北部湾地区海雾特点的初步分析

郑凤琴，罗小莉，钟利华，韦晶晶

(广西气象服务中心，广西 南宁 530022)

北部湾地处我国沿海西南端[1]，是我国南向通道的枢纽区域，也是我国沿海主要的海雾多发区之一[2]。海雾是海洋上低层大气中的水汽凝结现象[3-4]，是我国沿海海区的一种灾害性天气，起雾期间由于海面大气能见度降低，对海上船舶运输、渔业、平台作业以及沿岸交通造成很大危害，甚至造成海难事故[5-6]。因此，加强海雾的研究[7-9]，提升海上大雾的预报预警能力，对减少人民生命财产损失具有非常重要的意义。

在海雾特点、成因分析等方面，国内外已有许多研究成果。宋亚娟(2009)利用ICOADS资料分析了近100 a北太平洋上海雾的发生频率，指出4—7月是北太平洋海雾发生频率较高的季节[10]；张红岩等(2005)对黄海春季海雾年际变化分析发现，高空环流为海雾形成提供了暖湿空气的输送条件，低空风场及地面风场有利于西太平洋低纬水汽向黄海输送，水气温差有利于海雾的形成和维持[11]。张苏平等(2008)研究低层大气季节变化和黄海海雾季节的关系时指出，温度层结、湍流强度和高度与海雾季节变化密切关联[12]；黄健等(2010)利用外场观测数据，研究了华南沿海暖海雾的宏观特征和湍流热量交换特征[13]；魏建苏等(2010)分析了江苏沿海地区雾的时空分布特征、雾过程持续时间等，并探讨了影响沿海雾生成的相关因子[14]。针对北部湾海雾的气候诊断、环流特征也开展过一些研究。陈燕丽等(2016)利用沿海观测资料，探讨了北部湾海雾的年际、年代际和月分布特征，以及该地区海雾气候变化特征的可能原因[15]；孔宁谦(1997)研究表明，广西沿海雾多集中在冬春季节(12月至次年4月)，雾生消时间多集中在02:00—05:00，雾的持续时间多为1～3 h[16]；卢峰本等(2006)研究指出，北部湾海雾天气过程的主要天气形势包括冷锋前部、地面高压后部和弱冷空气影响等[17]。

由于海上资料比较缺乏，海上大雾的研究受到很大的限制。目前沿海气象台在预报海上大雾时，一般都是在沿岸陆地大雾预报的基础上加一个经验值，或者是应用数值预报产品进行预报，因此有必要对海上雾与沿岸陆地雾进行对比分析，深入了解海上大雾特点及其与沿岸陆地大雾的差异。本研究拟利用北部湾海洋气象浮标站观测到的海上大雾相关资料与沿岸陆地观测站的相应资料对海上大雾以及沿岸陆地雾的大气能见度进行对比分析，进而得出海上雾与沿岸陆地雾的对应关系，以期为预报人员利用沿岸陆地资料开展海上大雾的预报提供参考依据。

1 资料与方法

采用的资料主要包括海洋气象浮标站(以下简称为浮标站)、涠洲岛站和北海站的大气能见度、相对湿度、降雨量和测风资料。浮标站建于2015年5月，直径为10 m，安装于距涠洲岛南部约80 km的海面上，浮标站由山东省科学院海洋仪器仪表研究所研制，浮标站上搭载了HMP155型温湿度传感器、PTB210型气压传感器、PWD20大气能见度传感器、05103型风传感器、AEM-CAR海流传感器以及自虹吸式50203雨量计等，观测要素包括海表面以上2 m的气温、气压、湿度、大气能见度、风向风速和海表面以下1 m的水温，时间分辨率为10 min。涠洲岛站属于海岛站，位于浮标站的北面，对海雾预报的参考性较大。北海站属于北部湾地区沿海站。各测站的地理位置如图1所示。资料的时间序列为2016年1月至2017年12月，参照中国气象局《地面气象观测规范》[18]对雾的定义，规定1 h平均大气能见度低于1 km、相对湿度高于90%判定为出现大雾，若一天中任一个观测时次任一观测站出现大雾，则这一天为该观测站的1个大雾日。日统计是按照气象学上以北京时间20:00为日界的标准进行统计的。

图1 北部湾海雾观测站位置分布示意图Fig. 1 Positions of sea fog observation stations in Beibu Gulf

2 海雾特征分析

2.1 北部湾海雾统计特征

由于浮标站位于北部湾中部，可代表北部湾海洋的情况，对2016年1月至2017年12月这段时间的观测资料进行统计分析，可以发现北部湾海雾的特点。浮标站的资料统计显示，2016年共出现大雾37 d，2017年共出现大雾19 d；对比每年各月出现海雾的情况，发现海雾主要发生在春季(3、4月)和冬季(1、2月)，而研究的两年期间北部湾5、11月分别只出现过1次海雾。从图2可以看出，3月出现海雾的次数最多，共22次，平均每年11次；其次为4月，共出现17次，平均每年8.5次；再次为2月，共出现10次，平均每年5次；其它月份极少出现海雾，研究期间的6—10月和12月甚至未出现过海雾。

图2 2016—2017年北部湾海雾出现频数分布Fig. 2 Frequency distributions of sea fog over Beibu Gulf in 2016-2017

我们还分析了北部湾海雾的生消特征。由图3可知，雾的生成呈现多峰特点，最容易出现雾的时间为凌晨03:00—05:00，其次为早晨07:00，而最少生成雾的时间为下午15:00—16:00，其次为晚上21:00—22:00；从图3中雾的消散时间分布来看，上午08:00—10:00是雾消散的峰值时间，其次是下午12:00—13:00。从北部湾海雾生成和消散的时间对比可以看出，北部湾凌晨海雾的生成频数要比消散数高，中午和下午海雾的消散频数高于生成频数，上半夜生成的海雾较凌晨生成的海雾维持时间长。

图3 2016—2017年北部湾海雾的生消时间-频数变化曲线Fig. 3 Time-frequency curve of sea fog formation and dissipation over Beibu Gulf in 2016-2017

从海雾的维持时间来看，北部湾海雾的维持时间较短，绝大部分在3 h以内，占总数的75.0%；维持时间在1 h以内的占比最高，为48.3%；维持时间大于8 h的雾占比较低，仅为9.2%。最短的海雾只维持了20 min，持续时间最长的海雾发生在2016年3月19日，维持时间达到14 h 50 min，但是仍比我国东部沿海典型持续性大雾的维持时间短得多。从季节分布来看，冬春季节不仅雾日多，而且持续时间长，平均维持时间在150 min以上，3月雾的平均维持时间最长，为180 min，夏秋季节海雾维持时间较短，平均维持时间在30 min以内。

2.2 海上雾与沿岸陆地雾的对比分析

以浮标站出现大雾日的资料与涠洲岛站、北海站进行对比分析。从各站大雾的总体分布情况来看，浮标站共出现大雾56次，涠洲岛站有57次，北海站仅有11次，涠洲岛站大雾日数量与浮标站更接近。由图4可见，涠洲岛站4月出现的海雾次数最多，共20次；其次为3月，共出现17次；再次为1月，共13次；5—11月未出现过海雾。北海站2月出现海雾次数最多，共5次，其它月份的海雾站次均低于3次，且6—12月未出现海雾。对比前文浮标站海雾统计特征的分析结果，涠洲岛站的海雾特征与浮标站较为接近，均为2—4月海雾多其它月份少甚至没有。综上所述，北部湾海雾主要发生在冬春季(1—4月)，其中3、4月为最多。

图4 2016—2017年北部湾各观测站海雾的月分布情况Fig. 4 Monthly distribution of sea fog over observation stations in Beibu Gulf in 2016-2017

2.2.1 大气能见度对比分析 根据以上分析，北部湾海雾主要出现在每年的1—4月，以浮标站1—4月出现海雾日的大气能见度与涠洲岛站、北海站进行对比(表1)。由表1的大气能见度平均值来看，在2—4月的海雾日中，涠洲岛站平均比浮标站大0.7～3.3 km, 其中2月两站的平均大气能见度最为接近，相差仅为0.7 km，而1月与其他月份不同，1月涠洲岛站平均大气能见度比浮标站小1.5 km；北海站平均大气能见度比浮标站大1.5～5.1 km，其中1月最小，4月最大。从相对湿度的平均值来看，在2—4月的海雾日中，涠洲岛站平均比浮标站小1.6%～2.4%，其中3月两站的平均能见度最为接近，相差仅为1.6%，而1月与其他月份不同，1月涠洲岛站平均相对湿度比浮标站大0.9%；北海站平均相对湿度比浮标站小2.7%～6.4%，其中1月两站的平均相对湿度相差最小，2月最大。由此可见，相对于北海站，涠洲岛站与浮标站的大气能见度平均值、相对湿度平均值相差较小。

表1 涠洲岛站、北海站与浮标站的大气能见度、相对湿度对比Tab. 1 Comparison of atmospheric visibility and relative humidity among buoy station, Weizhou Island and Beihai stations

从表1可以看出，涠洲岛站与浮标站的大气能见度最小值、相对湿度最小值相差较小。其中，涠洲岛站的大气能见度最小值与浮标站相比，平均大0.0～0.1 km，而相对湿度最小值相差8.0%～14.0%；北海站的能见度最小值与浮标站相比，平均大0.1～2.5 km，而相对湿度最小值相差13.0%～25.0%。两个站中，北海站与浮标站的能见度最小值、相对湿度最小值相差稍大。

3 海雾典型个例分析

3.1 2016年2月11日—13日海雾过程

2016年2月10日中午受西南倒槽的影响，北部湾海面开始出现大雾天气。11日西南倒槽发展为西南暖低压，北部湾位于暖低压的南侧，低层1 000 hPa受偏南气流影响(图5)，使得暖湿气流源源不断地从北部湾海面输送到广西陆地。在这种天气形势背景下，来自海上温度、湿度均较高的气流经过北部湾水温较低的海面上，冷却形成平流雾。从出现时间来看，浮标站10日11:00开始出现大雾，持续4 h，之后转为轻雾至11日01:00，11日02:00重现大雾至13:00共持续12 h，11日22:00第三次出现大雾至12日12:00共持续14 h；涠洲岛站大雾出现时间较浮标站晚14 h，11日02:00出现大雾，持续1 h后转为轻雾，11日22:00再次出现大雾至12日9:00共持续11 h；北海站大雾出现时间较涠洲岛站晚1 h，11日03:00出现大雾，持续3 h之后消散。从海雾天气过程的平均大气能见度分析，浮标站为3.6 km，比涠洲岛站小1.9 km，比北海站小4.2 km，浮标站的平均大气能见度与涠洲岛站更为接近。从海雾过程最小能见度来看，3个测站的最小大气能见度均低于500 m，其中浮标站的日最小大气能见度为100 m，涠洲岛站为200 m，北海站为300 m。

图5 2016年2月11日20:00北部湾地区1 000 hPa风场Fig. 5 Wind field of 1 000 hPa at 20:00 BST 11th February 2016 over Beibu Gulf area

从大雾出现时间、海雾天气过程平均大气能见度和最小大气能见度分析，本次海雾天气过程的大雾出现时间为浮标站最早，其次是涠洲岛站，北海站最晚；浮标站平均大气能见度与涠洲岛站较接近，但大雾持续时长不同；3个测站的最小大气能见度均低于500 m。这是由于此次海雾过程发生在冬春季节交替、大气环流调整的季节，海面温度较低，受西南暖低压发展的影响，温度、湿度均较高的气流经过水温较低的海面上，冷却形成平流雾，造成自南向北出现海雾，位置靠近的涠洲岛站平均大气能见度与浮标站较接近。

3.2 2016年3月16日—18日海雾过程

图6为2016年3月15日北部湾地区1 000 hPa风场的分布情况。3月15日，冷高压逐渐向偏东方向移动，在长江口出海。从图6可以看出，北部湾地区受变性高压脊后部偏东气流影响。16日01:00前后涠洲岛站出现大雾，大气能见度下降到0.9 km并持续到凌晨6:00，而后转为轻雾，大气能见度为1.3～2.8 km，17日05:00再次出现大雾，11:00消散，21:00大雾重现，18日11:00大雾过程结束；16日02:00浮标站出现大雾，较涠洲岛站晚出现1 h，大雾持续了4 h，而后转为轻雾，至中午11:00能见度达到11.2 km，16:00轻雾重现，17日05:00大气能见度迅速降至0.5 km，之后雾持续至18日中午消散，大气能见度达到15.0 km；北海站整个过程仅出现了轻雾，北海站16日04:00大气能见度降至2.2 km，16日白天有所好转，但大气能见度仍小于5.0 km，轻雾维持到17日11:00，之后大气能见度达到10.1 km。从以上分析可以看出，在本次海雾过程中涠洲岛站最早出现大雾，随后是浮标站，然后北海站出现轻雾，表明此次海雾过程是从东南向西向北逐步蔓延的。

这次由出海高压后部影响造成的海雾过程，3个测站的大气能见度变化趋势比较一致(图7)，都是在夜间至上午出现大雾或轻雾，中午雾消散大气能见度升高。从海雾天气过程平均大气能见度来看，北海站为4.2 km，涠洲岛站为1.9 km，浮标站为2.1 km，浮标站的平均大气能见度与涠洲岛站相差0.2 km，与北海站相差2.1 km。

图6 2016年3月15日20:00北部湾地区1 000 hPa风场Fig. 6 Wind field of 1 000 hPa at 20:00 15th March 2016 over Beibu Gulf area

图7 2016年3月16日—18日海雾过程北部湾3个观测站大气能见度对比分布Fig. 7 Comparison of atmospheric visibility at 3 stations during the sea fog process from 16th to 18th March 2016

3.3 2016年3月31日至4月1日海雾过程

2016年3月30日，西太平洋高压与青藏高压对峙，北部湾处于两个高压之间的鞍形场内。由图8可以看出，北部湾上空受偏东南气流影响，风速较小。大量的水汽向北部湾地区聚集，空气湿度层增厚，在夜间强烈的辐射冷却作用下，北部湾出现了辐射雾。

从图9可以看出，2016年3月31日凌晨，浮标站能见度比涠洲岛站小1.0～2.0 km，比北海站小2.0～2.5 km，但北部湾3个观测站的大气能见度变化对应得非常好，而且3个站均出现轻雾，31日白天受太阳照射海雾逐渐消散大气能见度升高，涠洲岛站、北海站13:00—14:00的能见度超过15.0 km，浮标站的大气能见度增长得慢些，13:00—14:00浮标站的大气能见度超过5.6 km；4月1日的大气能见度变化情况与3月31日大体相同，也是凌晨到上午出现雾，白天太阳出来后雾有所消散，大气能见度提升，不同的是4月1日06:00—11:00浮标站的大气能见度比3月31日小，出现大雾，涠洲岛站与北海站的大气能见度更为接近。

图8 2016年3月30日20:00北部湾地区1 000 hPa风场Fig. 8 Wind field of 1 000 hPa at 20:00 on 30th March 2016 over Beibu Gulf area

图9 2016年3月31日至4月1日海雾过程北部湾3个观测站的大气能见度对比分布Fig. 9 Comparison of atmospheric visibility during sea fog process at 3 observation stations from 31st March to 1st April 2016

4 结论

本研究通过对北部湾浮标站2016—2017年的资料与涠洲岛站、北海站的对比分析，得到以下主要结论：

(1)2016年北部湾出现海雾37 d，2017年为19 d；从月分布来看，3月海雾日数最多，4月次之，2016年12月和2017年6—10月未出现海雾。

(2)从雾的生消特征分析，一天中出现雾的峰值时间为03:00—05:00，消散峰值时间为08:00—10:00，凌晨雾的生成频数要比消散频数高，中午和下午雾的消散频数高于生成频数；北部湾雾的维持时间绝大部分在3 h以内。

(3)浮标站与涠洲岛站、北海站能见度、相对湿度的对比分析表明，在海雾日，涠洲岛站的平均能见度、平均相对湿度更接近浮标站，从平均能见度差来看，涠洲岛站比浮标站大0.7～3.3 km，北海站比浮标站大1.5～5.1 km；从平均相对湿度差来看，涠洲岛站比浮标站小1.6%～2.4%，北海站比浮标站小2.7%～6.4%。而且，海雾日涠洲岛站的最小能见度、最小相对湿度与浮标站相差较小，北海站与浮标站相差稍大。

(4)2016—2017年3次海雾过程的大气能见度、持续时间对比显示，由于影响天气系统的不同，海上雾与沿岸陆地雾大气能见度会有很大的不同。当西南暖低压、高压后部影响造成大雾时，涠洲岛站的大气能见度与浮标站更接近，而北海站的大气能见度与浮标站相差较大；而均压场造成海雾时，3个观测站的大气能见度变化对应得非常好，凌晨到上午有雾，中午、下午雾消散。