引言

海雾是海岸、岛屿或海上低层大气凝结出大量水滴或冰晶，使大气水平能见度小于1 000 m的天气现象^[1]，通常被认为是着海的云^[2]。由于海上缺少直接观测资料，许多学者开展了基于卫星数据的海雾观测技术的研究^[3-7]，为海雾的监测和预报提供了可靠的客观依据。海雾是在海洋影响下出现在低层大气中的天气现象，海洋大气边界层的温、湿、风的垂直结构对于海雾的形成、发展和消散起着重要的作用^[8-11]。因此，影响海雾生消的不仅有气象因素，也有水文因素。在水文因素中，海流和表层海水温度的作用最显著，气象因素中气温、湿度和稳定度起着关键性作用^[12]。在有利的环流形势下，海气相互作用形成海雾^[13-14]。

黄海是我国近海海雾出现最频繁的海区^{[15, 12]}，黄海海雾生成范围广，雾的浓度大，影响区域大，甚至延伸到内陆地区，能见度小于500 m的大雾占78%^[16-17]。海雾有不同的类型，如平流雾、混合雾、辐射雾、地形雾等^[1]，最常见的是平流雾，即暖湿空气流经冷海面上空发生凝结产生的雾，在海雾生成条件研究中，一般都是针对平流雾而言^{[1, 18-19]}，70%以上的黄海海雾都是平流雾^[12]。

青岛位于黄海北岸，每年6—7月是海雾发生频率最高的时期，海雾易于在凌晨03—06时和傍晚17—19时两个时间段出现^[20]。海雾登陆时，能够深入内陆几十、甚至几百公里，当天气形势稳定少变时，大雾可能持续数日，给青岛沿海地区的海、陆、空及人类的各项活动带来了直接和间接的影响^[21]。上合组织青岛峰会(以下简称峰会)于2018年6月9—10日在青岛召开，代表峰会主会场青岛国际会议中心的自动站为奥帆基地。6月是青岛海雾高发期，9—10日出现大雾的概率较高。近10 a的气象资料统计表明，6月9日青岛站和奥帆基地出现大雾的概率分别为70%和80%。峰会当天晚上20:00—22:00有灯光焰火晚会，要求能见度至少达到2 km以上才具有观赏性。实况6月5—7日青岛的海雾逐渐增强，因此峰会期间，海雾的预报成为整个气象服务的关键所在。

预报业务中大雾的标准是1 km，故预报员平时的关注重点是能否出现能见度低于1 km的大雾现象。此次服务的能见度阈值是2 km，这是平时预报中没有关注到的现象，对于1 km和2 km的能见度预报差异也没有相应的预报经验。各种客观预报方法和数值模式的能见度产品均是基于平时的业务标准而设计，对于能否达到2 km的能见度，可参考的数据非常有限。因此，针对此次重大气象服务中遇到的预报难点，总结预报经验，可以为以后类似的气象服务提供客观依据。

文中所用资料为欧亚地区高空图，地面加密自动站资料，分辨率为0.5°×0.5°、间隔为6 h的NCEP再分析资料^[22]。用最低能见度及能见度低于1 km的持续时间作为衡量海雾强度的标准。

1 天气概况

6月9日20时，500 hPa(图 1a)华北冷涡位于京津冀交界处，低纬度地区4号台风“艾云尼”已减弱为低压环流位于广东省，5号台风“马力斯”位于台湾以东的洋面上。700 hPa(图 1b)和850 hPa(图 1c)冷涡位置与500 hPa相同，江淮切变线位于长江下游地区。由于前期两个台风与中纬度天气系统相互作用，导致江淮切变线和华北冷涡的动向摇摆不定，峰会期间青岛天气非常复杂，不利于灯光焰火晚会的风、雨和雾三种天气现象都可能出现。

7日开始，4号台风“艾云尼”从海南岛东北侧海域转向东北朝广东省方向移动，江淮切变线随之北抬。由于华北冷涡后部的西北气流较强，江淮切变线在北上的同时向东移动，于9日下午进入黄海中部。9日夜间青岛刚好处于切变线与冷涡之间的空档区(图 1b、c)，没有出现降水。由于没有降水，峰会前青岛出现了能见度低于200 m的强浓雾，因此能见度预报成为峰会气象服务的难点。

从奥帆基地能见度随时间的演变(图 2)可见，能见度有明显的日变化：白天能见度上升，夜间能见度下降。5—9日最低能见度为170 m，出现在8日05时，最高能见度为11 251 m，出现在5日16时。4日和5日夜间出现了短时间能见度小于1 000 m的大雾。6日白天全天为轻雾，白天最高能见度在14时为6 388 m，之后能见度迅速下降。7日早晨06时到上午10时能见度一直维持500 m以下，最低能见度为209 m。7日白天能见度短暂上升后，于下午16时快速降到1 000 m以下并一直持续到8日00时，直到8日上午09时，能见度一直在1 000 m上下波动，仅仅在10—11时能见度好转两个小时后，13时又迅速下降到2 000 m以下。8日开始，能见度转好，虽然8日下午能见度又开始下降，但并没有像7日那样一直下降，8日夜间能见度一直维持在2 000~5 000 m。9日白天能见度上升后，9日20—23时能见度在4 000 m上下波动，没有再出现能见度低于1 000 m的大雾。

可见，4日夜间—7日是青岛海雾的维持阶段，7日雾的强度达到最强，最低能见度和海雾持续最长时间均出现在7日，8—9日海雾处于减弱阶段，9日夜间没有出现海雾。

从相对湿度与能见度的对比发现，当能见度小于1 000 m时，相对湿度均为99%，当能见度介于1 000~2 000 m之间时，相对湿度为95%~99%。

下面分别根据此次海雾维持和减弱两个阶段的气象要素特征，分析促使海雾维持和消散的因子，为海雾预报提供参考。

2 海雾维持阶段的特征 2.1 气海温差

研究表明，海面温度介于5~20 ℃之间，同时气海温差在1~4 ℃时黄海海雾生成机会最多^[12]，其中1~2 ℃最为有利^{[16, 23]}。6月7—9日黄海中部海温为19 ℃，2 m气温为19~20 ℃(图 3a)，满足形成海雾的气海温差条件。

2.2 水汽输送

王鑫等^[24]指出，海雾形成的水汽不是由局地提供的，而是靠低空急流从热带大气输送过来。影响青岛的雾主要为平流雾，海雾发生时多为南—东南风^[12]。由6日20时2 m相对湿度与10 m风场(图 3a)可见，在125°E以西宽广的洋面上，从30°N到青岛之间的海域维持一致的南—东南风，有利于将低纬地区暖湿空气输送到青岛沿海地区。同时刻1 000 hPa水汽通量散度(图 3b)在奥帆基地是一个中心为-8×10^-7~-10×10^-7 g·cm^-2·hPa^-1·s^-1的水汽辐合中心，在临近江苏和山东的35°N附近的黄海海面上，东南风速达12 m·s^-1，而在奥帆基地附近沿岸的东南风只有6 m·s^-1，向岸风在奥帆基地附近形成强烈的风速辐合，10 m风场也表现出类似的特征。水汽不断在青岛沿海地区聚集，青岛附近海域及其上游黄海中部的相对湿度达90%，甚至95%以上。

上述这种特征从4日持续到7日，连续的东南风不断将低纬度的暖湿空气输送到青岛沿海地区，造成青岛连续四天夜间均出现海雾。4—7日青岛持续出现海雾，不仅雾的强度逐渐增强，而且持续时间逐渐延长，7日海雾的强度达到最强，白天仅有短暂的4个小时能见度在2 000 m以上，其他时间一直维持在2 000 m以下的低能见度状态。

2.3 逆温

大量的研究^[25-27]指出，黄海海雾形成和维持过程中，低层大气中总有逆温或等温层存在。从青岛站的t-lnp图可见，5日20时(图 4a)青岛近地面层938 hPa与1 000 hPa之间温差高达6.4 ℃，之后逆温差逐渐增大，6日20时(图 4b)逆温差高达8.8 ℃，并且逆温层的厚度增加到1 000 hPa至908 hPa，此后直到7日20时(图 4c)一直维持着比较强的逆温。5—7日，850 hPa以下风随高度顺转，有暖平流，有利于逆温层的维持和增强。

由于出现多层逆温，为了比较逆温强度与海雾的关系，将850 hPa以下出现逆温(或等温)层的次数称为逆温次数, 将每个逆温层内上下层温差称为逆温差，将其最大值称为最大逆温差，将多个逆温层的逆温差之和称为总逆温差；逆温层上下层之间的厚度称为逆温层厚度，将其最大值称为最大逆温层厚度，所有逆温层的厚度之和为逆温层总厚度；所有逆温层最低层的高度称为逆温层最低高度；总逆温差除以逆温层总厚度为逆温梯度。由于每日探空的时间是08时和20时两个时次，将每日08—19时和20时—次日08时之间能见度小于等于1 km的时间作为该时段雾持续时间，并挑选出该时段最低能见度数值作为此时间段雾的强度。

4日20时—6日20时，最大逆温差和总逆温差是逐渐增强的。7日08时最大逆温差虽然比6日20时小，但因为存在多个逆温层，因此总逆温差与6日20时持平，均达到8.6 ℃。最大逆温层厚度和逆温层总厚度处于波动状态，与海雾的强度没有明显的对应关系。5日08时—6日08时逆温梯度是逐渐增强的，6日20时逆温梯度从08时的0.1 158 ℃·hPa^-1跃升为0.3 143 ℃·hPa^-1，达到此次海雾持续阶段的最强强度，与海雾持续时间的上升趋势一致。逆温层最低高度在海雾的持续阶段一直在980 hPa以下处于波动状态。在6日20时—7日20时海雾强度最强时段内，总逆温差维持在6 ℃以上，最大逆温层厚度和逆温层总厚度呈上升趋势，7日20时逆温层总厚度达到整个海雾过程的最大值74 hPa。

可见，在海雾的维持阶段，总逆温差是逐渐增强的，在海雾最强阶段稳定在6 ℃以上，逆温层最低高度稳定在980 hPa以下波动。逆温梯度跃升时，海雾的强度也增强。最大逆温层厚度、逆温层总厚度和最大逆温差与海雾的强度没有明显的对应关系。

2.4 垂直运动

从奥帆基地上空的时间-高度剖面图(图 6)可见，4日夜间—7日夜间，850 hPa以下的垂直运动有明显的日变化：14时逆温层以上为弱下沉、逆温层以下为弱上升运动，20时—08时700 hPa以下均为弱上升运动，上升运动中心位于逆温层以下。下沉运动主要集中在850~900 hPa，下边界以下950 hPa是24 ℃的暖中心，说明白天空气的下沉增温对逆温层的维持和增强起到一定的积极作用。上升运动主要集中在925~1 000 hPa之间，处于逆温层之下，有利于将近地面的水汽在逆温层内抬升凝结形成雾。5—7日，一直维持着这种垂直运动的结构，且垂直运动逐渐增强，对应着7日雾的持续时间最长、强度也最强。

7日14时775~975 hPa均为下沉运动，下沉运动伸入到逆温层内部，且下沉运动强度由5—6日的-1×10^-3 hPa·s^-1增强到-4×10^-3 hPa·s^-1。从风场变化发现，此时875~775 hPa为西北风，而之前一直都是西南风，说明此时有弱冷空气入侵。弱冷空气入侵虽然导致950 hPa的暖中心强度减弱，同时也造成近地面层气温下降，因此，近地面层的相对湿度仍保持在95%。7日20时继续受弱冷空气影响，辐射降温加之冷空气降温，地面气温降到19.1 ℃，相对湿度高达99%，能见度降至390 m。

可见，白天逆温层上面是下沉运动，下面是上升运动，夜间700 hPa以下均为上升运动，且上升运动中心位于逆温层之下，既有利于逆温的维持，也有利于雾的形成和持续；弱冷空气入侵初期，地面气温下降，雾的强度增强。

3 海雾减弱阶段的特征 3.1 水汽输送

由8日20时10 m风场可见(图 7a)，由于5号台风“马力斯”北上，受其北侧环流影响，34°N以南的黄海海域转为东—东北风，34°N以北到青岛之间仅仅122°E以西为东南风，122°E以东已转为偏北风。9日20时(图 7b)，这种情况更加严重，仅仅青岛沿海地区还维持着弱的东南风，其他海域均已转为东—东北风，切断了来自低纬度地区的水汽输送。因此，尽管在青岛附近海域的相对湿度仍然达到90%以上，但是形成平流雾最重要东南风水汽输送这个首要条件不存在了。由同时刻的1 000 hPa水汽通量散度(图略)可见，8日夜间在青岛沿海地区虽然仍有水汽辐合，但辐合强度明显减弱，9日20时，已没有水汽辐合。因此，9日夜间，既没有来自低纬度地区的水汽输送，更没有在青岛沿海地区的水汽辐合，因此没有出现大雾。

3.2 逆温

由青岛站8日20时—9日08时t-lnp图(图 8)可知，逆温虽然一直存在，但强度是逐渐减弱的。从图 5可见，8日08时开始雾的持续时间呈下降趋势，最低能见度呈上升趋势，雾的强度逐渐减弱，此时逆温层最低高度与最低能见度的变化趋势一致。最大逆温层厚度和总逆温层厚度从7日20时开始迅速下降，12 h下降幅度分别为28 hPa和40 hPa，比雾的强度减弱时间提前12 h，而最大逆温差和总逆温差在8日20时上升后，9日08时才开始下降，明显滞后于海雾强度减弱时刻，对海雾减弱没有指示意义。

因此，最大逆温层厚度和总逆温层厚度陡降，且最低逆温层高度上升，说明逆温层一方面被抬升，另一方面厚度变薄，能较好地代表逆温强度减弱，对海雾的消散预报有较好的指示意义。有研究表明，出现平流雾时虽然不一定有逆温，但雾的消散却与逆温层的破坏关系密切^[12]。此次海雾过程虽然逆温层没有完全破坏，但逆温的强度明显减弱，不利于水汽在近地面层聚集，因此9日白天能见度转好后晚上没有出现大雾。

3.3 垂直运动

从2.4节的分析可知，7日14时对流层中下层弱冷空气入侵的初期有利于逆温层下雾的强度增强。随着冷空气持续入侵，8日08时下沉运动穿越逆温层，700 hPa以下是一致的下沉运动，并且下沉运动一直持续到8日20时。此时虽然仍有逆温，但受冷空气影响，逆温的强度减弱。8日20时925 hPa以下转为东南风，下沉运动减弱，垂直运动为0×10^-3 hPa·s^-1。9日02时，850 hPa以下均转为东南风，垂直运动也转为弱上升运动，但是此时的逆温层已明显减弱，950 hPa的暖中心消失，上升运动向上一直贯穿700 hPa以上，虽然近地面有水汽凝结，相对湿度增大到97%，但是由于逆温层减弱，上升运动穿越逆温层，水汽无法在近地面层聚集，因此最低能见度只降到1.9 km，且只出现1 h后能见度开始上升。

9日白天，奥帆中心处于江淮切变线前部，整个对流层均是偏南风，因此在850~700 hPa出现上升运动(图 6)，将低层水汽抬升形成云，逆温进一步减弱，水汽无法在近地面聚集。9日夜间500 hPa冷空气入侵导致整个对流层均处于下沉运动，同时逆温层破坏，因此没有再形成雾。

可见，弱冷空气持续入侵后，深厚的下沉气流深入逆温层，逆温强度逐渐减弱，无论是下沉运动，还是上升运动，均突破逆温层，不利于水汽在逆温层内聚集，导致雾的消散。

4 本次海雾过程的预报思路

预报业务中大雾的标准是1 km，因此平时的关注重点是能否出现低于1 km的大雾现象。9日晚上20—22时的灯光焰火晚会要求能见度需达到2 km以上才具有观赏效果，否则演出不能正常进行。这是平时预报中没有关注到的现象，对于1 km和2 km的能见度预报差异也没有相应的预报经验。各种客观预报方法和数值模式的能见度产品均是基于平时的业务标准而设计，对于能否达到2 km的能见度，可参考的数据非常有限。

基于上述困难，本次服务主要从以下两个方面着手，首先从海雾形成的机理进行分析，虽然海温、气海温差、相对湿度以及前期实况均具备9日可能出现大雾的条件，但是逆温强度减弱、黄海东南风转为东北风向以及垂直运动突破逆温层，均预示着海雾将逐渐减弱而不再持续。其次，对临近几天的实况进行精细的对比发现，虽然7日的海雾持续时间长、雾的强度强，但从8日的实况发现，8日夜间黄海海雾的强度明显比7日弱，说明上述基于海雾形成机理的分析是可信的。以此类推，9日海雾将继续减弱，能见度至少不会低于8日夜间，因此才可以做出9日晚能见度可达2 km、甚至3 km以上的结论。

5 结论与讨论

本次峰会期间青岛海雾维持和消散阶段气象要素的特征如下：

1) 气海温差为1~2 ℃，为海雾形成提供有利的背景条件。

2) 当能见度小于1 km时，相对湿度均为99%，当能见度介于1~2 km之间时，相对湿度为95%~99%。

3) 近地面层30°N以北黄海海域持续吹东南风，并在青岛形成水汽辐合中心，有利于水汽在青岛沿岸聚集形成海雾。当东南风转为东北风，水汽辐合中心减弱或消失时，海雾趋于消散。

4) 在海雾维持阶段，逆温层最低高度稳定在980 hPa以下波动，总逆温差逐渐增强，在海雾最强阶段稳定在6 ℃以上，逆温梯度跃升与海雾强度增强同步。最大逆温层厚度和逆温层总厚度下降12 h后海雾逐渐减弱，逆温层最低高度上升时能见度也随之上升。

5) 最大逆温层厚度、逆温层总厚度和最大逆温差与海雾维持阶段的强度没有明显的对应关系。最大逆温层厚度和逆温层总厚度陡降，且最低逆温层高度上升，能较好地代表逆温强度减弱，对海雾的消散预报有较好的指示意义。最大逆温差和总逆温差对海雾减弱没有指示意义。

6) 白天逆温层上面是下沉运动，下面是上升运动，夜间700 hPa以下均为上升运动，且上升运动中心位于逆温层之下，既有利于逆温的维持，也有利于雾的形成和持续。弱冷空气入侵初期，地面气温下降，雾的强度增强。冷空气持续入侵，逆温层强度减弱，垂直运动穿跃逆温层，雾将消散。

做好气象服务的前提是掌握服务需求，重大气象服务需求可能与平时业务的关注点不同，这是在重大气象服务中需要特别注意的。此次能见度预报的阈值是2 km，而不是预报业务中雾的标准1 km。模式对于能见度的预报仍然有较大的误差^[28-29]，目前业务应用的数值模式，无论是全球模式，还是区域模式，其要素预报的准确率远远低于其形势预报的准确率，精细化的定时、定点、定量预报仍然非常困难。因此，掌握各种天气现象形成的机理，分析天气形势的演变趋势，提高对影响天气系统演变的关键因素的分析能力，才能做出相对可靠的天气预报。