東海近海海霧日變化特征及生成的水文氣象條件分析

馬靜，于蕓，魏立新

（1.國家海洋環境預報中心,北京 100081；2.國家海洋局東海預報中心，上海 200081）

1 引言

大霧是一種局地性很強的災害性天氣現象[1]，發生在沿海的海霧往往會嚴重阻礙海上作業、航運和漁業生產，并屢屢導致海難。由于缺乏足夠的觀測資料，對沿海海霧的預報往往顯得困難重重,尤其是霧的生消時間。對一個特定的海域來說,在監測手段尚未能有效改善之前,對海霧的形成、維持和消散的環流條件、海氣狀況進行必要的分析和歸納，不失為改善預報能力的一種手段。研究人員對中國沿海大部分海域霧的氣候特征和天氣形勢等進行過分析[2]，尤其對黃海海域有過較為全面系統的分析研究[3-4]，而對東海沿海海霧的研究分析卻相對較少。

曾有研究顯示[5]，東海海域在1964—2000年期間霧日數呈明顯下降趨勢。東海海域每年霧季由南到北從3月分開始依次后推，終于7月中旬，霧期為4—5個月；另有研究發現浙江沿海海霧主要出現在入海變性冷高壓西部、氣旋和低壓槽東部、副熱帶高壓西部、靜止鋒或冷鋒前部[6]。由于東海春季氣溫回升，海面的蒸發量增大，沿海空氣濕度隨之增大，當有冷空氣隨西風系統東移時，冷空氣與暖濕空氣相遇易在沿海形成平流霧。黃克慧[7]認為在東海區域，西南暖濕氣流的輸送是海霧生成的必備環流背景；冷高壓(冷空氣)的東移南下、風力的增強和層結不穩定是浙南沿海海霧消散的主要條件。張蘇平[8]總結認為，海霧出現且維持時段的具體風向風速，因海區和地形的不同存在著差異。本文將針對東海近海區域，選取地形環境、經緯度均有所不同的站點，對其霧生的日變化特征和霧生及維持時氣水溫差、風速風向進行分別討論。

2 資料與方法

選取大戢山、嵊山、鎮海、南麂、平潭5個歷史數據相對較為齊全的東海區域海洋站點。如圖1所示，其中大戢山、嵊山、鎮海位于東海北部區域，南麂位于東海中部，平潭位于東海南部的臺灣海峽西側。各站點資料的起止年份長短不一，水溫資料偶有少許缺失。5個站點數據均為霧日相?關氣象水文數據，包括霧時、水溫、氣溫、風速、風向能見度資料。

大戢山海洋站:1997—2007年

嵊山海洋站:1997—2008年

鎮海海洋站:1991—2002年

南麂海洋站:1997—2002年

平潭海洋站:1997—2002年

由于霧日數據只有整點的氣象數據和當天的霧時，難以捕捉氣象條件對于霧的日變化的影響，所以利用霧生霧消時間的記錄，排查無霧狀態下的整點數據，可以得到一系列出霧狀況下的氣象數據資料。另外，海洋臺站資料水文資料的補充，有利于分析霧生霧消的水-氣要素。然后對整理的數據進行早、中、晚3個時段的歸類，據此通過累計統計、多種概率分布方法等對東海沿海區域的海霧日變化特征進行探索與總結。

圖1 5個東海區域海洋站點的分布地圖

2 東海海霧的日變化特征

圖2為5個站點分別在08時、14時和20時出霧的頻次柱狀圖。可以看到東海沿海海霧的生消具有明顯的日變化。由于各站點歷史數據的時段不盡相同，所以各站霧生的歷年總頻次的差異不能從圖中得到結論。但是對于同一個站點其日變化規律及特征是可以分析得到的。除南麂外，其他站點上午08時、下午14時、夜間20時3個時段內，08時有霧的情況最多，下午14點次之，夜間有霧的情況更少。值得注意的是更為靠近大陸的鎮海站下午和夜間出霧的頻次都很少，另外位于東海中部的南麂下午有霧出現的頻次多于上午和夜間；即使相隔很近的大戢山和嵊山，霧的日變化特征也有較大差異。可見，東海整個沿海近岸地區霧生的規律較為復雜，地理位置和地形條件可能都對霧生有著重要影響。

3 氣象條件與霧生成的關系

3.1 出霧時段的氣-水溫差分析

王彬華[9]總結出，中國近海平流冷卻霧成霧的氣-水溫差范圍為0.5℃ ≤(ta— tw)≤3℃， (ta)為氣溫，若(ta— tw)＞ 5℃或(ta— tw)＜-0.1℃時，一般不能形成霧。當氣-水溫差為正值時,暖空氣從冷海面上流過，熱量恒從空氣向海面輸送。空氣冷卻達到飽和或過飽和狀態，凝結成霧；另外當氣-水溫差為負值時，在近海面層空氣溫度直減率小于干絕熱直減率（未飽和狀態）或小于濕絕熱直減率（飽和狀態）的條件下，只要二者溫差不太大，仍然可以形成平流冷卻霧。

圖2 各站點08、14、20時出霧頻次

圖3 5站點霧生時段08、14、20時氣-水溫差分布盒須圖

圖4a 大戢山站點上午、下午和夜間出霧時段的整點風向風速玫瑰圖

圖4b 嵊山站上午、下午和夜間出霧時段的整點風向風速玫瑰圖

圖4c 鎮海站上午、下午和夜間出霧時段的整點風向風速玫瑰圖

圖4d 南麂站上午、下午和夜間出霧時段的整點風向風速玫瑰圖

圖4e 平潭站上午、下午和夜間出霧時段的整點風向風速玫瑰圖

圖3a-e給出了出霧時段各站點整點時刻的氣-水溫差分布，大多數霧生時段的氣水溫差范圍都在上文給出的范圍內，但在夜間與上午的最小值閾延展至-0.1℃以下的情況并不少見。這說明一方面盡管中國近海以平流冷卻霧為主，但是其他類型的霧如平流蒸發霧等也影響著東海近岸區域。

3.2 風向與霧生成維持的關系

東海位于北太平洋中西部，屬于亞熱帶季風氣候帶。該海域冬季北風和西北風較強的時候且頻率很大[10]，空氣屬性很不穩定，因此成霧率相對較少。春夏季節由于水氣溫較差反向變化，氣溫高于水溫，出現正的差值，為平流冷卻霧的生成提供了有利條件。雖然這個季節南向風很強，但是大氣層結穩定，成霧的條件較為充分。

圖4a-e分別為5個站點上午、下午和夜間出霧時段的整點風向風速玫瑰圖，其中藍色區域代表風速＜10 m/s，黃色區域代表風速在10—20 m/s之間，綠色區域代表風速20—30 m/s之間。各站點霧生時段的風速風向情況總結（見圖4）。

一般來說，適宜的風向風速有利于暖濕氣流的輸送,有利于霧的生成和維持。尤其是在偏南風的條件下有利于霧的生成。然而從觀測事實來看，任何風向下都有可能生成霧。從上面各站點出霧時段風速風向玫瑰圖可以看到，霧生時段盛行的不一定是南向風，有些站點在偏北風或東北風風速不大的情況下更容易有霧生成。通過天氣學背景場分析，認為這些出霧時段里的北風往往發生在地面有高壓入海和低層西南偏南氣流的背景下，維持時間有限。另一方面由于春夏季東海海域西南偏南氣流為主導,暖濕氣流輸送旺盛，所以即使吹偏北風，也不影響霧的生成和維持。

3.3 風速與霧生成維持的關系

圖4使用風玫瑰圖主要用來闡釋霧生成且維持時風向的概率分布。為了更清楚地研究霧生情況下具體風速的閾值，我們將出霧時的風速劃分為3個區間，分別為10 m/s以下，10—12 m/s，12 m/s以上。表1—3給出了3個時次各站點有霧且維持情況下三個區間風速所占的百分比。可以看到上午08時霧生成時，風速一般均在10 m/s以下，大戢山和嵊山風速達到10—12 m/s霧仍能維持的情況分別占到8.49%和6.83%，值得注意的是大戢山風速12 m/s以上霧仍未消散的情況接近9.5%。南麂和平潭上午出霧時，風速大于12 m/s的情況多于10—12 m/s的情況。下午14時出霧風速大部分集中在10 m/s以下，但風速10—12 m/s有霧維持的情況較上午有所增加，12 m/s以上風速成霧且維持的情況有所減少。夜間20時出霧風速小于10 m/s的比例較上午、下午均有所下降，風速大于12 m/s仍有霧維持不能消散的情況顯著增加，大戢山達到15.38%，南麂達到7.63%。此外無論早中晚時刻，5個站點中鎮海有霧時風速基本都在10 m/s以下，且12 m/s以上的風速條件下不能形成霧。

表1 各站點08時霧生成及維持3個范圍的風速比例統計

表2 各站點14時霧生成及維持3個范圍的風速比例統計

表3 各站點20時霧生成及維持3個范圍的風速比例統計

風速對海霧的形成和消散至關重要，普遍認為當平均風速大于10 m/s時容易導致霧的消散。然而依上文所述，風速即使大于10 m/s仍然可以生成霧。普查這種情況下的霧，一般持續時間不長，可能和低層冷空快速入侵，沿海區域周邊開闊，下墊面光滑，引起北風風力顯著加大。但此時大氣層結的逆溫特性尚來不及改變，等到中高層冷空氣主體到達尚需一段時間，因此海霧在這期間得以維持。

4 地理環境與霧生成的關系

東海沿海海霧的地理分布主要與東海近海海流的分布有密切關系。分布的近海海流主要有兩支:一支是臺灣暖流，另一支是東海沿岸流[11]。臺灣暖流來自臺灣東部海域和臺灣海峽的黑潮分支，夏強冬弱，沿閩、浙海域北上直至長江口外海；東海沿岸流主要由長江和錢塘江等入海徑流組成，沿浙、閩沿岸流動，冬季時南下，夏季時流向東北。因此，在適宜的風場配合下，這兩支海流為東海海霧的產生提供了必要的下墊面條件，在這兩支海流交匯處的冷海域上常常形成海霧。

東海沿海從南部海島到北部海島都有海霧出現。尤其在海霧盛行的春夏季節，沿海島嶼比其鄰近的內陸霧總要多[8]，這是因為島嶼地形的斜升作用增加水汽凝結機會；同時春夏季節島嶼周圍的表面海水溫度總比其鄰近內陸的岸濱氣溫（近地層氣溫）要低，因此同樣空氣屬性，在島嶼附近便比內陸岸邊的凝結機會多些，從而使得島嶼霧多于其鄰近的內陸的霧。另一方面，島嶼比其所在的海區霧也要多。由于春、夏季節由于受熱影響，島嶼面上的氣溫要比其周圍海面上的氣溫要高，使其與圍繞島嶼四周的近水面層氣溫發生差異，產生了從島嶼向外海逐漸遞減的水平氣壓梯度，從而造成從海上吹向島嶼的風將四周空氣帶向島嶼。在接近島嶼時，底部受熱，使大氣穩定度減小，空氣在島嶼內上升，有可能圍繞島嶼形成霧帶，甚至全部島嶼都是海霧，或者底部為霧，其上覆蓋著層云。這樣因島嶼受熱影響所構成的小低壓區域引起的空氣沿島嶼斜升運動，增加了島嶼成霧機會。所以在東海近岸的多島區域比起東海南部較為開闊的海島，霧生霧消特征有著較為明顯的差別。而在多島區域的長江口，由于距離內陸的遠近不同以及周圍海區的水溫的差異，造成長江口附近的三個站點海霧日變化特征亦有較大差別。

5 小結

東海沿海各站點的霧生霧消日變化一定自身規律，但也不能簡單一概而論。形成海霧時的氣象水文條件也不盡相同，該規律的共性取決于地理環境與地形條件。

（1）各站點上午有霧的情況最多，下午次之，夜間有霧的情況偏少。南麂站除外，下午有霧出現的頻次多于上午和夜間；

（2）出霧時氣-水溫差的閾值大于平流霧形成所要求的氣-水溫差范圍，說明東海沿岸也受非平流霧的影響；

（3）多島區域與開闊水域相比，近岸島與遠離大陸的島嶼相比，霧的日變化規律有著較為明顯的差別。

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