富阳大雾影响及客观预报方法研究

姜盈 张日佳 李凯 蒋立加

(富阳区气象局,浙江 杭州 311400)

0 引 言

大雾是常见的气象灾害之一。近年来有关大雾的研究有很多,比如,腾卫平等对浙江省大雾的气候特征以及大雾和气象要素的关系做了统计分析,得出浙江省多大雾区在东部沿海、浙北的中部和西部、浙中的西部和浙南的西南地区;李云泉等对嘉兴市大雾的生消规律做了统计,得出嘉兴市大雾有明显的年际变化,61%的大雾为短雾;周之栩等对湖州市一次连续大雾过程做了分析,得出对流层中层500hPa的平直纬向环流和低层的浅槽活动是大雾发生的重要条件。目前,针对县级台站大雾预报方法的总结较少。本论文将利用相关气象资料,用统计分析、合成分析和可视化分析等方法,揭示大雾时空分布特征,总结富阳大雾预报方法,形成一套适用于富阳的大雾预报模式。

1 数据及资料

本文所采用的数据包括1955—2016年的富阳本站实况观测资料数据;包括天气现象,能见度,气温,湿度等;1955—2016年NCEP/NCAR的逐日再分析资料;2014—2016年富阳各自动站能见度数据。

在对这些数据进行处理分析的时候,根据数据的长度、数据标准和数据类型对不同的数据采用略不同的预处理方法,将在每节内容开始时进行详述。

2 富阳大雾的时空分布特征

2.1 时间分布特征

2.1.1 年际变化

1955—2013年(2014—2016年大雾观测由人工转为自动,由于观测标准出现变化,所以本文2.1.1和2.1.2中这3 a的大雾日数不参与统计),富阳区气象站共记录雾日1495 d,年均雾日25.3 d。雾日年际变化较大,最多的是1957年,共有46 d出现大雾,最少的是2006年,全年仅9 d出现了大雾。从年代分布来看,1959—1975年和2000—2013年是大雾发生的两个低谷期,而1976—1999年是大雾多发期。

2.1.2 季节分布

从大雾的季节变化来看,大雾多发生在每年的深秋到初春,其中,从月际分布来看(图1),11月份最多,占总日数的17.97%,12月其次。7、8月份盛夏时节最少。

图1 1955年—2013年富阳大雾日月际分布

2.1.3 日变化

2014年起,大雾观测启动仪器自动观测,根据《浙江省观测处关于调整霾天气现象观测规定和对2013年雾、霾观测数据订正的通知》,目前雾的自动观测能见度判别阈值调整为0.75 km。因此,本文用能见度≤750 m来做大雾统计。

利用富阳本站能见度自动观测数据得出,2014—2016年共有455个小时出现过大雾。从图2可以看出,00时起能见度≤750 m的次数明显增加,而09时后能见度≤750 m的次数明显减少。因此,富阳大雾的生成时间一般在下半夜到清晨日出前后,而雾消时间大约是9—10时左右。大雾最容易出现在6时和7时,其次是3时、4时和8时。富阳本站最长连雾天数为6 d。

图2 2014—2016年富阳能见度≤750 m的时次分布

2.2 空间分布特点

目前,富阳区有能见度要素的自动站共有8个(包括本站)。为了保证数据的可比较性,这里仅用2016年的能见度数据做比较(表1)。

表1 2016年富阳8个站点大雾日数分布

富阳大雾天气出现最频繁的地区是富阳西北新登镇、永昌镇一带,该地区三面环山,空气不易流通,加上自身地势也比较高,工业又相对集中,导致大雾活动频繁。大部山地、丘陵地区为低雾频率区域。

3 有利于富阳大雾发生的4种天气形势

我们对2001—2010年这10 a的这181次大雾过程的地面形势图进行分析和归类得出,富阳区大雾多发生在1)冷高压前暖区2)大陆高压内部3)入海高压后部4)大陆高压底部倒槽发展北顶或低压发展这几种天气形势下。如图3a—3d。

1)冷高压前暖区

富阳区位于冷锋或冷高压前侧的暖区中,暖湿气流较为活跃,并有可能伴有降水,由于暖湿空气经过冷的下垫面,在近地面形成平流雾,平流雾与地面冷锋后方的锋面雾相结合,造成大雾天气。

2)大陆高压内部

大陆高压的控制对应的是晴好的天气,云量较少,风速较小。在这种较为稳定的天气形势下,有利于夜间的辐射降温,辐射冷却作用使近地面层水汽凝结(或凝华)而形成辐射雾。

3)入海高压后部

当富阳处于出海高压后部时,一方面由于受前期冷空气影响,下垫面温度较低,另一方面由于冷空气已经过境,北风减弱,这时候一般吹较弱的东北风或者是偏东风,海上的暖湿气流往内陆输送,容易造成平流雾。

4)大陆高压底部倒槽发展北顶或低压内部

在倒槽或者低压顶部的偏南或者偏东气流与东北或偏北气流的辐合区内,一方面偏南或者偏东气流从南方或海上输送暖湿空气经过冷的下垫面低空凝结形成雾,另一方面偏北气流又提供弱冷空气以及晴空辐射使雾的强度加大。在这种天气形势下既有平流雾又有辐射雾。

图3 (a)2001年12月3日 (b)2008年10月28日 (c)2010年11月6日 (d)2003年5月6日08时地面形势图,分别代表1)冷高压前暖区2)大陆高压内部3)入海高压后部4)大陆高压底部倒槽发展北顶或低压发展

4 富阳大雾影响因子

利用2001—2010年的共181次大雾上午08时的资料进行统计。选取了常用的湿度、风速、风向、气温作为主要考察因子,在对他们和大雾进行相关性检验时发现,它们大多和大雾都存在显著相关(表2)。

表2 2001—2010年富阳大雾发生时气温变化规律

注:*表示通过0.05显著性水平检验,△表示通过0.01显著性水平检验

4.1 湿度和降水条件

大雾发生时,相对湿度≥90%的占68.0%,在85%和90%之间的占30.9%,仅1次大雾发生在相对湿度<85%的时候,有9次大雾发生在相对湿度为100%。仅23.2%的大雾发生前后12 h内伴有降水,且雨量绝大多数为小雨。

4.2 风的条件

研究表明,当地面风速在1～3 m/s时最有利于大雾的生成,因为太大的风速不利于层结的稳定,而太小的风速又不利于水汽的垂直输送。

181次大雾中,17.7%的大雾发生时风速接近于0,25.4%的大雾发生时风速在0.1～0.9 m/s之间,共有56.4%的大雾发生时风速在1～3 m/s之间,仅1次大雾发生时风速超过3 m/s。

NW的风向下产生大雾的可能性最大,30.4%大雾发生在NW的风向下,其次是WNW和NNW,次数分别为16%和15.5%。

4.3 气温条件

相对于前面两个条件,气温条件显得不是特别严格。一般来说,气温日较差大对应的是较好的天况,有利于辐射雾的生成,而当气温过高时,则不利于水汽的凝结,不利于生成大雾。

由于这10 a中,7、8月份无大雾,6月份大雾发生仅一次,所以这3个月份没有列入统计。表3中的气温日较差(下同)是指雾日前一天的最高气温与雾日当天的最低气温之差。分析得出,各月大雾日的气温日较差均值均大于6 ℃,其中5月的气温日较差均值最小,为6.6 ℃;各月08时的气温均值均小于23 ℃,其中9月08时气温最高,为22.0 ℃。

表3 2001—2010年富阳大雾发生时气温变化规律 ℃

4.4 辐射降温条件

一般来说,夜间或清晨,当天气晴朗或少云时晨,地面散热迅速,降温明显,更有利于水汽凝结,形成辐射雾,相反当夜间或清晨云量较多时,不利于辐射冷却,难以形成辐射雾。在平时的预报中,可以结合第二天的天况进行大雾预报。

4.5 层结条件

当近地面气层比较稳定或者是有逆温存在时,水汽和尘埃容易聚集。尤其当大范围的下沉辐散运动使中低层大气增温,与近地层的辐射降温相配合,加上近地层弱冷平流的作用,使低层大气降温,有助于形成深厚的逆温层,有利于雾区的长时间维持。当气层不稳定时,就有利于上下层热量交换和水汽扩散,而不利于雾的形成。

另外,地表性质对辐射雾形成也有一定的影响。如土壤潮湿的地区,江河、湖泊附近,内陆低洼地区,都容易出现辐射雾。

5 富阳区大雾客观预报方法建立

根据上述的大雾天气形势以及影响因子,再结合平时预报的一些实际经验,我们总结出了富阳大雾的预报方法。

1)天气形势

当第二天早晨前后出现前文讨论的冷高压前暖区、大陆高压内部、入海高压后部、大陆高压底部倒槽北顶或低压发展这4种天气形势之一时继续对其他条件进行判断。

2)相对湿度条件

估计第二天08时左右的相对湿度,当相对湿度<85%时,判断无大雾出现的可能,当相对湿度≥85%时,继续对其他条件进行判断。

3)降水条件

当08时左右会出现中雨及以上降水时,判断无大雾出现的可能,当会出现中雨以下的降水或者无降水时,继续对其他条件的判断。

4)风力条件

当08时左右的风力在3 m/s以上的,判断无大雾出现的可能,当风力在3 m/s以下时判断有大雾。

根据这个预报方法,我们制作了富阳大雾客观预报软件,软件操作简便,界面简单,非常适合日常大雾的预报分析。图4是软件的主要操作界面。

图4 富阳大雾预报工具

6 结 语

1)2000—2013年是富阳大雾发生的两个低谷期,而1967—1999年是大雾的多发期;

2)富阳大雾多发生在每年的深秋到初春,11月最多,12月其次,盛夏最少;

3)富阳大雾的生成时间一般在下半夜到清晨日出前后,而雾消时间大多在日出升温后2～3 h之间,即大约9～10 h左右。大雾最容易出现在6时和7时,其次是3时、4时和8时。富阳本站最长连雾天数为6 d;

4)富阳区大雾天气多是集中在富春江沿江平原和新登区域;

5)冷高压前暖区/大陆高压内部/入海高压后部和大陆高压底部倒槽发展是富阳大雾的几种主要天气形势。相对湿度、降水、风向风速、气温和大雾呈现显著相关,当出现上面的天气形势时,同时相对湿度≥85%,风速在1～3m/s之间,气温不高,且无中雨以上降水时容易出现大雾。

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