天津港大雾天气气候特征分析

卜清军，徐灵芝，侯 敏

(天津市滨海新区气象局 天津300457)

0 引 言

天津港作为世界级综合性枢纽港，在国家“一带一路”和京津冀协同发展战略下，迎来巨大的发展契机。新形势下港口物流面临新的机遇、优势和挑战，对港口物流发展也提出新的发展策略。港口建设涉及到诸多自然环境的影响，其中气象条件是主要因素之一，无论是海雾、降水，港口大风都对港口工程建设、港口规划、港口营运等产生极大的影响。雾是指悬浮在近地层大气中的大量微细乳白色水滴或冰晶的可见集合体[1]，在低层大气处于稳定状态时，水气的增加及温度的降低使近海面的空气逐渐达到饱和或过饱和状态，水气凝结物悬浮在空中，致使海面能见度下降[2]。国内外学者对海雾的研究较多。傅刚等[3]研究了中国近海特别是黄海和东海北部海域的海雾；黄彬等[4]对黄海海雾的气候特征和气象水文要素特点进行了统计分析；徐燕峰等[5]研究了舟山海域春季海雾的发生规律和成因分析。本文收集渤海湾天津港历史气象观测资料，研究大雾天气发生与成灾的特点，旨在为加强港口营运做好气象服务。

1 资料与方法

为研究天津沿海雾的气候特征选择的站点为沿海 4 个观测站，分别为塘沽站(39°03′ N，117°43′ E)、汉沽站(39°14′ N，117°46′ E)、大港站(38°51′ N，117°28′ E)和渤海埕北石油 A 平台观测站(38°27′ N，118°25′ E)。按照国家标准 GB/T 27964—2011《雾的预报等级》，根据能见度将雾分为 5个等级，分别为轻雾、大雾、浓雾、强浓雾和特强浓雾，能见度 V＜50m 为特强浓雾；50m≤V＜200m 为强浓雾；200m≤V＜500m 为浓雾；500m≤V＜1000m 为大雾；1000m≤V＜10000m 为轻雾。在雾的观测业务中，与霾加以区分，引入相对湿度条件，定义能见度V＜1000m 且相对湿度 RH≥90%为雾，1000＜V＜10000m且60%＜RH＜90%为轻雾。

研究天津港雾的气候特征采用1980—2017年历史资料。雾日数界定以 20:00为日界，一日内有 1次或以上大雾记录，计为 1个雾日，对跨越 20:00的雾记为 2个雾日。雾持续时间，一日中当大雾间隔时间在4h以内的，按一次雾统计，持续时间累计，一日中雾的间隔时间在 4h以上时，就定义为另一次雾，将跨越20:00的同一场雾作为一次连续雾过程处理，雾持续时间、连续雾日数均跨月、跨年统计。

2 大雾天气气候特征

2.1 空间分布特征

天津沿海大雾日数的分布呈南北分布不均的特点(表1)。北部汉沽自1 9 8 0—2 0 1 7年3 8年间共发生1 0 4 4个雾日，年平均雾日数 2 8.0 d；中部天津港沿岸塘沽自1 9 8 0—2 0 1 7年3 8年间共发生6 0 8个雾日，南部大港气象观测业务运行始于1 9 8 6年，统计3 2年间共发生 6 7 6个雾日。沿海南部雾日多发，大港年平均雾日数 29.5d，中部塘沽较少，年平均雾日数 16.2d，北部汉沽年平均雾日数28.0d。

表1 1980—2017年天津沿海雾日数分布(单位：d)Tab.1 Distribution of foggy days in Tianjin from 1980 to 2017(unit：day)

2000—2017年，沿海大雾发生频次呈北多南少的分布特征，北部汉沽发生大雾日数 502d，中部塘沽大雾日数281d，南部大港大雾日数235d(图1)。

图1 天津港沿岸各站大雾频次变化Fig.1 Frequency changes of heavy fog at stations along Tianjin Port

2.2 年际变化特征

自 2000年以来大雾日数呈波动性减少(图 2)，减少速率为 0.1d/a，2000—2017年大雾日数为281d，年平均雾日 15.6d，期间雾日数出现较多的年份有4个峰值为2007年、2006年、2016和2003年，雾日分别为 28、27、24、21d，其中 3个峰值出现在2010年以前。从大雾发生时数来看，呈上升趋势，上升速率为 4.0h/a，2000—2017年大雾总时数为2237h，18年来年平均时数为 124.3h，期间出现了4个年雾时较多的峰值，年雾时数最多出现在2016年，高达279h，其次为2007年219h，2013年和2015年也比较多，分别为192h和187h，其中3个峰值出现在 2010年以后。对比前文分析大雾天气日数变化呈缓慢减少趋势，反映出连续性大雾或长生命史大雾天气这种极端天气事件的频率有所增加。

图2 天津港2000—2017年大雾发生频次时间序列Fig.2 Time series of frequency of heavy fog occurrence in Tianjin Port from 2000 to 2017

2.3 季节变化特征

沿海一年四季都有雾出现，但又呈明显的季节性特点。自 2000年以来，天津港沿岸雾出现时间主要集中在冬季，占 52.6%，其次为秋季，占 33.5%(图3a)；近海雾也是冬季最多，占 43.5%，其次为春季，占 24.3%(图 3b)。与沿岸雾不同的是，近海雾在夏季发生的频率也较高，为 20.8%，接近春季，而沿岸雾在夏季非常少，仅占 3.9%。由此可见沿岸雾多发生在秋冬季，每年12月和1月为全年大雾出现最多月份；近海雾多发生在冬春季，每年1月和2月最多。

图3 沿岸雾和近海雾的季节分布Fig.3 Seasonal distribution of coastal fog(a)and offshore fog(b)

沿海雾的形成需要两个条件：一是降温，二是增湿。沿岸夏季雾日少，究其原因，A平台温度低于塘沽站，沿岸平均相对湿度在 80% 以上，仅相对湿度的增大不会导致雾日的增多，由于海气温差较高，空气的饱和水汽压增大，反而难于达到饱和而不利于雾的生成；而沿岸秋季雾日多，平均气温为 14～18℃，此时的海表温度仍偏高，海气温差适宜，因此最有利于雾的形成。

2.4 日变化特征

沿海大雾有明显的日变化特征，雾生频次变化呈单峰类型(图 4)。雾的日变化各个季节有所不同，春季大雾集中出现在03:00～09:00，这7个小时的雾频次占全天的 56.3%，峰值出现在早上 07:00，其次为 06:00，出现大雾频次最少的时间段为 12:00～20:00；夏季大雾集中出现在 04:00～06:00，这 3个小时的雾频次占全天的 35.0%，峰值出现在早上05:00，其次为 04:00和 06:00，出现大雾频次最少的时间段为 11:00～18:00；秋季大雾集中出现在05:00～09:00，这 5个小时的雾频次占全天的43.5%，峰值出现在早上 07:00，其次为 06:00和08:00，出现大雾频次最少的时间段为 13:00～19:00，均低于10次；冬季大雾集中出现在03:00～10:00，这8个小时的雾频次占全天的 50.5%，峰值出现在早上07:00，其次为 08:00和 09:00，出现大雾频次最少的时间段为14:00～20:00。

图4 逐年累积大雾日变化特征Fig.4 Characteristics of daily variation for year-to-year cumulative fog

2.5 强度分布特征

不同强度的雾发生的频次各不相同，从小时数看(图 5a)，2005—2017年，发生大雾时间最长，为625h，其次为强浓雾 424h，浓雾和特强浓雾时数分别为 416h和 202h。从年际变化看，大雾年平均48.1h，近年呈增长趋势，增长速率 7.1h/y，峰值发生在最近的3年，最多为2015年139h，其次是2016年和2017年分别为132h和 65h；浓雾年平均 32.0h，也呈增长趋势，增长速率1.6h/a，峰值出现在2016年63h；强浓雾年平均 32.6h，近年变化比较平稳，略有减少趋势，速率为 0.1h/a；特强浓雾年平均 15.5h，趋势明显减少，减少速率为 1.5h/a，2007年为最多，高达 65h，此后近十年每年维持在 5～26h之间，2017年未出现小于50m的特强浓雾。

从日数看(图 5b)，2005—2017年发生的大雾时间最长，为 68d，其次为强浓雾 57d，浓雾和特强浓雾日数分别为 49d和 27d。年际变化，大雾年平均5.2d，呈减少趋势，减少速率 0.4d/a。这与大雾小时数呈增长趋势相反，也说明了在所有 1000m以下雾的趋势变化呈小时数增加而日数减少这一特征中，500～1000m的大雾贡献最大。大雾发生最多的年份出现在2006年，为12d，其次为2007年为8d；浓雾年平均 3.8d，也呈增长趋势，增长速率 0.1d/a，峰值出现在2009、2013年和2015年，均为7d；强浓雾年平均 4.4d，与小时数呈减少趋势相反，日数呈增加趋势，速率为 0.2d/a，最多出现在 2014年为 11d；特强浓雾年平均 2.1d，与小时数变化一致，呈减少趋势，减少速率为0.2d/a，在2007年为最多，为8d。

图5 天津港不同强度雾发生频次Fig.5 Frequency of occurrence of different intensity fogs in Tianjin Port

2.6 持续时间分布特征

将雾的持续时间 T分为 5个等级：0＜T≤3h，3h＜T≤6h，6h＜T≤12h，12h＜T≤24h，T＞24h。分析不同等级雾的发生频次(图 6a)，出现频次最多的是时长为6～12h的雾，共出现73次占28.7%，其次时长为0～3h的雾，频次为71次占27.8%，3～6h的雾为 63次占 24.7%，可见持续时长 6～12h的雾居多。虽然 T＞24h的雾频次较小，仅占 4.3%，但由于此类长时间的雾会给交通带来极大的影响，所以这部分雾仍需要引起足够的重视，如2016年12月18日至22日连续93h的大雾。

从大雾连续日数的频次分布看(图 6b)，雾出现的频次随着连续雾日数的增加而减少，连续 2d出现的雾36次，连续3d出现的雾13次，连续4d和连续5d出现的雾均为4次，连续6d出现的雾有1次，出现在2002年12月13日至18日。2016年12月31日至2017年1月4日连续5d出现大雾，大雾持续时间 69h。

图6 雾持续时间分布Fig.6 Distribution of fog duration

3 典型强浓雾天气分析

3.1 天气实况及天气背景

2016年12月31日至2017年1月4日天津港连续 5d出现强浓雾天气(图 7)。具体时间分别为12月 31日 18:12～20:00出现强浓雾，最小能见度124m；31日20:00至1月1日20:00出现强浓雾，最小能见度 71m；1日 20:00至 2日 09:19出现强浓雾，最小能见度150m；2日20:00至3日11:05出现强浓雾，最小能见度为 156m；3日 20:00至 4日13:13出现强浓雾，最小能见度 75m。前期天气背景有轻雾，1～2日出现微量降雪，3日夜间出现微量降雪。

3.2 天气形势分析

2016年12月31日08:00受高空浅槽后部西北气流控制，850hPa为干暖平流，自地面至934hPa存在逆温层，1000hPa及以下相对湿度超过80%，探空曲线有逆温层和喇叭口，有利于大雾天气出现。1月1日 850hPa受干暖平流影响，存在切变线，自1000hPa至 911hPa存在逆温层，978hPa及以下相对湿度达 92%。2日以后处于高空槽后西北气流控制，自地面至 983hPa存在强烈逆温，逆温强度高达12℃，近地层相对湿度达 92%(图 8)。3日逆温层增厚至 925hPa逆温强度 10℃，1000hPa以下相对湿度超过 80%。4日 850hPa受反气旋环流控制，逆温层降至 972hPa，强度达 11℃。前期高空浅槽和低空切变线影响下，出现降雪，降雪过后近地层相对湿度较大，且边界层存在强烈逆温，出现了大雾和降雪同时出现的现象。

图7 逐时能见度及相对湿度Fig.7 Visibility and relative humidity hourly

地面1月1日08:00地面处于冷锋前部，西风为主，存在地面中尺度辐合线，风向为西风转东北风，平均风速在 1～2级，相对湿度 99%。在高空浅槽和低空切变线影响下，地面出现降雪，降雪过后相对湿度较大，且探空曲线有逆温层和喇叭口，有利于大雾天气维持。2日相对湿度保持在 99%，风向为西北风，十分钟平均风速1～2级。3日地面处于低压后部高压前部(冷锋前)，西南风影响，存在地面中尺度辐合线，维持至4日。

3.3 雾对天津港的影响

图8 2017年1月2日08时天气形势Fig.8 Synoptic situation at 08：00 on January 2，2017

受大雾天气影响，天津港船舶进出港动态受到严重影响，自2016年12月31日至2017年1月4日，天津港采取交通管制措施，封航 83.8h。受影响船舶动态共有 615艘次，其中包括“地中海抒情”轮、“天仁”轮等客轮14艘次，远洋轮19艘次。天津港封港、停止作业，集装箱矿产品严重滞港，导致天津港集装箱有色矿集中到港、集中卸船，船舶压港严重，最终导致进口商遭受 7800万滞箱费等损失。因滞箱费受损失的有贸易商、大型钢铁企业、矿产公司等。因大雾“抒情号”邮轮抛锚天津港外水域，致使2017年1月31日既定航班被迫取消，千余名旅客被滞留天津东疆港国际邮轮码头。

4 结 语

本文通过对天津沿海气象站大雾观测历史气候资料统计分析，结合典型强浓雾天气过程分析，得到以下结论：

①天津沿海大雾日数分布南北不均。南部雾日多发，中部塘沽较少。但进入21世纪，大雾发生频次呈北多南少的分布特征。

②大雾年际变化从发生频次看有两个特征，一是大雾天气日数呈减少趋势，二是大雾天气时数呈上升趋势，表明连续性大雾或长生命史大雾这种极端天气事件的频率有增加的趋势。天津港大雾天气有明显的季节性特点，沿岸雾多发生在秋冬季，占 86.1%，每年 12月和 1月为大雾多发月份，近海雾多发生在冬春季，每年1月和2月最多。大雾天气日变化特征呈单峰类型，峰值集中在早晨 06:00～08:00，各季有所不同，春季大雾集中出现在 06:00～07:00，夏季较早，大雾集中出现在 04:00～06:00，秋季大雾集中出现在 06:00～07:00，冬季稍晚，大雾集中出现在07:00～08:00，除夏季大雾峰值出现在早上05:00外，春、秋、冬三季峰值均出现在早上 07:00。午后14:00～19:00为少雾时段。

③不同强度的雾发生的频次各不相同，其中大雾频次最多，年平均 5.2d，其次为强浓雾年平均 4.4d，浓雾年平均 3.8d，特强浓雾年平均 2.1d。大雾频次呈减少趋势，减少速率 0.4d/a，这与大雾小时数呈增加趋势相反，表明在所有 1000m以下雾的趋势变化呈小时数增加而日数减少这一特征中，500～1000m的大雾贡献最大；浓雾也呈增长趋势，速率 0.1d/a；强浓雾的小时数呈减少趋势，但日数呈增加趋势，增加速率为 0.2d/a；特强浓雾呈减少趋势，减少速率为0.2d/a。

④持续时长为 6～12h的雾出现频次最多，占28.7%，其次是时长为 0～3h的雾，占 27.8%，时长3～6h的雾占24.7%。时常超过24h的雾频次较小，仅占 4.3%，但超长时间的雾更会给港口船舶进出港动态带来严重影响。