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我国海雾研究面临的机遇与挑战

发布时间:2019-12-27 15:15来源: 未知
 我国拥有300多万平方公里的辽阔海域,海岸线长达18000多公里。海洋资源种类繁多,海洋生物、石油天然气、矿产、滨海旅游等资源丰富,海洋已经成为支持我国经济长期、稳定、健康发展的新动力源泉。海雾由于其视障性和频发性,对海上经济活动有严重影响,几乎成为主要的海洋灾害之一。
 
  除了经济发展需求之外,海上赛事、海上阅兵等越来越多的重大海上活动也给海雾的监测和预报提出了更高的要求。
 
  海雾是发生在大气边界层中的天气现象,海雾发生时,往往出现逆温结构,这种稳定的层结不利于陆地上污染物的扩散,而且海雾与污染物结合会产生危害人类健康的酸雾。沿海人口密集,此外,随着社会的发展和人民群众生活水平的提高,越来越多的人到海滨旅游或者海岛度假,因此,人们期待更准确的海雾监测和预报。
 
  从地球气候环境的角度讲,海洋性层云 (微物理意义下,海雾与海洋性层云是一样的,美国气象学会认为,层云接地即为雾)对辐射平衡的影响是目前大气科学领域中一个新热点 (相对于热带深对流云来讲)。因此,海雾研究,比如海雾的时空分布,在某种意义上也是气候研究的基础性工作。
 
  长期以来,因为仅靠少有的岛屿站和船舶不定期观测,海雾研究缺乏数据,有些结论甚至带有猜测性。随着我国气象和海洋事业现代化建设的发展,大气探测设备更新换代、探空精度不断提高、地面自动化观测组网、海上浮标站和观测塔的海气界面探测、飞机探测、卫星遥感等,为我们研究海雾提供了前所未有的条件,必将推动海雾研究进入一个新的阶段。
 
  挑战:研究力量不足 观测资料匮乏
 
  海雾研究面临的困难首先是研究力量严重不足,如果把 “海雾”或者 “sea fog”作为关键词,在网站上搜索一下,每年海雾研究论文很少。虽然,近几年有所增加,但与其他海洋灾害性天气相比,研究人员的投入还很少。
 
  与欧美等国家相比,我国近海气象观测资料十分匮乏,公开的商业航行船只的气象观测报告很少。海雾本身成因复杂,对环境非常敏感,雾的时空变化与结构的复杂性与有限的观测资料形成尖锐的矛盾。
 
  虽然从理论上知道平流冷却、湍流混合、长波辐射冷却等物理过程都可导致海雾生成,但对于具体海雾个例,确定物理过程作用很困难。我国海岸线长,天气系统复杂,不同海区、不同季节海雾的产生的主要物理过程都不清楚。
 
  针对海雾的微物理观测、海洋大气边界层探测很少。各种海雾 (能见度)模式中参数化方案都是用国外的。另外,还缺乏先进的实验室研究手段。
 
  思考:应提高海雾监测预报能力
 
  虽然近几年来我国海雾研究有了长足发展,但远远不能满足国家经济发展、国防建设和人民群众生活质量提高的需求。目前,国家对海雾研究日益重视,我们应该尽最大力量,挑战科学问题,提高对海雾的监测和预报能力。
 
  首先,海雾形成、发展、消散的物理过程目前还不十分清楚。比如,许多研究人员指出,海雾发生前往往有逆温,但对逆温层的形成原因讨论很少。现有的研究认为,陆地上的暖空气到海上可以形成逆温 (如美国加州沿岸),南方暖湿气流向北推进的过程中下层空气通过与海面的热量交换降温可以形成逆温 (如纽芬兰附近海域),高层的空气绝热下沉可以形成逆温 (如圣地亚哥沿海)等。海雾消散是冷空气的影响还是干暖空气的影响(一般认为冷锋过境海雾消散),这些问题与海雾的短期预报有十分密切的关系。
 
  就黄海海雾来讲,预报员通过大量实际工作经验分析,总结了海雾发生的天气型,如入海高压后部型、均压场型等等,这些经验总结对指导预报无疑帮助很大。但是,并非出现这些天气型就会出海雾。为了更好地指导预报和理解海雾形成机制,应该更深入一步,通过大量个例,总结出局地海雾形成的物理模型。
 
  目前,我国海雾预报主要还是用天气学、统计学的方法,而且仅仅限于沿海地区。对于远离岸边的海区,海雾的监测和预报基本是空白的。采用数值模式研究、预报海雾的生消和演变是大势所趋,但由于海雾发生、发展对环境的高度敏感性,各国的模式都是针对自己所关心的海区。我国海雾数值预报已经有了起步和良好的发展,但要达到业务运行,还有很长的路要走,特别是模式的微物理参数化方案和边界层参数化方案的改进,以及初值场的同化等都需要大量的观测和分析研究。
 
  利用卫星遥感资料对海雾进行监测是有效手段,海雾的卫星监测技术还有待更多的比测和试验,进一步提高其准确性和定量性。由于上面有云覆盖,下面有雾时,目前的卫星遥感技术尚无法监测出海雾,因此,应考虑用多种方法研究海雾的反演和监测问题。这需要多学科的交叉研究,同时也期待星载传感器技术的改进。
 
  在全球变暖背景下,海洋升温少于陆地,大气边界层的稳定度将提高,海面蒸发会增多,后果是不是会导致海雾发生频率的增加?如果海雾增加了,可能是全球变暖的又一直接证据,如果海雾没有增加,原因又是什么?此外,海雾发生频率的年际变化非常大,如果我们能够找出关键因素,会对海雾的中长期预报提供重要依据。