雷州半岛雾的气候特征及生消机理讲解.docx
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雷州半岛雾的气候特征及生消机理讲解
第34卷第4期大气科学学报
Vol．34No．42011年8月
TransactionsofAtmosphericSciencesAug．2011
收稿日期:
2010-12-27;改回日期:
2011-03-18基金项目:
公益性行业（气象科研专项（GYHY（QX2007-6-26;江苏省青蓝工程“云雾降水与气溶胶研究”创新团队资助项目;广东海洋
大学校科研项目（1012157;热带海洋气象科学研究基金（RDJJ201004;广东海洋大学引进人才科研启动项目（1112190
作者简介:
徐峰（1962—,男,安徽滁州人,博士,副教授,研究方向为大气物理学与大气环境、海洋气象,
gdouxufeng@126．com;牛生杰（通信作者,
教授,博士生导师,研究方向为云雾降水物理学与人工影响天气,niusj@nuist．edu．cn．徐峰,牛生杰,张羽,等．2011．雷州半岛雾的气候特征及生消机理[
J]．大气科学学报,34（4:
423-432．XuFeng,
NiuSheng-jie,ZhangYu,etal．2011．FogclimatestatisticalcharacteristicsanditsformationanddissipationmechanismontheLeizhouPeninsula[J]．TransAtmosSci,34（4:
423-432．
雷州半岛雾的气候特征及生消机理
徐峰1,2,牛生杰1,张羽3,赵丽娟1,岳岩裕1,刘霖蔚1,蔡寿强1,张书文
2
（1．南京信息工程大学大气物理学院,江苏南京210044;
2．广东海洋大学海洋与气象学院,广东湛江524088;3．湛江市气象局,广东湛江524001
摘要:
利用分别位于雷州半岛北部、中部和南部的湛江站59a、雷州站46a和徐闻站42a的气象资料,分析了雷州半岛雾发生的规律及生消机理。
结果表明:
三站年雾日数变化趋势基本一致,呈“W”状,局部峰值明显升高。
三站的年平均雾日数分别为24.7d、30.4d和21.0d。
雷州半岛雾日主要出现在每年的1—4月及12月,3月雾日数最多,7月雾日数最少。
近10a湛江站夜间雾发生频率为90%;短雾多,持续时间在4h以内的占75%。
雾形成的天气形势可分为高压入海型、低压前型、冷锋前型、静止锋前型、鞍形场或均压场型5类,主要是平流雾、锋面雾和辐射雾。
3种雾消
散的天气形势是新冷空气补充南下、
雾滴出现碰并沉降形成小雨或日出后雾滴蒸发。
统计雷州半岛三站2000—2009年雾次频数得出,成雾概率最大的气象条件是气温为1525ħ、
T－Td≤1.0ħ、Δp3在－3.5－2hPa和1.52.5hPa之间、风向为NNE-ESE及风速小于5m/s。
L波段雷达探空大雾个例分析表明:
雾顶高度在1.5km左右,雾中温度随高度增加而减小;雾中相对湿度大于92%,1.5km之上急剧减小,3km以上保持不变;T－Td为1.26.4ħ;近地面风速为26m/s,风向随高度顺时针旋转,雾中有暖平流。
关键词:
雾;气候特征;生消机理;层结;雷州半岛中图分类号:
P468．0
文献标识码:
A
文章编号:
1674-
7097（201104-0423-10Fogclimatestatisticalcharacteristicsanditsformationand
dissipationmechanismontheLeizhouPeninsula
XUFeng1,2
NIUSheng-jie1,ZHANGYu3,ZHAOLi-juan1,YUEYan-yu1,
LIULin-wei1,CAIShou-qiang1,ZHANGShu-wen2
（1．SchoolofAtmosphericPhysics,NUIST,Nanjing210044,China;2．CollegeofOceanandMeteorology,Guangdong
OceanUniversity,
Zhanjiang524088,China;3．ZhanjiangMeteorologicalBureau,Zhanjiang524001,ChinaAbstract:
Theoccurrenceregularityandformation/dissipationmechanismoffogontheLeizhouPeninsula
havebeenstatisticallyanalyzedbyusingthemeteorologicaldataobservedatthreeconventionalweatherstationsofZhanjiang（59a,Leizhou（46aandXuwen（42a,whichlocateinthenorth,centraland
southpartoftheLeizhouPeninsula,
respectively．Theresultsshowthattheannualfogdaysoverthethreestationsbasicallyhavethesamevariationtrendinthepatternof“W”,andlocalmaximumvaluesincreasesignificantly．Theannualaverageoffogdaysatthethreestationsare24．7d,30.4dand21.0d,respec-tively．FogmainlyoccursfromDecembertonextAprilandontheLeizhouPeninsula．Thefogdaysisthe
mostinMarchandtheleastinJuly．Thefrequencyofnightfogisupto90%duringthepastdecade,andfogswithshortdurationmakeupthemajority,with75%ofwhichbelowthe4hours．Thesynopticsitua-tionsfavorableforthefogformationanddevelopmentontheLeizhouPeninsulacanberoughlydividedin-tofiveclasses:
highpressuresystem,lowpressuresystem,coldfront,stationaryfront,saddletypepressurefieldorisobaricfield．Theadvectionfog,frontalfogandradiationfogaredominanttypesoverZhanjiang．TheweathersituationscausingthedissipationofZhanjiangfogaremainlythefollowing:
new-borncoldairmovingsouthwardandsurfacewindspeedincreasing;drizzleformedduetocollision-coalescenceandsub-sequentgravitationalsettlingoffogdropletsafterfogdevelopment;fogdropletsevaporatingbecauseoftheincreasingtemperatureatthenearsurfacelayeraftersunrise．ThestatisticalresultsoffogfrequencyatthethreestationsonLeizhouPeninsulafrom2000to2009showthatthemeteorologicalconditionsofthebig-gestfog-formingprobabilityare:
T=15—25ħ,T-T
d
≤1.0ħ,Δp3=－3.5—－2hPaand1.5—2.5hPa,winddirectionofNNE-ESEandwindspeed≤5m/s．TheanalysisofL-bandradarsoundingdatashowsthatthetemperaturedecreaseswithaltitudeinfog,withthefogtopheightatabout1.5km．Rela-tivehumidityisabove92%inthefoglayer,whichdecreasessharplyfromtheheightof1.5kmuntil3km,andthenremainsunchangedabove3km．Thetemperature-dewpointspreadisfrom1.2to6.4ħ,with2—6m/swindspeednearthegroundsurface．Winddirectionrotatesclockwiselywithheight,whichindicatesawarmadvectioninfoglayer．
Keywords:
fog;climatecharacteristic;formationanddissipationmechanism;stratification;theLeizhouPeninsula
0引言
雾是近地层空气中悬浮着大量水滴、冰晶微粒而使水平能见度小于1km的天气现象,是中国常见灾害性天气之一。
随着社会经济的快速发展,雾造成的影响与日俱增。
研究指出:
雾造成的经济损失与其他灾害性天气造成的经济损失不相上下（Gultepeetal．,2007。
为了提高对雾害的科学认识,增强防御雾害能力,需要对雾的成因、影响、监测、预警、人工消雾技术等进行深入研究。
中国国务院办公厅2007年发出通知:
明确要求各地不断加强对雾、霾天气的监测预警,强化监测分析和适时临近预报,及时发布预报、预警信号。
中国气象局2010年5月在广州召开的全国海洋气象预报业务与技术发展研讨会中也提出,要提高海雾等海洋气象灾害的预报水平,提高预报精细化水平。
中国主要有6个雾区:
长江中游区、海岸区、云贵高原区、陇东—陕西区、淮河流域、天山及其北疆区（王丽萍等,2005。
沿海自南向北有5个相对多雾区:
雷州半岛和琼州海峡、福建沿海、舟山群岛、青岛—潮连岛附近海域、成山头附近海域,其中雷州半岛和琼州海峡年平均雾日超过20d（张苏平和鲍献文,2008;Niuetal．,2010a。
近年来,许多学者对雾的气候统计特征进行了系统研究（刘小宁等,2005;魏建苏等,2010,从而提高了对雾宏观特性的认识。
雾生消机理及边界层特征研究也取得了较大的进展（何友江等,2003;樊琦等,2004;郭立平和张素云,2007;陆春松等,2008;严文莲等,2009;封洋等,2009。
随着探测设备的快速发展,对雾边界层结构的探测也取得了许多研究成果（陈林等,2006;徐杰等,2009;Luetal．,2010;Niuetal．,2010b;Liuetal．,2011。
张苏平等（2008利用L波段探空雷达及数字化探空仪近3a的观测资料,对黄海西北部海雾期间的行星边界层温湿结构、湍流特征等进行了统计研究。
结果表明,雾顶高度和温度递减率存在明显的日变化和季节变化,白天比夜晚的湍流强、雾更厚,夏季比春季的雾厚。
湛江（110.4ʎE,21.1ʎN地处中国南海之滨的雷州半岛,是国家综合运输体系的重要枢纽。
湛江港是全国20个沿海主要枢纽港之一,是中国大陆通往东南亚、非洲、欧洲和和大洋洲航程最短的港口,在亚太经济圈中具有极其重要的战略地位。
同时湛江也是中国重要海军基地之一,由于南海诸岛主权问题日益显露,各种海洋军事活动也日益频繁。
因此,雷州半岛及南海海域雾的预报服务要求较高。
此外,位于雷州半岛南端的琼州海峡轮渡、湛江东海岛（宝钢钢铁、中（国科（威特石化等特大型项目也对雷州半岛雾的气象保障服务有较高要求。
雷州半岛是中国第三大半岛,三面环海,水汽丰沛,每
424大气科学学报第34卷
年冬春季冷暖空气常常对峙形成大雾天气,仅2010
年1—4月,湛江雾日就多达37d。
因此,雾已是影响雷州半岛及南海北部海域的灾害性天气之一,从服务社会、军事气象保障的角度考虑,开展对雷州半岛雾的气候特征和生消机理的研究十分必要。
1研究地点及资料选取
雾日选取以地面气象观测规范为标准,规定以
20时（北京时为界,只要测站出现雾的记录,不论持续时间长短,均定义当天为1个雾日。
根据雷州半岛地形特征,选取湛江站、雷州站和徐闻站分别代表雷州半岛北部、中部和南部,三站的
地理位置如图1所示（A、C、D,而B表示遂溪L波段雷达探空站。
选取湛江站1951—2009年59a资料、雷州站
1966—2008年42a资料、徐闻站1961—2008年（缺1985、2000年46a资料。
在分析雾生消环流背景时,考虑到有足够的代表性即可,因此仅对2001—2010年2—4月的Micaps天气图资料以及湛江、雷
州、
徐闻三站的地面气象资料进行统计分析。
2
雾日数统计特征分析
2.1
年变化
分析湛江站59a、雷州站42a、徐闻站46a的年雾日数可得:
三站年雾日数平均值分别为24.7d、30.4d、21.0d。
湛江站局部极大值出现在1953年
（34d、1969年（40d、1978年（43d、2004年（51
d,局部极大值呈明显上升趋势;局部极小值约有10次,1987年出现最小值（仅7次。
雷州站在1969、1983和2005年出现雾日数极大值,在1977和2001年出现极小值;1983年出现最大值（60d,1977年出现最小值（10d。
为了便于比较,选取1966—2008年湛江站、雷州站、
徐闻站3站雾日数资料进行分析。
由图2可以看出,3站的年雾日数随年份变化基本呈“W”状。
雷州站、徐闻站的年雾日数振幅及平均值基本维持
稳定。
湛江站1990—2000年出现年雾日数低谷,而湛江站年雾日数在2001年之后呈急剧上升趋势。
雷州站年雾日数变化规律与湛江站基本相同。
徐闻站年雾日数变化规律与湛江、
雷州两站有明显差异,徐闻站1988年前段（1961—1987年的雾日数总体高于1988年后段（1989—2008年,在1988年出现
最大值后,
1991年出现极小值（6d,2002年出现最小值（4d,
2003年后与湛江站变化趋势完全相反,具体原因有待进一步研究。
2.2
月变化
为了方便比较,
对湛江站、徐闻站、雷州站3站均选取1966—2008年雾日数资料,将各站1—12月每月的雾日数进行累加,分别得出3站的月累计雾日数的逐月变化情况（图3。
可以看出,
3站的雾日数主要集中在1—4月及12月,
3月雾日数最多
图1雷州半岛三站及遂溪L波段雷达探空站地理位置示意图（A:
湛江站;B:
探空站;C:
雷州站;D:
徐闻站
Fig．1
ThegeographicalpositionsofthethreeconventionalstationsandthesiteforL-bandradarsta-tionontheLeizhouPeninsula（A:
Zhanjiangstation;B:
L-bandradarstation;C:
Leizhousta-tion;D:
Xuwenstation
5
24第4期徐峰,等:
雷州半岛雾的气候特征及生消机理
图21966—2008年雷州半岛三站雾日数的逐年变化Fig．2TheyearlychangesoffogdaysatthethreestationsonLeizhouPeninsulafrom1966to2008
7月雾日数最少。
雷州站各月雾日总数略多于湛江站,但两站的月变化趋势基本一致。
徐闻站的变化趋势有较大不同,2—4月的雾日数明显少于湛江、雷州两站,这与徐闻紧靠琼州海峡的特殊地理位置有关,具体原因有待进一步深入研究。
湛江站雾日基本出现在1—4月及12月,这5个月的59a雾日数累计达1347d,占总雾日数（1459d的92.32%;3月出现最大值,有365d,占31.87%;7月出现最小值,只有1d。
徐闻站月变化雾日也主要出现在1—4月及12月,但只有665d,占总雾日数的75.4%,远小于湛江站同期的比例;3月也出现最大值（168d,但1、2、3月雾日数相差不大,却与湛江站有明显差异;同样7月出现最小值（6d
。
图31966—2008年雷州半岛三站月累计雾日数变化Fig．3ThemonthlychangeofaccumulatedfogdaysatthethreestationsonLeizhouPeninsulafrom1966
to2008
2.3日变化
对2000—2009年湛江站雾观测资料中的发生时间进行统计,结果表明湛江雾的产生主要在傍晚、夜间和凌晨,以01:
00—07:
00最多,占53%,19:
00—24:
00次之,占31%。
当日17:
00—次日07:
00雾发生的频率达90%,期间晚20:
00和早07:
00是两个雾多发时间点,雾发生频次分别达12%和13%（图4。
近10a雾持续时间频率分布如图5所示。
可见,湛江雾大多为短雾,持续时间1h以内的占30%,持续时间为14h的占45%,持续时间在4h以内的占75%。
雷州站、徐闻站的日变化（图略与湛江站基本相同,这里不再赘述。
图4湛江站雾发生频次的日变化
Fig．4ThedailyvariationoffogoccurrencefrequencyatZhanjiang
station
图5湛江站雾发生持续时间频率分布
Fig．5ThefrequencydistributionoffogdurationatZhan-jiangstation
3湛江站年雾日数小波变换特征分析
小波分析是时间—尺度分析和多分辨分析的一种新技术,是一种有效的时频分析方法,采用小波分析方法可以对时间序列的气象信息的时间（空间频率进行局部化分析。
小波变换的系数可用于判别气候资料序列中所包含的不同时间尺度下的周期特征。
本文取Morlet小波作为母小波函数,对湛江站1951—2009年59a雾日数资料作连续小波变换,小波功率谱分析结果如图6所示。
图中等值线为小波
624大气科学学报第34卷
模的平方,阴影区通过90%置信度的显著性检验,点阴影区是小波变换受边界影响的区域。
可以看到,湛江雾日数存在24a的周期振荡,其中20世纪70年代中期至80年代表现得最显著。
雷州、徐闻雾日数的周期特征（图略与湛江站基本相同,不再赘述。
4雾生消天气形势
根据天气图资料及地面观测雾日数,对湛江雾日发生的天气环流形势进行归类分析,可以将湛江雾出现的天气形势大致分为高压型、低压型、冷锋型、静止锋型、鞍形场或均压场型5类。
结合天气形势与雾发生的地面气象观测记录分析,湛江春雾大部分的主要种类是平流雾、锋面雾和辐射雾。
4.1高压入海型
冷高压从长江入海口或胶东半岛以南入海后东移,雷州半岛处于其后部的均压场或气压梯度较小的区域,地面吹偏南风或偏东风,风力较弱,一般为24m/s。
南海沿岸存在着表层水温较低的冷水区域,这样的风场将外海的暖湿空气输送到华南沿岸的冷海面,在这一过程中暖湿空气冷却达到饱和而形成平流雾。
图7为一次典型高压东移出海回流型平流雾的生消过程。
2009年2月9日23时高压位于长江入海口,中心偏弱。
2月10日17时高压已经出海,雷州半岛处于高压后部的偏东流场中,风速为24m/s。
由于随冷高压平流到海上的干冷空气经过暖海区后湿度、温度均提高,回流到华南沿岸时遇冷海面就形成平流雾。
2月10日夜间至11日上午湛江、徐闻、雷州均有出现雾的记录。
到2月11日17时,冷高压已经东移至130ʎE附近,该过程结束。
4.2低压前型
中国西南地区或中南半岛有一低压,
低压前部
图72009年2月10日17时华南地面天气图
Fig．7ThegroundweathermapinSouthChinaat17:
00BST10February2009
的偏南、偏东流场有利于来自海上的暖湿空气平流到华南沿岸较冷的海面上冷却而形成海雾。
雷州半岛处于低压的东南或东侧,地面吹东南或南风,风速为26m/s,高空通常受西太平洋高压脊、南支槽或西南低槽影响,基本为西南风,带来海上大量暖湿气流。
图8—10为2010年2月28日晚雷州半岛在该种天气条件下出现雾的情形。
贵州省上空一直有低压发展维持,使得雷州半岛处于西南流场中。
同时,850hPa上西太平洋副高脊西伸北进,500hPa上南支槽强烈发展,雷州半岛上空含有丰富水汽的西南气流较为强盛。
地面与高空流场的综合作用,使得海上的暖湿气流不断地输入到华南沿海地区,出现了本次平流雾过程。
4.3冷锋前型
来自西伯利亚的冷空气不断向南侵袭,与华南暖湿气流交汇混合而形成锋面雾,随着冷锋推进到海上,大雾过程结束。
图11反映了一次冷锋过境在雷州半岛形成锋
724
第4期徐峰,等:
雷州半岛雾的气候特征及生消机理
图82010年2月28日20时东亚地面天气图
Fig．8ThegroundweathermapinEastAsiaat20:
00BST28February
2010
图92010年2月28日20时东亚850hPa天气图Fig．9TheweathermapinEastAsiaat850hPaat20:
00BST28February
2010
图102010年2月28日20时东亚500hPa天气图Fig．10TheweathermapinEastAsiaat500hPaat20:
00BST28February2010
面雾的过程。
2001年2月7日冷锋已经南推至华南沿岸,冷锋后冷空气迫使锋前暖湿空气沿锋面爬升,冷却凝结形成雾滴,雷州半岛出现锋面雾。
2
月图112001年2月7日08时华南地面天气图
Fig．11ThegroundweathermapinSouthChinaat08:
00BST7February2001
8日冷锋移出海面,地面是偏北风,湛江地区雾消散。
4.4静止锋前型
冷空气南下经过下垫面的加热和摩擦,到达华南沿海时已大大减弱,与海上热带天气系统对峙,在沿海地区形成静止锋,冷暖空气混合而形成锋面雾。
静止锋时常会导致出现雾、毛毛雨、小雨交错
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