台湾海峡西岸海雾研究现状与未来发展方向

台湾海峡是一个海雾多发的交通要道,海雾灾害往往会导致人员和财产损失。对当前有关的海雾研究现状进行总结,以海峡西岸为代表,比较台湾海峡海雾和其他海域的大雾研究进展状况,主要包括海雾发生时的天气气候学特征、监测手段、微物理特征研究和海雾数值预报研究等。结果表明,台湾海峡西岸在天气气候学方面已经取得了一定的成果;监测手段随着科学技术的发展,也不断的完善,但在如何对卫星遥感监测结果进行反演方面还需进一步研究;海雾的微物理特征研究有助于海雾模式的改进和卫星遥感海雾反演技术的提高,但台湾海峡西岸尚未开始研究,是下一步的研究重点;台湾海峡海雾数值模拟工作较少,伴随观测技术的不断进步、动力统计方法的不断完善,可通过数值预报产品与传统的天气学方法相结合,提高台湾海峡海雾预报水平。     

基于毫米波雷达的一次海雾过程特征分析

基于33.44GHz毫米波雷达探测数据,结合天气形势分析和沿海自动站对比观测,对2018年3月27日夜间至28日上午宁波沿海一次海雾过程进行分析,以期了解海雾分布和变化特征。结果表明:这是一次以辐射雾为主的海雾过程,850hPa以下水汽充沛、低层逆温和地面高压都为海雾提供了有利条件;海雾自低层向高层发展加强,回波最大高度约230m,风向辐合和静风区有利于海雾的加强和维持,海雾减弱消散自上而下,消失时间较陆地滞后超3h;雾顶回波高度和海雾回波强度均有双峰型变化特征,除生消阶段外两者减弱时段和成因不同;除生成阶段较均匀外,海雾回波水平方向上呈团状不均匀分布,低层强度总体要强于高层;相比能见度站,毫米波雷达能更有效探测海雾的生消变化和垂直结构等特征,但由于反射率因子非常小,部分区域无法探测到海雾回波。     

夏季低压控制下黄海西北部海域海雾发生气象条件合成分析

利用瞬变扰动分析的原理,提供了一个可以客观判定海雾发生时天气类型的方法。在分类结果的基础上,对环流形势、散度和垂直速度以及温度湿度的垂直廓线等进行合成分析,得到低空（1 000 hPa）为低压扰动下发生海雾（L型海雾）的环流和物理量场基本特征,并与高压控制下海雾（H型海雾）进行对比,结果表明：1）L型海雾位势高度负异常扰动主要表现在低层,其平均值为-65.66 gpm,向上逐渐减弱;2）L型海雾在发生时其逆温强度小于H型海雾,雾层较厚,雾层上空湿度仍然比较大,而H型海雾雾层上空有比较明显的干层;3）L型海雾在垂直方向上的分布具有三层结构,第一层1 000～950 hPa为辐合伴有弱上升和下沉运动,第二层950～850 hPa为辐散伴有弱下沉运动,第三层850～500 hPa为逐渐加强的上升运动;H型海雾为两层结构,1 000 hPa为辐散伴有弱的上升和下沉运动,950～500 hPa为一致的下沉运动;4）概率密度统计分析进一步定量表明了L型和H型海雾发生时垂直运动以及相对湿度在各层中的分布情况。这些结论对黄海西北部夏季低压环流形势下海雾的预报提供了重要参考。     

大连海雾特征及形成机理初步分析

利用2000～2010年逐3 h一次的常规报文资料和2.5°×2.5°的NCEP月平均场再分析资料,统计分析大连海雾发生时各种大气环境要素特征,确定有利于海雾生成的环境要素条件,并以此讨论海雾的成因和性质。同时,统计分析了大连海雾的年际变化与季节特征,对造成大连海雾异常偏多与偏少时的环流形势与水汽条件进行对比,分析有利于海雾生消的环流形势和海雾的水汽来源,以及海雾的性质成因。结果表明,大连海雾多发于春夏2季,其中尤以5～7月为海雾多发期,而在秋冬季很少发生。海雾主要出现于下半夜至上午前(从02点到11点),其中清晨05～08时最多,其消散一般在上午日出之后。风速在2～8 m/s之间的偏东风或偏南风最有利于大连海雾的发生。当预报海雾发生时,T-Td>0.6℃时,判断能见度>300 m;T-Td>1.1℃时,能见度一般>500 m;T-Td>2.1℃时,能见度>800 m。海雾在1 008 hPa时发生频次达到一个峰值,当气压<995 hPa和>1 030 hPa时,基本上没有海雾的生成。大连海雾多为平流雾,海雾的年际变化是大气环流变化的结果,海雾发生频数与副高西侧的偏南季风气流相关,当副高增强时,西南季风气流可以直接将热带洋面的水汽输送至大连地区,这样的平流水汽遇到冷的下垫面时,在大连海域形成海雾。     

华南沿海暖海雾过程中的湍流热量交换特征

湍流交换是海雾中的关键物理过程, 在海雾的热量和水汽平衡过程中起重要作用。本文根据2007年3月24～25日一次海雾的外场观测数据, 分析了海雾过程中近海面湍流热量交换特征; 并在区分风切变机械湍流与雾顶长波辐射冷却热力湍流的基础上, 着重分析了两种不同性质的湍流对海雾发展和维持的作用。结果表明: (1) 本次海雾是在西南低压和变性冷高压的控制下, 来自南海东部暖水区的空气平流在近岸冷海面上形成的暖海雾; 暖海雾中的湍流热量交换过程比冷海雾更为复杂; (2) 在暖海雾的形成和消散阶段, 风切变机械湍流的热量输送起主要作用; 而在发展和维持阶段, 既有风切变机械湍流的热量输送作用, 也有雾顶长波辐射冷却热力湍流的热量输送作用; (3) 风切变机械湍流向冷海面输送热量, 对近海面空气起到降温和增湿作用; 热力湍流同样向冷海面输送热量, 但对雾层起到增温和降湿作用; (4) 暖海雾中的湍流热量交换机制与雾层的非充分混合结构有密切关系。     

一次高压型海雾中的液态含水量演变特征

2008年3月16—17日在粤西电白出现了一次在高压天气系统控制下的海雾过程。利用这次海雾的综合观测数据,分析了这一高压型海雾的液态含水量演变特征,讨论了液态含水量与雾滴平均直径和数密度以及气温、风速、湍流交换等的关系。结果显示:(1)海雾有发展-消散-再发展的准周期性变化特征;(2)海雾过程中的雾滴数有显著的变化,而雾滴平均直径的变化较小;雾滴数变化对海雾的发展、消散起主要作用;(3)在海雾生成和发展阶段,空气的冷却机制起主要作用;而在海雾的维持阶段冷却机制的作用并不明显;(4)在雾的生成阶段,弱湍流交换有利于雾的生成;而在雾的发展和维持阶段,湍流交换减弱,液态水增长,反之液态水减少。湍流交换的强、弱与海雾发展-消散-再发展的周期性变化有密切关系。     

基于FY-3B卫星资料的中国南海海区1—3月海雾时空分布特征研究

为全面了解中国南海海区海雾的分布特征,为南海海雾气象服务提供基础背景资料,利用2011—2016年1—3月FY-3B气象卫星资料的雾监测产品,分析了中国南海海区海雾的时空分布特征。结果表明：中国南海海雾具有特定的区域特征,中国南海海雾多出现在华南沿海、北部湾沿海、琼州海峡和海南岛东北部沿海海区,南海南部海域出现海雾概率低;南海出现高频次海雾的时间多发生在2月,1月次之,3月最少。该研究结果可为中国南海海雾研究提供背景资料。     

2008年冬季一次东海海雾过程研究

本文利用卫星资料,站点资料,再分析资料结合HYSPLIT-4模式对2008年1月8-10日发生在东海的一次海雾过程进行研究,观测分析表明:此次海雾是辐射冷却-平流雾,大尺度环流场为其发生了提供了背景场,冷暖空气相互作用冷凝成雾,海洋锋区决定了海上雾区"楔形"形状;在海雾形成前,已有接地的逆温层存在,逆温层使夜间辐射冷却,高空暖平流,低层冷空气渗入等多方面结果,低层湍流触发海雾形成,海雾形成于不接地的逆温层中,强湍流导致海雾的消散;海雾期间风速较小,风向不定,并且冬季海雾浅薄,雾顶高度在100m左右。以上结果有利于对冬季东海海雾的理解,以及为海雾预报提供新的思路。     

青岛近海海雾的初步探讨

海雾是海上重要天气现象之一。青岛近海地处山东南部沿海西部,海岸呈东北—西南向,面临浩翰的黄海,一年平均有近50天的海雾,是我国海雾较多的海区。海雾的季节变化很明显,集中在春、夏季(3—8月),其中4—7月最多,约占全年雾日的80％;秋、冬季雾很少。海雾也有较明显的日变化:多在后半夜     

浙南沿海海雾特征分析

本文对浙南沿海海雾的气候特征、生消特征等进行分析,并对降水、风向风速、海气温度等要素和沿海海雾的关系进行分析和归纳。结果显示:2-6月份是浙南沿海海雾的多发季节;海雾和降水关系密切;西南暖湿气流的输送是海雾生成的必备环流背景;冷高压(冷空气)的东移南下、风力的增强和层结不稳定(如雷暴、闪电、强降水天气的产生)是浙南沿海海雾消散的主要条件。     

黄渤海一次持续性海雾过程形变特征及其成因分析

2016年3月3—5日,渤海和黄海大部出现了一次大范围持续性的海上大雾天气过程。本文从卫星遥感监测上分析海雾在生成、发展和消亡三个阶段的形态演变特征。从海洋气象条件上分析了山东半岛东南近海没有海雾和海雾形态演变的原因。结果表明:(1)在海雾形成初期,在山东半岛东南海域有弱气旋性弯曲,大气层结不稳定,地面形势受低压影响,虽受偏南风控制,但湿度小,无水汽辐合,因此在山东半岛东南近海没有雾。(2)海雾的形成与低层的偏南暖湿气流有关,而这个偏南暖湿气流来源于西北太平洋,雾区对应着水汽辐合区,海气温差为0～1℃的区域与雾区吻合,在海雾发展成熟期,雾顶长波辐射导致雾体降温,出现气温低于海温的现象。(3)925～1000 hPa垂直风切变有利于海雾在逆温层内维持和垂直高度上的发展,形成有一定厚度的海雾。     

海雾预报研究综述

从统计预报和数值模拟预报两方面回顾了过去几十年国内在海雾预报技术上的主要研究进展。统计预报方法是中国沿海气象台站预报海雾的除天气学方法外的主要工具,一定程度上能提高海雾预报准确率,但无法摆脱自身经验统计的缺陷。随着计算机技术的飞速发展,海雾数值模拟和预报应用越来越广泛,并将成为海雾预报主流方法。海雾数值预报模式的发展经历了从一维到三维、从单一大气模式到海气耦合模式的过程。而研发先进的数据同化技术,同化更好的卫星资料弥补海上观测缺少的不足,选择最合适的边界层与微物理参数化方案,进行高分辨率三维数值模式集合预报,将使海雾预报准确率明显提高。     

海峡西岸一次雾过程微结构及其起伏特征研究

2013年春季在福建省厦门市开展了海雾综合观测,选取了4月17日一次海雾期间的能见度、常规气象要素和雾滴谱资料,分析了沿岸海雾发生时的天气系统和微结构特征,并讨论了气象要素的起伏对雾发展、持续、消散及其微结构起伏的影响。海雾间歇阶段和消散阶段均有风速风向的突变;含水量、数浓度、平均直径和最大直径在不同阶段均有明显的差异,即使在同一阶段也不断波动;海雾爆发性增强过程中雾滴谱出现爆发性拓宽,平均直径、数密度和含水量骤然增大,宏观的气象条件也发生了明显变化;海雾不同阶段由于湍流、辐射以及气象条件的差异,雾滴空间分布的不连续,雾滴核化、凝结、碰并和蒸发作用,微结构的起伏较大。      

厦门春季海雾天气分类及典型个例宏微观结构分析

利用2013年3月23日—4月22日外场观测得到8次海雾过程的能见度、雾滴谱、自动气象站资料及常规气象资料和NCEP全球分析资料,对厦门春季海雾宏微观过程进行了分析。结果表明,形成厦门海雾的天气形势主要为3类:冷锋型、低压倒槽型、高压入海型。厦门海雾对应区域存在0~1℃气海温差,这对海雾预报具有重要意义。对2013年4月17—18日典型海雾个例研究表明,西南气流强烈的增湿作用触发了海雾生成,为本次海雾发展提供了充沛的水汽条件。本次海雾平均雾滴谱拟合符合Junge分布;对其微物理量(数浓度、液态水含量、平均半径)演变特征分析表明,主导的微物理过程为核化凝结增长和可逆的蒸发过程。     

一次华南沿海海雾个例的数值模拟研究

利用中尺度数值模式WRF模拟了2011年3月20—22日华南沿海一次平流冷却雾过程,同时利用综合观测资料(包括台站资料、MODIS卫星云顶温度资料、GPS探空资料和海洋气象观测平台资料等),对比和验证一次海雾个例模拟的范围、大气边界层结构和海气界面特征。针对此次海雾个例的研究发现:(1) 使用水平分辨率为0.5 °×0.5 °的海温,已经可以较好地模拟华南沿海中尺度海雾的范围;(2) 随着大气边界层内垂直层次的增加,可以在一定程度上改善海雾垂直结构的模拟效果,主要表现为可以较好地模拟贴海面的逆温层结;(3) 模式可以较好地模拟海雾期间的向下短波辐射、向下长波辐射和感热通量。并对此次海雾过程模拟存在的问题进行了讨论。      

毫米波雷达在北仑港区海雾监测中的应用

2016年底,毫米波雷达在国内首次作为一种海雾监测的技术手段被引入到宁波北仑港区。本文利用2015—2018年北仑港周边多个区域自动站的能见度监测资料,分析区域内海雾分布特点,并对比了2018年两次低能见度天气个例。结果表明:①不同区域海雾差别较大,沿海区域雾日比陆地多,高海拔的较低海拔多;②港区海雾主要出现在3—6月并有逐月增多趋势;③毫米波雷达监测到的海雾个例,回波强度在-20dBz左右,可完整记录雾的空间分布及其生消过程,毫米波雷达能清晰监测到云、雾的分层分布。毫米波雷达在港区海雾监测中具有明显优势。     

2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析

利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。      

2018年春节期间琼州海峡持续性大雾监测分析

2018年春节期间,琼州海峡持续6 d（2月15—20日）有雾,最低能见度不足200 m。主要从气象卫星监测上分析此次琼州海峡持续性海雾的时间演变特征,并从大气海洋条件分析形成持续性海雾的原因,得出如下结论：1）2018年2月华南东侧西太平洋海面温度较常年同期偏高,有3个暖海面温度距平中心,为持续性大雾提供暖湿气流;2）此次持续性大雾过程琼州海峡位于均压场,但西南低涡起着辅助的作用,致使海洋性的南风在边界层抵御了干燥的大陆性气团,利于维持边界层的湿度;3）低层流场为暖湿气流,925 hPa近地面湿层上空有一个干中心维持,“上干下湿”的湿度层结有利于海雾维持和向上发展形成一定厚度的海雾;4）低云增加和弱降水是使18日全天海雾得以维持的重要因素。     

利用713雷达观测预报海雾的探讨

海雾是海上和沿海地区的灾害性天气之一。它的生成和演变,有水文条件,也有气象条件。在不同的天气型它的发生也与风和降水有一定关系。又因局地条件不同,发生的海雾也千差万别。因此海雾预报迄今仍是一个难题。青岛的雾出现较多,其中因平流冷却形成的海雾又占70％以上。在青岛海雾预报上,能否借助于先进的气象仪器设备713雷达?对这个问题,从去年春季开始,我们进行了探讨,其结果是令人鼓舞的。     

南海西北部一次海上海雾的微物理及化学特性分析

利用2017年3月MICAPS资料、欧洲气象中心再分析ERA-Interim数据及在南海西北部海上的海雾观测数据,分析了南海西北部一次海上海雾的微物理特征和雾水化学特性,并将海上海雾与南海岸边海雾进行对比分析。结果表明:此次海雾为南海偏南暖气流移至冷海面发生冷却并达到饱和而形成。海雾过程中气压与气温变化趋势相反,相对湿度不断增加,雾滴数浓度、液态含水量和平均直径的平均值分别为198 cm-3、0.116 g/cm3和5.6 μm。相比广东湛江东海岛和广东茂名博贺地区岸边海雾个例,本次海上海雾水汽充足,雾滴偏大。本次海雾属于酸性海雾,pH值变化范围为2.51~3.50,海雾后的雨水样本pH值则为4.05。海雾发生初期电导率比其它阶段高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水溶解了大量的气溶胶。海上雾水中Na+和Cl-浓度最高,浓度分别为32 535 μmol/L和53 466 μmol/L,K+浓度远高于Mg2+和Ca2+,而东海岛岸边海雾相反。