井冈山山区道路大雾预报方法研究

李小冬

摘要：本文通过2014～2020年井冈山市厦坪、茨坪和黎坪3个地面气象观测站的观测资料，统计分析了井冈山市能见度低于500米大雾的时空分布特征;分析其形成原因，揭示了环流条件、环境条件、气象因素和地形等对大雾形成的影响，通过分析影响因子的相关性，筛选预报因子，通过回归分析的方法，建立了井冈山大雾的预报方程。通过对2021年1月至2021年2月茨坪站出现的14次大雾过程进行预报效果检验，报对10次，空报0次，漏报4次，预报准确率71.4%，预报准确率较高，应用前景较好。

关键词：大雾;井冈山;时空分布;预报方法

引言

雾是一种能见度低于1000米的灾害性天气现象，而能见度低于500米的大雾天气则更容易对人们的生产生活，特别是交通安全带来巨大影响。井冈山市位于江西省西南部，介于北纬26°27′～26°49′，东经113°49′～114°23′之间，地处赣湘两省交界的罗霄山脉中段，属亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛。大雾是井冈山常见的灾害性天气，特别是在地处罗霄山脉，高海拔的井冈山景区，经常出现局地性大雾天气，严重威胁井冈山的景区的道路交通安全，影响井冈山的旅游事业发展。特殊的地形地貌和局地小气候的影响，使得井冈山大雾的发生具有很大的不确定性，这也是预报的一个难点。雾的预报是本地社会公众非常关心的天气之一，而目前对井冈山大雾的系统化预报方法的研究还是空白。为了提高 大雾的预报准确率，为民众出行和政府决策提供有效的依据，对影响井冈山山区道路大雾的气象因素进行分析，并建立模型，形成山区道路大雾的预报方法，为井冈山的旅游事业发展提供一定的科学研判依据。

大雾发生受季节、时段，地形和环境等因素影响较大，各种因素的影响增加了大雾预报的难度。有气象学者从不同的方面对大雾做了一些研究[1-8]，得出了一些大雾预报的方法和结论。如许彬[1]，王欢[1]，李玉芳[1]等对江西省雾日统计、地区分布及形成原因进行了分析;邓德文[4]对江西高速公路局地雾时空特征及影响因素进行了分析;姜盈[5]，张日佳[5]，李凯[5]等对富阳大雾的影响及客观方向进行了研究;邓小丽[7]，林杨[7]用PP法对西安地区大雾天气进行了分析和总结出了预报方法。目前我市气象部门在实际工作中，对大雾的预报主要还是依靠经验和上级的指导预报，缺乏一套相对系统的客观预报方法。本文从井冈山市3个地面气象观測站2014～2020年气象观测资料着手，统计分析了井冈山市能见度低于500米大雾的时空分布特征;分析其形成原因，揭示了环流条件、环境条件、气象因素和地形等对大雾形成的影响，通过分析影响因子的相关性，筛选预报因子，通过回归分析的方法，建立了井冈山大雾的预报方程。为大雾预报提供参考。

1.井冈山市大雾天气特征

1.1资料选取及方法

本文选取井冈山市3个地面气象站 2014-2020年观测资料。井冈山市按照海拔和经济责任划分可分为低海拔的市区和海拔较高的景区。本文选取井冈山市区厦坪站（57894、海拔253米）、井冈山景区茨坪站（57894，海拔838米）和井冈山景区道路气象交通站黎坪站（J8759、海拔948米）三个地面气象站的观测数据。考虑到井冈山雾日较多，且能见度低于500米的浓雾对交通的影响最大，本文所研究的大雾过程均为能见度低于500米的天气现象。选取两个国家站（厦坪、茨坪）的小时数据，定义小时能见度小于500米为一次大雾过程，当有一个及以上时次出现大雾现象记为一个雾日;选取交通站J8759的分钟数据，将连续30分钟及以上能见度低于500米、相对湿度大于90%的低能见度过程定义为一次大雾过程，当有一个及以上时次出现大雾现象记为一个雾日。

1.2大雾的时间分布

（1）通过普查分析井冈山市厦坪站2016～2020年近5年大雾日数年变化发现，雾日整体呈下降趋势，其中2018年是一个峰值，全年大雾日数为31d，此后呈陡降趋势，2019～2020分别为25 d和9d。另外经过分析厦坪站大雾的月变化可知，平均每年11月至次年3月大雾发生次数较多，最多出现在1月份;4～10月出现大雾次数较少，而9～10月份出现最少。

（2）通过普查分析井冈山市茨坪站2016～2020年近5年大雾日数年变化发现，前三年较平稳，每年平均为84天，变化不大，后两年起伏较大，其中2019年为高峰，全年大雾日数为114天。2019～2020年，大雾呈陡降趋势，2020年降为低谷，只有66d。分析茨坪站2019年大雾天数偏多和2020年大雾天数偏少的原因发现，相较往年差异主要体现在3～6月，分析发现2019年3～6月茨坪站平均气温较常年偏高0.8℃，降水量偏多14.5%，而2020年3～6月平均气温较常年偏高1.2℃，但是降水量缺偏少4.3%。另外从茨坪站大雾的月变化分布图（图2.b）可看到，每年11月至次年3月大雾发生频率较高，其中1月份出现最多，4～10月出现大雾次数相对较少，而7～8月份出现最少。

（3）通过普查分析井冈山市黎坪站2014～2018年近5年大雾日数年变化发现，呈波浪式起伏态势，每年平均为173.4天，其中2014年和2017年为大雾高峰年份，全年大雾日数分别为192d和193d。2015年为低谷，为152d。黎坪站年平均大雾天数达47.5%，原因与特殊的地理位置和较高的海拔有关。另外从分析黎坪站大雾的月变化分，每月大雾日数都在10d以上，且5-6月异常偏多。

普查井冈山市厦坪、茨坪和黎坪站2014～2020年大雾天气的季节发现：井冈山市一年四季都有雾，井冈山市区厦坪站雾日数较少，大雾天气多发于冬春季;井冈山景区茨坪站出现大雾天气较多，而且具有明显的季节变化，季节分布具有明显的波动，整体来说冬半年雾日要多于夏半年，冬季>春季>秋季>夏季;井冈山景区道路黎坪站大雾日数最多，最多为春季53天，夏季49天次之，最少为秋季，也有32.8天。黎坪站夏季大雾日数偏多与夏季局地性降水有关，夏季午后，由于热力条件影响，井冈山高海拔景区极易出现局地性短时降水，降水使得近地层空气湿度较大，加之地面温度比气温高，高湿度的暖空气上升，在高海拔地区遇冷，极易形成局地的高浓度团雾，这也是井冈山景区山区道路易发生大雾的原因。

1.3大雾的空间分布

普查2014～2020年井冈山市大雾的空间分布可看出，井冈山大雾多出现景区，市区较少，高海拔地区多，低海拔地區少。以茨坪为代表的高海拔景区，易发生大雾天气，年平均大雾日数为86.4d左右，景区内最高峰海拔高度达1841米，通常会产生云雾缭绕的景象;以厦坪为代表的低海拔市区，大雾日数相对较少，年平均大雾日数为23.2d左右。井冈山市大雾可依次进行排序：厦坪（253米）→茨坪（838米）→黎坪（948米），分析可知高海拔的景区比低海拔的市区更易发生大雾天气，且由于特殊的地理原因，大雾日数随海拔高度成正相关关系。

1.4大雾的日变化

统计分析井冈山大雾的日变化可以发现：井冈山市区厦坪站出现大雾常为辐射雾，通常是夜间生成，日出前最浓，日出后逐渐消散;山上景区茨坪和黎坪站大雾出现则无规律，一天中任意时间都有可能出现，与特殊的气候条件和地形条件有关。

2.井冈山大雾天气影响因素

2.1环流因素

特定的环流背景是大雾产生的重要因素。分析井冈山2014～2020年间大雾发生时的环流形势。发现当出现辐射雾时，高空500hPa的环流形势多表现为低槽过境和槽后西北气流，地面形势则为地面高压和冷锋底前部型;当表现为平流雾或者混合雾（平流-辐射雾）时，高空500hPa的环流形势则表现为槽前西南气流或偏西气流，地面形势表现为地面倒槽型和入海高压后部型。地面高压-冷锋底前部型：这两种类型的大雾通常出现在强冷空气到来前或者过境后，高空500hPa处在槽后西北气流控制，700hPa、850hPa为一致偏北气流，850hPa以下通常存在逆温层，阻碍了大气的垂直运动，低层水汽不容易扩散，加之夜间强烈的辐射冷却降温，空气达到露点温度，就容易凝结成雾，多表现为辐射雾。地面倒槽型-高压后部型：这两种形势的大雾天气通常由于北方北方强冷空气堆积。高空500hPa有宽广横槽，有强冷空气积聚，700hPa、850hPa为偏南气流中，高低空为上下一致的偏南气流;井冈山处地面倒槽之中的均压区，多出现平流雾。

2.2环境因素

适宜的环境条件有利于大雾的生成，统计分析2014-2020年井冈山地区大雾日的环境因素得到：

2.2.1水汽条件

丰富的水汽形成大雾形成的根源。大雾就是有水汽凝结成小水滴形成的。通过分析发现：通常条件下地面温度露点差T-Td  在0-2℃之间，相对湿度达到90%以上，近地层水汽接近饱和是大雾产生的前提条件。

2.2.2气压条件

研究发现，井冈山地区出现大雾时的地面气压场通常由弱高压或均压场控制，这种静稳条件有利于大雾天气的出现。

2.2.3 风速条件

通过分析发现，微风有利于大雾的发生发展，大雾发生时地面平均风速通常在1～3米/秒之间，风速过大或过小都不利于对大雾的形成，风速太大，会使乱流作用太强，风速过小，辐射冷却又影响不到适当高度的气层。因此大雾的形成既需要一定的气流混合以加入冷却范围，又需要保持相对稳定的环境防止水汽被吹散。

2.2.4层结条件

低层层结稳定有利于大雾生成，逆温是大雾发生的重要因素。通过分析发现，雾日近地面层850hPa以上往往有弱的上升运动，高空则有下沉运动，下沉引起气层温度上升，低层上升运动使气温下降，这种过程就会形成逆温层。近地面层逆温保障了近地面层水汽积累过程，低空逆温则使近地面层积累的水汽不易扩散，层结稳定有利于保持近地面层潮湿，不利于水汽扩散，是大雾生成的有利条件。

2.3气象要素

我们大雾的预报方法上，除准确的运用数值预报产品外，参考本站相关地面气象要素也是十分必要的，通过对各气象要素和大雾形成的相关性分析，得到部分气象要素与大雾的形成存在一定的联系。

2.3.1相对湿度 ：大雾的形成与湿度条件密切相关，分析大雾发生时各层结的相对湿度发现，高空500-850 hPa相对湿度为40-60%左右，925hPa到近地面层相对湿度80-100%，相对湿度越大，水汽浓度越高，越接近饱和，有利于大雾的生成。

2.3.2 温度露点差：温度露点差是气温和露点温度的差值，值越小说明空气中的水汽越接近饱和，易出现凝结现象。分析发生大雾时的温度露点差发现：温度露点差小于等于2℃是大雾发生的一个临界值，温度露点差愈小，空气中的水汽愈接近饱和，对形成大雾俞有利。

2.3.3 风速：分析雾日地面风速发现：当出现辐射雾时一般地面偏北风≤3米/秒，出现平流雾时一般地面偏南风≤4米/秒，这有利于将暖湿气流向雾区输送，增加雾区水汽含量。

2.3.4 3h变温：研究雾日当天的气温变化情况发现，当冷空气来临或者过境时，气温快速下降时，会出现能见度急剧下降的大雾天气，当3h变温达到-5℃，或者1h变温达到-2℃并且持续，即3小时内气温急剧下降5℃或者1小时内气温急剧下降2℃，出现能见度低于500米的大雾天气概率会很大。

2.3.5气压梯度  分析发现地面气压梯度较小，非常有利于大雾的形成。

2.4地形因素

大雾发生具有地域特性，重要一环是考虑本地地形因素。井冈山市地形（如图1）条件比较复杂。全市地形成倒三角形，罗霄山脉从中部贯穿南北，高耸突出，最高处海拔达1841米;西北角的龙市片区和东北部的新城区则为丘陵和小平原地带。整个地势中部高耸、从北到南，八百里巍巍井冈，是著名的井冈山风景名胜区;西北和东北地势较为平坦，海拔较低，形成了井冈山市区。厦坪站位于井冈山脚下的城区，属于平原地带，受山地影响较小，大雾较好预报。茨坪站则位于井冈山风景区的中心地带的茨坪景区内，海拔800多米，四面环山，极易形成局地的小气候，形成大雾天气;黎坪交通站位于桐木岭景区泰井路海拔最高处，海拔948米，受高海拔、降水、道路交通和特殊地形等因素影响，一年四季均易出现大雾。分析井冈山市的大雾分布可得知，井冈山大雾与地形的关系十分密切，地势较平坦的市区雾日相对较少，与吉安市其他地方相差不大;而井冈山景区雾日异常偏多，原因是罗霄山脉高耸突出，横断南北，西南方向的暖湿气流从湖南方向过来，到了井冈山脚下，由于地形因素被迫抬升，随着海拔升高，气温下降，暖湿气流中的水汽达到过饱和点，形成小水滴，形成云雾，进而形成降雨。井冈山景区夏季午后易发生阵型降水，原因就是来自西南方向的暖湿气流被罗霄山脉阻断，在湖南一侧堆积抬升，当堆积的暖湿气流达到一定的厚度时，就形成了积雨云，积雨云抬升到井冈山上空遇冷，就形成了降水。夏季充沛的降水，使得井冈山景区水汽充足，相对湿度大，在高海拔地区就容易形成大雾天气，这也是黎坪站夏季雾日天数异常偏多的主要原因。

通过以上分析可知，井冈山大雾产生与其特殊地形关系密切，高耸的罗霄山脉，源源不断的西南气流，特殊的地形地貌都是造成井冈山山区雾日异常偏多的重要因素。

3.大雾预报方程建立及效果检验

通过对井冈山大雾成因分析，初步总结出井冈山大雾的预报的方向。首先确定根据季节，初步判断出现大雾的类型，秋冬和春季易形成辐射雾，夏季由于西南暖湿气流的影响，易形成平流雾或平流-辐射雾;再根据预报的各项气象要素指标，代入大雾预报方程进行计算分析，当出现符合预定值时，结合天气形势和影响系统，制作大雾预报。

3.1消空指标：

3.2预报指标：

3.2.1环流形势

①地面处于弱气压场，气压梯度小;

②500hPa和850hPa上一般为西北气流或高压脊;

③有降水发生，雨后易形成辐射雾。

3.2.2地形因素

井岡山景区山高林密，水汽充沛，冬春季易发生辐射雾;夏季则由于强盛的西南气流影响，易产生平流-辐射无。

3.2.3气象要素

①层结条件：近地面存在逆温层是大雾形成的基本条件之一，比较分析地温和近地层气温的温差，判断是否出现了逆温。

②风力条件：风速对辐射雾和平流雾的形成有很大影响。研究发现当地面风速为1-4米/秒时，最适合大雾的生成，较小或者较大的风速都不利于大雾的产生和持续;

③天空状况：高云或少云天气，大气对地面的保温效果不好，夜晚易发生辐射降温，对形成辐射雾有利;

④湿度条件：近地层相对湿度达到80%以上，温度露点差小于2℃，有利于大雾的产生;

3.3预报方程建立

通过对能见度和相关气象要素进行相关性分析，选取相关性较高的因子做为预报因子，通过回归分析，建立多元回归方程：

y=-3.0168+0.0206x1+0.1528x2+0.0241x4+0.037x5+0.0145x6-0.0217x7

其中y为能见度;x1为露点温度;x2为露点温度差;x4为最低气温与露点温度之差;x5为相对湿度;x6为时风速;x7为水汽压。

3.4预报效果检验

通过对2021年1月至20 21年2月井冈山景区14次大雾过程进行预报效果检验，评定标准：如果预报了大雾过程，报对则必须要求茨坪站出现1小时及以上能见度低于500米的天气过程，若未出现1小时以上或者能见度不低于500米的情况，记为空报;如果未预报大雾过程，而当天茨坪站出现1小时及以上能见度低于500米的天气过程，记为漏报。从检验结果来看：报对10次，空报0次，漏报4次，预报准确率达71.4%，预报效果较好。

4.小结

（1）井冈山大雾天气气候特征：井冈山一年四季都有大雾，市区雾日较少且具有明显的波动，冬半年多于夏半年;井冈山景区等山区地方雾日较多，雾日与海拔高度成正比，夏季最多，其次未冬春季，秋季最少。

（2）井冈山山区大雾异常偏多与井冈山特殊的地形有很大的关联，正是奇特的地形造就了井冈山奇特的大雾天气，也易形成云海等景观。

（3）相关气象要素（相对湿度、风速、3h变温、降水、气压梯度）与大雾出现具有相关性，是大雾预报的重要依据。

（4）建立井冈山大雾客观预报方法：首先根据季节，分析天气形势和影响系统，确定出现大雾的概率，若确定不会出现大雾，则预报无雾;若预测大概率会出现大雾，则对大雾进行分型，再进行指标消空，将预报因子代入方程求值，再根据得到的值，结合地面实况和天气实况，最终做出大雾预报。

参考文献：

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