烏蘭察布市夏秋季節霧的氣候特征及動力熱力條件分析

摘 要：利用1991—2020年烏蘭察布市夏秋季節（6—11月）霧日的地面資料、再分析資料，分析了烏蘭察布市夏秋季節霧的時空分布、氣象要素指標和區域性大霧的環流形勢，結果表明：（1）烏蘭察布市夏秋季節出現霧最多的站點是興和，出現霧最多的月份為8月；（2）降水對烏蘭察布市夏秋季節霧的產生作用顯著；（3）2015年后霧日數有明顯增多；（4）地面相對濕度≥90%，風速≤3 m/s，溫度露點差為0～2 ℃時是霧發生的有利條件；（5）850 hPa環流形勢和冷暖平流在不同類型的霧里差異較明顯。

關鍵詞：霧；氣候特征；顯著性檢驗；聚類分析

中圖分類號：P426.4 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-04

霧是指大量微小水滴或冰晶懸浮在近地面空氣中，使水平能見度下降至1 km以下的天氣現象[1]。由于能見度低，大霧天氣是對交通安全影響最大的天氣之一，內蒙古夏季霧日數均比其他季節多，研究夏秋季節霧日的特征可為進一步做好大霧預報和服務提供參考[2]。

霧的生成具有局地性，前期降水、近地層冷暖平流和近地面空氣層結等條件都決定霧的生成。眾多學者從大霧的成因、數值模擬等方面進行了研究，并總結了霧的時空分布特征，分析了其變化原因[3-8]。袁慧敏[9]分析了呼包鄂地區一次霧霾天氣過程的環流形勢與物理量場的變化。楊紅子[10]分析了烏海市霧的環流特征，氣象要素變化。

分析了1991—2020年烏蘭察布市地區夏秋季節大霧天氣過程發生發展的環境條件等，總結了霧日地面氣象要素特征；篩選出的區域性大霧，用聚類分析的方法分析區域性大霧的物理量場，研究了不同類型霧的動力、熱力及水汽條件，為霧的短期氣候預測提供依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

地面氣象觀測資料來源于烏蘭察布市11個國家級地面氣象觀測站；高空資料來自美國國家環境預報中心（NCEP）和國家大氣研究中心（NCAR）提供的1991—2020年的2.5°×2.5°再分析資料。

1.2 研究方法

在統計霧日數時，以20：00（北京時）為日界，將某站某一天出現1次或1次以上的大霧天氣記為1個霧日。將某天全市11個國家級地面氣象觀測站中≥4站出現霧記為出現一次區域性大霧。

利用統計學方法，分析了1991—2020年夏秋季節霧的時空分布特征，霧發生時的地面氣象要素特征；再篩選區域性大霧，通過聚類分析方法結合降水、層結情況與環流場特征進行具體分類，并歸納各類型霧的特征。

2 霧日的時空分布特征

2.1 大霧日數的年際變化特點

根據烏蘭察布市的夏秋季節平均大霧日數年際變化，1991—2020年烏蘭察布市夏秋季節大霧日數呈增加趨勢，但年際變化大。

對大霧日數年際變化進行M-K突變檢驗。對給定的顯著性水平α=0.05，交點在兩條直線U0.05=±1.96內，說明在2015年前后烏蘭察布市夏秋季節霧日數發生了一次明顯的突變，2015年后烏蘭察布市夏秋季節霧日數明顯偏多（圖1）。

2.2 大霧日數的月季變化特點

每年的6—11月，烏蘭察布市最容易出現霧的月份為8月，其次為9月。烏蘭察布市地處內陸，霧多形成于凌晨，08：00后逐漸消散。而烏蘭察布市平均相對濕度最大的月份為8月，其次為7月，說明除相對濕度影響外，低層大氣降溫冷卻也是烏蘭察布市夏秋季節霧形成的主要影響因素。

2.3 霧日的空間分布

烏蘭察布市11個國家站中，夏秋季節出現霧最多的站點為興和，其次為察右中旗。

3 霧日的地面氣象條件

統計1991—2020年間烏蘭察布市夏秋季節的霧日，共得到909個霧日個例，統計霧日風向、2 min風速、相對濕度、出現霧的站點、月份和降水情況，總結出現霧時的地面氣象條件。

選取1995年為對照組，從1995年夏秋季節內隨機篩選909條數據與上述統計得到的909個霧日數據進行顯著性檢驗，將通過0.05的顯著性檢驗的各物理量進行分析得出：與1995年的對照組存在顯著差異的物理量場有降水、相對濕度、風向、風速、溫度露點差。

3.1 前期降水情況

夏秋季節霧日前一天降水概率達66.9%，霧日當天降水概率為39.7%。近70%的霧日前一天出現降水，因此出現降水是霧生成的有利條件之一。

3.2 相對濕度

在不同時刻霧日出現不同相對濕度的頻率存在較大差異。霧日前一日20：00、霧日當日14：00、霧日當日20：00，相對濕度小于85%的頻率均為最大，相對濕度大于95%的頻率最小。霧日當日02：00、霧日當日08：00相對濕度大于95%的頻率均最大，而相對濕度小于85%的頻率最小。霧日當日02：00、當日08：00相對濕度在90%～100%之間的頻率大于80%，因此高濕有利于霧的形成。

3.3 風向

在不同時刻霧日出現不同風向的頻率存在較大差異。霧日前一日20：00、當日02：00、當日08：00、當日20：00均未出現北風（N）的頻率最大。霧日當日02：00、當日08：00靜風（C）的頻率增加。出現霧時烏蘭察布市近地面為北風（N）的頻率最大，靜風有利于霧的生成。

1995年的對照組相比，霧日的偏北風分量更少，偏南風分量更多。同時靜風更多。其中霧日前一日20：00，偏北風分量較對照組少22.2%，偏南風分量較對照組多20.5%。說明偏南方向的暖濕氣流是霧生成的有利條件之一。

3.4 風速

在不同時刻霧日出現不同風向的頻率存在較大差異。霧日前一日20：00、當日02：00、當日08：00風速在0～1 m/s之間的頻率最大，其中，霧日當日02：00風速在0～1 m/s頻率為47.2%，霧日當日08：00風速在0～1 m/s之間的頻率為51.1%。霧日當日02：00、當日08：00風速在0～2 m/s之間的頻率大于70%，微風有利于霧的形成。

3.5 溫度露點差

在不同時刻霧日出現不同溫度露點差的頻率存在較大差異。霧日前一日20：00、當日14：00、當日08：00溫度露點差大于3 ℃的頻率最大。而霧日02：00、霧日08：00溫度露點差在0～1 ℃之間的頻率最大。霧日當日02：00、當日08：00溫度露點差在0～2 ℃之間的頻率大于80%，溫度露點差在0～2 ℃之間有利于霧的形成。

4 區域性大霧類型分析

1991—2020年烏蘭察布市同一日內有4個及以上國家站出現霧的區域性大霧共計51次，繪制每次區域性大霧高低空的高低空物理量場，并通過聚類分析結合區域性大霧的降水情況、層結情況與環流場特征，將烏蘭察布市夏秋季節區域性大霧按照形成機制分為平流霧、平流輻射霧、輻射霧，并分析其動力、熱力、水汽條件。

在51次區域性大霧中，出現最多的是輻射霧，共33次；其次為平流霧，共13次；最少的是平流輻射霧，共5次（表1）。

4.1 平流霧

從環流形勢分析，出現此類區域性大霧時對流層中高層位于脊區，對流層低層位于低壓槽前，環流形勢不一致，高低層配合較差。

暖平流深厚，出現霧的前一日僅部分過程出現降水，增濕方式以水汽的水平輸送為主；出現時間多為深秋，地面氣溫低，對流層結穩定，這是暖平流移入冷的下墊面逐漸冷卻而形成的霧（表2）。

4.2 平流輻射霧

從環流形勢分析，出現此類區域性大霧時對流層中高層位于槽區，對流層低層位于低壓槽后。

出現霧的前一日有降水，高空有冷平流，低空有暖平流，對流層結不穩定，有湍流運動，出現時間為夏季，烏蘭察布市地面氣溫高，這是平流與輻射共同作用形成的霧（表3）。

4.3 輻射霧

4.3.1 輻射霧與青藏高原以東的低渦

從環流形勢分析，出現此類區域性大霧時對流層中低層在青藏高原以東低壓發展，700 hPa在表現出氣旋性彎曲，部分過程也有閉合曲線，850 hPa上低壓發展較強，形成閉合低渦，烏蘭察布市位于青藏高原以東低壓伸展出的低壓槽前。

1996年10月21日烏蘭察布市出現區域性大霧時的對流層中低層環流場，青藏高原以東的低壓發展明顯，850 hPa有閉合低渦，烏蘭察布市位于低壓槽前（圖2）。

出現霧的前一日有降水，高空有暖平流，近地面有冷平流，出現時間多為深秋，地面氣溫低，對流層結穩定，這是穩定層結下近地層水汽含量高，夜間地面輻射、接觸降溫形成的霧（表4）。

4.3.2 輻射霧與鞍型氣壓場

從環流形勢上分析，此類區域性大霧對流層中下層往往會出現鞍型氣壓場，烏蘭察布市處于鞍形氣壓場的中心地帶，上空等高線稀疏。

1994年8月23日烏蘭察布市出現區域性大霧時的對流層中低層環流場，對流層中低層南北低、東西高的鞍型氣壓場形式較清晰，烏蘭察布市位于鞍型氣壓場的中間。

出現霧的前一日有降水，高低空均有冷平流，對流層結不穩定，有湍流運動，出現時間為夏季，這是近地層水汽含量高，夜間地面輻射、湍流降溫形成的霧（表5）。

5 結論

（1）1991—2020年烏蘭察布市夏秋季節霧日數呈現增多的趨勢，經M-K突變檢驗，2015年后烏蘭察布市霧日數明顯增多。

（2）烏蘭察布市夏秋季節出現霧最多的站點是興和，出現霧最多的月份為8月。

（3）降水對烏蘭察布市夏秋季節霧的產生作用顯著，霧日前一天降水概率達66.9%，除平流霧前一日僅部分過程有降水，輻射霧和平流輻射霧過程在出現的前一日地面均有降水。

（4）相對濕度大于90%，出現偏南方向的暖濕氣流，靜風或風速在0～2 m/s之間，溫度露點差為0～2 ℃是霧形成的有利條件。

（5）烏蘭察布市出現的區域性大霧按照形成機制可分為平流霧、平流輻射霧、輻射霧，出現頻率最高的是輻射霧。

（6）出現區域性大霧時高低空環流形勢不一致，不同類型的霧對流層中低層的環流形勢和層結曲線特征較明顯。出現平流霧時對流層結穩定，對流層中低層處于低壓槽前。出現平流輻射霧時對流層結不穩定，對流層中低層處于低壓槽后。出現青藏高原以東低渦發展的輻射霧對流層結穩定，對流層中低層處于低壓槽前；出現鞍型氣壓場的輻射霧時對流層結不穩定，對流層中低層烏蘭察布市上空等壓線稀疏。

參考文獻

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[10] 楊紅子.烏海市霧預報指標分析[J].內蒙古氣象，2020（3）： 20-23.

作者簡介：李碧云（1996—），女，內蒙古烏蘭察布人，助理工程師，主要從事氣象服務工作。#通信作者：薛羽（1992—），女，內蒙古清水河人，工程師，主要從事天氣預報工作，E-mail：1659443681@qq.com。