上海雾频率仍为6%。从等值线的弯曲程度来看，美国西海岸海雾频率明显增大。北太平洋低纬度海域（30°N以南）的海雾频率在5%以下，海雾发生频率比较小（见图1（b））。进入3月份后，千岛群岛海域和白令海的海雾频率仍大于10%，除了北太平洋中高纬度海域，大部分海域海雾频率仍在5%以下（图见1（c））。1～3月正值北半球冬季和初春，海雾频率呈现“西多东少”的分布特征。对比王彬华［1］给出的北太平洋海雾频率逐月分布图，海雾发生海域范围有共同点，基本都位于45°N以北的中高纬度地区，但海雾频率的纬向分布特征不同。王彬华［1］指出，1～3月整个大洋上海雾频率呈现“西少东多”特征，即阿拉斯加湾以南、美国西海岸是北太平洋发生海雾最多的地区，海雾频率均在10%以上，而西北太平洋上的海雾频率在2%～5%之间。

图1（d）为4月份海雾频率分布图。进入4月份后，海雾频率明显增大，2%等值线向南扩展到30°N附近，海雾发生区域向南延伸至中纬度地区。千岛群岛海域的海雾频率范围扩大，在鄂霍次克海和千岛群岛以东大片海域海雾频率均在10%以上，千岛群岛以东地区的海雾频率超过14%。白令海东北部的努尼瓦克岛附近靠近陆地的海域，海雾频率在14%以上。中国黄海、东海区域出现海雾频率为6%的闭合等值线。在阿拉斯加湾以南的海域，海雾频率没有明显增加的趋势。低纬度海面上雾区主要在日本海和中国近海海域，但显然2（°）×2（°）格距相对于日本海和黄海海域过于粗糙，无法反映小区域海雾频率的细微变化特征。

5月份（见图1（e）），鄂霍次克海到千岛群岛以东海域连成一片大值区，等值线明显加密。千岛群岛两侧海雾频率最大值达到24%以上，是该月海雾发生频率最大的海区。从千岛群岛至阿留申群岛以南海域海雾频率逐渐减小，中高纬西太平洋大部分地区海雾频率都在10%以上。白令海北部的海雾频率减小，低于10%。东部沿岸地区等值线密集，海雾频率较高。日本海和中国近海海域上的海雾频率明显增大，部分海域已超过10%。

图1 北太平洋上大气水平能见度小于1000m的频率分布（单位：%）Fig.1 The frequency of atmospheric horizontal visibility less than 1000m over the Northern Pacific

6月份（见图1（f）），整个大洋上海雾频率等值线更加密集。北太平洋有2个海雾频率大值区，1个位于鄂霍次克海-千岛群岛一带，范围比较大，最大值达到35%。以千岛群岛为分界，两侧各有1个大值区。另1个位于白令海海峡南部的圣劳伦斯岛附近。个别岛屿和近岸地区由于地形作用海雾频率较大。在中高纬度海域，从西向东海雾频率呈递减的趋势，西北太平洋的等值线密集，大洋中部以东等值线稀疏，大部分海域的海雾频率在10%左右。

7月份（见图1（g））是北太平洋海雾发生的鼎盛期。海雾频率的大值区位于千岛群岛以东至阿留申群岛以南海域，在千岛群岛附近最大频率达到40%以上。同前几个月相比，鄂霍次克海上的海雾频率明显减小。整个中高纬度大洋面上，海雾频率由西向东呈扁平带状分布，进入7月份后大值区向东、向北延伸，大洋中部海域海雾频率达到25%左右，从阿拉斯加半岛以南至美国西岸海域的海雾发生频率仍然较小，岸滨海域海雾频率也较小，大洋东部最大频率在20%左右。

8月份（见图1（h）），北太平洋上海雾频率的空间分布与7月份形态相似，只是在数值上略有减小，最大频率在千岛群岛以东海域达到35%以上。从此处向东至大洋中部海域海雾频率都在25%左右，呈带状分布。美国西岸和白令海海域的海雾频率减小，等值线稀疏。从整体来看，北太平洋上只有1个大值中心的分布特征更加明显。

9～12月份的海雾频率分布特征由图1（i）～（l）所示。进入9月份，海雾频率迅速减小，只有千岛群岛以东海域海雾频率为15%左右，等值线仍然呈扁平的带状分布，范围也缩小。10～11月是北太平洋上发生海雾最少的时期，海雾频率基本在6%以下，从千岛群岛至加拿大西海岸的海域海雾频率基本在4%。12月以后，海雾频率又逐渐开始增加，千岛群岛附近海域和白令海峡出现10%的等值线。

综上所述，从空间分布上看，北太平洋上的海雾主要发生在中高纬度海域（40°N～60°N），最大频率达40%以上。在海雾盛行的季节，北太平洋中部海雾频率可达20%以上。白令海峡以南海域海雾频率变化较小，大部分月份在20%左右。整个大洋上海雾频率大值区基本呈带状分布，西岸大东岸小，中高纬度大而低纬度小，西北太平洋上从北海道至千岛群岛以东海域海雾频率大值区呈带状分布。北太平洋海雾频率有明显的季节性变化特征，1～3月整个海域海雾频率较小。从4月开始西北太平洋地区海雾频率逐渐增加，至7月达到最大值，随后海雾频率又迅速减小。9月是海雾由盛至衰的转折时期，进入10月后海雾频率回落到10%左右。10～11月基本上属无雾季节，是一年中海雾频率最小的时段，整个大洋上只有极少数海域海雾频率在5%左右。12月至次年3月是海雾逐渐增长阶段。晚春和夏季是最适宜海雾发生的季节，秋季和初冬海雾发生频率小，初春和晚冬则是过渡季节。

2.2东亚地区海雾频率的时空分布特征

从北太平洋上海雾频率逐月分布图可见，日本海和中国近海的海雾频率小于千岛群岛以东海域，从时间上看海雾主要发生在春夏季。因此本节主要关注4～7月东亚地区的海雾频率分布特征。为更加细致地分析东亚地区和中国近海海雾频率的特征，本节将利用1（°）×1（°）的网格对日本海和中国近海的海雾频率分布特征进行分析。

图2 大气水平能见度小于1000m的频率分布（单位：%）Fig.2 The frequency of atmospheric horizontal visibility less than 1000m（unit：%）

如图2（a）所示，4月整个东亚海域的海雾频率在2%～10%之间。日本海北部靠近鞑靼海峡的海雾频率达到8%以上，由北向南海雾频率逐渐减小。中国近海大部分海域都有海雾发生，东海、黄海海域最大海雾频率在8%左右。5月份的海雾频率分布形态与4月份相似，只在数值上略有差异。日本海和中国沿海海域的海雾频率均增加至12%。黄海北部有1个大值中心，沿中心南北两个方向上海雾频率逐渐减少（见图2（b））。

进入6月份后，海雾频率的分布特征有了一些变化。日本海北部海区的海雾频率继续增加，与俄罗斯相邻的海面上海雾频率最大值达到22%以上，而日本海南部大部分海区海雾频率比较小，最小值在2%以下，因此日本海海雾频率等值线的分布密集，从北向南变化的梯度较大。在中国近海海区海雾主要发生在黄海海域（见图2（c）），在黄海西北部靠近陆地海域，及山东半岛以南海面上有1个大值中心，海雾频率在20%以上，这个数值是中国近海区域海雾频率的最大值。由此可以认为，6月是中国近海海雾发生频率最大的时段。在黄海北部，东侧的频率大于西侧，大值区呈西北-东南带状分布。

7月份（见图2（d）），日本海海雾频率分布特征变化不大，在北部靠近欧亚大陆地区频率值最大。中国近海海区的分布有变化，山东半岛以南海域的大值中心消失，黄海海域东侧的海雾频率大于西侧，与6月“西多东少”的分布形态相反。黄海东海南部和南海海面上基本已经没有海雾发生，低纬度海域海雾发生早，到7月雾季已经基本结束。张苏平对全海区海雾迅速结束的原因分析讨论，认为盛行风向的突然转变可能是主要原因［9］。8月份，东亚季风环流调整使得风向转变，黄海海面风场突然由偏南风转为偏东风或偏东北风，形成冷的温度平流，对流层低层大气降温，条件性不稳定发展，导致黄海雾季突然结束。

2.3海雾发生海域气象要素统计特征

海雾是发生在近海面大气中的天气现象，其生成和发展必须具备一定的海洋、气象条件。本节将主要分析海雾发生过程中风速、风向、气温与露点温度差以及气海温差的主要特征。考虑到海雾发生频率最大，确定35°N～50°N，145°E～180°E为研究区域（见图1（g）中矩形区域）。

风是影响海雾生成的重要气象参量。适宜的风向和风速可加速气团或水团的流动性，为海雾生成和发生发展的提供重要条件。图3为研究区域的风玫瑰图。当海雾发生时，千岛群岛及以东海面上基本以南风为主。70%以上风向在W-SE之间，西南风多于东南风。北风时也有海雾生成的可能，但是频率较小。4～8月北太平洋上主要受副热带高压控制，且是1个深厚系统，在它的影响下，千岛群岛以东高纬度海面上主要以西南风为主。当风向为东南风或是西南风，会从较低纬度带来大量的暖湿空气，与亲潮相对较冷的海面组成了稳定的逆温系统，即使风速较大时，也可以为海雾的生成提供适宜的条件。图4是研究区域内风速大小的柱状分布图。从图上看到，风力以3～6级为主，即海雾发生时，该海域的海上以4.4～12.3 m·s-1的风速居多。不同纹理分别表示4～8月每月的分布情况。不同月份风力频数的分布趋势是相同的，都以3～6级的风为主。

图3 风玫瑰图Fig.3 Wind rose chart

湿度是影响海雾生成的重要条件。空气湿度大，在满足一定条件时，水汽易凝结成水滴，从而使大气能见度降低。利用ICOADS资料对研究海域统计发现，海雾发生时气温与露点温度差主要分布在-1～1℃之间，即海雾形成时空气湿度较大，接近饱和。如图5所示，1982—2008年，气温减去露点温度为负值的次数较多，此时大气均处于过饱和状态。差值大于2℃的情况所占比例较少。

海气温差是影响海雾发生发展的重要的条件。以1℃为间隔，如图6所示，海气温差在不同范围内都有可能发生海雾现象，其中气温高于海温是较为普遍的情况，所占的比率最大。气温（Ta）减去海温（Ts）差值主要分布在-1～3℃之间，海雾发生时海气温差在0～1℃区间内接近2.5万次，是整个区间范围上的最大值。1～2℃间的报告次数也超过了2万次，北海道至千岛群岛及以东海域上发生海雾时海气温差在0～2℃分布最多。

图6 海气温差在不同区间的分布Fig.6 The difference between air temperature and sea surface temperature in different scales

通过对北太平洋海雾频率最大的北海道至千岛群岛及东部海域多种气象要素的统计分析发现，海雾发生时风向主要以南风为主，70%以上风向为南风，风力大部分为3～6级。南风比北风的平均风速大，海雾在南风条件下更容易生成和维持。海雾发生时空气湿度大，接近饱和甚至处于过饱和状态。海气温差一般在-1～3℃之间，由西向东气温高于海温的相对频率逐渐增大，变化范围在60%～80%之间。

3 结论

本文利用综合海洋-大气资料集ICOADS资料，对北太平洋上海雾的时空分布特征进行分析，并对影响海雾发生发展的气象要素特征进行统计分析，结论如下。

（1）北太平洋上的海雾主要发生在中高纬度地区

（40°N～60°N），由北海道一线至千岛群岛以东海域是海雾发生频率大值区，呈东西带状分布。千岛群岛附近海域海雾频率最大值达40%以上。从大洋的西部延伸至东部，海雾频率逐渐减小。白令海峡以南海域也常有海雾发生。从季节角度来看，北太平洋上海雾主要发生在4～8月，12月～次年3月是海雾发生频率逐渐增大阶段。9月是海雾由盛至衰的转折时期。10～

11月是一年中海雾发生最少的时段，整个大洋上只有极少数海域频率在5%左右。晚春和夏季是最适宜海雾发生的季节，秋季和初冬海雾发生次数非常少，基本上为无雾的时期，初春和晚冬则是过渡季节。

（2）在1（°）×1（°）的网格基础上，分析了东亚海域上海雾频率的时空分布特征。日本海上的海雾频率大值区在北部海域，大值区的空间位置变化不大，4月初海雾频率逐渐增大，6、7月份为鼎盛时期，频率超过20%，

进入8月后数值回落，雾季为4～8月。中国近海海雾主要发生在黄海和东海北部海域，海雾频率比较大的区域沿南北方向呈带状分布，不同季节大值中心的位置不同。6月海雾频率在中国近海出现极大值，是海雾发生最频繁的时期。8月在大气环流调整的影响下海雾发生频率迅速减少，与千岛群岛附近频率缓慢减小的趋势不同。海雾主要发生在4～7月。南海以及东海南部的海域上，海雾结束时间早，7月中已基本没有海雾发生。

（3）海雾的分布特征与气象水文要素有很密切的关系。

利用1982—2008年共27年的ICOADS资料，对海雾发生时的气象要素进行统计分析发现，在千岛群岛附近海域，海雾发生时盛行南风，70%以上风向在SW-SE之间，风力大部分为3～6级。南风比北风的平均风速大，海雾在南风条件下更容易生成或维持。海雾发生时空气湿度大，接近饱和甚至处于过饱和状态。气海温差一般在-1～3℃之间，变化范围在60%～80%之间。

［1］ 王彬华.海雾［M］.北京：中国海洋出版社，1983：352.

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Climatology Characteristics of Sea Fog Frequency over the Northern Pacific

FU Gang1，SONG Ya-Juan2
（1.College of Physical and Environmental Oceanography，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.The Key Lab of Marine Science and Numerical Modeling，The First Institute of Oceanography，SOA，Qingdao 266061，China）

In this paper，the International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set（ICOADS）is utilized to investigate the temporal and spatial distribution of sea fog over the Northern Pacific and the East Asian Seas，as well as the characteristics of meteorological elements that are favorable for sea fog occurrence.The“occurrence frequency”of sea fog（hereafter“sea fog frequency”）derived from ICOADS covering 100-year from 1909 to 2008 is examined to display the monthly distribution of sea fog frequency based upon two grid sizes（2（°）×2（°）over the Northern Pacific，but 1（°）×1（°）over the East Asian Seas）.It is found that sea fog mainly occurs over the middle-and high-latitude regions of the Northern Pacific.The sea fog frequency from the Hokkaido to the Aleutian Islands is larger，and its maximum value is above 40%in June and July.However，the sea fog frequency over the low-latitude waters is almost zero.The period from April to August is a most frequent season for sea fog occurrence over the Northwestern Pacific.From April to July，sea fog mainly occurs over the Yellow Sea，the East China Sea and the Bohai Sea.In June，the maximum value of sea fog frequency over the southern waters of Shandong Peninsula may reach to 20%.After August，the sea fog frequency over the seas may suddenly reduce below to 5%.Corresponding to the synoptic observations，the relationship between sea fog occurrence and meteorological elements is also discussed in the vicinity of Kuril Islands.When the atmospheric horizontal visibility is less than 1000m，usually the southerly，southeasterly and southwesterly are dominated over the oceans，and the wind speed is from 4.4 to 12.3 ms-1.And the air temperature is usually close to dew-point temperature，and sometimes even lower than dew-point temperature. In the east region of the Kuril islands before the sea fog occurrence，the temperature difference between air and sea is around-1～3℃.

sea fog frequency；the Northern Pacific；temperature difference between air and sea；meteorological elements

P732.1

A

1672-5174（2014）10-035-07

责任编辑 庞 旻

国家自然科学基金项目（41275049；41206026）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（GY021306；GY02-2011026）资助

2014-08-20；

2014-08-31

傅 刚（1963-），男，教授，博导。E-mail：fugang＠ouc.edu.cn