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SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA >

2012 , Vol. 32 >Issue 3: 374 - 379

DOI: https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2012.03.374

Orginal Article

Spatial and Temporal Characteristics and Meteorological Conditions for Fog Formation in Anhui Province

  • TAO Yin ,
  • WANG Sheng ,
  • TIAN Hong ,
  • WEN Hua-yang
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  • Anhui Climate Centre, Hefei, Anhui 230031, China

Received date: 2011-02-18

  Request revised date: 2011-05-10

  Online published: 2012-03-20

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本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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Abstract

The spatial and temporal characteristics and meteorological conditions for fog formation were analyzed based on the fog data from 80 stations in the period 1971-2005 in Anhui Province. The results show that fogs were concentrated in the Dabie Mountain and the southern Anhui Province. Fog days were of obvious seasonal and inter-monthly variation with wide areas in autumn and winter (maximum), narrow areas in spring and summer (minimum), and most concentrated in October, December and January in most parts of Anhui. Fog usually began at 23:00-08:00 LST and ended at 05:00-12:00 LST (maximum both at 08:00 LST), with duration 1-3 h and maximum 1 h. The yearly variation trend of fog days, different in the spatial distribution, was overall decreasing after increasing in the recent 50 years. Moist air with high relative humidity, weak wind and appropriate temperature benifits the formation of fog.

Key words： fog; spatial and temporal characteristics; meteorological conditions; Anhui Province

Cite this article

TAO Yin , WANG Sheng , TIAN Hong , WEN Hua-yang . Spatial and Temporal Characteristics and Meteorological Conditions for Fog Formation in Anhui Province[J]. SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA, 2012 , 32(3) : 374 -379 . DOI: 10.13249/j.cnki.sgs.2012.03.374

大雾是悬浮在近地面空气中的大量微小水滴或冰晶,并使水平能见度不足1 000 m的物理现象（大于1 000 m的为轻雾,因其影响甚小,本文将其忽略）。近地面空气层降温增湿,水汽达到过饱和并发生凝结,雾便随之形成。视影响空气层降温增湿的天气条件和下垫面状况的不同,雾又分成辐射雾、平流雾、锋面雾、上坡雾和蒸发雾几种。安徽以辐射雾、平流雾和上坡雾最为多见[1]。
大雾是一种比较常见的天气现象,出现几率高,一年四季均有发生,危害程度大,对交通、航运和空气环境等都有严重的影响。特别是近年来随着安徽省经济的迅速发展,高速公路路网更加密集,大雾对交通安全影响尤为突出,因大雾导致的交通事故频发,给国家和人民生命财产造成严重损失。因此,了解大雾出现的时空分布特点及其变化规律,对大雾灾害的预防具有重要意义。李子华等[2]讨论西南地区和长江中下游雾的时空分布。王丽萍等[3]利用1961~2000年地面大雾天气现象观测资料分析中国雾的地理分布和不同区域雾的月年变化特征。刘小宁等[4]分析了1950年以来中国大雾的时空分布特征。唐信英等[5]采用1986~2007年四川省157个站大雾资料统计分析四川省大雾时空分布特征。另有许多学者对大雾发生的气象条件做了相关研究[6~9]。本文利用1961年以来安徽省80个测站的气候资料,全面系统地研究了安徽大雾的气候特征和变化规律,分析大雾发生的气象条件,为进一步做好安徽省大雾风险区划和预报服务等提供参考。

1 资料及说明

本文所采用的资料为安徽省80个气象台站1961~2009年的大雾、能见度、气压、气温和相对湿度等逐日观测资料,其中大雾资料包括大雾日数、日大雾是否出现（天气现象）和大雾起止时间。气象上,大雾一般采用水平能见度来描述,因此本文按水平能见度大小将雾划分为4个等级：1级大雾,能见度<50 m;2级大雾,50 m≤能见度<200 m;3级大雾,200 m≤能见度<500 m;4级大雾,500 m≤能见度<1 000 m。
能见度越小,级别越高,雾越严重。

2 雾的空间分布

2.1 年平均雾日的空间分布

安徽省地势西南高、东北低,长江、淮河横贯省境,将全省划分为淮北平原、江淮丘陵和皖南山区三大自然区域。淮河以北地势平坦,为华北平原的一部分;江淮之间丘岗绵延,其西南部为大别山区;长江两岸地势低平,河湖交错,属于长江中下游平原;皖南则以山地为主,最高峰黄山莲花峰海拔1 860 m。地形地貌南北迥异,复杂多样,各地大雾的分布情差异也比较大。图1可以看出：全省各地都有大雾出现,但受地形和局地条件的影响,大雾分布很不均匀,年平均雾日30 d以上区域主要位于大别山区和皖南山区,最多为黄山光明顶259 d,九华山146 d;年平均雾日不足10 d的区域主要位于沿江西部的太湖、潜山、宿松和桐城一带,这可能与其地处“风流管”位置有关[1];安徽省其他大部分地区年平均雾日均在10~30 d。总体来看,安徽省年平均雾日分布具有山区多、平原少、南北多、中间少的特点。同时,表1看出,安徽省近90%的雾日能见度都低于200 m,属于2级大雾及以上等级。
Fig.1 The spatial distribution of annual mean number of fog days in Anhui Province

图1 安徽省1961~2009年年平均大雾日数的空间分布

为了进一步研究大雾与地形的关系,本文将年平均雾日与各观测台站的海拔高度进行相关性分析（表1）,雾日与海拔高度有显著的相关性,即海拔越高,雾日就越多;海拔较低的地区,雾日相对较少。越浓的雾,其日数与海拔的相关性越明显。
Table 1 The proportion of fog days with different visibility to total (%) and significance test of the correlation coefficient between fog days and altitude in Anhui Province

表1 安徽省不同能见度雾日占总雾日的比例（%）及其与海拔高度的相关系数

大雾级别 1级大雾 2级大雾 3级大雾 4级大雾 总雾日
占总雾日比例（%） 51 35 8 6 100
与海拔高度的相关系数 0.87** 0.82** 0.25* 0.23* 0.56**

注：**表示通过α=0.001的显著性水平检验;*为通过α=0.05的显著性水平检验

2.2 雾日的季节平均分布

按照常规标准,本文的季节划分为春季(3~5月),夏季(6~8月),秋季(9~11月),冬季(12~2 月)。如图2所示,春、夏季雾的分布范围较小,其 中春季平均雾日≥6 d的地区主要集中在沿淮地区、大别山区和皖南山区,夏季为四季中最小,主要集中在大别山区和皖南山区;秋、冬季雾的分布范围较大,其中秋季主要集中在淮北地区西部、东部、江淮之间东部、大别山区和江南,冬季为四季中最大,全省大部分地区多在6~17 d。安徽省为内陆省份,主要以辐射雾为主,且秋冬季节受冷高压天气系统影响较多,夜间地面辐射冷却使空气达到饱和而形成大雾,所以在秋冬季大雾发生的范围较大,这与毛冬艳等[6]关于雾形成的温度条件的结论是一致的。
Fig.2 The seasonal distributions of fog days in Anhui Province

图2 安徽省雾日的季节分布

3 雾的时间分布和变化

3.1 雾日的年际变化

1961~2009年期间,安徽省年雾日最多的为1977年（35.9 d）,最少的为1967年（16.6 d）。近50 a来,年雾日呈现出先增加后减少的变化特征,其中1961~1991年,年雾日的增加速率为3.6 d/10 a,而1992~2009年,年雾日的减少速率为4.6 d/10 a。年雾日比常年值（指1971~2000年平均雾日,28.5 d）偏多的年份主要集中在20世纪70年代后期至90年代初期,其余年份以偏少为主（图3）。
Fig.3 Annual number of fog days during 1961-2009 in Anhui Province

图3 安徽省1961~2009年雾日历年变化

为了进一步研究近50 a来年雾日的变化趋势,我们采用非参数统计检验方法Mann-Kendall统计检验方法[10~15]对安徽省年雾日进行趋势分析,得出：年雾日在1972年开始发生突变,1978年开始趋势值就突破了显著性α=0.05的临界值（图略）。同时,本文计算了所有站点年雾日的线性变化趋势系数,其中趋势系数为正的站点有54,为负的有26个。但趋势系数需要满足一定的显著水平,才具有一定的意义。因此对所有站点的趋势系数进行了t检验[16],由图4可知,通过显著水平为0.05检验的正的站点（趋势系数≥0.3）有28个,主要集中在淮北西部、江淮之间中部和江南东部,即年大雾日数呈显著的增加趋势;通过显著水平为0.05检验的负的站点（趋势系数≤-0.3）有13个,主要集中在江南西部,即年大雾日数呈显著的减少趋势。
Fig.4 The tendency correlation coefficient distributions of annual mean number of fog days in Anhui Province

图4 安徽省年平均雾日趋势系数分布

3.2 雾日的月际分布

一般讲,辐射雾多发生于秋冬,平流雾多出现在春夏,而蒸发雾、上坡雾则多产生于夏季[2]。由于安徽省各地的地理条件、气象条件以及不同的工业发展状况不同,各月雾日的分布也存在差别。按照各站点雾日月际分布的相同点,分为以下几个类型（图5）。
Fig.5 The monthly variation of fog days in Anhui Province

图5 安徽省雾日的月际变化

1） 冬季峰值型。安徽省大部分地区都属于这一变化类型,雾日集中在10~12月,及l月,其中峰值在12月的站点约占总站数的46％,峰值在11月份的约占26％,峰值在1月份的约占24％。这类型大多为辐射雾,因为冬季云量少,降水少,气温低且日较差大,利于辐射雾的形成[2]。
2） 秋季峰值型。此类型的站点数较少,以南陵、东至、太平和宁国4个站为秋季峰值型典型代表站,雾日集中在9和10月。
3） 夏季峰值型。黄山光明顶和祁门为典型代表站,雾日峰值在7或8月。这可能由于该地区暖季湿度大,夜间容易形成辐射雾[4],或者暖空气遇山脉阻挡而沿山坡稳定爬升,由于绝热冷却而形成上坡雾[3]。
4） 均匀型。岳西和休宁为典型代表站,1 a中各月雾日分布差异不超过3 d。

3.3 雾的发生时段及持续时间

雾的日变化也很明显,尤其是辐射雾,它们大多数在夜间开始发展,清晨最强,有时在日出后1 h之内,雾中温度还继续下降,再加上地面蒸发及微弱的湍流交换,雾反而更浓,然后才逐渐消散或者抬变成碎层云[17]。对安徽省80个台站1961~2009年大雾的开始时间、结束时间及持续时间进行了统计,其中56个台站为一般站,受观测时次影响,对于夜间出现的雾没有记录具体开始时间,其开始时间均记为早上8时,因此本文对于大雾的开始时间和持续时间只统计其余24个台站（基准站和基本站）,而结束时间统计所有台站。结果如图6显示,雾大多数开始于晚上23时至次日早晨8时这个时段,站日数（即近50 a内所选台站发生在某时刻的所有大雾日数的总和,下同）占总数（即24 h内的站日数,下同）的71%左右,尤其以5~6时和8时为大雾发生高峰时段,8时过后大雾发生频率迅速降低;大多数雾结束于5~12时,站日数占总数的77%,尤其以8~10时为大雾消散高峰时段。
将大雾出现的持续时间划分为7个等级：0~1、1~3、3~6、6~9、9~12、12~24、>24 h,统计各等级大雾持续时间的频率（表2）,可以看出,持续时间在3 h以内的大雾占总数的55.7%,其中又以1 h以内居多,6 h以上大雾相对较少,超过24 h大雾绝大部分出现在黄山光明顶。
Fig.6 The diurnal variation of station-days for the start time and the end time of fog in Anhui Province during 1961-2009

图6 1961~2009年安徽省大雾开始时间和结束时间的站日数的日变化

Table 2 The duration frequency of fog in Anhui Province (%)

表2 安徽省大雾持续时间频率（％）

0<t≤1 1<t≤3 3<t≤6 6<t≤9 9<t≤12 12<t≤24 24<t
26.3 29.4 19.4 8.9 4.3 6.3 5.4
根据以上的统计可以看出,发生在安徽省的雾大多数属于辐射雾,持续时间不超过9 h,主要发生在夜间到清晨,结束于上午。雾的日变化与温度的日变化较为一致,从20时开始气温开始下降,到5时左右一般气温降到最低,日出前相对较低的气温使地面空气很容易达到饱和,从而形成辐射雾。日出以后温度逐渐升高,雾开始慢慢消散,到正午12时温度急剧增加,大部分雾趋于消散[17]。

4 大雾形成的气象条件

大雾是一种局地性很强的天气现象,驱动大雾形成的主要条件是大气中要有丰富水汽含量、近地层空气层结较为稳定、暖气流流经冷表面地区或辐射降温剧烈等条件,天气系统、气温、相对湿度、风速、大气稳定度等诸多条件都会对大雾形成产生影响[7]。因此分析大雾与各气象要素的关系,有助于进一步了解大雾形成的物理条件。本文选取温、湿、风三个要素来分析。根据上文结论,8时是生成大雾生成最高峰时段,因此选取每日的08:00气象要素进行统计。

4.1 大雾与相对湿度的关系

相对湿度是反映空气潮湿程度的一个物理量,相对湿度越大,空气越潮湿,在有利条件下形成雾的可能性就越大;反之,空气越干燥,形成雾的可能性也就越小[6]。根据不同相对湿度下大雾发生频率的分布特征统计分析（图略）可知,约85%大雾出现在相对湿度为90%~100%的区间内,尤其是相对湿度为95%~99%以上的约占74%,相对湿度为100%的约占36%,而相对湿度小于80%的大雾基本上很少出现,出现频率不足8%。

4.2 大雾与风的关系

风对雾的形成具有一定的促进作用。适当的风速（风力）是雾生成的一个因素。风速过大使得大气中的乱流加强,不利于雾的生成,风速过小则不能把大气低层的水汽输送到空中,形成一定厚度的雾。适当的风速,则既有利于向空中输送水汽,又不至于使垂直交换强烈,从而利于雾的产生[6]。根据大雾发生时的风速、风向统计可知（表略）,80.8%大雾发生在风速≤5 m/s情况下,28.7%大雾发生在静风情况下;各种风向下,大雾发生的概率差异不大。

4.3 大雾与气温的关系

当空气温度降低到接近露点温度时,空气就开始饱和,低层大气中的水汽就会发生凝结,有利于大雾形成。根据统计结果（表略）,8时气温在-22~32℃范围内均可生成大雾,具体来说,在8时气温≥25℃的情况下,出现大雾的概率仅9.3%,而气温≤20℃的情况下,出现大雾的概率为74.5%,这说明气温过高不利于辐射冷却或者冷却不到水汽凝结的温度[9],因而不利于大雾的形成。

5 结 论

1） 安徽省各地都有大雾出现,多雾区主要位于大别山区、皖南山区和宁国一带,少雾区主要位于沿江西部的太湖、潜山、宿松和桐城一带,综合来看具有“山区多、平原少、南北多、中间少”的特点。同时,近90%的雾日能见度都低于200 m。
2） 雾日有明显的季节变化,秋冬季雾的分布范围较大,春夏季雾的分布范围较小,其中冬季最大,夏季最小。
3） 近50 a来,安徽省年雾日总体来说呈现出先增加后减少的变化特征,但空间分布有差异,其中淮北西部、江淮之间中部和江南东部有28个站点呈显著增加趋势,而江南西部有13个点呈显著减少趋势。
4） 各站雾日的月际分布存在差别,有秋季峰值型、冬季峰值型、夏季峰值型和均匀型4种。安徽省大部分地区都属于冬季峰值型,即雾日集中在10~12月,l月。
5） 雾的日变化与温度的日变化较为一致,雾大多数开始于晚上23时至次日8时,尤其以5~6时和8时为大雾发生高峰时段;大多数结束于5~12时,尤其以8~10时为大雾消散高峰时段。持续时间多在0~3 h,其中又以1 h以内的居多。
6） 雾的形成与相对湿度、风速和气温关系密切。潮湿的空气（相对湿度为90%~100%）、微弱的风速（风速≤5 m/s）和适宜的气温（≤20℃）有利于大雾的形成。

The authors have declared that no competing interests exist.

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