南通航运职业技术学院学报  2018年02期 18-34   出版日期:2018-06-25   ISSN:1006-6977   CN:61-1281/TN
 长江口北部沿海地区雾的气候特征及其与气象要素的关系


 

0 引言
雾是指近地面层中悬浮的小水滴、小冰晶或两者的混合物使水平能见度小于1 km (或0.5 n mile) 的天

气现象。雾是影响海面能见度的首要因素。不论在海上还是在港口, 雾对船舶的活动都有直接的影响。

在雾中航行, 即使备有雷达等现代化导航仪器, 仍有偏航、搁浅、触礁和碰撞的危险。因此, 船舶驾驶

人员必须具备有关雾的知识, 掌握雾的生消规律。
长江口海域是海上船舶航行密集区, 船舶流通量大, 航向交叉, 航行条件复杂。而这个地区又正位于中

纬度过渡带、海陆相过渡带和气候过渡带的重叠地区, 是我国沿海多雾区之一。因此, 开展长江口北部

沿海地区雾的气候特征分析, 提出有利于雾形成的气象要素指标, 对在船舶条件下预测长江口北部沿海

地区雾的生消, 提前做好防雾措施, 提高船舶的航行安全具有重要意义。
我国在对沿海地区雾的研究方面, 已有不少成果。从研究内容来看, 有天气气候学方面的研究, 也有数

值研究, 还有卫星遥感实时监测技术研究。[1-9]从研究海域来看, 以对黄海中南部地区海雾的研究居多

, 对浙江沿海、北部湾以及大连海域雾的研究也有不少, 但近年来对长江口沿海地区雾的研究不多见。

本文利用1981年至2010年南通、启东、海门三个气象观测站地面气象观测资料, 统计分析了长江口北部

沿海地区雾的气候特征及其与气象要素的关系, 得到了长江口北部沿海地区雾形成的气象要素指标, 为

该地区雾的生消预测提供参考依据。
1 资料与方法
1.1 资料来源
本文选取南通、启东、海门三个气象观测站作为研究长江口北部沿海地区雾的代表性站点。所用资料来

自南通、启东、海门三个气象观测站1981年至2010年北京时间02:00、08:00、14:00、20:00的地面气象

观测资料, 包括能见度、气压、气温、风向、风速、湿度等。
1.2 雾的等级划分与雾日确定
参考雾的黄色、橙色和红色预警信号标准, 同时能使分析结果应用于航海活动, 本文将小于等于1 km的

雾分成四个等级, 一级 (红色预警) :能见度≤0.05 km;二级 (橙色预警) :0.05 km<能见度≤0.2 km;三

级 (黄色预警) :0.2 km<能见度≤0.5 km;四级:0.5 km<能见度≤1.0 km。同时, 规定每日4个定时观测

时次中只要出现一次 (或一次以上) 能见度小于等于1 km的雾即为一个雾日。
1.3 季节划分
在讨论雾的季节变化时, 按照气候上季节划分标准, 将12月—2月、3月—5月、6月—8月、9月—11月分

别定义为冬季、春季、夏季和秋季。
2 长江口北部沿海雾的气候特征分析
2.1 年际变化特征
1981年至2010年间, 海门、启东、南通三个站雾日总数分别为493天、467天、462天, 三个站的年平均雾

日基本相当, 为16~17天。所有的雾日中, 不同等级雾的出现日数各站有所不同 (见图1) , 三站平均而

言, 一级、二级、三级、四级雾出现概率别为16.9%、23.3%、23.3%、36.5%, 即一级雾日最少, 二级、

三级雾日基本相当, 四级雾日最多。出现浓雾 (能见度≤0.5 km) 的概率达到了64.5%, 海门更是达到了

70%。由此可见, 长江口北部沿海雾日中, 出现浓雾的概率相对较高。
图1 不同等级雾出现的概率
图1 不同等级雾出现的概率 下载原图
图2为1981年至2010年海门、启东、南通雾日的年际变化曲线。由图2可见, 长江口北部沿海地区雾日具

有明显的年际变化特征, 20世纪80年代和90年代偏多, 2000年以后略有减少, 最多的年份达到35天

(1987年, 南通) , 最少的年份只有3天 (2005年, 南通) 。南通、启东、海门具有相似的雾日年际变化

特征。据统计, 30年中, 三个站同时出现雾的天数约占各站总雾日数的50%左右, 这说明影响长江口北部

沿海地区雾形成的天气形势大致相同, 但由于各站的地域差异, 各站出现雾的时间早晚和日数有所不同


图2 1981年至2010年雾日的年际变化
图2 1981年至2010年雾日的年际变化 下载原图
2.2 季节变化特征
图3、图4分别为1981年至2010年海门、启东、南通雾日的月际和季节变化。由图3、图4可见, 长江口北

部沿海地区一年四季都有雾的发生, 但雾的发生时间具有明显的季节变化特征。从1月开始, 雾日逐渐减

少, 8月雾日最少, 8月以后, 雾日又逐渐增多, 12月雾日最多 (南通4月雾日最多, 稍多于12月) 。雾主

要发生在冬春季节, 占70%以上, 冬季最多约占40%, 其次为春季和秋季, 分别约占31%、22%, 夏季很少

发生, 约占3.5%。
图3 1981年至2010年雾日的月际变化
图3 1981年至2010年雾日的月际变化 下载原图
图4 1981年至2010年雾日的季节分布
图4 1981年至2010年雾日的季节分布 下载原图
秋冬季雾多的原因可能是与10月份以后, 北方冷空气频繁南下影响长江口北部沿海地区, 该地处于变性

冷高压控制之下, 近地面层大气层结较为稳定, 夜间辐射降温较强, 加上前期锋面降水, 空气中水汽较

为充沛, 空气易于达到饱和而形成雾。春季暖湿空气开始活跃, 长江口北部沿海地区水汽供应充足, 北

方冷空气势力尚未减退, 一有冷空气南下, 暖湿空气冷却, 很容易形成雾, 所以春季也是多雾季节。夏

季温度高, 云量多, 夜间辐射冷却作用不明显, 空气难以达到饱和而形成雾, 所以雾日最少。
2.3 日变化特征
表1为海门、启东、南通各时次雾出现的概率。由表1可见, 海门、启东的雾主要出现在上午08时, 占80%

以上, 南通的雾主要出现在凌晨02时和上午08时, 以上两个时次分别出现以及同时出现雾的日数占88%以

上。一天中有两个时次及以上同时出现雾的概率不大, 三站平均而言, 不到10%。30年中全天四个时次都

有雾出现的仅4次, 占比不到1%。由此可见, 长江口北部沿海地区的雾主要发生在下半夜到清晨, 日出以

后雾逐渐消散。这主要是由于下半夜到清晨气温低, 湿度大, 风速小, 有利于雾的形成。
表1 海门、启东、南通各时次的雾出现的概率 下载原表
表1 海门、启东、南通各时次的雾出现的概率
3 长江口北部沿海雾与各气象要素之间的关系
雾的形成与消散和气象条件密切相关, 分析雾与各气象要素之间的关系, 对于预测雾的生消具有重要意

义。由于海门、启东、南通具有较为相似的气候特点, 本文以启东站为例, 分析雾与各气象要素之间的

关系。
3.1 与风向的关系
1981年至2010年的30年中, 启东能见度≤1.0 km的雾日出现467天, 其中静风97次, 占20.8%。图5为启东

站非静风雾日中各风向所占百分比。在非静风雾日中, 各种风向都有出现, 其中SE风出现概率最大 (占

15.4%) , 其次为ESE风 (占11.6%) 、NW风 (占10.3%) 和E风 (占10%) 。其余风向出现概率相对较小,

都在10%以下, 其中SSW风出现概率最小, 仅占1.6%。以风向所在的象限统计, 东南象限风 (E-ESE-SE-

SSE) 合计占40.5%;西北象限风 (W-NNW-NW-NNW) 合计占28.9%;东北象限风 (N-NNE-NE-ENE) 合计占

17.6%;西南象限风 (S-SSW-SW-WSW) 合计占13.0%。由此可见, 雾发生时, 来自东南象限的风最多, 其次

为西北象限的风。
雾日风向具有较明显的季节变化。由图6可见, 春季和夏季, 雾日风向以E-ESE-SE-SSE为主, 分别占

53.2%和73.7%;秋季和冬季, 雾日风向以W-NNW-NW-NNW为主, 分别占44.3%和35.8%, 但E-ESE-SE-SSE也占

了较大比例, 分别占29.1%和29.5%。
一般认为, 我国东部沿海的雾出现的有利风向为E-SE-S, 这些风向有利于暖湿空气的输送, 增加空气中

的水汽。但在启东出现雾的情况下, W-NW-N风也占了较大比例。分析原因, 主要是因为雾形成的根本原

因是近地面层的水汽达到饱和, 凝结而形成。只要水汽条件和冷却条件满足, 近地面层空气中的水汽便

可达到饱和形成雾。分析发现, 启东有雾时NW风的情况下, 平均相对湿度达到97.4%, 高于SE情况下97%

的平均相对湿度。这说明在成雾前空气中已有充足的水汽输送, 成雾时空气中水汽含量充足, 这时弱的

偏北风反而有利于地面降温, 从而更易形成雾。由此可见, 在空气中水汽充足的情况下, 风向不是雾形

成的主要影响因子, 只有当空气中水汽不足的情况下, 风向的作用才会显现出来, 偏南风更有利于雾的

形成。
图5 非静风雾日中各风向所占百分比/%
图5 非静风雾日中各风向所占百分比/% 下载原图
图6 不同季节非静风雾日中各风向所占百分比/%
图6 不同季节非静风雾日中各风向所占百分比/% 下载原图
3.2 与风速的关系
由图7可见, 启东的雾在0~10 m/s的风速条件下均可发生, 但93%的雾发生在4.0 m/s以下的风速条件下,

87%的雾发生在3.0 m/s以下的风速条件下, 21%的雾发生在静风条件下, 雾发生的平均风速为2.1 m/s。

另外, 统计表明, 能见度越小, 风速也越小。能见度≤0.05 km的强浓雾, 静风时雾出现次数最多, 90%

以上的雾出现在2.0 m/s以下的风速中, 雾出现的平均风速为0.9 m/s;0.05 km<能见度≤0.2 km的雾,

2.0 m/s时雾出现次数最多, 92%以上的雾出现在3.0 m/s以下的风速中, 雾出现的平均风速为1.5

m/s;0.2 km<能见度≤0.5 km的雾, 2.0 m/s时雾出现次数最多, 90%以上的雾出现在4.0 m/s以下的风速

中, 雾出现的平均风速为2.3 m/s;0.5 km<能见度≤1.0 km的雾, 3.0 m/s时雾出现次数最多, 92%以上的

雾出现在4.0 m/s以下的风速中, 雾出现的平均风速为2.3 m/s。
图7 雾出现的次数与风速的关系
图7 雾出现的次数与风速的关系 下载原图
表2 不同等级雾出现时的平均风速 (m/s) 下载原表
表2 不同等级雾出现时的平均风速 (m/s)
以上分析表明, 雾的形成需要有一定的风速条件, 绝大部分的雾形成于4.0 m/s以下的风速条件下。雾的

强度越强, 所要求的风速越小, 即在水汽充足的情况下, 风速越小, 越有利于雾的形成和维持, 风速太

大不利于雾的形成和维持。这主要是因为风速小, 有利于地面辐射冷却, 易使空气的水汽达到饱和而形

成雾, 形成的雾也不易被吹散;风速太大, 空气对流强, 容易将上层热量下传, 削弱低层空气的冷却作用

, 不易生成雾, 即使有雾生成, 也容易将雾吹散。
3.3 与相对湿度的关系
由图8可见, 相对湿度在84%~100%之间均有雾出现, 但98%的雾出现在相对湿度大于90%的情况下, 雾出现

的平均相对湿度为97.4%。不同等级的雾对应的相对湿度也不同。由表3可见, 能见度越小, 相对湿度越

大。50 m以下的强浓雾中, 60%以上的雾日相对湿度达到100%, 平均相对湿度达到99%。由此可见, 雾的

形成与空气湿度具有非常密切的关系。
图8 雾出现的次数与相对湿度的关系
图8 雾出现的次数与相对湿度的关系 下载原图
表3 不同等级雾出现时的平均相对湿度/% 下载原表
表3 不同等级雾出现时的平均相对湿度/%
3.4 与气压的关系
由图9可见, 启东出现雾时的海平面气压在100.0~103.5 k Pa之间, 平均海平面气压为101.9 k Pa。雾较

为集中地出现在海平面气压为101.5~103.0 k Pa的范围内, 占72%。不同季节有雾时的平均海平面气压有

所不同, 冬季最高, 为102.28 k Pa;秋季、春季其次, 分别为101.96 k Pa和101.45 k Pa;夏季最小, 为

100.63 k Pa, 具体如表4所示。
由此可见, 雾的形成需要一定的气压条件。气压过低, 天气形势上可能表现为暖低压控制, 常常伴有上

升运动, 气层不稳定, 不利于雾的形成;气压过高, 可能为强冷空气过境, 风速较大, 也不利于雾的形成


图9 雾出现的次数与海平面气压的关系
图9 雾出现的次数与海平面气压的关系 下载原图
表4 不同季节出现雾时的平均海平面气压/k Pa 下载原表
表4 不同季节出现雾时的平均海平面气压/k Pa
3.5 与气温的关系
对雾形成起决定作用的是气温露点差或相对湿度, 雾形成时对温度的要求并不严格, 但仍存在一些规律,

当温度过高时不利于地面辐射冷却, 同时空气的饱和水汽压相应增大, 空气难以达到饱和而形成雾。统

计结果表明 (图10) , 启东雾发生时的气温在-6℃~28℃之间, 但较多的集中在2℃~20℃的区间内, 占

90%。气温零下时出现的雾较少, 仅占0.9%。当温度大于28℃时就无雾出现。
图1 0 雾出现的次数与气温的关系
图1 0 雾出现的次数与气温的关系 下载原图
4 结束语
通过以上分析, 得到长江口北部沿海地区雾的气候特征及其与气象要素的关系。长江口北部沿海地区的

雾具有较明显的年际变化特征, 最多的年份达到35天, 最少的年份只有3天, 平均每年16~17天。一年中

出现浓雾 (能见度≤0.5 km) 的概率较大, 占所有雾日的60%以上。长江口北部沿海地区的雾季节变化明

显, 冬季最多, 约占40%, 其次为春季和秋季, 分别约占31%和22%, 夏季很少发生, 约占3.5%。长江口北

部沿海地区的雾主要发生在下半夜到清晨, 日出以后雾逐渐消散, 持续两个及两个以上时次不消散的雾

日不到10%。雾的发生与气象要素关系密切。风向E-ESE-SE-SSE、风速4 m/s以下、相对湿度90%以上、海

平面气压在1 015~1 030 h Pa之间、气温在2℃~20℃的区间内较有利于长江口北部沿海地区雾的形成。

这些结论对于长江口北部沿海地区雾的短期预测有一定参考价值, 对长江口附近航海保障具有指导意义

。由于雾的形成机理复杂, 关于长江口北部沿海地区雾发生的天气形势、形成机制还有待进一步研究。
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