黑龙江省浓雾发生的近地面环流形势和气象条件分析

赵　玲，齐　铎，李树岭，张　月

（1.黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨150030；2.哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨150028）

黑龙江省浓雾发生的近地面环流形势和气象条件分析

赵玲1，齐铎1，李树岭2，张月1

（1.黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨150030；2.哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨150028）

利用地面观测资料、高空探测资料、NCEP再分析资料以及ECMWF全球细网格模式预报资料，分析黑龙江省浓雾形成的有利条件，结果表明：根据浓雾发生时地面天气形势和影响系统分为高压前部均压型、低压前部均压型、一般均压型、鞍型场及低压锋前型等5种环流型。浓雾易发生在风速较小的条件下，其中以静风居多。浓雾发生时地面温度山区多为10-18℃，平原地区多为-2-10℃。山区浓雾对空气中水汽饱和程度要求比对平原地区高。平原地区发生能见度＜50 m的重浓雾频率高于山区。浓雾发生前有低层暖、湿平流或弱水汽辐合，发生时伴有夜间辐射降温或弱冷平流降温使近地面形成稳定层结。另外，近地面弱东风或弱南风伸展高度较高、持续时间较长时，容易出现致灾严重的浓雾天气。

浓雾；近地面；气象条件；山区；平原

1　引言

雾是近地面空气中悬浮着大量水滴或冰晶微粒而使水平能见度降到1 km以内的天气现象。随着经济建设步伐的不断加快，雾给交通运输业造成的危害和损失越来越严重，其中能见度低于0.5 km的浓雾天气带来的灾害尤为严重，并且浓雾容易伴随出现严重的空气污染事件。例如2013年10月20-22日哈尔滨等地浓雾天气发生时，太平国际机场多次航班延误，公路交通事故频发，空气污染严重。研究产生浓雾的环流背景以及决定其生消的气象条件，对于提高浓雾预报、预警能力有重大意义。

林建等［1］（2008）对全国性大雾发生的环流形势进行统计和归类分型，总结出大雾发生的几种典型环流配置。宋润田［2］（1999）对北京地区冷雾发生时的大尺度环境场进行分析，分别总结出辐射雾和平流雾发生的典型高、低空影响系统。吴洪等［3］（2000）通过普查统计了大雾形成对应的环流形势，及各种环流形势所占的比例。并对北京地区不同类型大雾形成前的各种要素进行统计，总结出有利于大雾发生的各种指标，并进行预报检验，并将此预报方法进行业务推广。毛冬艳和杨贵名［4］（2006）分析了华北平原的气象要素分布区间和大雾发生频率之间的关系，总结出有利于大雾发生的各种要素指标。张人禾等［5］（2014）对中国东部雾霾天气产生的气象条件进行分析并建立相应的预报方程，分别探讨了动力和热力因子对雾霾的影响。

黑龙江省幅员辽阔，地形复杂，而不同下垫面特点与雾的发生与否关系重大。以往关于黑龙江省雾发生的条件研究多针对某一次具体天气过程进行分析，对黑龙江省浓雾产生的典型环流形势和针对不同地形的浓雾气象条件分析较少。本文分析总结黑龙江省山地及平原地区浓雾发生的时空分布特点、有利于浓雾发生的地面环流形势以及近地面气象要素特点，并得到一些浓雾预报参考依据。

2　资料与方法

本文利用2000-2009年常规地面观测资料、NCEP逐6 h一次的FNL再分析资料以及2012-2015年哈尔滨站探空资料、ECMWF全球细网格模式预报资料。

为统计浓雾发生时环流形势及要素特点，首先对浓雾日及区域性浓雾日进行定义。常规地面观测站在任意观测时次中有水平能见度＜500 m的浓雾出现记为一个浓雾日。某日黑龙江省有3个以上相邻测站出现浓雾天气，认为是一个区域性浓雾日。另外，参考宋润田（1999）的平流雾定义，分析发现黑龙江省浓雾绝大多数都属于辐射雾，因此，分析中不区分浓雾的具体种类。

3　黑龙江省浓雾时空分布特征

对各站年平均浓雾日数分布进行统计分析，结果表明：黑龙江省年平均浓雾日数分布存在三个大值中心（图略），即大兴安岭、伊春南部以及牡丹江东部。这三个中心分别对应着大、小兴安岭山脉和长白山山系北部的山地区域。

由于黑龙江省幅员辽阔，下垫面复杂，区域平均不能很好代表所有地区的浓雾发生特点，所以进一步分析漠河、伊春、绥芬河等山区测站和绥棱、方正、七台河等平原测站分析浓雾发生日数逐月变化情况，发现山区和平原地区浓雾逐月分布差别明显（图略）。山区浓雾主要发生在6-9月，平原地区浓雾发生频率较高的月份主要集中在8-10月，春末到夏初的5-7月几乎没有浓雾发生。由于山区与平原地区接近相反的年内变化特点，在以下的分析和讨论中有必要对地势不同、浓雾多发季节不同的两个区域进行分开讨论，以便对不同地区浓雾形成条件有更清晰和合理的认识。

4　黑龙江省浓雾地面天气形势分型

雾发生在特定的环流形势和影响系统下，参考林建等（2008）分类方法，依据地面天气形势和影响系统把黑龙江省区域性浓雾分为高压前部均压型（11%）、低压前部均压型（29%）、一般均压型（28%）、鞍型场（28%）及低压锋前型（5%）等5种类型，大多数雾发生时，地面气压分布均匀，等压线稀疏。各种环流型具体的形势配置特点（图略）如下所述。

4.1高压前部均压型

浓雾分布在地面高压前部的均压区，此种类型主要出现在秋（36%）、冬（24%）两季，春、夏季较少（各占20%）。对应500 hPa形势一般为脊前、弱脊、低涡后部或者平直西风气流，盛行西北风或偏西风；850 hPa盛行脊前西北气流槽（低涡）前部西南、偏南气流，风力较小。

4.2低压前部均压型

浓雾区处于低压系统前部的均压场中，是最常见的一种浓雾环流型，几乎只发生在5-9月，其中73%的这种类型个例发生在6-8月。这种类型对应的500 hPa形势，除盛行西北和偏西气流外，槽前或低涡前部的西南、偏南气流也占有较大比例（29%）；850 hPa处于低涡前部、低压倒槽前部或者槽前的西南、偏南气流所占比例较大，约为55%，风力较小。

4.3一般均压型

地面无明显高低压系统，浓雾区处于均压场中。在普查的所有个例中，这种形势除了2个个例出现在7月，其它均出现在8-9月。这种类型对应的500 hPa环流特征与高压前部均压型相似，多为西北或偏西气流；850 hPa上也常见西北或偏西气流，几乎没有受偏南气流影响的个例出现。

4.4鞍型场

浓雾区处于两个高压和两个低压之间的均压场中。这种类型在一年中的任何月份都可能出现，夏季出现的比例最高为38%，秋季为32%、春季23%、冬季最少仅为7%。这种类型对应的环流形势在500 hPa和850 hPa上的表现与低压前部均压型相似。

4.5低压锋前型

浓雾区处于有地面低压相伴的冷锋前部，这种类型出现频数最低，仅出现11次，其中夏季7次，9月2次，3月2次。值得一提的是，3月发生的这2次锋前型浓雾是所有3月浓雾个例中仅有的两个符合平流雾判别标准（1999）的个例，据此推测这种环流型与平流雾或平流-辐射雾密切相关。低压锋前型对应850 hPa都以西南或东南等偏南气流影响为主，风力较小。

黑龙江省浓雾在空间分布上存在明显的季节差异，相应的环流形势也存在显著的季节性特点。冬季和春季环流型主要为高压前部均压型和鞍型场，其中冬季高压前部均压型出现频率高达60%。对于浓雾发生频繁的夏季和秋季，以上5种类型均有出现，夏季低压前部均压型发生频率最高，一般均压型和鞍型场型次之；秋季发生频率前三位的是高压前部均压型、一般均压型和鞍型场等3种。

5　黑龙江省浓雾发生的地面气象要素特征

雾是发生在近地面的天气现象，研究表明雾发生时地面气象要素存在显著特点（2011）［6］，因此地面气象要素条件分析对了解雾的发生特点和形成条件具有重要意义。下面对比分析山区和平原浓雾发生时不同气象要素的特点。

能见度大小是在大雾天气预报中关注的重点，也是表征雾严重程度的重要指标。如图1所示，平原和山区浓雾发生时能见度主要为200-500 m，能见度在50-100 m浓雾山区多于平原地区，能见度＜50 m的浓雾平原地区高于山区。

当温度降低到接近露点温度时，空气中的水汽就会凝结。所以，气温和温度露点差与浓雾形成关系密切。从温度统计结果上看，山区90%的浓雾发生在6-20℃之间，其中在10-18℃发生浓雾的频率最高；平原地区浓雾主要发生在-2-10℃。这与山区浓雾主要发生在夏季、平原浓雾主要发生在秋季的气候特征一致。从温度露点差统计结果上看（图2），山区浓雾发生时温度露点差≤1℃，水汽近于饱和；平原在温度露点差≥2℃的情况下仍有浓雾产生。对空气中水汽饱和程度要求山区比平原高，这可能与黑龙江省平原地区秋冬季节凝结核比山区明显多有关。

图1　不同能见度浓雾发生百分率分布

图2　不同温度露点差区间浓雾发生百分率分布

风是雾形成过程中的一个重要因素。对于黑龙江省，无论山区还是平原，90%以上浓雾发生时地面风速都在3 m/s以下。具体的对山区而言，风力集中在静风到2 m/s的微风范围内；而对平原地区，风力在3-5 m/s情况下浓雾发生的百分率为20%。因此，对平原而言，在有利的环流形势下，一定的风速也有利于水汽输送和浓雾的维持。浓雾发生时除静风外，风向以西风、南风和东风为主，而在东北风时很少发生浓雾。

6　黑龙江省浓雾发生时近地面主要气象要素时空分布特征

对2012-2015年单站浓雾发生时T-LnP图以及ECMWF细网格全球模式预报的单站风温湿等气象要素时序图分析发现，不论哪种环流型发生的浓雾天气，近地面或低层主要气象要素时空分布特点相似。浓雾发生前，在低层有暖、湿平流输送或弱水汽辐合，浓雾发生时有夜间晴空辐射降温或弱冷平流降温，使近地面形成逆温或气温垂直递减率较小的稳定层结，同时近地面有浅薄的准饱和湿层，在近地面水平风力较小时有浓雾天气出现。

当近地面受较弱的偏东风或偏南风控制，且较弱的风速厚度较厚、持续时间较长时，容易出现持续时间长、强度强、灾害重的浓雾天气，如2013年10月20-22日，哈尔滨1-2 m/s的较小风速厚度达到3 km左右，并且持续多天，所以出现有气象记录以来灾害最重的持续性雾霾天气过程。在ECMWF全球细网格模式预报产品制作的哈尔滨等地单站要素综合时序图（图3-4）中，10月21-22日低层主要为弱偏东风控制，这个特点对雾霾天气预报预警有较好的指示意义。

图3　2013年10月21日08时哈尔滨T-LnP图（右侧线为层结温度，左侧线为露点温度，单位：℃）；

图4　2013年10月19-22日ECMWF全球细网格模式哈尔滨单站要素时序图（阴影为相对湿度）

7　小结与讨论

利用常规地面观测资料、NCEP/NCAR逐6 h一次的FNL再分析资料、ECMWF全球细网格模式预报资料和哈尔滨站探空资料对黑龙江省浓雾发生时典型环流形势和近地面气象要素特点进行统计和分析，所得结论如下：

（1）黑龙江省年平均浓雾日数分布的三个大值中心分别位于大、小兴安岭和东南部山区。浓雾日数6-9月最多，主要集中在山区；平原地区的浓雾多发生在9-11月，具有范围大、持续时间长、灾害重等特点。

（2）依据地面天气形势和影响系统，把区域性浓雾产生的环流背景分为高压前部均压、低压前部均压型、一般均压型、鞍型场及低压锋前型等5种类型。冬季和春季主要以高压前部均压型和鞍型场为主；夏季和秋季，以上5种类型均有出现；夏季低压前部均压型发生频率最高，一般均压型和鞍型场型次之；秋季发生次数较多的是高压前部均压型、一般均压型和鞍型场等3种。

（3）从地面气象要素的统计结果来看，黑龙江省浓雾主要发生在地面风速较小的情况下，静风时发生频率最高，3 m/s以下的西风、南风或东风所占的比例也相对较高。山区浓雾发生时地面温度多为10-18℃，温度露点差在1℃以内，空气达到或接近饱和；平原地区浓雾发生时，地面温度多为-2-10℃，温度露点差可达3℃左右。平原地区能见度＜50 m的浓雾发生频率高于山区。

（4）在浓雾发生前，有低层暖、湿平流或弱水汽辐合，浓雾发生时有夜间辐射降温或弱冷平流降温使近地面形成稳定层结。近地面水平风力较小，配合有浅薄的准饱和湿层有利于浓雾天气发生。另外，近地面弱偏东风或弱偏南风厚度较厚、持续时间较长时，易出现持续时间长、强度强、灾害重的浓雾天气。目前各种数值预报模式的形势、要素预报产品以及单站要素综合时序图、T-lnP图等对浓雾天气预报预警有较好的指示意义。

［1］林建，杨贵名，毛冬艳.我国大雾的时空分布特征及其发生的环流形势［J］.气候与环境研究，13:171-181.

［2］宋润田.北京地区冷雾的天气气候特征［J］.气象科技，1999，3:40-48.

［3］吴洪，柳崇健，邵洁等.北京地区大雾形成的分析和预报［J］.应用气象学报，2000，1:23-27.

［5］张人禾，李强，张若楠.2013年1月中国东部持续性强雾霾天气产生的气象条件分析［J］.中国科学:地球科学，2014，44:27-36

［5］毛冬艳，杨贵名.华北平原雾发生的气象条件［J］.气象，2006，32:78-83.

［6］赵桂香，杜莉，卫丽萍，等.一次持续性区域雾霾天气的综合分析［J］.干旱区研究，2011，28:871-878.

Analysis on the near surface circulation and meteorological conditions in the fog in Heilongjiang Province

ZHAO Ling1，QI Duo1，LI Shu-ling2，ZHANG Yue1
（1.Meteorological observatory of Heilongjiang province，Heilongjiang Harbin 150030；2.Meteorological bureau of Harbin，Heilongjiang Harbin 150028）

Based on the conventional observations，the NCEP/NCAR reanalysis data and the fine-mesh grid model of ECMWF to research the effect factors of the severe fog in Heilongjiang province.The results suggested that according to the occurrence of fog，the surface weather situation and influence system are divided into 5 types，such as the front part of the high pressure，the pressure of the front，the average pressure type，the saddle type field and the front type.The severe fog easily occurred when the wind is weak，specially no wind.During the fog，the ground temperature in the mountainous area is 10 to 18℃，and the plain area is-2 to 10℃.The fog in mountainous regions need higher relative humidity than that in the plain..The frequencies of less than 50 m visibility in mountainous regions is lower than the plain regions.The low layer warm and wet advection fog or water vapor convergence occurs before the heavy fog occurred，and the fog happened with radiation cooling at night or weak cold advection cooling to form stable layer near the ground.Besides，weak east or south wind reached high altitude and last for a long time，the severe fog weather easily appeared.

severe fog；ground layer；effect factors；mountainous regions；plain regions

P458

A

1002-252X（2016）03-0001-04

2016-6-1

赵玲（1969-），女，安徽省蒙城县人，南京气象学院，硕士生，高级工程师.