南海沿岸近海地区大气特征分析

安洁，齐琳琳

（空军装备研究院航空气象防化研究所，北京 100085）

1 引言

随着新型武器装备的大量使用，研究大气状况对机载精确制导武器作战使用效能的影响则显得尤为重要，在模拟大气辐射传输过程、发展大气透过率模式及反演大气参数等许多应用中,大气状态廓线是重要的输入参数。目前国际上常用的大气样本库有多个版本[1]，由于应用目的不同，各个样本库包含的大气廓线的数量和内容均有差异，更主要的是都缺少能够代表中国地区的大气样本。漆成莉[2]等人以中国区域2002年气象探空资料为基础,利用拓扑学方法建立了包含大气温度和湿度廓线的中国区域大气廓线。南海地处亚热带和热带区域，幅员辽阔，背靠大陆，地理位置独特，天气变化较为复杂，其大气廓线及气候变化与陆地截然不同。南海区域是我国海上的重要门户，近年来由于领土争端、资源开发、共同安全等复杂矛盾，已成为军事敏感和热点地区之一。把握南海的掌控权，特别是制空权，对我国海洋安全具有十分重要的意义。我军每年都会在南海地区组织多军兵种、多机种的海上军事演习，南海区域北纬10度线附近的航空兵警戒巡逻也已逐步实现常态化[3]。因此，研究南海的气候特征有着重要的政治、军事和科学意义。文日凤等人[4]利用1988—1998年南海南部沿岸各站资料分析了南海海区气候要素的分布特征；鲍献文等[5]利用1990—1999年的AVHRR卫星资料分析了黄海、渤海、东海3个海区的4个季节不同的变化特点；伍玉梅等人[6]利用1985—2005年间AVHRR辐射计获取的东海海表温度资料，研究其时空变化特征；任崇等人[7]运用南沙永署礁气象观测站1989—2010年的气温资料，对近22年来南沙海区的气温变化进行了分析。

近年来气候变化使得局地大气特征发生明显变化[8]，为了更精准的提供南海地区真实大气的特征，文章对南海沿岸近海地区（108°—120°E，15°—25°N）的大气特征进行对比分析。文中资料采用2001—2010年的南海沿岸近海站点的观探测资料，共计74站点，具体经纬度分布见表1。在对温、压湿等大气参数统计时，考虑到每日的探空资料的探空层高度和数目可能会不相同，因此统一取垂直方向10 km以下，间隔0.5 km进行插值。其中温度和相对湿度做距离权重插值平均，而气压则采用对数插值平均[9]。然后在进行年和季的时间平均得到气候平均态特征。

表1 选取站点经纬度统计表

2 大气参数分布特征

2.1 气压

在10 km内气压随高度呈指数递减（见图1a），以08时为例，年平均气压从1012.76 hPa降至287.08 hPa，且各季节的气压变化趋势非常接近。但在同一高度处气压最大值出现的季节稍有不同：在1 km以下，均冬季气压最高，而最低气压则与时间有关，08时以夏季气压最低，春秋季与年平均值接近，而20时则以秋季气压最低，夏季与其接近；3—6 km各季节气压分布非常接近；6—10 km均以夏季气压最高，冬季气压最低。

2.2 大气温度

无论任何季节，气温均随高度递减。年平均气温垂直递减率为5.48℃/km，单站出现的最大气温垂直递减率可达8.06℃/km。图1b给出的是08时平均气温随高度分布情况，可以看到，在同一高度上，夏季气温最高，冬季气温最低，春秋季与年平均气温接近。在5 km以下，冬季的气温垂直递减率较小，而在5 km以上，全年各季节的气温垂直递减率大小彼此接近。

2.3 相对湿度

如图1c所示，在2 km以下各季节相对湿度相差不大，且随高度的变化也不大，但在2 km以上，差别就变得十分明显了。在2 km以下相对湿度均较大，一般都在70%以上，2 km以上随高度减小，特别是冬季，在2—5 km相对湿度直减率最大，到5 km以上相对湿度基本维持在10%以下。在同一高度上，均以夏季的相对湿度最大，秋季次之，冬季最小。春季相对湿度的分布趋势与年平均的最为接近。不同时次的相对湿度分布趋势大体相同，只是20时较08时的稍偏大。

3 云和能见度特征分析

3.1 云量

由图2a可见，春季（3—5月）日平均总云量最多，为7.6成，秋季（9—11月）日平均总云量最少，为4.9成。夏季（6—8月）与冬季（12月—次年2月）日平均总云量相当，分别为6.7成和6.4成。两者相比，夏季白天平均总云量较多，冬季夜间平均总云量较多。各季节平均总云量日变化均呈现出白天多、夜间少的特点。冬春两季呈现“单峰”分布，即均以07时（北京时，下同）总云量最多，之后缓慢减少，直至21时以后，总云量又开始增加；而夏秋两季总云量则是呈“两段”分布，即分为较多的时段（06—19时）和较少的时段（20—次日05时），两时段内总云量变化不大。

图1 大气参数廓线分布图

图2 各季节平均云量日变化曲线图

春季日平均低云量最多（见图2b），为6.9成，冬、夏两季次之，分别为5.8成和5.4成，秋季日平均低云量最少，为4.0成。从日变化上来看，各季节平均低云量日变化均呈现出白天多、夜间少的特点，特别是冬、夏两季“峰值”变化明显：冬季以07时低云量最多，之后缓慢减少，直至21时以后，低云量又开始增加；夏季则以午后12—14时的平均低云量为最多，子夜最少。

图3 总云量日变化频率统计

分析各站点全年各月份的日平均云量可知（图略），冬半年（9月—次年3月）东部沿海地区无论是总云量还是低云量都相对内陆地区较多，而夏半年各地区云量相近。这主要是由于冬季大陆上空较干，海洋上空水汽相对较多，而夏季两者差别不大。

按总云量<1、1—3、4—7、8—10成四种情况分别统计每日出现的时次和频率（见图3），可以看出，春、夏、冬三季一日当中均以总云量在8—10成的出现频率最高，即该地区一年当中以多云天气为主。具体而言：冬、春季节总云量在8—10成的出现频率占绝对优势（见3a、b），无论任何时次都平均在18天/月以上，特别是春季06—12时（见图3b）可达22天/月以上；夏季（见图3c）总云量在8—10成的出现频率比春季减少，且出现了昼夜的区别，白天（06—19时）可达16天/月以上，而夜间则只有10—14天/月。同时，夜间总云量在4—7成的出现频率较春季有所增加，可达8—10天/月；秋季总云量日变化较为特殊（见图3d），以总云量<1成和>7成两种天气为主，两者出现频率分别占9—15天/月，夜间（18时—次日06时）以晴空少云（总云量<1成）为主，白天（07—17时）则以多云到阴（总云量>7成）为主。

图4 低云量日变化频率统计

同样，对低云量出现的频率进行统计发现，冬、春季节均以低云量在8—10成的出现频率为最高（见图4a、b），无论任何时次都平均在16天/月以上，特别是春季（见图4b）可达18天/月以上；夏季（见图4c）白天（06—20时）以多云为主，上午06—10时低云量在8—10成的出现频率居多，可达10天/月左右，下午以4—7成的出现频率居多，可达13天/月左右，夜间则以<1成居多，可达15天/月；秋季低云量的日变化特点与冬、春季节相反，全天均以晴到少云（低云量<1成）为主，特别是夜间（20时—次日04时）出现低云量<1成的频率可达18天/月，午后的出现频率也在13天/月以上。其次是低云量在8—10成的出现频率，全天均在9天/月左右。

3.2 云底高

秋冬季节云层较高（见图5），平均云底高分别为4510 m和3657 m，而春夏季节则云层较低，春季平均云底高只有2197 m。从各季节的平均云底高日变化来看，白天云层较夜间更低，秋冬季节以清晨06—08时云底高最低，而春夏季节则以午后12—14时云底高最低，这也体现出低云出现的频率。

图5 各季节平均云底高日变化曲线图

按云底高≤300 m、300—1000 m、1000—2000 m、2000—3000m、3000—4000m、4000—6000m、>6000m，分别统计各月出现的频率（见图6）。云底高在2000—6000 m区间的情况一年四季都比较少，且日变化不大，均在2天/月以下。冬季云底高以1000—2000 m的情况为最多，300—1000 m的出现概率次之，其中在03—05时段云底高在1000—2000 m的概率平均可达11天/月左右，在12—16时段云底高在300—1000 m的概率平均可达8—10天/月。春季云底高在300—1000 m的出现概率明显占优，其中在14时前后平均可达18天/月左右，午夜（22时—次日02时）云底高在300—1000 m和1000—2000 m区间的出现概率相近，均在9天/月左右。到了夏季，云底高在300—1000 m的情况更为普遍，白天均在12天/月以上，其中午后时段可达27天/月。而进入秋季，云层明显增高，云底高>6000 m的情况猛增，特别是在夜间平均可达14天/月以上，只在午后12—16时云底高在300—1000 m的情况稍多。

图6 云底高量日变化频率统计

图7 各季节平均能见度日变化曲线图

3.3 能见度

由图7可见，夏季的能见度明显比其他季节要好，日平均能见度约12.8 km，春、秋、冬季日平均能见度分别为9.6 km、9.3 km、8.4 km。各季节能见度日变化明显，且均呈现“单峰”分布，即均以16时前后能见度最好、06时前后能见度最差。

图8 能见度日变化频率统计

图9 综合指标日变化频率统计

将能见度按≤1 k m、≤4 k m、≤10 k m和≥20 km分别进行统计（见图8）。全年出现恶劣能见度（≤1 km）的情况很少，平均在3天/月以下，特别是秋季，只在清晨06—08时有可能出现，平均概率在1天/月左右，其他时刻则几乎不出现。当然，最佳能见度（≥20 km）的出现频率也不是很高，尤其以春、秋、冬三季较少，一天当中只在14—18时出现的频率稍高，也均在7天/月以下。这三个季节每日清晨能见度稍差，低能见度（≤4 km）的情况平均在14天/月左右，一天当中其他时段则多数在4—10 km。夏季能见度通常较好，以能见度>4 km的情况为主，一天当中10—20时段以能见度≥20 km的情况居多，平均可达12天/月以上，其他时段以能见度在4—10 km的情况居多，05时前后可高达16天/月左右。影响能见度的主要天气现象是海雾，统计表明海温介于20—22℃之间时海雾出现概率最大[10]，这正好解释了春秋季节清晨能见度的原因。当然，海雾的出现除了与海温有关外，还与大气环流季节变化关系密切，这里不作分析。

4 小结

文章统计分析了南海沿岸近海地区的温度、湿度等常规大气参数特征，得到近年南海沿岸近海地区真实大气参数廓线分布特征，并对飞行影响较为重要的云、能见度等天气特征进行了分类统计，总体而言，该地区云量和能见度都有明显的日变化和季节变化，虽云量较多，但能见度较好。考虑到对飞行的影响，统计了在低云量>4成、云底高≤300 m且能见度<1 km的危险天气条件（通常此种情况下飞机不予飞行）出现的频率分布，见图9。总体而言，在南海地区这种危险天气出现的概率很小，特别是在夏季几乎没有。一天当中，这种危险天气主要出现在两个时段，即06—08时段和15—20时段，尤其以春季的影响最大，17时的出现概率可达到0.35天/月。其次是冬季，15时的出现概率可达到0.24天/月。

[1]王允,汪卫华.红外辐射大气透过率研究综述.装备环境工程[J].2011,8(4):73-76.

[2]漆成莉,刘辉,马刚,等.中国区域典型大气廓线样本库的一种选择方法[J].应用气象学报,2010,21(1):70-75.

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[5]鲍献文,万修全,高郭平,等.渤海、黄海、东海AVHRR海表温度场的季节变化特征[J].海洋学报,2002,24(5):125-133..

[6]伍玉梅,徐兆礼,樊伟,等.1985-2005年东海海表温度时空变化特征分析[J].海洋学报,2011,33(6):9-18.

[7]任崇,温亚丽.近22年来南沙海区的气温变化[J].海洋预报,2012,29(3):69-72.

[8]秦大河,陈振林,罗勇,等.气候变化科学的最新认识[J].气候变化研究进展,2007,3(2):63-73.

[9]总参气象局.中国参考大气（GJB5601-2006）[S].中国人民解放军总装备部,2006.

[10]安洁,齐琳琳.中国近海航空危险天气的气候特征分析[J].航空气象,2013,3:39-41.