15 大雾天气特征及预报

第十五章大雾天气特征及预报
雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统，是近地层空气中水汽凝结（凝华）的产物，其直径一般不超过50μm，平均在10μm左右。

这些水滴对可见光有强烈的散射作用，严重降低空气的透明度，使能见度恶化，因而造成视程障碍，威胁交通安全，是一种灾害性天气现象。

15.1 定义及分类
当近地层水汽比较充足时，遇冷却产生凝结，液态水滴或冰晶弥漫在空气中而产生的天气现象称为雾。

当水平能见度小于1.0km时为雾，大于1.0km小于10.0km为轻雾。

雾的形成是在近地层较大的湿度下，空气发生冷却作用，使空气温度降到露点以下，水汽达到饱和而出现凝结（或凝华），由大量悬浮在空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。

雾与云在物理本质上相同，其生成在地面上为雾，升入空中为云。

由于雾的形成与水汽条件和降温有关，所以有利于雾的形成有两个基本条件，即增加近地层空气中的水汽含量和冷却降温幅度超过温度露点差。

增加水汽含量的过程，一是水汽的水平输送和垂直输送，二是下垫面和雨滴的蒸发。

降低空气温度的物理方式除由空气垂直运动而引起的绝热膨胀冷却外，还有辐射冷却、平流冷却、接触冷却和湍流冷却。

这些不同的冷却方式和增湿过程，通过不同的天气形势和影响系统在大气运动、变化中体现出来，形成天气现象。

强度不同的雾，单位体积空气中所含的雾滴密度不同，密度越大，雾越浓，水平能见度越差。

反之密度小，能见度的恶化程度就低。

当近地层水汽含量较高，夜间地面辐射降温，当温度下降到露点或以下时形成的雾，称为辐射雾。

当暖湿空气移入到冷的下垫面，而产生的雾称为平流雾。

辐射雾的垂直厚度比较小，约几十米到一二百米左右，且日变化明显。

与晴空区之间有明显的界限，由于雾滴分布不均匀，因而雾中能见度的起伏较大。

平流雾的厚度一般可达到或接近逆温层顶，且浓度较高，续时间也较长，与辐射雾相比，日变化的规律性不强，地面风速稍大。

由平流和辐射共同作用形成的雾为平流辐射雾。

当低层暖空气移动到温度较低的下垫面上，通过接触冷却、湍流冷却和强烈的辐射冷却，使空气中的水汽达到饱和，上层形成逆温，低层降温凝结而形成雾。

湿空气沿斜坡爬升绝热冷却而形成的雾称为上坡雾；在暖水面上蒸发的水汽遇到比较冷的空气时达到饱和形成的雾称为蒸发雾。

雾一般会沿着风由上风方向下风方移动，内蒙古以辐射雾居多，持续时间较短，一般在夜晚或早晨形成，在最低温度附近达到最强，日出后减弱消散。

只有个别拔海较高、地形特殊的站点，在白天出现平流雾，但持续时间较短。

雾凇：过冷却雾滴撞冻在地表物体上产生冻结，形成天气现象，因其有“千树万树梨花开”的视觉景观，又称树挂。

雾凇形成时，一般有浓雾且地面风速不大。

15.2 气候特征
在内蒙古117个观测站点中，当出现1个或以上站点（大于等于1站）的雾，在统计中称做1个雾日。

图15.1 全区各站年雾日分布
图15.1为全区各站年雾日频次，全区雾日在空间上分布很不均匀，频次最高的地区为纬度较高的呼伦贝尔市北部，全年大于24天，阿拉善盟西部和赤峰市西部最少，全年不足1天。

6天以上12天以下的雾日主要分布在鄂尔多斯市的东部、南部，锡林郭勒盟南部、通辽市的南部偏东地区和兴安盟的阿尔山以北的大兴安岭地区。

1～3天的雾日自西向东各盟市均有出现，主要分布在大兴安岭余脉两侧及阴山山脉北部。

1971～2008年全区共出现雾日6743个，从表15.1可知，全区雾日夏季最多，占38.6%，春季最少，仅14.2%，秋季24.3%，处在第二位，冬季仅次于秋季为23.37%，位列第三。

季节分布的不均匀性在月际间表现更加明显，如林西县、克什克腾旗、索伦、浩尔吐12～3月从未出现过雾，吉兰泰、拐子胡在7～9月无雾发生。

盛夏7、8月是雾发生较集中的月份，频次最高，全区共有956次和1035次，为全年的14.2%、15.3%，春季4、5月最少，仅为全年的4.2%和4.1%。

冬季1月份雾的发生频次仅次于7、8、9月，而达到9.5%。

可见对全区而言，这几个月是雾的高发月或关键月。

表15.1 1971～2008年全区雾日各月分布（单位：天/年）
1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月
年平均16.8 11.3 10.6 7.4 7.3 16.2 25.2 27.2 19.9 12.4 10.9 12.1 占全年9.5% 6.4% 5.9% 4.2% 4.1% 9.1% 14.2% 15.3% 11.2% 7.0% 6.1% 6.8% 注：此表按全区雾日统计
为了进一步揭示雾的统计事实并找出规律，我们将阿拉善盟、巴彦淖尔市、乌海市、包头市、鄂尔多斯市分为西部，呼和浩特市、乌兰察布市、锡林郭勒盟分为中部，呼伦贝尔市、兴安盟、通辽市、赤峰市分为东部。

每各盟（市）有1个或以上站出现雾，做一个雾日，将上年10月～翌年3月划分为冬半年，当年4～9月为夏半年。

根据表15.2，年平均雾日分布为东部最多，42.2天/年，中部次之24.2天/年，西部最少，15.5天/年。

由各盟（市）出现频率可以看出，东部4盟（市），夏半年雾日在63.2%～84.8%之间，而冬半年比率较低。

西部则冬半年频次略高，夏半年略低。

表15.2 内蒙古1971～2008年各盟（市）雾日月、季、年分布
盟市38年总次数
东部中部西部
呼伦
贝尔
市
兴安
盟
通辽
市
赤峰
市
锡林
郭勒
盟
乌兰
察布
市
呼和
浩特
市
包头
市
鄂尔
多斯
市
巴彦
淖尔
市
乌海
市
阿拉
善盟16站8站10站14站15站11站6站7站11站9站1站9站
1月396 4 44 9 105 42 90 88 126 70 19 31
注：此表按各盟（市）雾日统计，夏半年：4～9月，冬半年：10月～翌年3月
全区各站年平均雾日频次，全区出现雾日最多的站为呼伦贝尔的根河、图里河，平均为46.6天/年和44.6天/年，最少的站出现在赤峰的浩尔吐、喀喇沁旗，38年分别有7次、15次，平均仅为0.2天/年和0.4天/年。

雾在空间分布上的不均匀，其原因除与相对湿度、降水量、降水日数等气象条件相关外，还与地形、植被、大气污染状况等有关，如赤峰市克什克腾旗38年只有17次，年平均0.4次，明显少于全区平均水平，主要原因是其地理上位于大兴安岭南伸余脉与七老图山之间的峡谷区，不利于低层水汽聚集而致。

从这个意义上看，大雾天气的出现需要一定的温湿条件，对站点而言，由于不同地区雾日数在不同的季节和月份也有所不同，有一定的地域性特征，从而表现为有的地方易形成，有的地方不易形成。

同时，由于工业化水平提高，大气中污染物粒子增加，凝结核的地域特征也是一个原因。

图15.2为全区117站1971～2008年雾在各时次出现的频率，全区各站雾出现的时段主要在02～09时，占85.4%，其余时间出现比例不足15%，说明无论季节和天空状况如何，雾的发生时段多在最低温度出现的范围附近，在湿度条件具备的情况下，辐射降温是全区雾的主要原因，即辐射雾和辐射平流雾在雾日中比例最高，是预报的关键。

图15.2 内蒙古1971～2008年大雾各时次频率
全区雾日的年际变化较大，图15.3，1972年、1990年全区117站雾日分别达到807天
和803天，而2002年、1995年仅为360天、376天，多雾年与少雾年相差2倍以上。

1994年全区雾日为624天，1995年只有376天，相差248天。

全区平均雾日看，1971～1980年平均617.2天；1981～1990年635.8天；1991～2000年500.9天；2001～2008年443.6天；从中可以看出，从上世纪80年代到本世纪初的8年，全区雾日呈减少趋势，两者相差190天以上。

图15.3 内蒙古1971～2008年雾日年际变化及年代际变化
15.3 影响系统
辐射雾及平流雾是在一定的大气环流背景下产生的，所以中高纬度长波系统的调整、演变都影响其发生发展。

由于我区处于内陆深处，大部地区为拔海较高的高原，各季节日较差大，白天地表接受太阳辐射后，温度迅速升高，而少云的夜晚地表辐射强烈而温度下降幅度大。

当低层水汽充足，出现有利于辐射降温或温度较低地表上有暖湿空气输入的天气形势时，雾便会在一定范围内发生。

能够形成雾的高空形势、地面系统相对于一般降水、降温等天气的影响系统而言都比较弱，主要表现在高度场、温度场和地面气压场的梯度较小，散度、温度平流、垂直速度、涡度平流等都较弱。

15.3.1 高空影响系统
根据历史个例，我们将全区一日中出现大于10个站的雾定为一次雾过程，将前一日20时到当日08时，高空500hPa 90～120ºE，40～50ºN范围内，针对主要影响地区，高空天气系统分为以下几个类型，图15.4：
①平直西风型：如亚州500hPa贝加尔湖以北维持稳定的低槽，低槽底部在关键区为平直西风。

即气流的u分量较大，v分量较小。

此型包含疏散结构。

②宽平脊型：在关键区表现为一个顶部宽广的弱脊，其前部的西北气流和后部的西南气较流弱，等高线比较稀疏，形态上不一定对称。

如500hPa贝加尔湖以西和日本海以北各为一弱槽，我区东部便处在宽平脊的控制下，此型一般温度平流很弱。

③宽平槽型：槽的振幅较小，底部宽平，槽前为西南偏西气流，没有完整的温度槽配合。

如500hPa新疆和东北各维持一个弱脊，贝加尔湖以南的地区处在一个宽广的弱槽中。

④西北气流型：如：高空500hPa亚州中高纬度维持一脊一槽型或两槽一脊，新疆以北为高脊或暖脊，贝加尔湖南部的内蒙大部地区处于脊前西北气流或弱西北气流控制下。

从冷暖空气活动的角度看，即全区大部处于前一次冷空气活动后的回暖期。

图15.4 500hPa影响系统分型（a：平直西风型 2006年8月29日08时 b：宽平脊型 2006年9月13日08时 c：宽平槽型 2004年3月22日08时 d：西北气流型 2008年3月9日08时）从1990～2008年45个全区出现大于10站雾的高空形势分析，其中，宽平槽最多，为21次（46.9%），宽平脊次之，13次（28.9%），平直西风8次（17.8%），西北气流最少，只有3次（0.6%）。

15.3.2 地面影响系统
雾形成时，地面系统都较弱，图15.5。

冬季若前期有降水，在冷高压控制下也会产生雾。

但大部分雾会产生在前一日14时到当日08时，下列地面影响系统中：
①高压前弱冷锋：一般出现在地面高压前部，离高压中心较远，较弱，有时冷锋位于地面仅有一根闭合线的带状低压中，锋后三小时变压不明显。

高压分裂后两高之间的地形槽也在此类中。

②宽广倒槽：比倒槽表现的更加宽平且横向倾斜，倒槽顶部水平气压梯度较小，等压线比较稀疏。

③高压后部：影响区与地面高压基本平行，且处于其后部。

生成雾的地面系统比较复杂，一般表现为地面气压梯度小，很多情况下具有鞍型场的特征，或多处在均压场中。

大部分系统在移动过程中变化较快，所以，地面影响系统的分析也要根据系统移动演变特征去综合分析。

如高压前部，有底前部、顶前部，一般我们取与影响区平行的地面系统位置，是相对而言，高压后部亦如此。

表15.3为本世纪不同的雾形成时高空、地面影响系统，从中可以看出，有时高空影响系统相同，地面情况却不同，而地面系统相同时，高空系统又有别。

图15.5 500hPa地面影响系统分型(a：高压前弱冷锋 2008年11月21日17时 b：宽广倒槽 2006年8月29日05时c：高压后部 2006年9月14日05时 d：高压顶部 2008年3月9日05时)
表15.3 2001～2008年全区≥10站雾个例
日期编号雾类型
主要
影响区域
500hPa影响系统
类型（20～08时）
地面影响系统增湿情况
1、20011025 辐射雾中部、西部平直西风宽广倒槽前
2、20011026 辐射雾中部、西部宽平脊型宽广倒槽前
3、20030215 辐射雾西部、中部西北气流高压前弱冷锋
4、20031119 平流雾西部横向宽平槽前高压后
5、20030903 辐射雾西部、东部宽平槽前副高后
6、20040322 辐射雾西部宽平槽前高压前弱冷锋前一日局部降水
7、20040903 辐射雾西部宽平脊高压前弱冷锋
8、20040904 辐射雾西部平直西风高压后（鞍型场）前一日局部降水
9、20041018 辐射雾西部平直西风高压前弱冷锋前一日局部降水
10、20060829 辐射雾东部、中部平直西风宽广倒槽前前一日局部降水
11、20060126 辐射雾
西部、中部
（黄河沿岸）
平直西风高压中
12、20060829 辐射雾中部、西部平直西风高压后
13、20060913 辐射雾东部宽平脊高压后
14、20060914 平流辐射雾东部宽平脊高压后850有暖平流
15、20070302 平流雾中部、东部宽平脊地面倒槽前局部降水
16、20070915 辐射雾东部、中部宽平槽高压后（顶）部
17、20071112 辐射雾西部、中部平直西风高压前弱冷锋
18、20080309 辐射雾西部、中部西北气流高压后（顶）部前一日局部降水
19、20080701 平流雾东部宽平槽宽广倒槽东伸局部降水
20、20080702 平流辐射雾东部宽平槽弱高压后前一日局部降水
21、20081122 平流辐射雾西部、中部宽平脊高压前弱冷锋前一日局部降水15.3.3 典型个例
图15.6、15.7、15.8，2004年10月18日位于河套地区的巴彦淖尔市、鄂尔多斯市及包头市出现雾，高空500hPa形势为宽平槽后部的西北气流中。

16日20时，在河西有低槽东移，17日08时到达河套地区，850hPa河套地区处在华北高压西部，在影响区形成暖湿气流输送，并在鄂尔多斯东部、包头南部产生弱降水。

17日20时地面在二连以北为一东北～西南向的窄低压，其前部位于中蒙边境一线东移。

20时后云系逐渐东移出影响区，05时在鄂尔多斯东部降水区首先形成雾，到08时，上述影响地区全部被雾笼罩。

图15.6 2004年10月17日20时500hPa形势（a），地面形势（b）
图15.7 2004年10月17日20时850hPa相对湿度（c），2004年10月18日08时850hPa散度（d）
图15.8 2004年10月18日08时临河（53513站）大气层结（左），单站要素变化（右）
17日08时，当槽到达河套时，温度场基本为平直的等温线，在槽前部有暖平流，槽后有冷平流，平流在气流方向上仅有1条线，相对较弱，地面在河套西部为弱高压前部。

在平流作用下，到20时，温度槽在下游锡林郭勒盟南部加强，地面气旋在此略有加强，并随引导气流及地面三小时变压东移。

18日08时随槽着的东移，冷平流区移出河套，地面高压的主体也到达阿拉善盟以北，河套处于弱高压的前部，但整个影响区水平气压梯度较小。

17日08时，850hPa河套地区比湿为4～5g·kg-1，随系统东移，到20时增大到6g·kg-1。

相对湿度在此期间变化较小，始终维持在90%左右，但水汽含量却增加了。

17日20时前，850hPa 为辐合区，上升气流值在-2～-8×10-3hPa·s-1之间，其后成为辐散区，下沉气流速度为2～4×10-3hPa·s-1，即在雾的形成过程中，影响区的850hPa始终处在弱下沉辐散气流中。

根据单站要素分析，23时左右，地面辐射达到最强，降温幅度也最大，河套地区风力在0～2m·s-1之间。

05时，随着地面温度的继续下降，在鄂尔多斯市东部相对湿度较大的地区首先达到饱和并出现雾。

08时前随河套大部地区最低气温的出现，温露差迅速减小到2℃以下而形成雾，此时，在单站临河、东胜探空资料上，地面到850hPa有明显的逆温层。

日出后，雾开始减弱，到11时，大部地区雾消散，只有东胜等个别站维持到14时。

15.4 物理成因及气象条件
15.4.1 物理成因
按照雾的成因，内蒙古主要为辐射雾、平流雾和平流辐射雾。

其中辐射雾比例较高。

辐射雾产生和消散的过程：在水汽充足且晴朗的夜晚，强烈的地表长波辐射冷却，使地表温度迅速下降，近地层空气随之冷却。

此时地面若风很小，湍流作用不强，热量在垂直方向上交换弱，在近地层降温层上形成逆温。

由于逆温层的形成限制了湍流的发展，较弱的湍流运动，有利于辐射降温的持续，此后随冷却降温，逆温层逐渐加厚，黎明时达到最强。

当近地层空气继续冷却，气温下降到露点或以下，空气湿度达到饱和，便会有雾形成。

此时，水汽凝结并释放潜热，但潜热加热率小于辐射冷却率，地面温度仍在下降，整个雾区为一个冷中心，雾也逐渐发展变浓。

最强的低温区出现在雾的发展阶段，并随着雾的发展而抬升，一般在最低气温附近，雾达到最强。

随着雾的发展，由于水汽凝结释放潜热的加热作用，湍流也开始发展，雾顶出现较强的辐射冷却，随湍流的加强和雾顶的强烈辐射冷却，空气温度梯度和水汽浓度达到最大值，雾层迅速向上发展，雾层增厚。

雾形成后，由于水汽发生凝结消耗，比湿下降，凝结过程有起伏，能见度也随之变化。

日出后，太阳短波辐射加强，地面温度增加，近地层气温迅速回升，逆温层破坏，雾开始消散。

根据吴兑（2009）的总结，辐射雾形成的有利条件有五个：
①空气湿度大。

②晴朗或少云的天空，地面有效辐射强。

③地面微风。

④稳定的大气层结，近地面有逆温层。

⑤近地层温度可降至露点。

对我区而言，近地层较大的湿度和夜间辐射降温是关键，雾一般在雪后、雨后地面增湿条件下的日较差大的夜晚和早晨多见。

平流雾产生的有利条件：当暖空气平流到温度较低的下垫面时，由于温差较大，近地层空气因湍流交换作用冷却，空气温度逐渐下降，形成逆温层。

到近地层空气相对湿度达到饱和或过饱和时，在逆温层下部，水汽发生凝结，生成雾。

就全区而言，夜间近地层温度露点差较小，相对湿度接近饱和，同时850hPa有逆温或同温层为必要条件。

总之，逆温层的存在时雾形成的重要条件之一，它的增强促使了雾的发展，反过来，雾
的形成和发展又改变了逆温层结构。

15.4.2 气象条件
气压系统为弱高压或高压脊或均压场控制的少云夜间或早晨、微风、大气层结稳定、近地层水汽充沛，是形成辐射雾的有利气象条件。

根据自治区雾日资料分析，在雾发生的夜间或早晨，空气相对湿度较大。

雾区的站点大都处在天气晴朗或少云且微风或无风的天气条件下，大部分雾天850hPa或以下都有逆温层出现，大气层结比较稳定。

在这样的天气条件下，近地层的凝结核不易向高空扩散，为雾滴的形成提供了有利条件。

①雾与湿度：水汽是雾形成的物质基础，我区雾一般出现在74～100%的相对湿度中，但不同的地区、不同月份也会有差异。

就单站雾日水汽压而言，7月份博克图、扎赉特旗和突泉县相对较高，在20hPa左右。

西部1月份的雾，有时出现在1hPa附近，如土默特左旗和托县2006年1月份出现雾天时，水汽压只用0.9和1.1hPa。

内蒙古大部地区为高原，拔海较高，形成辐射雾时，850hPa以下温度露点差一般会小于2℃，个别站小于4℃，近地层水汽丰富。

850hPa以上，温露差会增大到10℃以上，T-Td在垂直分布上表现为上干下湿。

②雾与温度：2001～2008年，全区雾在四个季节均有发生，西部1月份形成辐射雾时，温度在-20℃左右，3月份在0℃左右，7～9月各站形成雾时的温度都在20℃以下。

根据产生雾时08时温度对数压力图分析，近地层大都有逆温形成，一般逆温的位置在850hPa以下，有时会有两个逆温层出现，大气层结稳定。

当出现降水后或降水正在进行时，会表现为整层湿度较大，此时一般没有逆温层。

③雾与风向、风速：根据全区雾日各站风速资料分析，我区形成雾时的风速一般为0～4m·s-1，其中2m·s-1风速的频次略高，个别站点最大风速6m·s-1。

风向各站差异较大，一般与天气系统、地形和各地盛行风向有关。

2001～2008年，冬半年偏东、偏南风和静风略占优势，尤其降水后。

其余季节偏西风和偏北风占有一定比例。

15.5雾的预报
15.5.1 预报着眼点
从区域雾生成的个例分析中可以看出，雾生成的高空、地面系统都比较弱。

所以预报着眼点主要为以下几个方面：
①利用数值预报产品进行未来高空地面形势判别，主要是关键区内系统的移动演变特征和高空地面配置。

由于雾是在稳定大气层结下产生的天气现象，所以在归纳的四种高空影响系统类型下，700hPa和850hPa有无弱冷、暖平流，湿度变化情况要做分析。

有时850hPa 有弱冷舌南伸，有时低层700hPa和850hPa的偏南风、偏东风持续，增湿明显。

②地面影响系统一般都比较弱，一般变性高后，宽广倒槽，高压前弱冷锋都是雾的发生区，一般10个经（纬）度内，地面等压线不超过4条线，即水平气压梯度小于7.5hPa的均压场有利。

在没有降水发生的情况下，一般单站气压前一日14时到次日08时的变化幅度不超过5hPa
③地面前一日降水后，20时到夜间大气层结稳定且云量减少逐步转晴，是辐射雾的产生的有利条件。

全区雾日地面风速一般较小，一般在4m·s-1以下，风向一般14时到次日08时维持偏东风或偏南风。

④700hPa和850hPa的相对湿度或温度露点差有无＞70%或＜4℃的中心，比湿场是否有湿舌等伸向预报区。

15.5.2 雾的预报
雾的预报主要主要考虑地面到850hPa的湿度变化，最低温度、云天状况和风向、风速几个方面，其中，最低温度和湿度是预报的关键。

我们采用单站前一日14时或20时露点与次日08时温度差对雾辐射雾进行预报。

设Td14和Td20为单站前一日14时和20时的露点温度，T08为该站次日08时气温。

当高空、地面影响系统分型符合条件，并预报午后到夜间大气层结稳定，单站风速较小，风向比较稳定，天空晴朗或少云，且根据数值预报产品判断影响区域次日08时地面到高空格点温度在低层有逆温，相对湿度大于90%时，符合下列条件：
①当前一日14时T-Td＜8℃时，T08-Td14≤0℃，或者T08-Td20≤0℃，即预报单站有雾。

在2001～2008年全区135站预报中，正确率71%。

②当前一日14时T-Td≥8℃，且Td20＞Td14时，T08-Td20≤2℃，预报单站有雾。

在2001～2008年全区135站预报中，①与②的总正确率80%。

15.6 本章小结
从雾的类型看，我区辐射雾所占比例较高，多形成于降水后湿度较大且稳定的天气条件下，高空影响系统较弱，地面压场水平气压梯度较小。

预报中，在高空、地面形势分析的基础上，要利用数值预报产品对湿度、散度、垂直速度、温度平流、大气层结等物理量进行综合分析，并结合单站预报方法形成预报结论。

参考文献
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