貴州山區(qū)地形霧5 a氣象要素特征分析

夏曉玲，唐延婧

(貴州省氣象服務中心，貴州 貴陽 550002)

貴州山區(qū)地形霧5 a氣象要素特征分析

夏曉玲，唐延婧

(貴州省氣象服務中心，貴州 貴陽 550002)

該文選取2008—2012年貴州省地面氣象要素觀測資料，主要針對貴州省內3個較容易出現(xiàn)地形霧的站點進行分析，探究地形霧產生時氣溫、風速、風向、前6 h降水和氣溫露點差的特征，發(fā)現(xiàn)3個典型站溫度為2～6℃和8～14℃這兩個區(qū)間內較利于冷空氣引起地形霧，不同站點不同季節(jié)略有不同。大方為偏西南風，開陽和萬山為東北風；開陽風速小于2 m/S，大方和萬山風速為2～3 m/s之間利于冷空氣引起地形霧。大方和萬山站點前6 h降水大于0 mm利于冷空氣引起地形霧，開陽站點則是前6 h降水為0或小于1 mm時利于冷空氣引起地形霧。

地形霧；氣象要素；特征分析

1 引言

霧是指空氣中懸浮著大量的微小水滴， 使大氣水平能見度小于1 000 m 的天氣現(xiàn)象[1]，隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，霧對交通的影響日益顯著，大霧常常使高速公路封閉，航班延誤或取消，有時還會造成嚴重的交通事故。因此國內開展了很多低能見度方面的天氣、氣候特征方面的研究[2-4]。

處于云貴高原，地理形態(tài)和天氣系統(tǒng)復雜的貴州，霧具有特殊性。霧的分類中除常見的輻射霧外，還有鋒面霧和地形霧。針對貴州的霧，羅喜平等[5]研究了貴州省霧的氣候特征；崔庭等[6]對滇黔靜止鋒鋒面霧的結構和成因進行了分析；貴州對鋒面霧的研究較多[7-8]，對于地形霧研究較少。但貴州山區(qū)受地形影響，很多地方常年都有地形霧出現(xiàn)，對交通安全造成很大威脅，因此地形霧的研究非常必要。地形霧在大氣科學詞典中定義為[1]，主要由地形作用而形成的霧。地形霧又稱上坡霧，是空氣向山坡或地形高處爬升的過程中，由于絕熱膨脹，冷卻凝結而形成的霧，本文所研究的地形霧，包括除去鋒面霧和輻射霧之外的其他類型的霧。

2 資料與方法

本文選用了2008—2012年5 a的貴州省84個縣級以上氣象站點觀測的逐日3個時次(08、14、20時)地面氣象要素資料作為統(tǒng)計對象。定義一日中任一時次有任一站點的能見度記錄小于1 km為一個霧日。近5 a的年均霧日較多的為大方、開陽、萬山，分別為102.8 d、74 d及107.8 d。貴州地形地貌復雜，這3個站點有相當比例的地形霧，必然與這3個站點的地形、地理位置有關系。3個站點都是以鋒面霧和地形霧居多，且地形霧占的比例較大，站點萬山地形霧的比例最高為77.94%。因此本文選取這3個站點作為地形霧的典型進行研究。

表1 大方、開陽和萬山3種霧所占比例 (單位：%)

3 地形霧的分類要素特征

秋冬季節(jié)為地形霧較頻繁的時間，冷空氣影響前或影響之時，在上述3點經常有霧出現(xiàn)，而周圍均沒有出現(xiàn)霧。也有很多非冷空氣影響的情況下，3個站點出現(xiàn)單點、局地的地形霧。為進一步量化考察其成因，本文選用中國氣象局對冷空氣強度的劃分，即48 h內最低氣溫下降6℃及以上為中等強度冷空氣(下文簡稱冷空氣，未達標準的稱弱冷空氣)，定義貴州84個站點內20個站點最低氣溫降幅達6℃為一次冷空氣過程。2008—2012年共選出73次中等強度的冷空氣過程，對應大方、開陽、萬山出現(xiàn)霧的日數(shù)分別為29、50、70 d，所占比例為39.7%，68.5%，95.9%，由此可見萬山在較強冷空氣南下時更易出霧。3個站分別有158、186、368個霧日不與所選冷空氣日對應，比例在80%左右。地形霧中受較強冷空氣影響的情況有相當比例，但更多的是出現(xiàn)在沒有較強冷空氣的情況。

可見地形霧的產生與冷空氣有一定關系，但天氣成因復雜，從形勢上來判斷地形霧比較困難。從成霧條件，如溫度、水汽等氣象要素條件，能夠考察地形霧的更多特征。在此我們按天氣成因，將3個典型站的地形霧分為3類：A類為有霧且有冷空氣，B類為無霧但有冷空氣，C類為有霧但無冷空氣。(下面均用A，B，C類來表述)

3.1 地形霧溫度變化特征

圖1 大方地形霧溫度概率分布

從大方溫度的概率分布(圖1)可以看出，A、B兩類情況下，溫度概率分布都有一個明顯的雙峰，A類峰值大致在4～6℃和12～14℃這2個區(qū)間，概率分別為21.43%和16.67% ；B類峰值在6～8℃和10～12℃這2個區(qū)間，概率分別為11.94%和17.16%；C類情況溫度較低的峰值并不特別明顯，大多集中在0～4℃，占29.19%，而溫度較高的峰值同上述兩種情況較為接近，為10～12℃，比例為15.42%。由此可以看出，溫度較高時3種情況的概率分布比較接近，溫度較低時3類情況的概率有所差異。3種情況都大致有2個溫度概率峰值，與季節(jié)變化有關，分季節(jié)討論后可知： 春、秋、冬3季利于冷空氣引起大方地形霧的溫度區(qū)間，即A類分布概率高于B、C類的溫度區(qū)間分別為：4～8℃、12～14℃。

從開陽溫度的概率分布(圖2)可以看出，A、B兩類溫度概率圖也為雙峰的分布，A類溫度較低的鋒值的概率明顯大于溫度較高的，但是B類情況正好相反，溫度較高的峰值的概率明顯大于溫度較低的，這與大方站點有顯著的不同。對于站點開陽A類峰值在2～4℃和10～12℃這2個區(qū)間，概率分別為20.25%和11.39%，B類峰值在0～2℃和10～12℃這2個區(qū)間，概率分別為6.52%和18.48%。而C類整體的溫度分布偏向溫度較低的區(qū)間，-2～6℃區(qū)間的比例為51.64%，-2～0℃這個區(qū)間的概率最大為15.27%。由此可以看出，A、C2類溫度都整體比B類的時候低。分季節(jié)討論后發(fā)現(xiàn)：春季溫度為10～12℃時是A類的峰值，恰好是C類的谷值，秋季A類情況的峰值則是在4～6℃，其概率遠大于B、C2類，冬季A類的峰值為2～4℃，恰好為B類的谷值，說明開陽春季溫度為10～12℃，秋季溫度為4～6℃，冬季為2～4℃的情況利于冷空氣引起地形霧。

圖2 開陽地形霧溫度概率分布

圖3 萬山地形霧溫度概率分布

從萬山溫度的概率分布(圖3)可以看出，A、B2類溫度概率圖也為雙峰的分布，但B類概率分布的2個峰值所在區(qū)間的溫差較A類大：A類的2個峰值所在區(qū)間為2～4℃和8～10℃，概率分別為16.67%和15.33%，B類2個峰值所在區(qū)間為-2～0℃和14～16℃，概率分別為12.96%和14～16℃；對比可知對于站點萬山，冷空氣影響時，溫度在0～10℃區(qū)間較容易產生地形霧；C類情況，溫度概率分布也為2個明顯的峰值，所在區(qū)間為0～2℃和12～14℃，概率分別為11.49%和13.99%，溫度較低的區(qū)間和A類較接近，溫度較高的區(qū)間比A類明顯偏低。分季節(jié)討論可以發(fā)現(xiàn)：春季A類峰值為8～10℃，溫度較B、C2類整體偏低，A類溫度小于10℃的概率大于50%，而B、C2類溫度大于10℃的概率大于50%；秋季A類峰值也為8～10℃，概率遠大于B、C2類；冬季A類的峰值為2～4℃，較B、C2類略偏高；說明萬山在春秋季溫度為8～10℃，冬季溫度為2～4℃利于冷空氣引起地形霧。

總之，3個站點各類地形霧時的溫度概率分布都呈雙峰形態(tài)，無霧時的峰值溫度比有霧時的高。利于冷空氣引起地形霧的區(qū)間在各季節(jié)有所不同。

3.2 地形霧風向風速變化特征

3.2.1 大方地形霧風均風速變化特征 對比A、B2類風向情況，A類風向為180°～270°的比例為69.23%，B類風向為90°～270°的比例為81.48%，其中180°～270°的比例較高為55.56%，從風向玫瑰圖看出，大方站點的主要風向為偏南風，A類情況風向集中在偏西南方向，B類風向較為分散，多為西南風和東南風。

圖4 大方地形霧風速風向變化規(guī)律(a：A類；b：B類；c：C類；d：風速概率分布)

圖5 開陽地形霧風速風向變化規(guī)律(a：A類；b：B類；c：C類；d：風速概率分布)

圖6 萬山地形霧風速風向變化規(guī)律(a：A類；b：B類；c：C類；d：風速概率分布)

對比A、C兩類風向，可以看出無論有無冷空氣過程，主導風向是比較相似的，風向在180°～270°這個區(qū)間的概率均為最大，分別為69.23%和77.73%，但C類風向為西南風(225°)的概率明顯大于A類。

分析站點大方3種情況的風速可以發(fā)現(xiàn)，A類和C類，風速小于2 m/s的概率均大于80%，分別為84.62%和81.52%，但是B類風速小于2m/s的概率僅為51.52%，風速為2～3 m/s的概率為28.79%，說明站點大方，風速小于2 m/s更有利于霧的產生。

3.2.2 開陽地形霧風向風速變化特征 分析開陽站點的風向分布，A類風向以0°～90°為主，占總風向的89.87%，B類情況風向比較分散，主要集中在270°～90°這個區(qū)間，其中偏西北風(315°)和東北風(45°)的比例較大，分別為16.13%和34.67%，，這樣的現(xiàn)象可能是因為影響的冷空氣大部分為偏北路徑，由此可以看出，從偏東北方向影響開陽的冷空氣更容易引起該站點的地形霧。對于C類情況，風向為0～90°的概率為87.69%，其中東北風(45°)的概率最大為34.67%，其分布與A類情況類似，可能是由弱冷空氣影響產生的地形霧。

分析風速和地形霧的關系，A類風速明顯比C類偏大，A類風速小于2 m/s的概率僅為31.65%，風速在2～3 m/s的概率最大，為44.30%，C類風速小于2 m/s的概率為66.91%，B類風速小于2 m/s的概率為66.91%，由此可以看出，有冷空氣影響時，風速偏大也會有地形霧產生，且A類風速在3～4 m/s的概率為22.78%，B類風速在3～4 m/s的概率為17.72%，說明風速略偏大更有利開陽產生地形霧。

3.2.3 萬山地形霧風向風速變化特征 萬山年主導風向即為偏東北風，故A、C2類風向的差別并沒有特別明顯，A類情況，偏東北風(45°)的比例高達48.67%，風向在0～90°的比例為96%，B類東北風和東東北風的比例較高，都為27.78%，C類情況東北風(45°)的概率為38.29%，整體的分布沒較大差別，A類、C類兩種情況的分布非常集中，而B類有較小比例的一部分分布在西南方向，比例為7.41%。

分析風速的概率分布，A類和B類差別并不明顯，前者的風速略大，風速小于3 m/s的比例為63.89%，B類為62.75%，而C類風速小于3 m/s的概率為84.74% ，說明大方和開陽相似，風速較大的情況下也會有地形霧產生。

3.3 地形霧前6 h累計降水變化特征

統(tǒng)計分析3個站點出現(xiàn)霧時刻的前6 h累計降水，大方和萬山B類情況無降水的比例均大于50%，但是A、C2類雨量在0～2 mm的比例均大于50%，說明這兩個站點前6 h降水大于0，對于地形霧的產生非常有利，同時，A類雨量在0～1 mm的概率明顯大于B類，說明冷空氣引起地形霧的情況，站點前6 h有弱降水時比較有利于霧的產生。站點開陽和前兩者略有不同，A、B2類雨量為0和0～1 mm的概率為40%左右，要高于其他兩站，B類情況時雨量大于1 mm的比例略大于A類、C類。說明對于站點開陽，雨量為0或小于1 mm的情況比較利于冷空氣引起地形霧。

圖7 大方、開陽和萬山地形霧前6 h降水概率分布特征(a：大方；b：開陽；c：萬山)

3.4 地形霧溫度露點差變化特征

溫度露點差是一個可以反映濕度的物理量，溫度露點差越小，證明濕度越大，分析3個站點冷空氣有霧和無霧的氣溫露點差(圖略)，可以明顯的看出，有霧的情況下，溫度露點差小于2℃的概率都大于95%，大于3℃概率幾乎為0，但是沒有霧的情況下溫度露點差分布范圍比較大，小于3℃的概率在70%左右，因此濕度是產生霧的一個重要條件，預報的時候可以考慮利用露點，即有冷空氣過程時，如溫度露點差較小時，便很有可能出現(xiàn)霧。

對比分析A類和C類兩種情況，開陽這2種情況溫度露點差的分布比較相似，溫度小于2℃的比較均為100%，而大方和萬山都是A類較C類溫度露點差略偏高。

4 總結與討論

①大方溫度為4～6℃和12～14℃時，開陽溫度為2～4℃和10～12℃時，萬山溫度為2～4℃和8～10℃時，較利于冷空氣引起地形霧，且不同季節(jié)情況還有所不同。

②大方為偏西南風，開陽和萬山為東北風時較利于冷空氣引起地形霧，而無霧但有冷空氣時風向分布較為分散。站點開陽風速小于 2 m/s，大方和萬山風速為2～3 m/s之間利于冷空氣引起地形霧。

③大方和萬山站點前6 h降水大于0利于冷空氣引起地形霧，開陽站點則是前6 h降水為0或小于1 mm時利于冷空氣引起地形霧。

④對比無冷空氣有霧和有冷空氣有霧的情況，可以看出溫度、風向的分布都較為相似，故冷空氣引起地形霧和它的強度并無明顯關系，本文選取的中等強度冷空氣過程進行分析，但可以看出弱冷空氣也會誘導地形霧的產生。

[1] 大氣科學詞典編委會. 大氣科學詞典[M].北京： 氣象出版社，1994： 677.

[2] 顧清源，徐會明，陳朝平，等.四川盆地大霧成因剖析[J].氣象科技，2006，34(2)：162-165.

[3] 馬學款，蔡薌寧，楊貴名，等.重慶市區(qū)霧的天氣特征分析及預報方法研究[J].氣候與環(huán)境研究，2007，12(6)：795-803.

[4] 高陽華，冉榮生，唐云輝.重慶市霧的區(qū)域分布及變化特征[J].貴州氣象，1999，6(23)：3-5.

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[8] 楊靜，汪超.貴州山區(qū)一次鋒面霧的數(shù)值模擬及形成條件診斷分析[J].貴州氣象，2010，34(2)：3-9.

2014-07-21

夏曉玲(1990—)，女，助工，主要從事氣象服務工作。

貴州省科技廳項目(黔科合J字[2013]2148號)和中國氣象局預報員專項(CMAYBY2013-061)。

1003-6598(2015)01-0050-05

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