毛程燕，潘 欣，龚理卿，李浩文

(1.浙江省衢州市气象局，浙江 衢州 324000；2.广东省广州市气象台，广东 广州 511430)

0 引言

雾引起的低能见度天气对道路交通影响很大，尤其是浓雾、强浓雾的持续，对航空、航海、交通运输都带来重大影响，给人们的出行和人身安全带来诸多不利。近年来，越来越多的专家致力于研究雾出现的成因和预报方法[1,2]。雾一年四季均可发生，但较多出现在冬春季，有显著的空间差异、月际演变和日变化[3,4]。研究认为，出现雾时500 hPa一般以纬向环流为主，有时有弱脊或弱槽，没有显著的系统影响[5]；一般850 hPa以下偏东风和偏南风为主[6]，而地面图上以均压场为主；地面气压梯度小，边界层较稳定、有逆温或等温[7]、风速较小[8]、水汽饱和程度较高[9]。目前，很多气象工作者对雾发生形势特征、形成机制和预报方法等都开展了相当多的研究[10]，提出了相应的预报方法和预报思路[11]。许爱华等[12]在分析江西省区域性平流雾天气时利用气象要素变化特征建立平流雾的天气学概念模型，作为南方地区平流雾预报的参考指标；王博妮等[13]在分析江苏沿海高速公路低能见度成因和气象条件时发现，雾出现时主要气象要素例如相对湿度、风速等都有一定的阈值；雾预报在业务上主要有天气学方法、统计预报方法和数值预报统计释用方法等[14-16]。天气学方法主要是依靠前期天气实况、雾出现时的主要背景形势和物理条件建立天气学概念模型[17]，一般是将雾出现的高空环流场或地面形势场建立概念模型[18]。

然而，雾天气的出现不仅需要稳定的环流形势，还与当地地理环境有重要关系[19]。衢州市开化县观测站在2000年以前四面环山，一面有湖，所以常年风力很小，水汽又充足，一年中有近1/3的日数会出现雾，2003年之后周边部分山地挖平，雾日开始减少。衢州地区平均每年有30 d左右雾，多集中在冬春季。目前衢州没有适合本地的雾预报工具，对于雾的天气分析也缺乏清晰的预报思路、技术方法和系统的预报指标。本文基于前人的研究，根据衢州市5个气象站记录的雾资料，以20—20时(北京时，下同)为一个雾日，研究衢州地区出现雾的典型环流特征，并对雾发生前和发生时出现的物理结果进行深入分析，选取相应的阈值和消空指标，探究未来衢州的雾预报方法。

1 雾特征分析

1.1 雾空间分布特征

文中将水平能见度<1 km、相对湿度>90%的天气现象定义为雾。雾的空间分布受地理环境的影响较大，一般来说山谷或背风坡更易出现雾。衢州市地形分布呈南北山脉、中间平原地区，其中开化县观测站四面环山，常年风速较小，复杂的地形导致了相同天气形势下空间分布有明显差异。由图1可见，衢州市1980年以来每年平均出现雾29.6 d，中部雾分布差异较小，北部雾日数较多，呈现北部多、中南部少的典型特征。出现雾最多的地区为开化县，年平均雾日为65.1 d，其中20世纪80—90年代年平均雾日为86.6 d，2000年以后显著减少，年平均雾日有39.8 d(图略)；最少的是江山，年平均只有16.4 d，仅占全市雾总次数的11.1%。

图1 1980—2017年衢州市年平均雾日的空间分布Fig.1 The distribution of annual mean fog days in Quzhou city of Zhejiang Province from 1980 to 2017

1.2 雾时间变化特征

衢州市一年四季均有雾出现。由1980—2017年雾总次数可知(图2a)，衢州市雾日数有显著的月际变化特征，11月—次年4月是出现雾的主要时段，占雾总日数的68.4%；而7—9月平均雾日则最少，仅占12.0%。开化站出现雾的频次明显高于其他各站，尤其是11月，累积频次高达380次。衢州市雾出现最多的月份是12月，累计频次有155.2次，最少的是8月，只有30.4次。除了2月份雾出现频次最多的龙游站外，其他月份出现频次最多的全是开化站；最少的是8月份的衢州站，只出现过8次雾。总体来看，衢州深秋到冬春季最易出现雾。

衢州市一日内各时次均可出现雾天气，但雾出现呈现明显的日变化特征，后半夜到早晨易出现低能见度天气。由图2b可见，雾出现多发时段是23时—次日09时，占全体发生几率的83.2%。由图可见，雾出现高峰时段是06—07时，发生的频率占22.5%。

图2 1980—2017年衢州各县雾频次的月际变化(a) 和2010—2017年雾频次日变化(b)特征Fig.2 Monthly distribution features (a) of fogs from 1980 to 2017and daliy variation (b) from 2010 to 2017

2 衢州市雾形成的天气学分型

2.1 地面天气形势分型识别和对应的探空特征

雾的发生与地面和高空天气形势密切相关，本文对2010—2017年冬半年(11月—次年4月)雾的人工和自动观测资料进行分析，将衢州市3个站以上出现雾作为一个雾日，共统计出80次雾日过程。借鉴了李云泉等[18]对嘉兴市雾日天气形势分型，本文将衢州冬半年的雾出现的地面天气形势大致划分为4种天气类型：大陆高压型(36 d，36.7%)、冷锋前暖区型(17 d，17.3%)、入海高压后部型(14 d，14.3%)和低槽型(31 d，31.7%)。

为了更清晰地研究衢州市雾日环流特征，本文分别对4种形势下选择的典型个例进行重点分析。一般雾出现在地面气流较微弱的环流场或均压场中，等值线稀疏、风力较小。

2011年11月11—14日为冷锋后出现的地面低气压梯度场，天气形势属于典型的大陆高压型。13日08时冷高压中心位于贝加尔湖以东的蒙古一带(图3a)，中国大部分地区都处于大陆高压控制下。8—10日浙江省有一次冷空气影响，10日后期冷锋基本已经推进到华南一带，11日开始长江中下游处于地面弱高压控制之下，静稳条件下风力很小，夜间天气晴好辐射降温明显，衢州市连续3 d出现雾，14日又有一次较强冷空气影响，雾消散。

2013年4月17—19日为影响衢州的另一次雾过程，天气形势属于典型的冷锋前暖区型。图3b为18日08时地面环流形势，此时冷高压中心位于河套附近，冷锋位于30～40°N，此时衢州市地面处于鞍型场中，气压梯度小，微弱的偏南气流的暖区中，有利于衢州出现雾。

2015年3月2日的雾日，地面气压场是典型的入海高压后部型。2日08时贝加尔湖以西有一个较强的冷中心(图3c)，地面气压最大为1 045.0 hPa，冷锋前沿位于45°N左右，西南地区有低压环流，长江下游处于弱的冷高压后部的西南气流中，次日有冷锋影响，雾仅出现了1 d。

2015年3月15—18日衢州连续数日出现雾，经分析，地面环流形势属于低槽型。17日08时冷高压中心位于贝加尔湖以北(图3d)，冷锋位置在40°N以北，华西到长江流域为低压环流影响下，衢州处于低压场中，弱的偏南风，从南海带来的高温、高湿水汽，有利于雾出现。

根据以上选择的4次雾过程，分别绘制了雾日前1 d的斜温图进行分析。由于2011年11月11—14日衢州连续数日出现雾，因此选择首个雾日的前1 d，即10日08时的探空进行分析(图4a)。本次过程地面环流为大陆高压型，此时600 hPa以下温度露点差较小，水汽几乎达到饱和，800 hPa以下有逆温层，近地层轻风(风速<3.3 m/s)。据实况，9日衢州出现明显降水，10日开始对流层中低层相对湿度较高；雾出现时，对流层低层以弱下沉运动为主。在稳定环流条件下，高湿、小风并伴有下沉逆温，11日开始出现大范围的雾。冷锋前暖区型雾发生前1 d(图4b)，对流层整层温度露点差都很小，有降水天气现象；对流层低层风速小，但近地层逆温不明显；18日冷锋到达前，地面气压场微弱，稳定形势维持，连续数日出现雾。入海高压后部型雾发生的前1 d(图4c)，逆温或等温层最深厚(900～700 hPa)，近地层风速微弱，但饱和水汽只在900 hPa以下，湿层较浅薄，这类雾一般维持时间不长，太阳辐射升温后往往能很快消散；在地面高压环流控制下，有大范围均压场，出现雾的站次也相对更多。低槽型雾发生前(图4d)，700 hPa以下水汽饱和程度高，逆温只出现在900 hPa以下，近地层偏南风，暖湿环境有利于起雾。大陆高压型雾、入海高压后部型雾发生前，大气逆温层均抬离地面，出现在900～700 hPa，低槽型逆温层在近地层，且低压中是弱的偏南风，其他对流层低层均为弱北风为主。

2.2 500 hPa天气形势

根据筛选的80个雾日进行统计分析，衢州市雾的出现高空往往形成3种典型环流特征：纬向气流型(64 d，65.4%)、高压脊型(17 d，17.3%)和低槽型(17 d，17.3%)。图5为挑选的3次典型雾过程的500 hPa环流特征。2012年11月21日08时出现的雾天气形势(图5a)，也是最常出现的高空环流特征，此时贝加尔湖附近有浅槽，中国大部分地区无明显槽脊，长江中下游以纬向环流为主，浙江省上空为平直的偏西风，地面弱倒槽，长江中下游气压梯度较小，对流层中低层静稳形势，没有明显的系统影响。图5b为2014年3月30日08时500 hPa高度场，此时高空为高压脊形势，贝加尔湖到蒙古一带为弱脊控制，长江中下游处东亚大槽槽后、高压脊前的西北气流中，以弱下沉运动为主，高空气流辐合低层辐散，下沉增温作用，对流层低层大气温度上升；而此时地面处于大陆高压控制下，夜间晴朗少云辐射降温显著，近地层易出现浅薄的逆温，这种情况下最易出现在冬季寒冷的晴天夜间，以辐射雾居多。图5c为2016年3月29日08时低槽型天气特征，此时贝加尔湖以东有横槽，长江中下游处于南支西风槽的槽前西南引导气流中，高空气流辐散减压升温、气流辐合上升，易出现较深厚的逆温；此时衢州处于地面倒槽影响下，低纬输送来的暖湿空气由于深厚层阻挡积聚在近地层，夜间地面降温至一定程度就可出现水汽凝结，一般为平流雾。

图3 地面天气形势(实线为等压线，单位：dagpm)(a)大陆高压型(2011年11月13日08时)、(b)冷锋前暖区型(2013年4月18日08时)、(c)入海高压后部型(2015年3月2日08时)、(d)低槽型(2015年3月17日08时)Fig.3 Surface synoptic situation(Solid lines are isobars, unit: dagpm)(a) continental high pattern at 8∶00 on 13 November, 2011, (b) the warming zone in front of the Cold front pattern at 8∶00 on 18 April, 2013, (c) the back of the high over sea pattern at 8∶00 on 2 March, 2015, (d) trough pattern at 8∶00 on 17 March, 2015

图4 衢州站T-lnP图(a)2011年11月10日08时，(b)2013年4月17日08时，(c)2015年3月1日08时，(d)2015年3月16日08时Fig.4 T-lnP diagram at Quzhou station(a) At 8∶00 on 10 November, 2011, (b) at 8∶00 on 17 April, 2013, (c) at 8∶00 on 1 March, 2015, (d) at 8∶00 on 16 March, 2015

图5 高空500 hPa天气形势(实线为等高线，单位：dagpm)Fig.5 Geopotential height at 500 hPa (Solid lines are potential height contours, unit: dagpm)

2.3 雾预报指标

为了更好地对雾进行预报，本文提取了雾出现的主要定量指标。不同季节出现雾的条件有差异的，雾发生时各物理量的累积频率分布也有明显特征。如表1所示。

春季和冬季80%以上雾出现时，地面相对湿度分别为≥97%、≥95%，1 000 hPa相对湿度分别为≥93%、≥91%；而相对阈值0.2分位时，500 hPa相对湿度分别≤52%、≤62%。雾出现时边界层往往会出现逆温，根据雾出现时地面与1 000 hPa累积频率可见，逆温阈值设置0.5分位，春季和冬季地面与1 000 hPa温差分别为≤-0.3 ℃、≤-0.8 ℃。雾出现时近地层风速往往较小，春季和冬季80%以上雾出现时风速≤2.2 m/s、≤2.9 m/s。雾的消空指标：春季是地面相对湿度≤81%、500 hPa相对湿度≥87%、地面风速≥2.7 m/s；冬季是地面相对湿度≤75%、500 hPa相对湿度≥62%、地面风速≥2.9 m/s。

综合所见，雾发生时地面相对湿度基本都在95%以上，1 000 hPa、925 hPa相对湿度在90%～95%；500 hPa大气层上相对湿度过高，则可能出现降水，而夏季500 hPa相对湿度不适合作为消空指标。地面与1 000 hPa不同季节的温差阈值在-1～1 ℃、温差均要求≤2.8 ℃(0.2分位)，而地面与925 hPa四季的温差阈值在-1～1 ℃、温差均要求≤2.0 ℃(0.2分位)；地面风速阈值为2.0～4.0 m/s，1 000 hPa阈值为2.5～3.5 m/s。消空指标为地面相对湿度、地面风速和500 hPa相对湿度超出阈值范围。

2.4 预报检验

从2018年1月1日起，该预报模型投入业务使用。经2018年(1—4月、11—12月)、2019年(1—4月)的运用，共预报59次雾日过程，正确42次，空报13次，漏报4次，预报准确率为71.2%，空报率为22.0%，漏报率为6.8%。证明对大雾具有较强的预报能力，可以作为衢州本地化的雾预报工具。

表1 2010—2017年雾发生时各预报因子累积频率Tab.1 The cumulative frequency of prediction factors during fog appearance from 2010 to 2017

3 结论

①衢州市雾的空间分布呈现山区多于平原、北部多于南部，雾有显著的月际和日变化，集中出现在11月—次年4月；83.2%的雾出现在23时—次日09时，峰值在06—07时。

②衢州市出现雾的地面天气类型有4类：冷锋前暖区型、大陆高压型、入海高压后部型和低槽型，其中68.4%的雾出现在大陆高压型和低槽型下，对应的500 hPa高度场以纬向环流居多，在偏西气流中也可有弱脊或低槽活动特征。

③发生雾的前1 d斜温图上有明显特征，对流层低层风速较小、水汽饱和程度较高并伴有底层逆温；低槽型雾逆温层接近地面，其他3种类型天气下逆温层抬离地面。

④基于雾出现的基本条件，给定不同季节雾预报基本方法，地面与1 000 hPa和925 hPa的温差阈值均在-1～1 ℃；地面风速阈值为2.0～4.0 m/s，又根据近地层相对湿度、风速和逆温设定消空指标。

⑤衢州大雾分型预报工具预报准确率有71.2%，具有较好的预报水平和业务价值，为衢州雾预报提供良好的参考依据。