海雾卫星遥感监测研究进展

海雾导致能见度降低,给海上交通和海上作业造成极大威胁。卫星遥感是海雾监测不可或缺的重要技术手段。本文从海雾遥感监测的原理出发,首先介绍海雾的辐射特征和纹理特征,进而对近年来海雾遥感监测方面的研究进行回顾,包括海雾的识别探测研究和海雾物理特征量的反演研究,最后对海雾遥感监测中存在的一些问题进行了讨论。     

近十年中国海雾研究进展

中国沿海和近海是多海雾区.由于海雾发生时能见度低,往往导致人员和财产损失.文中对中国近十几年有关海雾的研究进行了回顾,包括海雾天气气候学研究、海雾数值研究、海雾卫星遥感实时监测技术研究和海雾微物理研究.对一些问题进行了讨论,并对今后海雾研究的发展提出了若干看法.     

黄海北部、渤海海峡(春季)海雾过程中期予报方法研究

前言海雾是海上重要灾害性天气之一,海雾对海上交通运输、渔业生产、国防和海洋开发等均有重要影响,海雾预报,特别是对大范围海域上发生的海雾过程的中期预报,是非常重要的。但是,目前海雾中期预报因为缺少预报方法,预报服务工作尚未正常开     

基于Himawari-8数据的夜间海雾识别

海雾是一种发生在海面的灾害性天气现象,掌握海雾的分布与生消变化,能有效地减少海雾带来的危害。卫星遥感观测具有近实时、大范围覆盖、连续观测等特点,特别是高时间分辨率的静止卫星观测系统,能够对海雾的发生?发展?消亡过程进行动态跟踪观测。本文以2018?2019年黄、渤海发生的海雾事件为样例,利用日本静止气象卫星Himawari-8（H-8）红外辐射数据,分析海雾的多通道红外亮温辐射特性,通过不同波段差和波段比组合,定义海雾和晴空水体分离指数、海雾和一般云系分离指数、多通道亮温差斜率指数以及中红外亮温纹理指数,提出基于多指数概率分布的夜间海雾监测算法;算法分别应用于H-8和韩国静止气象卫星GEO-KOMPSAT2A（GK-2A）数据,对2020年2?6月发生的6次海雾事件多时次卫星观测识别出的海雾位置分布和覆盖面积进行对比实现互验证,结果表明,本文提出的夜间海雾监测算法能有效地实现夜间海雾的识别;选择2020年4月29日夜间H-8和GK-2A 每10 min一次连续观测数据的监测结果,对海雾的发生区域进行跟踪分析,清晰地展现出此次海雾事件的发生、发展演变过程,说明算法能清楚地监测出各时段海雾的分布,跟踪海雾的发展变化,可为海上大雾的防灾减灾提供科学依据和决策基础。     

第一讲 海雾及其分类

一、雾的一般提法 雾是低层大气在贴近下垫面的一种凝结现象,在陆上和海上都可以生成,但海雾是指在海洋影响下生成在海洋上的雾,因而其生成、维持和消散的过程具有其自身的特点。海雾的存在与海洋环境有着密切的关系,而海洋环境主要指的是水文状况和气象条件。换句话说,海雾是在特定的海洋水文和气象条件下产生的,在那些经常可以满足成雾条件的海区,海雾出现的机会就多,反之亦然,因而海洋上海雾的分布具有很强的区域性和季节性。 海雾在海上形成后,会随风逐流,向风的下游扩展。在沿海地区,海雾自然可以登陆,深入陆地,有时达几十公里,登陆后的海雾,仍保持海雾的特征,但在新的环境影响下,很快变性消散,或变成低云。不过在近海处,登陆的海雾虽不断消散,却又不断有新的从海上补充,所以沿海地区有时海雾会持续几天。 海雾在海上生成被输送到陆上,自然仍称海雾,但在陆地上生成的雾扩展到海上却不是海雾,尤其那些在陆上生成随天气系统移到海上的雾,只能叫做“海上的雾”。例如象锋面雾,纯属天气系统的雾,陆上有,海上也有,虽然海洋可以给予一定程度的影响,但它的生成,却出于天气系统,而不是纯粹海洋的影响,因而不能列入海雾的范围。     

北太平洋海雾发生频率的气候特征

利用1909—2008年共100年间的国际综合海洋-大气资料集(International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set,ICOADS)对北太平洋和东亚海域海雾的发生频率及海雾发生时主要气象要素特征进行了分析。研究发现,北太平洋海雾主要发生在中高纬度海域,从北海道到阿留申群岛以南的海域是海雾发生频率较大的地区,海雾发生频率的最大值在40%以上,而在低纬度海域海雾频率几乎为零。4~8月是北太平洋上发生海雾较为频繁的季节,4~7月中国近海海雾主要发生在黄海、东海和渤海海域。6月份山东半岛以南海域海雾最大频率可达20%,进入8月后,海雾频率突然降低到5%以下。海雾发生时,千岛群岛以东海域风向主要以南风为主,其次为东南风和西南风居多,海上风速在4.4~12.3m·s-1之间。海雾发生时气温通常接近于露点温度,甚至有部分低于露点温度。海雾发生前,千岛群岛以东海域上气海温差多在-1~3℃之间。     

黄海北部年雾日预报方法的初步探讨

前言海雾是低层大气水汽凝结的产物。海雾的分布、多少及其变化对海上交通运输、海上施工以及舰艇训练都有一定影响,如果能提前几个月、半年甚至更长的时间知道某海区、某个岛屿海雾日的多少,便可对有关物资、人员及其舰船进行更合理的调配。因此国内一些部门尤其是海军早已把海雾长期预报提到日程上来。但是目前从事海雾预报及研究工作者注意短     

海雾过程中海洋气象条件影响数值研究

利用二维数值模式，研究了在海雾过程中海温场、气温场、湿度场、风场等海洋气象条件的影响。结论如下：（１）海温主要影响海雾的生成过程，当海雾生成后，它的作用就逐步减小了；（２）气温梯度（暖平流）较大，不利于海雾生成，逆温不是海雾生成的一个充要条件；（３）相对湿度大小及其分布是海雾能否生成的物理基础；（４）风速大不利于海雾生成，但海雾一旦生成，则有利于其发展     

青岛地区海雾分布特征及风险评估

通过1978—2007年30年的气候资料,分析了青岛地区海雾发生的时间和空间分布特征。基于海雾是对青岛地区城市建设和社会经济活动影响较大的气象灾害,结合1984—2007年的雾灾情普查资料,采用灾害学风险评估的指标加权综合模型,用地理信息系统技术(GIS)开展了海雾气象风险评估。结果显示,青岛沿海地区是海雾的高发区,6、7月是海雾发生的高频时期,海雾灾害高风险集中在青岛市市南区、市北区、四方区的西南部和黄岛区东部沿海一带。     

春季黄海海雾中的激光衰减特性研究

海雾严重影响舰艇航行,而且在雾中舰载激光武器和激光雷达的工作效能受到制约。因此,研究激光在雾中的衰减特性对军事行动具有重要的科学意义。基于WRF中尺度气象研究模式,对2015年3月28日-4月1日的海雾过程进行模拟分析,发现使得海雾维持的是黄海南部输送来的暖湿气流,随后一个很强的冷高压使得风向转北,干冷平流切断了水汽输送,破坏了逆温层结构,海雾消散。考虑到春季黄海海雾产生和消散的天气形势,在海雾刚产生时,下风区的激光衰减系数小;海雾维持过程中,海雾雾区的外围衰减系数小;海雾快要消散时上风区衰减系数小。研究发现,海雾可以使得10.6μm红外激光的探测距离大大减小,在浓雾情况下,探测距离仅为正常情况下的2%。     

青岛地区海雾分布及大气边界层条件分析

青岛地区海雾多发,观测表明海雾对沿海地区影响范围不尽相同,特别是海雾影响内陆的机理尚缺乏研究。本文利用观测资料及数值模式统计了青岛地区4月-7月海雾分布特征,并对不同影响范围海雾典型个例进行对比分析,结果表明:海雾发生日数自沿海向内陆递减。胶州湾沿岸雾日数比黄海沿岸明显减少,胶州湾东北部的雾日数要少于胶州湾西北部。海雾多发生于高空形势稳定,低层偏南流场的天气条件下。大气边界层内逆温层的的范围大致影响着海雾的分布。只影响沿海的海雾,地面为偏南风,风速在3~8 m/s之间,内陆风力减弱不明显。500 m以下大气边界层内风速切变大。湍流作用使海雾向内陆推进过程中倾斜抬升为低云,地面雾区减弱。能够影响内陆地区的海雾,多出现在地面风力较弱的情况之下,大部分在1~3 m/s之间。500 m以下大气边界层内风速切变小,大气边界层内湍流强度不强,使沿海到内陆的逆温层能够始终维持,沿海海雾在弱南风影响下延伸影响内陆地区。     

黄海平流海雾的观测分析

利用大量的地面站点观测、卫星监测和非常规观测资料,统计分析了海雾的时空分布特征、卫星云图特征及影响黄海海雾的气象和水文因子.结果表明,黄海海雾随时间和空间而变化,在空间分布上,雾频随着纬度增高而增加;海雾与海上风速的大小和方向有密切关系;海雾出现与海表温度、气-海温差、露点温度有关;海流是影响海雾形成的水文因素之一;海雾是大气处在稳定层状态下的一种凝结现象,有海雾不一定有逆温,但是逆温层的消散却为海雾的消散提供了有利的依据.     

海南东部沿海一次海雾天气过程的分析

利用站点观探测资料、气象卫星资料和ERA-Interim数据对2017年2月21日下午到23日早晨海南岛东部沿海一带出现的一次海雾过程进行成因分析。结果表明:(1)此次海雾具备辐射和平流两种性质,海雾生命周期中,层云和海雾发生4次相互转化,而新一轮冷空气使海雾过程结束;(2)海雾发生在入海变性的高压脊天气系统中,100～200 m有逆温层存在,为海雾的生成维持提供较好的背景环境;(3)海雾期间边界层高度小于300 m,边界层适度的抬升有利于海雾生成和维持;(4)低层偏南风为海南岛东部海面输送水汽和热量。在海雾生成发展阶段,感热输送大于潜热,而消散阶段潜热输送大于感热。风场输送的热量增大海气温差,增强湍流热量输送,造成降温增湿使海雾生成维持。     

海雾中期天气过程分析及预报

海雾是海上的重要危险性天气之一.国内外关于海雾生消机制、气侯特征及短期预报方面研究成果甚多,而中期分析及预报方面的研究甚少,这是海洋气象中值得探索的课题.作者曾分析了黄海北部海区春季海雾过程生消、持续规律,指出海雾与中期环流形势演变及南支槽活动有密切关系.     

秋冬季黄东海海雾特性初步分析

海雾是海洋与大气之间热量和水汽相互交换在低层大气中的直接产物。它是一种海上的灾害性天气,对渔业生产、舰船活动都有很大的影响。鉴于海雾的重要性,国内外对海雾的发生、发展及其演变规律,都曾进行过大量的观测和研究,积累了丰富的资料。根据历年来气象资料的统计分析,我国黄、东海区的海雾主要发生在春夏两季,秋冬季是本海区的少雾     

春季东海北部海雾的观测和初步分析

海雾是海上航行和渔船作业的大敌。它多产生于气旋型冷水区内。在我国黄东海,海雾多发生于春、夏两季,尤其在春季渔讯季节,因为有些渔场处于冷暖海流交汇区,故往往产生海雾。这给渔业生产造成极大的困难。因此,如何正确预报海雾,对航海及渔业生产具有重要的意义。     

CALIOP、CPR数据在探测海雾中的应用

海雾是影响海上活动的重要因素,对海雾进行检测对于人们的海上运输、科研等具有重要意义。本文采用同步匹配的CALIOP(Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization)和CPR(Cloud Profiling Radar)资料以及MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)数据对25°N～42°N、118°E～128°E东中国海区域2007—2016年10年间60次海雾案例进行了观测对比和分析研究。采用CPR数据进行了云分类分析,给出了CPR数据资料检测海雾的方法。对于存在高空多层云或厚云遮挡的海雾,以及低空厚云/雾的检测,分析了采用CPR和CALIOP数据的优缺点。研究表明,CPR海雾探测可作为CALIOP海雾探测的补充,二者结合有较强的互补性,对于海雾遥感检测具有一定的实际应用意义。     

基于CALIOP数据的海雾检测方法研究

提出了一种基于星载激光雷达CALIOP数据检测海雾的方法。通过对比分析不同条件下低云和低空气溶胶的衰减后向散射特性,以及研究CALIOP海表误判区的衰减后向散射特性,发现了海表误判区其实是一种与海表相接的云,即海雾。继而,通过反演海表误判区的消光系数和能见度,发现98%以上海表误判区的消光系数低于1km,对该方法进行了检验验证。本文所提出的海雾检测方法丰富了海雾案例选取途径,拓展了海雾样本点来源,对研究海雾特性具有积极意义。     

山东半岛东端毗邻海域冬季海雾的季节内分布特征与变化规律

山东半岛东部耳状锋面区的冬季海雾是一个重要但被忽视了的海气相互作用现象。利用AVHRR Pathfinder Version 5.2数据中SST资料的质量数值,通过转换和归一化处理,简单有效地提取了耳状锋面区海雾的覆盖区域和海雾强度的信息。结果显示海雾的空间分布与耳状锋面非常一致,亦呈现"耳状",其覆盖面积和强度存在显著的季节内变化。海雾一般开始出现于12月的上旬,位于耳状锋面南段的海域。之后,海雾的覆盖区域迅速北扩,覆盖面积不断增大且强度不断增强,并于2月达到峰值后进入衰减期,至3月下旬基本消失。海雾的季节内变化与冬季风风速、黄海西侧沿岸流、黄海暖流的季节内变化及它们之间的超前/滞后关系密切相关。海雾强度的主轴位置相对比较固定,位于40~50m等深线附近,没有显著的季节内变化,其原因是耳状锋面的主轴位置受控于水深分布,不随时间变化。本研究所建立的提取海雾关键信息的方法以及海雾与季风、环流、耳状锋面这三者的相互关系还需要观测和数值模拟的进一步验证。     

海雾

一、一般说明 海雾是海洋上低层大气中的一种水汽凝结现象。由于雾中能见度低,海雾成为海洋运输、水产捕捞、海洋开发和海上军事活动等的一大障碍,是海洋上的一种灾害性天气。 山东海洋学院曾参加1971—1973年在东海和黄海进行的海雾专题调查。本节在分析海雾专题调查资料的基础上,结合使用有代表性的岛屿资料(如长江口区的佘山,山东半岛南部的朝连岛),同时采用近期有关该海域海雾研究的成果,就海雾的气候背景、天气特征、低层大气的平流作用和海气间的湍流交换作了综合研究,主要结果分述如