（气象学专业论文）长三角区域雾频次变化的天气气候背景分析及其预报.pdf

摘要 本文采用1 9 7 7 2 0 0 6 年长三角地区5 个国家气候一级站的一日四次地面气象观测资料 以及n c e p n c a r 相关资料，分析了该地区区域大雾频次变化特征及其发生的天气气候背 景，并初步得到各月份大雾频次的预报方程，主要结论如下： 1 ( 1 ) 长三角区域雾频次年际波动较大，变化具有突发性和不连续性：( 2 ) 长三角 发生区域人雾有两个多发时段和一个少发时段。1 1 、1 2 、1 月是大雾发生最频繁的时候， 3 、4 、5 月是大雾发生次频繁的时间，而6 、7 、8 、9 月则是区域大雾少发的时段；( 3 ) 长三角各个月份的区域雾频次逐年变化特征总体都呈下降的线性趋势，而且年际波动比较 大，高值与低值的交替出现不规律，各月份出现区域雾最多和最少的年份不尽相同。 2 长三角区域雾频次在大雾多发和少发年份天气气候背景主要差异为：少雾年( 多 雾年) 5 0 0 h p a 高度场上东亚大槽较深( 较浅) ，天山附近的脊较强( 较弱) ；海平面气压 场上蒙古高压较强( 较弱) ，高压前部伸至我国东南部( 在我国华北地区) ；9 2 5 h p a 上相 对湿度较小( 较大) ，偏北风较强( 较弱) 。但少数月份有例外。 3 初步得到了长三角大雾发生较多月份的雾频次预报方程，方程的拟合正确率都在 8 0 左右，独立试预报的八个月中，有五个月预报结果正确，两个月预报偏低，一个月偏 高。 关键词：长三角地区；大雾频次；天气气候背景；预报方程 a b s t r a c t t h eb a c k g r o u n do ft h er e g i o n a lf o gf r e q u e n c yc h a n g e si nt h ey a n g t z er i v e rd e l t aw a s a n a l y z e da n dt h ef o r e c a s te q u a t i o n sw e r eb u i l ti nt h i st e x t , t h e d a t ai n v o l v e dw e r et h e n c e p n c a r r e a n a l y s i sd a t aa n dt h eg r o u n do b s e r v a t i o nd a t ao f t h e5n a t i o n a lc l i m a t es t a t i o n s i nt h i s r e g i o n w h i c hw a s4t i m e sd a i l yd u r i n g1 9 7 7 u 2 0 0 6 t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea s f o l l o w s ： 1 ( 1 ) t h er e g io n a lf o gf r e q u e n c yi nt h ey a n g t z er i v e r d e l t av a r i e ss e v e r e l yy e a rb y y e a r , a n dt h ec h a n g e sa r eo u t b u r s ta n dd i s c o n t i n u i t y ( 2 ) t h e r ea r et w op e r i o d so ft i m et h a t r e g i o n a lf o g sh a p p e nf r e q u e n t l ya n do n eh a p p e n sr a r e l y t h em o s tf r e q u e n tt i m ea r en o v e m b e r ， d e c e m b e ra n dj a n u a r y , f o l l o w e db ym a r c h , a p r i la n dm a y ，t h e r ea r ef e wf o g sf r o mj u n et o s e p t e m b e r ( 3 ) t h ey e a r l yc h a n g e df r e q u e n c yi n d if f e r e n tm o n t h sa p p e a rt h es a m e d o w n t r e n d ，w it hl a r g ei n t e r - a n n u a lf l u c t u a t i o n s ，v a l u e sb e t w e e nh i 曲a n dl o wa l t e m a t e i r r e g u l a r l y , a n dt h ee x t r e m ev a l u ei ne a c hm o n t hi sn o tt h es a m e 2 t h em a i nb a c k g r o u n dd i f f e r e n c e sb e t w e e nf b 野a n df o g l e s s y e a r sa r e ：i nt h e f o g l e s s ( f o g y ) y e a r s ，t h e r ei sd e e p ( s h a l l o w ) t r o u g hi ne a s ta s i aa n ds 仃o n g ( w e a k ) r i d g en e a rt i a n m o u n t a i ni n5 0 0 h p ah e i g h tf i e l d ，t h em o n g o l i a nh i g ha ts e al e v e lp r e s s u r ei sq u i t es t r o n g ( w e a k ) ， w i t hi t sf r o n ts t r e t c h i n gt os o u t h - e a s t e r nc h i n a ( s t a yi nn o r t hc h i n a ) ，t h er e l a t i v eh u m i d i t yi s q u i t es m a l l ( 1 a r g e ) a n dn o r t h e r l yw i n d ss t r o n g ( w e a k ) o n9 2 5 h p 乱a b o v ea l l ，t h e r ea r ee x c e p t i o n s t oas m a l ln u m b e ro ft h em o n t h s 3 t h ef o r e c a s t i n ge q u a t i o n sf o rf o gf r e q u e n c ya r ep r e l i m i n a r i l yb u i l tb e t w e e nt h em o n t h s i nw h i c hf o gh a p p e n sf r e q u e n t l y , a n de q u a t i o n sf i t t i n gt h ec o r r e c tr a t ea b o u t8 0p e r c e n t b e s i d e s ， i nt h ei n d e p e n d e n tp r e d i c t i o nt e s to ft h ee i g h tm o n t h s ，f i v ea r ec o r r e c t ，t w ob e l o wt h er e a lw h i l e o n ea b o v e k e yw o r d s ：t h ey a n g t z er i v e rd e l t ar e g i o n ；r e g i o n a lf o gf r e q u e n c y ；w e a t h e ra n dc l i m a t e b a c k g r o u n d ；f o r e c a s te q u a t i o n i i 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实 的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机 构已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表 示了谢意。不j 谢蒽。 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名： 日期： 第一章绪论 1 1 长三角区域雾频次变化及其预测研究的意义 在全球气候变暖背景下，我国面临的雾害形势日益严重。为了提高对雾害的科学认识， 增强防御雾害的能力，需要对雾害的成因、影响、监测预警、防御和治理技术等进行深入 研究( 国务院政务情况交流第7 2 期) 。 浓雾已成为影响经济和社会发展及人民健康的重要灾害性天气之一n 一1 ，主要危害表 现在以下四个方面：1 ) 持续性浓雾对交通的危害最为直接，由于雾中能见度低，往往造 成高速公路汽车追尾相撞，航班延误甚至发生空难，海上轮渡停航甚至相撞，严重影响交 通安全和运输效率；2 ) 雾中污染物含量高，缩短日照时数，降低农产品产量和品质，增 加植物病虫害的发生概率；3 ) 输变电设备外绝缘受到雾中污染物和水分影响，常常发生 雾闪，造成停电事故，严重威胁电力供应安全；4 ) 雾及雾日的逆温，不仅使污染物积聚， 而且使污染物在雾中发生物理化学反应，形成比原污染物毒性大得多的新物质，加剧大气 污染的危害。比如二氧化硫在大气中被氧化与雾滴结合成硫酸盐气溶胶，毒性可提高l o 倍以上。最大的危害是，它不仅引起并加重呼吸器官疾病，而且还会损害心脏。 长江三角洲地区是当今中国人口密度高，城市群最为集中和经济最发达、最活跃的地 区之一，同时也是中国生态环境相对脆弱的地区。发达的工商业，密集的人口和高速的城 市化发展，给长江三角洲地区人类生存环境带来很大压力，环境负荷逐年加重。 长江三角洲地区年雾日大约1 1 0 天，南京市每年浓雾日高达3 0 天左右。雾和空气污 染相互作用对社会经济发展，交通和人民的身体健康已经造成很大的危害和影响。2 0 0 6 年1 2 月2 4 日至2 8 日一场罕见的连续性大雾袭击江苏省，对交通航运等部门造成极大影 响；南京大雾持续了5 1 个小时，为近5 6 年来持续时间最长。据南京各报报道，大雾期间 和之后，南京各大医院“爆棚”，因哮喘、支气管炎、鼻炎而就诊患者明显增多。2 4 日浓 雾之后，省人民医院接诊的突发性心梗、心律失常和心肌炎的病人比平时多了3 倍，心脏 科门诊量超过5 0 0 人次。1 2 月2 4 2 8 日大雾，持续5 天，其中能见距离小于5 0 米的特浓 酸雾连续维持了4 0 个小时，它不仅影响了各类交通，它还严重腐蚀建筑物，损害林木和 蔬菜生长。 长三角地区的经济发展日益迅速，交通日益发达，天气灾害也被更多的关注。大雾使 能见度变得很低，区域性的大雾天气对城市群的交通有着极大的危害，对人民群众的生命 财产安全提出了严峻的挑战。大雾发生频繁不仅会给人们正常的生活带来诸多不便，而且 还会严重影响空气质量，使人精神压抑甚至会引发疾病。了解大雾发生频次的天气气候背 景有利于相关部门提早应对。所以迫切需要深入研究雾的监测预警和减灾技术，它事关和 谐社会建设、经济可持续发展和人民身体健康，具有特别重要的研究价值和现实意义。 1 2 雾的研究进展 在大雾研究方面前人已经做了大量的工作，人们对雾的认识更多地深入到其微物理特 征、发生发展的动力学规律以及宏观天气背景和气候特征。2 0 世纪后期模式的出现使雾 的研究从定性走向定量，这无疑是一大历史性的跨越。 1 2 1 雾的天气学研究 大雾通常是在稳定的天气背景下形成的，并具有较强的地域性特征，大量的工作对我 国各地大雾的气候特征和环流背景进行了研究。李子华等1 通过对1 9 9 6 年南京连续5 天 浓雾的物理结构特征研究发现，辐射雾是在贴地气层降温率最大，逆温层最强时形成的： 他们根据观测研究h 1 还发现，辐射雾具有双层结构和爆发性发展的特征。葛良玉等伟1 发现 低空有下沉逆温，地面有辐射逆温，是大雾形成和长时间不消的重要条件。周之栩等晦1 指出对流层中层5 0 0 h p a 的平直纬向环流和低层的浅槽活动是大雾发生的重要条件，同时 低层充沛的水汽和稳定的层结条件对大雾的发生和维持也很关键。何立富等h 1 指出对流层 中低层暖性高压脊及地面变性冷高压的稳定维持为持续性大雾过程提供了良好的背景条 件，地表净辐射引起的近地层冷却是大雾的触发和加强机制，中低空下沉气流的存在有助 于近地层的弱风条件和稳定层结的建立，低层暖平流的输入和边界层的浅层抬升有利于大 雾的长时间维持，伴随负温度平流南下的偏北风的爆发是使大雾消散的动力因子。宋润田 等哺3 在对大雾的动力和热力特征的研究过程中，特别偏重于对逆温层结构特征的分析，认 为绝大多数大雾过程存在下沉逆温和近地层逆温。也有人陋“翻对城市及高速公路大雾的物 2 理特征及天气学成因进行过专门分析，认为不同性质的大雾过程，其温湿场、风场的中小 尺度结构也不尽相同。 辐射雾是一种常见的雾，以往国内外对它的研究有很多。最早对辐射雾的形成过程进 行数值模拟的是f i s h e r 掣“1 ，随后z d u n k o w s k i 1 2 1 、b r o w n 例和b o k o v 1 4 1 等对辐射雾模式研 究作了很大的改进。国内在辐射雾的研究方面也有不少的工作酬引。9 0 年代初，钱敏伟瞳们、 张利民乜以及石春娥等乜2 1 分别利用一维、二维或三维的雾模式对长江上空以及重庆地区辐 射雾的形成过程进行了数值模拟研究。这些研究加深了人们对大雾的边界层结构以及微物 理过程的认识。樊琦等晗3 1 通过对珠江三角洲地区大雾的模拟发现地面长波辐射冷却是辐射 雾形成的主要机制，而太阳短波辐射则是辐射雾消散的主要原因。石红艳等幢引对长江中下 游地区一次辐射雾进行数值模拟后指出，m m 5 中尺度非静力模式已明显具有了对雾的生 消演变过程进行有效合理的数值模拟的能力，尤其是在辐射雾形成的时间、高度和液态水 含量的分布等方面，模拟结果与实况比较吻合。任遵海等乜朝对江面的平流雾也进行了数值 模拟，他们研究指出，在预报海面上是否有平流雾时应该考虑两方面的因素，一是上游形 成的雾能否向下游平流影响本地，二是局地是否会因平流冷却作用而使水面气温差达到一 定值形成雾。 1 2 2 雾的气候学研究 统计方面，刘小宁等晗6 1 分析了我国大雾空间、时间分布的基本气候特征指出，从整体 来看，我国大雾分布呈现东南部多西北部少的特点，在月大雾的日数、月最多大雾目数、 大雾季节分布中都显示出北南、西东的地区差异及局地明显的特征，并且我国大部分地区 大雾日数呈减少趋势，而浓雾出现的年日数变化不明显。王丽萍等乜 将我国主要雾区划分 为6 块，提出主要雾区都是秋冬季节雾日最多，且大雾目数变化与气温变化有一定的关系， 与地面相对湿度的增减趋势一致，同时他们还指出大雾的减少趋势与气温偏高有定的 关系，中国各地区大雾和相对湿度的增减趋势是一致的。孙丹等瞻钔指出全国大部分地区的雾 频数相关系数绝对值均小于o - 3 ，表明多数地区雾频数随时间变化趋势不太明显；相关系 数为负的地区明显多于为正的地区，即全国大部分地区的雾频数随时间呈一定程度的减少 趋势。陈潇潇等m 1 发现雾生时间多集中在清晨0 6 ：0 0 - - - 0 8 ：0 0 及夜间2 0 ：0 0 _ - 2 1 ：0 0 ；内陆、 南部沿海雾生时间多在清晨0 6 ：0 0 - - - 0 8 ：0 0 ，东部及沿海多发生在夜间2 0 ：0 铲屯1 ：0 0 ，雾生 3 频次经历少多少的年代际变化，4 5 a 来多数区域雾生频次呈现少多少的变化，大部分地 区雾的持续时间在3 h 内，1 2 h 以上的雾区多集中在沿海、华北和陇东一山西地区。 雾的局地性很强，形成的因素复杂多样，各地浓雾均有明显不同的规律和特点。周自 江等拍建立了长三角地区浓雾事件序列，揭示了该地区浓雾事件的季节分布特征和年代际 变化特征。吴滨等口2 1 指出福建省年雾日数与年平均气温有较好的负相关关系，而与年平均 相对湿度有很好的正相关关系，同时与森林覆盖率的变化有一定关系。常军等1 发现河南 省年平均大雾日数秋冬季多，春夏季少，雾日主要集中在1 1 月到翌年1 月，大雾区域分 布极不均匀，总体来说是东多西少，平原和盆地多山区明显少。李法然等引指出一般平原 大雾主要发生在1 0 月到次年4 月，山区则发生于9 月到次年5 月，每年1 1 月至次年1 月 大雾出现几率最频繁，对交通威胁最为严重。郭立平口5 1 等指出冀中滨海平原地区1 9 9 0 年 以后年平均大雾日的变化有明显加剧的现象，相比2 0 世纪8 0 年代、9 0 年代浓雾日数有 明显增加的趋势。张宗灏等口刚研究发现鲁西南雾存在n n w s s e 的主导风向和3 c - - 2 的温度窗区，雾频率最高，该地区存在4 种典型的成雾形势：低槽冷锋、低层纬向锋区、 华北弱地形槽、地面弱梯度辐射。马学款等口7 1 对重庆地区的雾进行研究指出，重庆年雾日 数总体呈逐年下降趋势的同时轻雾日数急剧上升，可能主要与城市热岛效应增强和空气 污染状况加重有关，同时他们还使用神经网络建立了预报模式，对重庆雾的预报具有一定 的效果。蒋大凯等汹1 通过分析发现辽宁省沿海地区和山谷洼地地区较容易出现大雾，辽宁 省区域性大雾天气可分为4 个基本型，其中锋面气旋型大雾时常和弱的降水天气同时发生， 极容易发生漏报。他们通过提取预报指标，建立了辽宁地区大雾的客观预报方法，对辽宁 省区域性大雾预报正确率达到了5 8 。另外国外在大雾的统计研究方面也有大量的工作 s 9 - - 4 4 ，取得了不少成果。 1 3 本文的研究特色及研究内容 1 3 1 研究特色 从前人的研究成果来看，众多学者主要都是对个别浓雾事件进行深入分析，揭示大雾 的物理特性、动力学特征以及天气学背景，或者是对大雾进行统计分析，得出大雾的时空 分布规律。但似乎还没有人在对大雾频次进行统计的基础上分析影响大雾多发和少发的天 气气候背景差异，也很少有人探究大雾频次预报方程。比较而言，本文主要有以下特色： ( 1 ) 在资料方面，大雾资料是中国国家气象信息中心整编的台站一日四次观测资料，考 4 虑到原始资料的完整性以及记录的一致性，选取1 9 7 7 _ - 2 0 0 6 年。本文是在此基础上进行 细致的再统计，得到长三角区域雾频次的资料。数据不仅具有科学性，而且比较新。 ( 2 ) 研究目标方面，本文抠住区域雾多发与少发的天气气候背景差异，得出不同月份影 响大雾发生频次的关键系统，并查看前期各种物理量场与雾频次变化的关系，找出了比较 合适的预报因子，初步建立了长三角区域雾频次的预报方程，在业务预测中有一定的参考 价值。 1 3 2 研究内容 为了初步认清长三角区域雾的规律，本文主要做了以下几项工作： ( 1 ) 对长三角地区近几十年来的地面气象观测资料进行了细致的统计分析，初步建立长 三角地区较完整的大雾序列资料库，并在此基础上得到区域雾频次序列； ( 2 ) 分析了区域雾发生频次的历史气象资料，总结得出长三角区域雾发生的规律； ( 3 ) 对区域雾多发与少发的背景进行了细致的分析，得出影响区域雾频次变化的天气气 候背景； ( 4 ) 对大雾发生的前期背景场进行了分析，寻找前期影响大雾频次的因子，选择合适的 短期气候预测因子，初步建立了大雾发生较多月份长三角区域雾频次的预测方法并进行试 预报。 5 2 1 资料 第二章资料与方法 ( 1 ) 美国n c e p n c a r 资料中心提供的月平均高度场、风场、海平面气压场和相对湿 度场等再分析资料( 分辨率为2 5 2 5 ) ； ( 2 ) 长三角地区5 个主要的国家气候一级站( 合肥、南京、东台、上海、杭州) 1 9 7 7 - - 2 0 0 6 年的一日四次( 0 2 、0 8 、1 4 、2 0 时) 地面气象观测资料。 2 2 研究区域 本文研究的长三角地区引用周自江等口对长江三角洲范围的界定，取2 9 - - 3 3 。n ， 1 1 8 5 , - , - - 1 2 2 5 。e 。主要包括上海市、江苏中南部( 3 3 。n 以南) ，安徽东部( 1 1 8 5 。e 以东) ，浙江北部( 2 9 。n 以北) ，陆地面积约1 2 万k m 2 。该区域濒临东海和黄海，内含 长江、钱塘江、京杭大运河、太湖和高邮湖等，水资源很丰富，空气中的水汽含量充足， 近地面大气层的年平均相对湿度高达7 8 3 ，容易发生大雾和浓雾天气( 主要是辐射雾) 。 2 3 分析方法 本文主要采用合成差值、相关等分析方法，用t 检验来检验差值和相关的显著性。运 用多元线性回归建立预报方程。 2 3 1 多元线性回归h 5 ， 回归分析是气候预测中应用最为广泛的统计方法。它是处理随机变量之间相关关系的 一种有效手段。通过对大量历史观测数据的分析、计算，建立一个变量( 因变量) 与若干变 量( 自变量) 间的多元线性回归方程。经过显著性检验，若回归效果显著，则可将所建立的 回归方程用于预测。多元线性回归方程的参数估计中，最小二乘法是最常用的方法。 设因变量y 与自变量x l ，x 2 ，x m 有线性关系，那么建立y 的m 元线性回归模型， y = 卢o + 卢l x l + 卢2 x 2 + + 卢坍x 埘十s 其中风，卢l ，卢肌为回归系数，是遵从正态分布= ( o ，仃2 ) 的随机误差。 在实际问题中，对少与x l ，x 2 ，作n 次观测，即有 6 y f = 卢o + j b l x l f + 卢2 x 2 f + + 卢朋x 研f + s f 建立多元回归方程的基本方法是，由观测值确定回归系数p o ，卢1 ，卢肼的估计 b o ，b l9 o - 9b 埘，得到对m 通对x t l ，x 2 f ，x 肌f 的线性回归方程 y f = b o + b l x n + + b 用x 脚f + e f 人 其中 是y ，的估计，e ，是误差估计称为残差。然后对回归效果进行统计检验。 2 3 2 相关系数 用米描述两个时间序列之间的相互关系的方法，主要用相关系数r 叫来表示，r 叫的 绝对值越大表示两者之间关系越密切。假设两个时间序列x 、y ，其样本长度均为n ， 其中必须有一个是一维时间序列( 设为x ) ，那么相关系数表达式为： r = ( 鼍一i ) ( 咒一歹) i = 1 式中x ，y 是序列x ，y 的平均值。相关系数有1 r 1 。当r 为正时，表示x 和y 有正相关关系：r 为负时，表示x 和y 有负相关关系。当r = 1 时，表示x 和y 之间有一 一对应的关系，所以i 尺l 越大，表示x 和y 的关系越密切。 2 3 3 合成分析 指以不同的气候态a 、b 为标准将变量场x 分成两样本墨，五，并对x i ，x 2 分别进 行合成，从而分析在a 、b 两种气候状态下，场( 变量) x 有无明显的不同，或者说a 、 b 两种气候态是否对场( 变量) x 有显著影响。 2 3 4t 检验h 7 1 2 3 4 1 差值t 检验 分别对长三角区域雾多发年和少发年所对应的各种场进行差值的显著性检验， 7 f = x 一) ， 式中甩l 、玎2 分别是区域雾频次偏多和偏少的年数，x 、y 分别是区域雾偏多年和偏少年 时段要素的多年平筠值，5 i ! ，s ；是相应的方差 2 3 4 2 单序列相关性的t 检验 对于气侯变量不同时刻的线性相关( 自相关系数) 和两气侯变量的线性相关是否显著， 即相关系数达到多少算是存在显著相关关系，必须进行统计检验。 由相关系数r ，反算t 值 f ：压喜 1 一，2 上式服从自由度n - 2 的t 分布，给出信度口，查表可以得到临界值，。，当绝对值t 大于等 于f 。，表明这两个序列存在显著的相关关系。 8 第三章长三角区域雾频次变化规律 长三角地区大雾发生频次具有明显的月季变化和年际变化特征，在不同季节大雾发生 频次差异较大。同一月份不同年份也会出现较大差异。 3 1 区域雾的定义 参考相关资料h 7 1 并根据实际情况将长三角区域雾定义为：一天之内在长三角区域内有 两站( 包括) 以上在同一观测时次出现大雾( 能见度小于等于l k m ) ，则记该日出现一次 区域雾。 区域雾是较大范围发生大雾的现象，我们知道，雾的局地性比较强，大雾的发生受局 地气象因子的影响很大，比如水系偏多、山区地形作用，前期降水的影响等等。台站记录 的大雾天气有可能只是小范围的天气现象，不一定能在天气形势背景上有非常好的反映， 单个台站的大雾频次与天气气候背景的对应关系可能就更差了。因此必须借助区域雾，从 尺度上与大的环流背景匹配起来，进而使区域雾频次的天气气候背景研究更具有科学性。 3 2 长三角地区季节年区域雾年际变化特征 大雾的发生具有明显的季节特征啪1 ，为了使大雾频次的统计结果更加科学，本文按季 节年作为统计的时间周期，即定义季节年为3 月至次年2 月这段时间，来统计长三角区域 大雾频次的年际变化，结果( 图3 1 ) 发现：长三角区域雾频次年际波动较大，变化具有 突发性和不连续性，如1 9 8 7 年频次突然增加而1 9 8 8 年又突然大幅减少；大雾频次变化有 明显的年代际变化特征，2 0 世纪7 0 年代末至8 0 年代，大雾频次维持在一个比较高的水 平( 为了清楚起见，年代际的平均值取实际的1 2 作图) ，9 0 年代和2 0 0 0 年后大雾频次持 续减少，2 0 0 0 年以后基本维持在一个比较低的水平；另# 1 , - - 项式趋势也表明近3 0 年长三 角区域雾频次呈总体逐年减少的态势，且后半段几乎都是在3 0 a 平均值以下波动；近3 0 年中，区域雾发生频次最高是在1 9 8 3 年，全年区域雾频次高达4 8 次，最低发生在2 0 0 3 年，全年只有1 5 次，前后相差3 3 次之多。 9 6 0 5 0 餐4 0 蒸3 0 排 2 0 l o 0 1 9 9 2 1 9 9 51 9 9 82 0 0 12 0 0 4 年份 图3 11 9 7 7 2 0 0 6 年长江三角洲区域雾季节年变化 ( 为清楚起见，作图时年代平均值取实际值的1 2 ) 3 3 长三角地区近三十年的逐月区域雾累计频次变化 从长三角地区近三十年的逐月区域雾累计频次变化( 图3 2 ) 可以清楚地看出，长三 角发生区域大雾有两个多发时段和一个少发时段。1 1 、1 2 、1 月是大雾发生最频繁的时候， 3 、4 、5 月是大雾发生次频繁的时间，而6 、7 、8 、9 月则是区域大雾少发的时段，且除 了5 、7 、8 、9 月区域大雾频次远低于平均值外，其他月份均高于平均值。1 1 月是区域大 雾发生最为频繁的月份，3 0 a 的总频次达1 4 3 次，比最少的8 月( 1 7 次) 高出7 倍还要多。 从月际变化看，冬季前中期大雾频次较高，2 月突然减少到平均值附近后3 、4 月又 持续增加，4 月大雾频次达到全年次峰值后开始回落，持续减少到盛夏的8 月，8 月频次 为全年最低值，之后开始反弹，9 月到1 0 月大雾频次大幅提高，与5 到6 月的突然大幅 回落相似，增减幅度都很大，表现为一半的衰减和成倍的增加，这可能与6 月和10 月北 半球大气环流突变有关h 引。1 1 月大雾频次迅速增加到全年的最高值，1 2 月稍有减少，但 直到1 月仍维持在较高的水平。可见，长三角地区大雾频次的月际变化很大，不同时期导 致大雾频次变化的原因可能不尽相同。 1 0 懿 。 聚 蹈 嗽 廿 嫡 12 3456789 1 0l l1 2 月份 图3 21 9 7 7 2 0 0 6 年长三角区域雾累计频次逐月变化( 虚线为全年平均) 3 4 各月份的雾频次逐年变化 长三角各个月份的区域雾频次逐年变化特征总体都呈下降的线性趋势，而且年际波动 比较大，高值与低值的交替出现不规律，区域雾主要发生在冬半年，夏半年相对比较少。 区域雾频次受季节影响比较大，各月份发生的情况都有本身的特点。 近3 0 a 中一月( 图3 3 a ) 长三角区域大雾频次呈略减少的线性变化趋势，且存在明显的 年际波动变化特征，8 0 年代中期以及2 0 0 0 年以后主要表现为少雾，9 0 年前后大雾多发， 1 9 7 9 、1 9 9 2 以及2 0 0 6 年雾频次明显偏高，其中1 9 7 9 年最高，有9 次之多，1 9 8 1 、1 9 9 7 以及2 0 0 5 年大雾发生频次最少，都只有一次。 二月( 图3 3 b ) 大雾发生频次总体上较一月明显减少，近3 0 年中最高只有7 次，分别 发生在1 9 7 9 年和1 9 9 1 年，而1 9 8 0 、1 9 9 2 、1 9 9 6 这三年甚至没有区域雾发生。大雾的年 际波动较大，1 9 7 9 到1 9 8 0 和1 9 9 1 到1 9 9 2 都是从最高值直接跳到最低值。雾频次呈略减 少的线性趋势，8 0 年代总体偏少，2 0 0 0 年前后大雾多发。 三月份( 图3 3 c ) 大雾频次的变化相对比较平稳，1 9 8 0 年前后大雾多发，8 0 年代中后 期大雾发生频次比较少，1 9 9 0 年以后几乎稳定在平均水平，总体上仍逐渐减少的线性趋 势，1 9 8 1 年为3 0 a 之最，区域雾频次达到8 次，2 0 0 3 年最少，一次也没有发生。 四月份( 图3 3 d ) 区域雾频次虽然是减少的趋势，但实际是明显的抛物线式变化，8 0 年 们 趵 如 约 o l l 1 1 代和9 0 年代初区域雾频次处在一个较高的水平，7 0 年代末、9 0 年代中后期一直到2 0 0 6 年都是少发，1 9 9 4 年发生了9 次区域雾，为3 0 a 的最高值，近几年大雾发生非常少，2 0 0 4 年和2 0 0 6 年频次均为0 ，2 0 0 5 年也只有一次。 五月( 图3 3 e ) 处在春末，多数年份大雾频次明显减少，且主要为两次或5 次左右。雾 频次总体仍然是略减少的线性趋势，最高值发生在1 9 8 9 年，为10 ，次，最低值发生在1 9 9 2 年，次数为0 。 五月过后进入夏季，区域雾的发生急剧减少，6 、7 、8 、9 月大雾发生次数都不到春 季的一半，而且一个突出的特点就是9 0 年代开始区域雾不同程度的几乎消失了。6 月份( 图 3 3 d 在8 0 年代前中期、9 0 年代中期大雾频次高于平均水平，7 月( 图3 3 曲大雾几乎只在 8 0 年代发生，8 月( 图3 3 h ) 除了发生在8 0 年代外，9 0 年代初也有发生，9 月( 图3 3 i ) 区域 雾也几乎只发生在9 0 年代以前，到了1 0 月份( 图3 3 j ) ，大雾频次又迅速增加，8 0 年代中 期以前以及9 0 年代末大雾多发，1 9 9 0 年前后以及2 0 0 0 年以后区域雾少发，且整体有明 显的线性减少趋势，区域雾频次最多发生在1 9 8 2 年，达到8 次，而1 9 9 1 、1 9 9 2 、1 9 9 4 、 2 0 0 3 以及2 0 0 6 年都没有发生区域雾。夏半年的这些月份区域雾发生频次如此之少，主要 可能是由于夏季气温升高，对流加强，不利于大雾的积聚，从而很难形成大范围的大雾天 气。 十一月( 图3 3 k ) 是长三角区域雾频次发生最多的月份，近3 0 a 中1 1 月长三角区域大 雾频次呈略减少的线性变化趋势，且存在明显的年际波动变化特征，高值与低值不规律的 交替出现。其中，7 0 年代末、9 0 年代中期以及2 0 0 0 年以后主要表现为少雾：8 0 年代中 期和9 0 年代后期为大雾多发期：1 9 8 8 年至1 9 9 0 年大雾频次波动最大，1 9 8 8 年1 1 月区域 雾频次为0 ，是3 0 a 最低值，1 9 9 0 年1 1 月则达到3 0 a 的最高值，一个月内发生的区域雾 次数就有1 3 次。 十二月( 图3 3 1 ) 是区域雾频次发生次多的月份，平均每年都有4 5 次区域雾，7 0 年代 末以及9 0 年代后期为大雾多发期，8 0 年代初及2 0 0 0 年后的前几年雾频次都较少。大雾 频次整体呈现略减少的线性趋势，1 9 7 7 年和1 9 7 9 年为最高值，均为1 1 次，1 9 9 3 年和2 0 0 1 年为最少，均没有发生。 1 2 a 舭l0罨 ”“翟扩”8 “”； 蓬础 1 ”_1 厂 面 笔龇 2 l 讪山上 ”扩”“”鼍铲” 1 3 。8骶。 衄一 | k 一 扯 瑚删扩 崎 训 i 0iim脚m 梳 川一 拈 j0舢， m卜刹一卜h ”“1 鼍扩” 图3 31 9 7 7 2 0 0 6 年长二角各月份区域雾的逐年变化 ( a ) 】月( b ) 2 月( c ) 3 月( d ) 4 月( e ) 5 月 ( n6 月 ( g ) 7 月 ( h ) 8 月( i ) 9 月 ( j ) 1 0 月( k ) 1 1 月( 1 ) 1 2 月 3 5 小结 本章对长三角地区区域雾频扶发生的特征进行了统计分析，得到近3 0 年长三角区域 雾频次的主要变化特祉为： ( 1 ) 长三角区域雾频次具有明显的年代际变化特征，2 0 世纪7 0 年代末至8 0 年代，大雾 频次维持在个比较高的水甲，9 0 年代和2 0 0 0 年后大雾频次持续减少，2 0 0 0 年以后基本 维持在一个比较低的水平。长三角区域雾频次呈总体逐年减少的态势，1 9 8 3 年最高，2 0 0 3 年最低 ( 2 ) 跃三角发生区域大雾有两个多发时段和一个少发时段。1 1 、1 2 、1 月是大雾发生最 频繁的时候，3 、4 、5 月是太雾发生次频繁的时间，而6 、7 、8 、9 月则是区域大雾少发 、# k 的时段，1 1 月是区域大雾发生最为频繁的月份，8 月最少。 ( 3 ) 长三角各个月份的区域雾频次逐年变化特征总体都呈下降的线性趋势，而且年际波 动比较大，高值与低值的交替出现不规律，各月份出现区域雾最多和最少的年份不尽相同。 1 5 第四章长三角区域雾频次变化的同期天气气候背景 长三角地区区域雾频次变化与当时的天气气候背景紧密联系，区域雾都是由于一定的 天气气候形势作用而产生的。寻找区域雾多发与少发情况下不同的天气气候背景，有利于 我们更好的认识区域雾发生的有利条件。 为方便研究，对1 9 7 7 - - 2 0 0 6 年各月的区域雾频次序列求距平百分率，规定距平百分 率绝对值大于等于5 0 为异常h 钾，得到长三角区域雾发生频次正异常和负异常的年份。选 取大雾多发和少发的年份做不同要素场的合成差值分析。 4 1 各月份区域雾多发与少发的天气气候背景 一月大雾频发，与冷空气活动有着非常密切的关系。选取近3 0 a 一月份大雾正异常的 1 9 7 9 、1 9 8 2 、1 9 8 9 、1 9 9 2 、1 9 9 9 、2 0 0 2 和2 0 0 6 年以及负异常的1 9 8 1 、1 9 9 7 和2 0 0 5 年做 合成与差值分析，从5 0 0 h p a 形势看，区域雾多发年( 图4 1 a ) 东亚大槽及西西伯利亚上 空的脊都较弱，在东西伯利亚上空极涡加强，极地冷空气在西伯利亚上空随东伸的极涡做 绕极运动，较少侵入中纬度地区；同时东亚大槽较弱，槽后偏北气流没有少雾年( 图4 1 b ) 那么强，这给逆温层的形成提供了可能，合成差值分布图上( 图4 1 c ) 西伯利亚和西北 太平洋上空都表现出了明显的差异，相关分析( 图略) 也表明一月区域雾与东亚大槽和西 西伯利亚上空的脊有较好的相关，中心相关系数分别为o 5 和一o 4 ，均通过了置信度为 0 0 5 的显著性检验。8 5 0 h p a 高度场形势与高层比较一致。海平面气压场特征比较明显( 图 4 1 d ) ，蒙古高压减弱，阿留申低压也显著减弱( 低压中心以及在西北太平洋地区均通过 了信度为o 0 5 的相关显著性检验) ，高低值系统的一致性减弱使中间地区的近地面风场也 变得相对比较弱，有助于长三角区域雾的积聚发展。在9 2 5 h p a 上，长三角近地面相对湿 度在多雾年明显高于少雾年( 图略) 。从近地面的温度场也可以看出，长三角地区多雾年 一月近地面温度( 图略) 较少雾年份高出2 度多，对应区域的温度与区域雾序列相关性非 常好，中心相关达到了0 5 ，通过了信度为0 0 5 的显著性检验，而高纬地区近地层温度 则远低于少雾年，这可能是由于多雾年极地冷空气南下受阻而在高纬积聚而造成的。 1 6 嘲4 i 一月份5 0 0 h p a 高度场合成a ) 多雾年，b ) 少雾年 以及多雾年与少雾年差值分布c ) 5 0 0 h p a ，d ) 海平面气压 阴影区通过了信度为00 5 的显著性检验 _ 月份正异常年为1 9 7 7 、1 9 7 9 、1 9 9 1 和2 0 0 1 年，负异常年为1 9 8 0 、1 9 8 8 、1 9 9 2 、 1 9 9 6 和2 0 0 6 年。从二月份大雾多发年和少发年的台成差值幽( 圈42 a ) 可以咀显看出 二月5 0 0 h p a 高度场的形势差异与一月有较大f o ) f f q 多雾年相对少雾年在东亚太槽区并 没有明显的变化，只是在摧个伯利眼平原上空多雾年的位势高度显著低于少茹年。 8 5 0 h p a 上该区域南穆，f ： f l l 至长三角地区上空。海平面气压场( 图42 b ) 上也存在显著的 箍值，多雾年蒙古高压较弱少雾年高压偏强，少雾年高压前部甚至南压到我国华南地区 k 三角受完全受高压前部气流控制，人雾不窬易形成。1 0 0 0 h p a 温度场( 幽略) 上在西 伯利砸i - 空多雾年气温口j 然偏低我国华北和华东地区气温多雾年比少雾年高。同时在 9 2 5 h p a 上( 幽4 2 c 、d ) t 多雾年相对湿度为6 5 8 0 高于少雾年的5 5 - 7 5 ，且多雾时 雾雪 长三角近地层偏北风分量较小较小的北风有利于底层人雾的形成与积累。 一 ；。 图4 2 二月份多雾年与少雾年的差值分布a ) 5 0 0 h p a 高度，b ) 海平面气压 以及9 2 5 h p a 风场、相对湿度台成c ) 多雾年，d ) 少雾年 阴影区通过了信度为00 5 的显著性检验 三月份正异常年为1 9 7 8 、1 9 7 9 、1 9 8 0 、1 9 8 1 和2 0 0 2 年，负异常年为1 9 8 5 、1 9 8 8 、 1 9 9 6 、2 0 0 3 和2 0 0 6 年。5 0 0 h p a 高度场上，长三角区域雾多发与少发年在西伯利弧上空的 的高度场形势仍然有显著性差异( 图43 a 、b 、c ) ，巴尔喀什湖以北的脊偏弱仍有利于长 三角大雾频发。不过东亚樽皿强度对人雾频次的影响卫开始显著起来，在渤海上空出现了 显著的差异，同时多雾年北冰洋上空的极涡整体都有减弱，低层高度场形势与高层比较一 致。在近地面多雾年蒙古高压仍然比少雾年弱，相应韵1 0 0 0 h p a 气温( 图43 d ) 也较高。 9 2 5 h p a 上相对湿度多雾年明显高于少雾年( 圈略) ，多雾年平均为6 5 9 0 ，而少雾年只 有6 0 - 8 5 ，井且多雾年偏北风相比少雾年也较弱。 霪 图4 3 三月份5 0 0 h p a 高度场合成a ) 多雾年，b ) 少雾年 以及多雾年与少雾年的差值分布a ) 5 0 0 h p a 高度b ) l o o o h p a 温度 阴影区通过了信度为o0 5 的显著性检验 四月区域雾频改达到全年的次峰值，选取四月份区域雾发生偏多的7 年( 1 9 8 1 、1 9 8 2 、 1 9 8 4 、1 9 8 7 、1 9 9 1 、1 9 9 4 、2 0 0 1 ) 以及偏少的6 年( 1 9 8 0 、1 9 9 6 、2 0 0 0 、2 0 0 4 、2 0 0 5 、2 0 0 6 ) 做合成差值分析发现，长三角区域雾频次不同年份的5 0 0 h p a 高度场( 图44 a b ) 形势跟 二、三月份又有非常大的差异首先东弧_ 人槽的作用已经重现，多发年东亚大榴显著弱于 少雾年f 图4 4 c ) 。其次就是极 呙的变化与之前刚好相反，整个北冰洋上空差值均为负值， 多雾年较少雾年其位势高度低，极涡较强。低层一直到海平面气压场差值的显著区域都与 高层比较一致，但蒙古高压的作用已经不明显了，近地面偏北风总体上变弱了，有利丁区 域犬雾的出现。1 0 0 0 h p a 的温立场( 圈44 d ) 与前面不一致大雾多发时长三角地区气温 反而偏低了这从9 2 5 h p a 的风场( 图略) 上可以得到验证，大雾多发时9 2 5 h p a 的平均风 场上为较平直的偏东风而少发时为南风分晕偏大。这可能意味着影响长三角区域雾频狄 的关键区域由北方开始转为南方了。 图4 4 四月份5 0 0 h p a 高度场台成a ) 多雾年，”少雾年 咀及多雾年与少雾年的差值分布c ) 5 0 0 h p a 高度，d ) l o o o h p a 温度 阴影区通过了信度为00 5 的显著性检验 按照前面的标准，五月份人雾多发年为1 9 8 0 、1