張錦勇,雷安林,宋小紅,顧 欣
(1.貴州省麻江縣氣象局,貴州麻江 557600;2.貴州省黔東南州氣象局,貴州凱里 556000)
大霧是黔東南州重要的災害性天氣之一,其出現(xiàn)機率高、發(fā)生范圍廣、危害程度大。近年來黔東南州的經濟、交通快速發(fā)展,大霧天氣對高速公路、航空、鐵路、農業(yè)生產等的危害越來越明顯。霧天使能見度降低,常使飛機起降受阻,高速公路關閉,甚至還會發(fā)生交通事故,給國家財產和人民生命安全帶來嚴重損失。有很多學者對霧的成因、預報做了大量的研究[1-6],如劉小寧等對我國霧的時空分布、氣候特征年際變化等進行了深入分析,結果表明,溫濕等氣候因子的變化以及人類活動引起的空氣質量和生態(tài)環(huán)境的改變,與區(qū)域性濃霧日數(shù)的變化密切相關[6-8];張?zhí)熹h等就形成霧的原因和環(huán)流特征進行分析,歸納提出了輻射霧和平流霧分別對應2種截然相反的天氣件,要根據(jù)形成霧的天氣系統(tǒng)環(huán)流典型場采取不同的預報思路,著重分析天氣系統(tǒng)的演變,還要分析當?shù)貪穸取囟群惋L向風速等氣象要素場的變化特征[9];金秀珍等對貴州省一次大霧天氣過程進行分析,提出了大霧產生時,低層和近地層出現(xiàn)相對濕度很大、靜風與偏南氣流的特征[10]。筆者利用黔東南16個縣市氣象站1961~2010年的地面氣象資料對大霧天氣變化特征進行研究,掌握其變化特點及發(fā)生規(guī)律,對及時準確預報大霧天氣、提前預防、降低大霧天氣對社會經濟發(fā)展和人民生產生活的影響具有十分重要的意義。
根據(jù)氣象觀測規(guī)范[11]定義,霧是大量微小水滴或冰晶微粒浮游空中,常呈乳白色,使水平能見度<1.0 km的天氣現(xiàn)象。所用資料為黔東南州16個氣象站1961~2010年的地面氣象觀測資料,主要包括風向、風速、氣溫、濕度等氣象要素資料。霧以觀測記錄為準,僅統(tǒng)計出現(xiàn)日數(shù),不計次數(shù),即1 d內出現(xiàn)2次以上霧,僅按1個霧日統(tǒng)計,霧如果跨日(以20:00為界),按2個霧日統(tǒng)計。
2.1 大霧天氣的地理分布 黔東南州地處云貴高原向湘西丘陵及廣西盆地過渡的斜坡上(25°19'20″~27°31'40″N、107°17'20″~109°35'24″E),境內為海拔落差較大的山區(qū)(海拔137~2 187 m),中部苗嶺主峰雷公山(主峰海拔2179m)是珠江水系和長江水系的分水嶺,地形復雜,江河縱橫,清水江自西向東橫貫黔東南州中部地區(qū),南部臨都柳江,北部又處于舞陽河與烏江、舞陽河與清水江分水嶺之間。黔東南州擁有如此獨特的地理分布,大霧日數(shù)也具有其顯著的地理分布特征。從1961~2010年黔東南州16個縣、市50年年平均大霧日數(shù)分布情況(圖1)可看出,出現(xiàn)大霧較多的地區(qū)是黔東南州北部的三穗至東部的錦屏一帶和西部的雷山、丹寨,形成2個高值區(qū),年平均霧日為52.1~66.2 d;其次是兩高值區(qū)周邊區(qū)域的麻江、臺江、天柱、榕江、劍河,年平均霧日為30.1~49.9 d;較小的是西北部地區(qū)和東南部地區(qū),形成2個低值區(qū),年平均霧日為9.2~27.9 d;全州大霧年平均日數(shù)分布有2個高值區(qū)、2個低值區(qū),呈“馬鞍場”形式;三穗的霧日最多(66.2 d),黃平最低(9.2 d),差值較大。
2.2 大霧日數(shù)的年際、年代際變化 從黔東南州16個站1961~2010年大霧年平均日數(shù)年際和年代際變化(圖2)可以看出,黔東南地區(qū)大霧日數(shù)為明顯的下降趨勢,平均以0.26 d/a的幅度下降,通過信度為0.05的顯著性檢驗。黔東南地區(qū)50年年平均霧日為波動變化,其中1961~1971年為上升趨勢,最大值出現(xiàn)在1971年,為53.1 d;1972~2010年為下降趨勢,最小值出現(xiàn)在1992年,為23.8 d。黔東南地區(qū)20世紀60年代平均大霧日數(shù)最多,70~80年代顯著下降,90年代略有上升;70年代~2010年大霧日數(shù)在低值區(qū)變化較小。
2.3 大霧日數(shù)的月際變化 由圖3可知,黔東南州一年四季各月均有霧出現(xiàn),霧天氣出現(xiàn)日數(shù)為上半年少、下半年多,1月和7月為過渡階段,2~6月為少霧階段,月平均霧日數(shù)占全年的32.2%;8~12月為多霧階段,月平均霧日數(shù)占全年的51.1%。月平均霧日數(shù)11月最多,占全年11.5%;2月最少,占全年的5.6%,約為最多月的1/2。黔東南州霧日的月變化呈三峰三谷型,第1個峰值出現(xiàn)在4月,為2.6 d/月;第2個峰值出現(xiàn)在8月,為3.7 d/月;第3個峰值出現(xiàn)在11月,為4.1 d/月;峰/谷值逐個增大,然后由最大值降至最小值(表1)。
表1 1961~2010年黔東南州霧日的月變化峰/谷出現(xiàn)情況
3.1 霧與風場的關系 風對霧的形成具有重要的作用[12]。風有利于水汽的輸送,使空氣中有充足的水汽,形成霧;風速大時也會帶走空氣中的水汽,甚至把霧抬升成云,阻礙霧的形成和發(fā)展。適宜的風對霧的形成、霧的濃度、霧的厚度有重要影響。由于黔東南州為海拔落差較大的山區(qū),各縣市形成霧的風向風速各不相同。大部分縣成霧時風的共同點就是出現(xiàn)靜風概率大(表2)。靜風時空氣中凝結的小水滴不易被吹散,使懸浮與近地面的小水滴累積得越來越多,所以只要有足夠的水汽就易形成霧。
表2 1961~2010年黔東南州各縣霧日氣象要素的臨界值
從表2可以看出,劍河、施秉和從江形成霧的最大風速為3.0 m/s,而丹寨形成霧的最大風速可達10.0 m/s;全州各縣成霧時的風速臨界值相差較大,盛行的風向也各不相同,在各個風向均可能有霧的生成。這與黔東南州地形地貌復雜、各縣市氣象站所處的周邊地形地貌不一有關。成霧時靜風概率最高的為天柱(85.4%),在55%以上的有凱里、岑鞏、三穗等12個縣市,<55%的只有丹寨、麻江、黃平和施秉4個縣。
3.2 霧與濕度場的關系 濕度是霧形成的必要條件之一,因為霧是由近地層空氣中的水汽凝結形成,近地層空氣中的濕度越大,越有利于霧的形成[13]。從表2可看出,黔東南州各地形成霧的相對濕度臨界值均在60%以上。圖4顯示,黔東南州霧日相對濕度臨界值較低(60% ~70%)的區(qū)域為州西部到南部區(qū)域,霧日相對濕度臨界值較高(80%以上)的區(qū)域為州的東北部和西北部,其他區(qū)域霧日相對濕度臨界值為70% ~80%。
3.3 霧與溫度場的關系 由表2可見,黔東南州霧形成時溫度的臨界值各不相同,對溫度的要求并不高。氣溫在-8.1~27.8℃均可有霧生成。但當溫度過高時,不利于輻射冷卻或冷卻不到水汽凝結的溫度;當溫度過低時也不利于霧的形成,這可能是水汽凝華成小冰粒所致[14]。對霧生成起決定作用的是溫度露點差,而非氣溫絕對值[15]。
3.4 霧與氣壓場的關系 氣壓過低,天氣形勢上表現(xiàn)為暖低壓控制,或具有強烈的上升運動,大氣層結不穩(wěn)定,不利于霧的形成,即使有霧生成也可能被氣流的上升運動抬升為云;當氣壓過高時,一般為強冷空氣過境,地面圖上表現(xiàn)為有強大的冷高壓控制,也不利于霧形成[14]。因此,氣流強烈的上升或下沉運動均不利于霧的形成,均壓場則有利于霧的形成。黔東南州各站形成霧時的氣壓臨界值各不相同,且變化范圍大,最大與最小臨界值差值基本上在30~40 hPa(表2)。
大霧的形成是在特定的天氣環(huán)流形勢下產生的[16]。通過對黔東南州2008~2010年(一天內有3個縣、市出現(xiàn)大霧天氣)181個大霧日的前一天20:00 500 hPa天氣形勢分析,有利于大霧天氣形成的主要天氣環(huán)流形勢為移動性槽脊型(112次)、副熱帶高壓型(45次)以及阻塞高壓和橫槽型(9次)等。
4.1 移動性槽脊型 移動性槽脊型分為兩槽一脊型和多槽脊型2種情況影響大霧天氣。兩槽一脊型,在巴爾喀什湖到貝加爾湖之間為一高壓脊,兩側各為一低壓槽,主要鋒區(qū)處于105°E以東;東亞經向環(huán)流較明顯,黔東南地區(qū)受冷空氣影響,地面有冷鋒或靜止鋒活動,但天氣演變比較和緩,天氣表現(xiàn)為多云或晴,偏南風。黔東南地區(qū)50%的大霧天氣就在此型控制下產生,是冬季和春季大霧主要天氣的形勢。多槽脊型,一般屬于短波系統(tǒng),在40°~140°E范圍內有5個左右的槽脊,槽脊系統(tǒng)以≥10個經度/d的速度東移,冷空氣活動周期短,一般有3~5 d。天氣反映與青藏高原東部的槽脊系統(tǒng)有關,常是晴雨相間,變化不定,易出現(xiàn)降溫、降水、霜凍和霧天氣,13%的大霧天氣就在此型控制下產生,此型影響大霧天氣是在秋春季節(jié)。
4.2 副熱帶高壓型 副熱帶高壓型也主要分為2種形勢影響大霧天氣。一種是西槽脊型,西太平洋高壓脊由海上西伸,控制貴州省大部分地區(qū),脊線在25°N附近,高壓西側有冷槽或南北向切變線,影響貴州省西部地區(qū);在副高西伸、東退過程中,會給黔東南地區(qū)帶來降水,出現(xiàn)雨后霧的天氣;此型影響下產生霧天氣占14%,多出現(xiàn)在夏季和秋初。另一種是青藏高壓型,青藏高壓東移,控制貴州省,西太平洋高壓位置偏東,在我國大陸東部有南北向低壓帶;該型控制前期,貴州省上空為偏西北氣流,天氣晴朗,晝暖夜涼,易形成霧;此型影響下產生霧天氣占9%,多出現(xiàn)在秋季。
4.3 阻塞高壓和橫槽型 此型一般出現(xiàn)在冬季,表現(xiàn)為烏拉爾地區(qū)為一阻塞高壓或較穩(wěn)定的脊,亞洲西部或新疆、蒙古一帶有橫槽或低中心,亞洲地區(qū)環(huán)流平直。此型在橫槽內有冷空氣醞釀過程,由于阻塞高壓的穩(wěn)定維持,冷空氣在槽中逐漸堆積,形成較強的冷中心。地面靜止鋒結合青藏高原上小波動不斷東移,常形成黔東南持續(xù)陰寒降水天氣。此型影響下產生霧天氣占5%,多出現(xiàn)在冬季。
(1)黔東南各地均有大霧出現(xiàn),出現(xiàn)霧日較多的區(qū)域是北部的三穗至東部的錦屏一帶和西部的雷山、丹寨,形成2個高值區(qū);其次是兩高值區(qū)周邊區(qū)域的麻江、臺江、天柱、榕江、劍河;較小的是西北部地區(qū)和東南部地區(qū),形成2個低值區(qū)。
(2)1961~2010年黔東南地區(qū)霧日數(shù)為明顯的下降趨勢,平均以0.26 d/a的幅度下降。其中1961~1971年為上升趨勢,1972~2010年為下降趨勢。黔東南州一年四季各月均有霧出現(xiàn),但季節(jié)變化明顯,為上半年(春夏季)少、下半年(秋冬季)多,1月和7月為過渡階段。
(3)成霧時大部分縣市靜風概率在55%以上,<55%的只有丹寨、麻江、黃平和施秉4個縣。大部分縣(市)相對濕度>60%,就可能有霧形成;黃平、施秉、鎮(zhèn)遠和天柱四縣形成霧時要求濕度條件較高,相對濕度需在80%以上。
(4)有利于黔東南地區(qū)大霧天氣形成的主要天氣環(huán)流形勢為移動性槽脊型(冬春季)、副熱帶高壓型(夏季和秋初)以及阻塞高壓和橫槽型(冬季)等。
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