韋晶晶，鐘利華，鄭鳳琴，韋美鬧，古明悅
（1.廣西壯族自治區(qū)氣象臺，南寧 530022；
2.廣西壯族自治區(qū)氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心，南寧 530022；
3.廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧 530022；
4.欽州市氣象局，廣西 欽州 535000；
5.隆安縣氣象局，廣西 隆安 532799）
海霧是指發(fā)生在洋面上或者海域附近上空，由于邊界層中的水汽大量凝結(jié)造成的大氣能見度低于1km 的天氣現(xiàn)象［1］。北部灣位于中國南海的西北部，東臨中國的雷州半島和海南島，北臨廣西壯族自治區(qū)，西臨越南，與瓊州海峽和中國南海相連，被中越兩國陸地與中國海南島所環(huán)抱。海霧是北部灣地區(qū)主要的災(zāi)害之一，其對沿海城市及海上的交通運輸、漁業(yè)以及平臺作業(yè)等會造成不利影響。提高海霧預(yù)報水平對北部灣地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
針對海霧天氣的研究取得了不少成果。王彬華［1］指出，冷卻和增濕是海霧生成的兩大機制。王銳等［2］指出，弱冷空氣過程對下墊面溫度的降低有利于低層水汽凝結(jié)，使渤海海霧得以發(fā)展。張?zhí)K平等［3］指出，黃海春季的海霧發(fā)生在冬季風環(huán)流背景下，大氣環(huán)流提供了暖濕空氣的輸送條件。周發(fā)琇等［4］指出，黃海春季海霧形成的水汽由熱帶大氣提供，海面條件相對不重要。
對于北部灣海霧也展開過一些研究。鄭鳳琴等［5-7］對北部灣海霧的季節(jié)變化、生消特征和持續(xù)時間進行了統(tǒng)計分析。曾國光［8］分析了防城港區(qū)海霧的氣候規(guī)律及生成的天氣形勢背景。古明悅等［9］對比分析了3 次北部灣典型大霧過程的環(huán)流背景和氣象要素特征。葉庚姣等［10］分析了一次北部灣海霧天氣過程的大氣邊界層特征。這些研究多是著眼于北部灣海霧的氣候特征或個例的研究，針對海霧過程冷暖空氣輸送特征的研究則少見。本文采用合成分析方法，對2015—2020 年北部灣地區(qū)不同類型的海霧過程的海平面氣壓場和850hPa 風場進行分析，并通過計算海霧出現(xiàn)前后北部灣及其附近區(qū)域海平面氣壓差及西南急流指數(shù)，分析北部灣海霧冷暖空氣輸送特征，以期為北部灣海霧預(yù)報提供參考依據(jù)。
1.1 資料
本文所用資料有常規(guī)觀測資料，包括北部灣地區(qū)13 個海島自動氣象站逐時觀測資料，主要有能見度、風向、風速、氣溫、露點及相對濕度，以及歐洲中期天氣預(yù)報中心第五套再分析數(shù)據(jù)（ERA5，時間分辨率為1h，空間分辨率為0.25°×0.25°），主要有850hPa 風場、海平面氣壓場資料。
1.2 海霧過程統(tǒng)計及分型規(guī)則
將北部灣海域分成北部灣西部海岸（包括防城港雙墩島、白須公礁、萬歐燈架嶺）、北部灣東部海岸（包括北海市北海港、鐵山港石頭埠）、北部灣中部海岸（包括欽州市大廟墩島、黃姜山島、炮臺角島）、欽州灣海域（防城港市茅墩島）、潿洲島及鄰海海域（包括北海市潿洲島站、盛塘站、島竹蔗寮站、斜陽島站）。海霧的統(tǒng)計規(guī)則為：當該時次的最低能見度≤1km，且該時次的整點1min 平均能見度≤1km，則該時次出現(xiàn)霧，一天中2 個時次出現(xiàn)霧且間隔不超過2h，則這一天有霧。當北部灣5 個海域有≥3 個海域出現(xiàn)連續(xù)≥2d 的海霧天氣，計為一次海霧天氣過程，若2 次過程間隔中有2 個海域出現(xiàn)霧日，計為同一次海霧天氣過程。根據(jù)上述統(tǒng)計規(guī)則，2015 年1月—2020 年12 月期間北部灣海霧過程共有43 個。參考孔寧謙［11］對海霧天氣過程的分類劃分方法，主要對北部灣地區(qū)43 次海霧天氣過程出現(xiàn)前12h—24h 海平面氣壓場進行統(tǒng)計分析，歸納得到5 種天氣類型，即：入海高壓后部型、西南倒槽型、靜止鋒型、冷鋒前部型和入海高壓后部型+西南倒槽組合型（簡稱高后倒槽組合型）。統(tǒng)計2015—2020 年，入海高壓后部型和西南倒槽型分別出現(xiàn)10 次，靜止鋒和冷鋒前部型分別出現(xiàn)4 次，高后倒槽組合型出現(xiàn)15 次。本文僅對入海高壓后部型、西南倒槽型、靜止鋒型、冷鋒前部型進行分析。
1.3 研究方法
計算出霧前和出霧時一定區(qū)域內(nèi)的海平面氣壓差，可了解海霧過程出霧前和出霧時冷暖空氣輸送情況；
公式為：
式中dp 為一天的海平面氣壓差，p22.5，n為22.5°N，105°E 至110°E 的氣壓值，p17.5，n為17.5°N，105°E 至110°E 的氣壓值，氣壓差越大，則氣壓梯度越大。
采用西南急流指數(shù)來表征西南氣流的強弱，計算850hPa 西南急流（風速＞12m·s-1）在關(guān)注區(qū)域（20°～25°N，105°～110°E，含廣西、北部灣的關(guān)鍵區(qū)域）所占百分比；
定義西南急流區(qū)域指數(shù)為：
其中W 代表西南急流在選定區(qū)域中所占的百分比，A1 為選定區(qū)域中出現(xiàn)強西南急流格點個數(shù)，A2 為選定區(qū)域中的總格點個數(shù)。
2.1 海霧天氣過程冷墊和冷空氣輸送特征
2.1.1 海平面氣壓場特征
圖1 給出2015—2020 年各類型海霧發(fā)生當天海平面氣壓場合成圖。高壓后部型海霧發(fā)生前5d，在蒙古高原有冷高壓中心，冷空氣不斷從東路補充南下影響華南地區(qū)，在云南、貴州、廣西西部存在靜止鋒，1018hPa 線到達廣西沿海一帶，冷空氣在此堆積，北部灣地區(qū)受到弱冷空氣影響，出霧當天（圖1a），冷空氣減弱東退，1018hPa 線退至黃淮地區(qū)，地面冷高壓減弱東移出海，北部灣地區(qū)位于高壓后部，等壓線稀疏，轉(zhuǎn)受東南暖濕氣流影響。西南倒槽型海霧發(fā)生前5d，貝加爾湖南部有冷高中心，冷空氣從東路南下，1018hPa 線到達廣西沿海一帶，北部灣地區(qū)受到弱冷空氣影響，出霧當天（圖1b），1018hPa 線退至長江中下游地區(qū)，云貴高原有一向西南開口的倒槽，等壓線稀疏，北部灣地區(qū)處于倒槽的邊緣，轉(zhuǎn)受西南暖濕氣流影響。靜止鋒型海霧發(fā)生前5d，貝加爾湖西側(cè)有冷高壓中心，冷空氣從東路南下，等壓線密集帶主要在湘桂交界處，冷空氣主力到達桂北一帶，而在北部灣地區(qū)有冷空氣滲透侵入，鋒面進入北部灣南部海面時靜止少動或擺動，形成靜止鋒，出霧當天（圖1c），冷空氣在廣西地區(qū)的勢力已經(jīng)減弱，受暖濕氣流加強影響，靜止鋒北退至廣西沿海地區(qū)，北部灣地區(qū)轉(zhuǎn)受偏南暖濕氣流影響。冷鋒前部型海霧發(fā)生前3d，貝加爾湖西側(cè)有冷高壓中心，冷空氣從西路南下，在貴州、湖南有等壓線密集帶，出霧當天（圖1d），湘桂一帶等壓線變得更加密集，鋒區(qū)南壓至桂北，1018hPa 線到達廣西沿海，有弱冷空氣入侵影響北部灣地區(qū)。
圖1 出霧當天20 時海平面氣壓場（單位：hPa）
可見，入海高壓后部型、西南倒槽型和靜止鋒型海霧發(fā)生前5d 有冷空氣從東路南下，冷空氣主體到達廣西地區(qū)，北部灣主要受到弱冷空氣的影響形成冷墊，出霧當天，北部灣地區(qū)轉(zhuǎn)受偏南暖濕氣流影響，偏南風帶來的暖濕空氣平流到降溫后的近岸冷海面上，凝結(jié)成霧；
而冷鋒前部型海霧發(fā)生時有北方冷空氣從東路南下，冷空氣偏強，北部灣地區(qū)受鋒前冷空氣入侵影響，此時，北部灣海海面溫度、濕度較大，弱冷暖空氣交匯使?jié)窨諝饫鋮s凝結(jié)成霧。
2.1.2 出霧前后海平面氣壓差
一般在冷空氣影響時，在影響區(qū)域就會形成等壓線密集帶，當冷空氣減弱，而暖空氣輸送增強時，等壓線轉(zhuǎn)為稀疏，氣壓梯度減小。表1 給出北部灣海霧過程關(guān)注區(qū)域出霧前5d 平均海平面氣壓差和出霧時的海平面氣壓差。
表1 各類型海霧出霧前5d 和出霧時海平面氣壓差（單位：hPa）
從表1 可以看出，入海高壓后部型出霧時相比出霧前氣壓差有明顯的減小，由于出霧前期廣西及北部灣地區(qū)為冷高壓控制，冷高壓出海后轉(zhuǎn)為暖空氣控制，其氣壓差迅速減小。西南倒槽型則由于從高壓出海到西南風加強至形成倒槽所用的時間較長，出霧時較出霧前的氣壓差有所減小，但不如入海高壓后部型明顯。靜止鋒型由于出霧前期已有較強冷空氣南下，氣壓梯度較大，出霧時轉(zhuǎn)為暖空氣影響，所以氣壓差減小較多。冷鋒前部型由于出霧時廣西及北部灣地區(qū)有冷空氣的滲透，所以氣壓差較出霧前有所增大。
可見，除冷鋒前部型海霧出霧時相比出霧前氣壓差有所增大外，其他型海霧的氣壓差都較出霧前有不同程度的減小。
2.2 海霧天氣過程暖濕空氣輸送特征
2.2.1 850hPa 風場特征
圖2 給出各類型海霧發(fā)生前一天20 時的850hPa 風場合成圖。入海高壓后部型（圖2a）、西南倒槽型（圖2b）和靜止鋒型（圖2c）海霧發(fā)生前，西南風在北部灣地區(qū)迅速加大，在華南地區(qū)存在著東北-西南向的西南大風區(qū)。入海高壓后部型最大風速位于桂中地區(qū)，風速達到11m·s-1，西南大風的存在利于冷高壓東移出海；
西南倒槽型在桂中、桂北地區(qū)存在大于12m·s-1的西南風急流，最大風速區(qū)位于桂中地區(qū)，達到13m·s-1，急流的存在利于西南倒槽的形成；
靜止鋒型在桂中、桂北地區(qū)也存在著西南風急流，最大風速位于桂中地區(qū)呈東西向帶狀分布，達到14m·s-1，急流與南下冷空氣形成對峙，利于形成靜止鋒；
冷鋒前部型海霧發(fā)生前，偏南風也在北部灣地區(qū)迅速加大，大風區(qū)比前三者的區(qū)域小，僅在廣西地區(qū)存在西南大風，最大風速同樣位于桂中地區(qū)，達到13m·s-1。各類型海霧在北部灣地區(qū)存在6～9m·s-1的西南或偏南風，風速較小，北部灣地區(qū)位于西南大風的右側(cè)，存在著風速的反氣旋式切變，容易形成負渦度場，層結(jié)較為穩(wěn)定，有利霧的生成。
圖2 出霧前一天20 時850hPa 風場（單位：m·s-1）
2.2.2 低空西南急流與海霧的關(guān)系
在對黃海海霧形成的氣候特征研究中發(fā)現(xiàn)，海霧的增濕過程來源于低空西南急流的輸送［12］，王婷等［13］在珠江口沿岸海霧的研究中也發(fā)現(xiàn)，多數(shù)海霧發(fā)生期間，850hPa 風場有西南低空急流的存在。而具體到北部灣地區(qū)，海霧發(fā)生前也存在西南急流。
通過計算得到四種類型海霧在出霧前和出霧當天的西南急流指數(shù)（如表2）。
入海高壓后部型海霧發(fā)生前期北部灣地區(qū)為冷高壓控制，從表2 可見，出霧前三天西南急流指數(shù)僅為0.05，在出霧前兩天暖濕氣流迅速增強，冷高壓逐漸東移出海，西南急流指數(shù)增大到0.18，出霧當天回落到0.14。低層較強的西南風的存在才利于形成倒槽，所以西南倒槽型海霧的西南急流指數(shù)在出霧前三天就達到0.19，出霧前二天西南急流指數(shù)增大到0.23，而出霧當天又降至0.12。靜止鋒型在出霧前三天西南氣流指數(shù)僅為0.07，出霧前兩天增大至0.20，而在出霧前兩天有所減小，在出霧當天減小至0.02，說明冷暖空氣都較弱，利于鋒面在廣西沿海地區(qū)少動維持。冷鋒前部型的暖濕氣流輸送在出霧前期較其他型偏弱，在出霧前三天關(guān)注區(qū)域沒有出現(xiàn)西南急流，而在出霧前兩天西南急流指數(shù)達到0.14，出霧當天西南急流指數(shù)也達到0.14。
表2 各類型海霧的西南急流指數(shù)
本文采用合成分析方法對2015—2020 年北部灣地區(qū)不同類型的海霧過程海平面氣壓場和850hPa 風場進行分析，并通過計算海霧出現(xiàn)前后北部灣及其附近區(qū)域海平面氣壓差及西南急流指數(shù)，分析了北部灣海霧冷暖空氣輸送特征，得到以下結(jié)論：
（1）各類型海霧均有冷空氣南下影響，入海高壓后部型、西南倒槽型和靜止鋒型海霧發(fā)生前5d，廣西至北部灣地區(qū)有冷空氣堆積，形成冷墊，出霧時氣壓差較出霧前減小；
冷鋒前部型海霧發(fā)生前3d，廣西有冷空氣堆積，海霧發(fā)生時冷空氣補充南下，有弱冷空氣影響北部灣地區(qū)，出霧時氣壓差較出霧前增大。
（2）海霧發(fā)生前在華南地區(qū)存在大范圍東北-西南向的西南大風區(qū)，北部灣地區(qū)位于大風區(qū)右側(cè)，層結(jié)較為穩(wěn)定；
出霧前兩天西南急流指數(shù)迅速增大并達到峰值，說明出霧前兩天西南氣流已經(jīng)開始增強，暖濕空氣不斷向華南地區(qū)輸送，推動冷空氣減弱北移，出霧前一天和出霧當天西南急流指數(shù)有所減小，有利于冷暖空氣在北部灣地區(qū)對峙，形成海霧天氣過程。
本文僅初步分析了北部灣海霧過程的冷暖空氣輸送特征，對于海霧形成的機制還需要深入探討，這些方面的研究將在今后繼續(xù)開展。
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