李曉麗,唐 躍,王 雷
(舟山市氣象局,浙江舟山 316021)
舟山海霧發(fā)生問題探討
李曉麗,唐 躍,王 雷
(舟山市氣象局,浙江舟山 316021)
海霧是近年來造成舟山海上交通和海上作業(yè)發(fā)生災(zāi)害性事件最為突出的危險(xiǎn)天氣現(xiàn)象,本文通過天氣形勢、大氣穩(wěn)定度、相對濕度、溫度、風(fēng)向風(fēng)速及海溫等資料分析,對舟山海霧的發(fā)生與消散及持續(xù)問題進(jìn)行了探討,得出了一些規(guī)律。
海霧發(fā)生;消散及持續(xù)
海霧是指在海洋影響下生成于海上或沿岸地區(qū)的霧,是懸浮于海面氣層中的大量水汽或冰晶使水平能見度小于1 km的海上天氣現(xiàn)象。海霧是一種具危害性的天氣現(xiàn)象,一年四季均有發(fā)生。舟山地處亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū),島嶼眾多、海域廣闊,“霧鎖島城、望洋興嘆”經(jīng)常是舟山人的無奈。大霧是影響能見度的最主要天氣現(xiàn)象,具有很強(qiáng)的局地性。在大霧天氣,船只即使使用雷達(dá)等導(dǎo)航設(shè)備,仍經(jīng)常發(fā)生偏航擱淺、觸礁、碰撞等事故,對舟山海上交通作業(yè)造成極大危害。據(jù)舟山海事局近年來資料統(tǒng)計(jì),近200次海上因船舶碰撞、觸礁等發(fā)生的海難事故有70%是由海霧引起的。海霧真可謂“海上的無聲的殺手”。研究舟山海霧發(fā)生與持續(xù)及消散規(guī)律,具有十分重要的意義。
本文選用的資料為定海1954~2008年、普陀、嵊泗、岱山1961~2008年霧的月報(bào)表資料、大氣穩(wěn)定度、相對濕度、溫度、風(fēng)向風(fēng)速等相關(guān)的天氣資料及海洋資料。
根據(jù)舟山海霧形成特征及所在海洋環(huán)境特點(diǎn),可將海霧分為平流霧、混合霧、輻射霧和地形霧等四種類型[1]。舟山以平流霧為最多。
平流霧是空氣在海面水平流動(dòng)時(shí)生成的霧。暖濕空氣移動(dòng)到冷海面上空時(shí),底層冷卻,水汽凝結(jié)形成平流冷卻霧。這種霧其濃度和厚度都很大,一般幾十米至幾百米厚;且水平范圍大,通常可達(dá)數(shù)百或數(shù)千公里;持續(xù)時(shí)間長,一般多大于5~6 h,有時(shí)可達(dá)數(shù)天和一周。多生成于較寒冷的海域。
混合霧是海洋上兩種溫差較大且又較潮濕的空氣混合后產(chǎn)生的霧。因風(fēng)暴活動(dòng)產(chǎn)生了濕度接近或達(dá)到飽和狀態(tài)的空氣,冷季與來自高緯度地區(qū)的冷空氣混合形成冷季混合霧,暖季與來自低緯度地區(qū)的暖空氣混合則形成暖季混合霧。
輻射霧是當(dāng)海面上一層懸浮物質(zhì)或有海冰覆蓋時(shí),夜間輻射冷卻生成的霧。這種霧多出現(xiàn)在黎明前后,日出后逐漸消散。
地形霧是海面暖濕空氣在向島嶼和海岸爬升的過程中,冷卻凝結(jié)而形成的霧。由于海洋與露出海面的島嶼、岸濱之間的動(dòng)力和熱力作用的差異,在島嶼和岸濱常有海霧生成,一般稱之為地形霧。夜間,島嶼表面輻射冷卻,增加了成霧的頻率,也加大了霧的濃度,日間,島嶼表面升溫,使霧減弱或消散,因此島嶼霧具有較明顯的日變化。海岸附近,夏季陸上暖濕氣流流到海上,受海面降溫增濕作用凝結(jié)成霧,白天借海風(fēng)吹上陸地,夜里隨陸風(fēng)又回到海上,形成了海陸輕風(fēng)霧。如舟山的普陀山,春夏季節(jié)就經(jīng)常云霧繚繞。
3.2.1 舟山海霧的季節(jié)分布
圖1 舟山逐月的平均霧日
舟山海霧的分布具有很強(qiáng)的季節(jié)性(見圖1)。舟山一年四季都會(huì)出現(xiàn)海霧,但春季最為集中,3~6月尤其是,4~5月為最多,8~10月為最少。以嵊泗和定海為例,嵊泗年平均霧日為51.7 d,4~5月為最多。4~5月平均霧日為9.4 d和10.0 d;而8~10月為最少,每月都小于1 d。定海年平均霧日為17.5d,也是4~5月為最多,4月,5月平均霧日為4.0 d和3.8 d;同樣8~10月為最少,每月都不到0.1d。
舟山海霧的季節(jié)分布與海溫、氣溫的季節(jié)變化有關(guān)。海霧的發(fā)生必須通過兩個(gè)途徑,增濕和降溫。冬季舟山海氣溫度雖然最低,但由于平均相對濕度較小,舟山冬季平均相對濕度在70%,僅靠降溫空氣不易達(dá)到飽和,所以不易生成海霧。秋季也是這樣(秋季舟山的相對濕度在75%)。而沿海8月平均相對濕度在85%以上,但海氣溫度太高,若空氣的飽和水汽壓增大,反而難于達(dá)到飽和,不利于霧的生成。到了春季,舟山沿海平均相對濕度在80%,平均氣溫在14~18℃,而此時(shí)海表溫度偏低,海氣溫差適宜,故最有利于海霧的發(fā)生。
另外,舟山海霧的季節(jié)分布還與季風(fēng)有關(guān)。在春夏季節(jié),東亞季風(fēng)盛行時(shí),舟山沿海多偏南風(fēng)和東南風(fēng),當(dāng)來自太平洋的暖濕氣流吹到沿岸的冷水域時(shí),則易生成海霧。在秋冬季節(jié)盛行冬季風(fēng)時(shí),寒冷干燥的北風(fēng)和西北風(fēng),不利于海霧的生成[3]。因此,8月以后舟山的海霧相對較少。
3.2.2 舟山海霧的地理分布
舟山海霧的分布具有很強(qiáng)的區(qū)域性。我們從表中可以看出,舟山海霧呈現(xiàn)出北部多于南部,東部多于西部的分布特征。舟山北部嵊泗海域?yàn)樽疃?。嵊泗年平均霧日為51.7 d,東南部海域其次,普陀年平均霧日為36.7 d。定海為最少17.5 d。除普陀9月份外,其余各站全年均有海霧發(fā)生的可能,嵊泗站發(fā)生的幾率最大,年平均霧日達(dá)51 d,平均每7天有一個(gè)霧日,普陀略少,定海則要少得多,這反映出越離開陸地位于東面,霧生成的機(jī)會(huì)越多。統(tǒng)計(jì)反映,月發(fā)生霧日的天數(shù)相差較大,最多的是1998年的4月,定海、普陀、嵊泗分別為11 d、15 d、15 d;而最少的月份甚至沒有大霧;出現(xiàn)連續(xù)大霧時(shí)間最長的是嵊泗1999年6月5~12日,共8 d。
3.2.3 舟山海霧的日變化
統(tǒng)計(jì)了嵊泗、定海兩測站4月份海霧各時(shí)段生持(生成持續(xù))和消散次數(shù)(見表1),發(fā)現(xiàn):從海霧生持、消散日變化來看,定海站14~16時(shí)沒有霧生消,其余各時(shí)次都可能有海霧生成,但也可能消散。
從定海站的分布來看,凌晨04~06時(shí)海霧生成的機(jī)會(huì)最多,16~18時(shí)、上午06~08時(shí)次之,而白天08時(shí)以后到16時(shí),夜間18~22時(shí)、00~04時(shí)霧生成的概率較小。霧消的時(shí)間一般在06~08時(shí)、08~10時(shí)以及10~12時(shí)。嵊泗站各個(gè)時(shí)次海霧生成機(jī)會(huì)都較大,20~22時(shí)、02~08時(shí)海霧生成機(jī)會(huì)最多。各個(gè)時(shí)次海霧消散都有可能,以06~08時(shí)最多,08~12時(shí)次之。
海霧是在一定的天氣形勢下發(fā)生的,舟山沿海地區(qū)的平流霧或平流輻射霧,一般出現(xiàn)在入海變性高壓的西部、太平洋高壓西部以及氣旋和低槽的東部[2]。在這樣的環(huán)境場下,其對應(yīng)的高空,要么副高偏強(qiáng),其脊線一般都維持在15~18°N之間,變性高壓入海后,疊加在副高上,東海一帶沿海都維持弱暖濕氣流的輸送;要么700~850 hPa的槽前的暖濕氣流活躍,有暖脊和正變濕配置,有明顯的暖濕平流輸送。這樣的高空環(huán)流形勢,對海霧的形成提供了極為有利的水汽條件。當(dāng)其他條件相同,濕平流的強(qiáng)度適合,其厚度越大,越有利于霧的形成。往往,有利于對暖濕氣流的輸送,風(fēng)力一般維持在2~10 m/s,為平流霧的形成提供了有利的下墊面條件。如2009年4月11~13日連續(xù)2d的大霧過程(見圖2),本海區(qū)連續(xù)3d處在入海高壓的后部,地面氣壓場較弱,地面一直吹微小的偏南和東南風(fēng),兩天的厚度均達(dá)到700 hPa,導(dǎo)致了4月11~13日連續(xù)2 d的大霧天氣。2007年的2月7~8日,當(dāng)本海域處在江淮氣旋或西南倒槽的東部,700~850 hPa低槽前,有較強(qiáng)的暖濕平流輸送,為925~850 hPa以下至地面形成平流逆溫提供了可能(見圖3)。同時(shí),海霧的發(fā)生又需要具備下列基本條件。
表1 定海、嵊泗站4月份各時(shí)段海霧生持、消散次數(shù)(1990~1999年)
3.4.1 適宜的溫濕場
我們知道,霧是近地面空氣懸浮的大量水滴或冰晶微粒的集合體,是貼地面空氣蒸發(fā)或冷卻后達(dá)到飽和狀態(tài)凝結(jié)而成的。所以,大霧的形成,水汽的條件是必不可少的。
舟山能否形成平流霧,與初始水汽條件及其未來的變化有著密切的關(guān)系。初始水汽條件,可用1000 hPa的溫度露點(diǎn)差值和地面的相對濕度得知。由個(gè)例分析發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)平流霧時(shí),舟山的相對濕度均≥85%,1000 hPa的溫度露點(diǎn)差值均≤2℃(見圖4)。另外,可根據(jù)24 h的露點(diǎn)變量ΔTd24,來反映舟山的水汽的分布情況。
我們用相對濕度來表征大氣中的水汽含量,統(tǒng)計(jì)嵊泗站1990~2000年4月份海霧生成前一日14時(shí)的相對濕度,得到:相對濕度達(dá)85%以上的占總數(shù)63.4%,相對濕度70%以下的只占10.9%。
圖2 入海高壓后部或底部的地面
圖3 2007年2月7日8時(shí)地面形
圖4 2009年11月9日08時(shí)1000 hPaT-Td場
統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn)當(dāng)ΔTd24≥0℃,未來出現(xiàn)平流霧的占90%左右。據(jù)統(tǒng)計(jì),舟山沿海氣溫與露點(diǎn)溫度的差值在0.1~0.5℃時(shí)產(chǎn)生的海霧次數(shù)最多[2]。
3.4.2 海面水溫與水氣溫差
由于陸地受熱、散熱的分布層較淺,對氣溫的影響較大。而海洋熱容量大,通過透射和亂流混合作用受熱、散熱的分布層較深。因而海水溫度的變化有滯后現(xiàn)象。春、夏季舟山海域?yàn)橐粋€(gè)冷海水區(qū)域,當(dāng)冷、暖氣團(tuán)流經(jīng)海面時(shí),便形成了海面與陸地上空、近海面上空與其較高層次空氣的物理屬性的差異,促使了海面與大氣底層之間溫濕場的交換。
觀測結(jié)果表明,海霧常在氣溫高于水溫約1℃時(shí)出現(xiàn),主要出現(xiàn)在0°~6℃的范圍內(nèi),當(dāng)差值達(dá)到8℃和10℃以上時(shí),就極少有霧生成。從氣候上說,月平均水溫低于月平均氣溫的季節(jié),往往是多霧季節(jié)。舟山沿海春季平均相對濕度在80%以上,平均氣溫為14~18℃,而此時(shí)海表溫度仍偏低,海氣溫差適宜,因此,最有利于霧的生成[3]。但是,當(dāng)相對濕度低于70%,或者氣溫與露點(diǎn)溫度的差值大于6℃時(shí),一般不會(huì)有霧生成。
3.4.3 大氣穩(wěn)定度
較強(qiáng)的逆溫層結(jié)有利于霧的持續(xù)存在,這是因?yàn)槟鏈貙咏Y(jié)可以阻擋水汽向高空輸送,抑制低層大氣的對流發(fā)展,使水汽和凝結(jié)核聚積在低空,對霧的形成極為有利。有學(xué)者對太平洋海霧過程中不同天氣型式下的低空空氣穩(wěn)定度進(jìn)行分析研究,發(fā)現(xiàn)凡是低空氣團(tuán)屬性處于逆溫狀態(tài),海霧總是持續(xù)存在,一旦逆溫消失,海霧也隨著消失或轉(zhuǎn)成低云[4]。有較強(qiáng)的逆溫層結(jié)可以使霧產(chǎn)生與維持。我們統(tǒng)計(jì)了1990~1999年霧發(fā)生前一日08時(shí)的杭州測站的地面到高空925 hPa、850 hPa、、700 hPa的探空資料,發(fā)現(xiàn)層結(jié)穩(wěn)定度特征表現(xiàn)并不明顯,93個(gè)個(gè)例中出現(xiàn)逆溫的只有36次,而且大多在850 hPa以下。這次我們還計(jì)算了逆溫層頂高,發(fā)現(xiàn)500<H<1000 m的有24次,占66.7%,1000≤H<1500 m的有10次,H≥1500 m的只有2次,這說明影響舟山的平流霧多為低懸逆溫;逆溫強(qiáng)度0≤r≤1.0(℃/100 m),雖然這種低空逆溫和等溫狀態(tài)的存在,對于舟山沿海海霧的生成不一定有直接的作用,因?yàn)橛心鏈噩F(xiàn)象不一定就有海霧。但海霧生成后,由于空氣層結(jié)穩(wěn)定,卻為海霧的持續(xù)存在提供了有利條件。通過資料分析表明,霧日前24 h,臨近站的探空曲線并沒有一定的規(guī)律性,但霧日前12 h及當(dāng)天,臨近站的探空曲線有強(qiáng)的逆溫分布。因此,可以通過MICAPS系統(tǒng)中的925 hPa的資料,來預(yù)報(bào)低層是否出現(xiàn)逆溫層結(jié)可能。
3.4.4 適宜的風(fēng)場
海霧與風(fēng)向的關(guān)系,主要是由海岸方位與天氣型決定。一般當(dāng)舟山處在氣旋(或低壓槽)東部的偏南或東南氣流,有利于對暖濕氣流的輸送,對平流霧的形成極為有利。暖濕氣流的長期存在,對海霧產(chǎn)生和維持相當(dāng)重要。尤其是當(dāng)暖濕氣流經(jīng)過暖洋流水面時(shí),又得到大量的水份和熱量,一旦到達(dá)冷水面上空時(shí),極易產(chǎn)生海霧。個(gè)例分析表明,海霧生成時(shí),地面一般為偏南風(fēng)或東南偏東風(fēng)。風(fēng)力一般維持在3~10 m/s。同時(shí),風(fēng)隨高度明顯順轉(zhuǎn)。一般平流霧出現(xiàn)時(shí),對應(yīng)的前一天20時(shí)850 hPa上一般為偏南氣流,有時(shí)700 hPa上也是偏南氣流,而到500 hPa一般為偏西或西北偏西氣流。這種流場有利于低層暖濕氣流的輸送。另外,850 hPa上的風(fēng)速的大小也與平流霧的形成有關(guān),一般當(dāng)850 hPa上的風(fēng)速為4~16m/s時(shí),對平流霧的形成最為有利。若風(fēng)速太小,不利于暖濕氣流的輸送;風(fēng)速過大,則低空大氣亂流增強(qiáng),使得大氣層結(jié)趨于不穩(wěn)定,不利于霧的形成。所以,當(dāng)空氣擾動(dòng)弱時(shí),低云降而成霧。當(dāng)空氣擾動(dòng)強(qiáng)時(shí),霧可抬升為低云。
海霧生成、持續(xù)是以一定條件為依據(jù)的。當(dāng)這些條件發(fā)生逆轉(zhuǎn)或遭到破壞時(shí),海霧也就失去了其賴以生存的條件,走向消散。海霧消散主要有兩個(gè):一是天氣形勢改變,中斷暖濕平流。二是低層空氣增溫、風(fēng)速增大或低層空氣的穩(wěn)定度狀態(tài)遭到破壞。
就海霧生消的天氣學(xué)意義而論,起決定作用的是天氣形勢的改變。例如舟山沿海海霧大多數(shù)出現(xiàn)在偏南氣流里,一旦支持偏南風(fēng)的天氣系統(tǒng)發(fā)生轉(zhuǎn)變,當(dāng)有冷空氣侵入,沿海偏南風(fēng)轉(zhuǎn)成偏北風(fēng),海霧也就消散。
有時(shí)當(dāng)霧加濃時(shí),會(huì)類似毛毛雨;有時(shí)與毛毛雨同時(shí)存在,很難鑒別其是霧還是雨,這種情況日本氣象學(xué)者把它稱為霧雨。一般海霧轉(zhuǎn)成霧雨或轉(zhuǎn)成雨,說明天氣形勢可能有了變化至少低空空氣穩(wěn)定度有了一定變化。海霧便很難持續(xù)下去或隨即消散。舟山海霧也有這種現(xiàn)象。從歷史資料分析,通常是當(dāng)東移的入海低壓逼近時(shí),隨著天氣形勢逐漸變化,不僅海霧能轉(zhuǎn)變成雨,甚至可以持續(xù)一個(gè)雨霧并存階段,特別是平流霧與鋒面霧結(jié)合起來的海霧過程,最終是風(fēng)向轉(zhuǎn)變,風(fēng)力增加,海霧消失,轉(zhuǎn)為單純的降雨天氣。
另一方面,縱然天氣形勢沒有改變,但由于低空空氣穩(wěn)定度不斷改變,霧與雨可以交替出現(xiàn)。資料表明:在海霧出現(xiàn)和持續(xù)期間,如果有向霧雨或雨發(fā)展的趨勢,海霧必將趨于消散。要是天氣形勢無顯著改變,而是穩(wěn)定度在強(qiáng)弱上動(dòng)蕩不定,這時(shí)消散的霧還是會(huì)再度出現(xiàn)。這種現(xiàn)象常常與日變化結(jié)合起來,使得中午前后消散的霧,到了傍晚或夜間由于氣溫下降,使海霧再度出現(xiàn)。從而呈現(xiàn)出海霧日變化的現(xiàn)象。
(1)舟山平流霧為最多;
(2)舟山一年四季都會(huì)出現(xiàn)海霧,但舟山海霧的分布具有很強(qiáng)的季節(jié)性。但春季最為集中,4~5月,尤其是3~6月為最多,8~10月為最少;
(3) 舟山海霧的分布具有很強(qiáng)的區(qū)域性。舟山北部海域?yàn)樽疃?。嵊泗年平均霧日為51.7 d,東南部海域其次,普陀年平均霧日為36.7 d。定海為最少17.5 d;
(4)舟山海霧是要在一定的天氣形勢下才能發(fā)生與持續(xù)的。舟山沿海地區(qū)的平流霧或平流輻射霧,一般出現(xiàn)在入海變性高壓的西部、太平洋高壓西部以及氣旋和低槽的東部;
(5)舟山海霧的發(fā)生與持續(xù)還須有適宜的溫濕場、風(fēng)場、大氣穩(wěn)定度、水氣溫差。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)ΔTd24≥0℃,舟山未來出現(xiàn)平流霧的占85%左右。舟山沿海氣溫與露點(diǎn)溫度的差值在0.1~0.5℃時(shí)產(chǎn)生的海霧次數(shù)最多。舟山海霧發(fā)生與持續(xù),地面一般為偏南風(fēng)或東南偏東風(fēng)。風(fēng)力一般維持在3~10 m/s,較強(qiáng)的逆溫層結(jié)有利于霧的持續(xù)存在;
(6)海霧的消散與流場改變和日變化有關(guān)。海霧消散主要有兩個(gè):一是天氣形勢改變,中斷暖濕平流。二是低層空氣增溫、風(fēng)速增大或低層空氣的穩(wěn)定度狀態(tài)遭到破壞。
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P732
A
1003-0239(2011)01-0060-06
2010-03-21
李曉麗(1966-),女,工程師,主要從事海洋預(yù)報(bào)服務(wù)工作。E-mail:fuldl21@Sina.com.