闫智超，李冉，易笑园，解以扬

（1.国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站，河北秦皇岛 066002；2.天津市气象台,天津 300074）

1 引言

海雾是指发生在海上、岸滨和岛屿上空低层大气中,由于水汽凝结而产生的大量水滴或冰晶悬浮在海面的大气中，使水平能见度小于1 km的一种天气现象，也可理解为大气中含有微小的悬浮水滴或冰晶使得大气水平能见度小于1 km着地的云[1]。海雾直接威胁着海上交通运输、渔业生产、石油开采等活动，严重影响到沿海地区的经济活动，甚至造成海难。因此，海雾作为一种严重的灾害性海洋天气，受到越来越多的关注。通过对海雾的观测和调查，了解它的属性和分布变化的规律，对海雾的预报有很好的参考意义[2-4]；通过模拟实验得到的高分辨率的数据，对了解海雾形成机制提供了有益的帮助[5-7]。张红岩等[8]还针对海雾的年际变化展开研究。同时，分析海雾天气的影响系统及环流形势，对于实际预报工作也有非常重要的参考价值[9-10]。然而，由于区域和季节等环境的不同，海雾过程发生的物理条件差异很大，因此，本文选取了2011年2月22—24日发生在黄渤海的一次持续性大雾过程，对相应的影响系统及环流形势进行了分析。此次海雾浓厚、持续时间长、影响范围广，黄海北部以及大连、丹东、山东半岛能见度在1 km以下。受此次大雾过程的影响，2011年2月21—22日，渤海的秦皇岛、黄骅均有能见度在1 km以下雾的记录。据估算，卫星监测到的海上大雾影响面积约为10.8×104km2。本文利用卫星监测资料、环黄海北部陆地气象自动站、常规资料、NCEP1º×1º再分析资料对此次大雾过程的成因和生消特点等展开分析。

2 大尺度环流背景和物理量场分布

图1 a.2011年2月22日20时925 hPa上地面气压场（hPa），b.水汽通量散度（g/（hPa·cm2·s））c.22日20时温度平流（蓝线）和等温线（黑线）图（℃）d.24日20时温度平流（蓝线）和等温线（黑线）图（℃）

22日20时（北京时间）（见图1a）海雾已经出现，24日20时海雾消散。黄海北部海区处于高压后部、东北气旋前部的偏南气流中，黄海北部海区处于冷槽中，近海面为冷中心，有利于水汽凝结成雾（图略）。图1b为925 hPa水汽通量散度图，可见黄海北部海区为水汽通量散度负值中心，说明在对流层低层有水汽在黄海北部海区聚集，源源不断的水汽输送和聚集为海雾的形成提供水汽条件。图1c和1 d分别为925 hPa高度的22日20时和24日20时温度平流图。可见在海雾形成初期，对流层低层的西南气流向黄海北部输送正温度平流，有利于上暖下冷逆温层的形成（即22日20时）。而当对流层低层西北气流向黄海北部输送负温度平流时，海雾自西向东开始消散，这是因为上暖下冷的稳定结构被破坏。

3 资料介绍

探空站的探测资料可以代表站点上空200平方公里范围内的大气情况。沿海自动站的资料也能反应海上风、温、湿的变化情况。本文使用的资料有以下几种：

（1）MSMAT可见光云图。时间间隔1 h。受日照影响只有白天的图像；

（2）成山头、大连、丹东、平壤探空资料，要素有温度、湿度、气压、风向、风速。上述资料基本能反映黄海北部海洋上空大气层结变化特征；

（3）近海成山头、大连、丹东、平壤气象自动站观测资料。要素包括温度、湿度、气压、能见度、风向、风速；

（4）美国国家环境预报中心提供的NCEP再分析资料，水平分辨率1º×1º，垂直分辨率17层，时间间隔6 h；

（5）中国气象局MICAPS系统提供的业务系统常规资料。

4 观测分析

海雾观测资料的获取往往是通过沿海岸的气象站来获得的。利用高分辨率的探空站、自动气象站等资料，分析海雾过程中，海洋与大气界面水文气象条件和海洋上空大气边界层的层结条件，对进一步认识海雾过程非常重要。另外高分辨率的卫星监测资料，可以从空中俯瞰洋面，提供海雾的范围、形态和移动变化方向等，是目前获得海雾信息的最有效的观测资料之一。

图2 2011年2月22—24日MTAST卫星可见光云图演变（间隔3 h）

图3 环黄海北部的气象观测站（成山头、大连、丹东、平壤）温度（红色线）、湿度（绿色线）、能见度（蓝色线）和风向风速的演变曲线（蓝色圆点为能见度＜1 km）

4.1 卫星云图特征

从2011年2月22—24日白天的MTSAT可见光卫星云图（见图2）上看，海雾发生在黄海北部，从22日08时—24日17时，持续了58 h。22日海雾主要存在于黄海北部及中部沿朝鲜半岛西海岸海域，为图中乳白色反照率较高的区域，从范围和亮度上看中午与早晨、傍晚区别不大，一天中维持少动，具有平流雾的特点。23日早晨海雾向南部扩散，雾区范围扩大，覆盖黄海北部和中部，且向辽宁省陆地蔓延，23日11时可见光图上的乳白色雾区边界的形状与海岸线吻合，乳白色区域比前一天更浓厚、颜色更白亮。24日乳白色雾区的亮度比前一天变暗，雾的厚度变薄，08时之后，自西向东，大雾开始消散，直到17时，黄海北部的雾已全部消散。

4.2 自动站资料分析

图3为环黄海北部各气象站（成山头、大连、丹东、平壤）从19日08时—24日20时温度（红色线）、湿度（绿色线）、能见度（蓝色线）和风向风速的演变曲线。19日08时—21日20时为大雾形成前，21日20—24日08时为大雾维持时段。蓝色圆点为能见度小于1 km的时刻。从图4可见以下几种特点：

（1）温度、湿度曲线有明显的周期性，即白天温度出现高峰值、夜晚出现低峰值；

（2）温度曲线与湿度曲线接近时，也就是温度露点差较小时，能见度较低，能见度在1 km以下时，两条曲线甚至重合，表明浓雾时，大气接近水汽饱和状态；

（3）24日11时以后，黄海北部自西向东地面风向转为偏北风，本次持续性海雾天气结束。说明西北干冷空气的侵入是导致平流雾逐步消散原因；

图4 环黄海北部各探空站不同高度处的温度（阴影）、相对湿度（实线）和风场随时间的演变（北京时）

（4）分析位于山东半岛东端的成山头（见图4a）可见：22日17时—23日14时，连续13个时次能见度近乎为零，而且地面持续西南风4 m/s以上，最大时西南风为8 m/s，在如此大的风速下，维持浓雾天气，进一步说明，这是一次平流雾。图4b黄海西端-大连的要素曲线图分析可见：在成山头出现浓雾的时段，大连出现的都是轻雾，能见度为1—10 km，两次大雾（能见度低于1 km）均出现于早晨05—08时，并且风速不大，均为2 m/s。能见度具有明显的昼夜差别，说明大连的雾有辐射雾的成分。图4c是黄海最北端的丹东要素曲线图，从22日17时以后至23日11时，能见度始终低于5 km，特别是23日早晨至24日上午，能见度维持在1km以下，甚至为0 m，雾呈昼夜周期性变化，风速2 m/s，风向为东南，表明为辐射雾特征。朝鲜平壤位于黄海北部的东侧（见图4d），大雾发生在23日入夜以后，并持续了15 h，大雾时风速维持0—1 m/s。23日20时平壤的能见度维持在12 km，3 h后能见度急降至1 km，所以，平壤的浓雾应为平流辐射雾，既有平流因素，也有地表冷却辐射作用。

4.3 探空资料分析

由探空资料分析可见图4，具有如下共同特征：

（1）可以看到，在雾形成之前（22日08时），在700 hPa之下、900 hPa之上均存在着暖性的西南气流，西南风风速为8 m/s左右。且西南气流存在一段时间后，大湿度区厚度快速地、显著地形成增厚的情形。这说明对流层低层的西南气流起到增湿和增加该层内温度的作用，此时暖的气团叠加在冷的气层之上，促进了逆温层的形成，并且逆温层形成的“暖盖”，阻止了动量和热量的垂直交换，不利于水汽向高层湍流混合的发生，使低空积聚的水汽在冷海面的作用下冷却凝结成雾，有利于雾的持续。因此，西南暖湿气流为雾的形成和长时间维持提供了逆温和湿度条件，是大雾发展持续的重要因子；

（2）分析可见，在22日08时—24日08时，各站在边界层内的风向有区别，如成山头（122°E,37°N）是南风和西南风，大连（121°E,39°N）和丹东（124°E,40°N）是南风和东南风，朝鲜（126°E,39°N）为弱的偏西风，根据它们的地理位置可知，沿岸陆地站的边界层内的水汽来源于洋面。

5 水汽及输送特征

黄海北部海区（123º—126ºN）上空，水汽来源和增湿过程与物理量分布有密切关系，然而，通过NCEP再分析资料展现的沿39°N相对湿度与风的剖面图（见图5）,能更进一步清楚地了解黄海北部海域水汽及水汽输送情况。

122.5°—124.5°E对应黄海北部海区，从21日08时起，黄海北部海域湿度高于周围地区，最大相对湿度70%，与风场配合可见，该区域有弱的南风，风速2—4 m/s。白天在太阳辐射的影响下，强度略有减弱，入夜后湿度层厚度迅速增厚，23日02时50%湿层高度达到850 hPa，最大值达到100%，且饱和湿度层的厚度也达到900 hPa。配合风场可知，在1000—850 hPa，水汽是在西南气流作用下向黄海北部输送，即这支水汽来源于黄海南部或东海海面；与此同时，在750 hPa高度，还有一支在西到西北气流输送来的水汽层。至23日14时，黄海上空高低两条水汽通道打通合并，使50%湿度层的高度达到700 hPa。充沛的水汽为雾的形成提供了有利条件。此时海雾强度达到最强、范围最大。23日20时—24日02时，750 hPa偏西风加大到8 m/s，高低空风速切变增大，有利于产生上升气流，而上升运动加强会使稳定的大气层结被破坏，低层水汽向上传输，相对湿度80%边界从900 hPa下降至975 hPa，低层水汽强度明显降低。这是24日雾气逐渐减弱、消散的原因之一。

6 动力特征

图6分别为23日浓雾期间沿39°N散度和垂直速度四个时次（08时，14时，20时，02时）的垂直剖面。从图可见黄海北部海域上空在23日08时、20时、02时均出现低层负散度、高层正散度的情况。其中08时和02时负散度高度在975—950 hPa之间，20时负散度高度达到900—850 hPa，说明在这三个时次，对流层低层有辐合、高层有辐散，有利于产生上升气流，但由于辐合层的高度较低，上升气流的厚度远不能达到产生对流天气的程度。以上说明，在大雾期间，浅薄的低层辐合层有利于上升气流的形成，对大雾中的水汽凝结是有利的。另外中午14时对流层低层的辐合层和辐散层中心位置与其它三个时次相反，说明白天对流层存在高层辐合低层辐散的动力特征，此时对流层低层层结稳定，这与中午太阳辐射使上层大气增温有关。以上演变可知大雾在维持阶段，夜间的散度的垂直分布特征有利于雾的凝结，白天散度分布特征有利于大气层结稳定。这都对大雾的维持起着积极作用。

图5 沿39ºN黄海北部海区（123º—126ºN）相对湿度、风剖面图（北京时）

图6 23日08时—24日02时沿39°N做散度的垂直剖面图

7 结论

本文选取了2011年2月22—24日发生在黄渤海的一次持续性大雾过程，结合高分辨率可见光卫星云图提供的海雾发生范围和演变过程等信息,根据常规观测资料对海雾发生前的大气背景和物理量场进行了描述，并利用环黄海北部4个站的探空、NCEP1º×1º再分析资料和气象自动站资料对海雾发生时低层大气的温度、风、逆温特征进行了详细分析，最终得出以下主要结论：

（1）环黄海北部4个气象自动站的观测表明：在4个站中，成山头以平流雾为主、大连和丹东以辐射雾为主、平壤即有平流雾特征，也有辐射雾特征；

（2）利用探空站资料得到不同高度物理量随时间变化可以看到，此次海雾过程沿岸站点上空都有逆温层维持，而且，对流层低层暖平流的输入明显，其有助于维持大气层结稳定、保持逆温层；

（3）分析水汽空间输送分布特征得到：在850 hPa以下和750 hPa分别存在两条水汽输送带，一条来自黄海中南部的西南气流，一支来源于中层的偏西气流，两条水汽输送带的共同作用为持续性大雾的形成和维持提供了水汽条件；

（4）通过海雾发生时的散度和垂直速度剖面分析动力因素可知：夜晚对流层低层（700 hPa以下）辐合和高层辐散的动力分布，有助于逆温层内弱的上升气流维持，对水汽凝结有利；同时，白天低层辐散、高层辐合的动力分布于有助于下沉气流，有利于稳定度和逆温的维持；

（5）负（冷）温度平流南下，即西北干冷空气入侵是使大雾消散的动力热力因子。

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