1. 引言
雾的形成是自然界中各种因子共同作用的结果，是一种灾害性天气，受天气系统、地形、大气成分等影响。随着科技的发展和人类生活水平的不断提高，人们越来越认识到雾对人类生存环境和社会经济的影响。因此关于雾的研究越来越多，曹治强、毛冬艳、刘小宁、陈连友等 [1] [2] [3] [4] 对雾天气的气候特征及发生条件等进行了分析；邓雪娇、吴兑等 [5] [6] 研究了局地雾的宏微观结构及物理成因；康志明、王玮、何立富、赵玉广、郭丽君等 [7] [8] [9] [10] [11] 诊断分析了持续性大雾天气的特征和物理成因；马学款、陈东辉等 [12] [13] 从雾的天气分型及预报方面进行了研究；花丛、马翠平 [14] [15] 分析了华北大雾的边界层特征；迄今对廊坊雾的研究大多停留在特征分析、个例分析等方面，本文将主要研究毗邻北京、天津两大直辖市的廊坊市雾的发生、发展规律、影响雾的气象条件及雾日的空气污染情况，从而为雾的预报预测以及灾害防御等提供科学依据。
2. 资料及说明
1) 选用1964~2015年廊坊地区(包括三河市、大厂县、香河县、廊坊市、固安县、永清县、霸州市、文安县、大城县)9个气象观测站的观测资料。2013~2016年廊坊市区的环境监测资料与雾日气象资料。
2) 约定一个观测日内(20~20时)只要站点出现了雾天气现象，则记为一个雾日，只要有一个及以上测站出现雾，则记为一次雾天气过程。
3. 雾的气候变化特征
3.1. 雾的地理分布
以52年的各站雾日为基础，计算多年平均雾日分布。从年平均雾日数的地域分布来看(图1)，中部站霸州最多为27.5 d，中部站永清次多为26.0 d，北部站三河最少为13.8 d，北三县三河、大厂、香河的雾日均低于20 d，而中南部站除了文安19.7 d低于20 d外，其余各站均高于20 d。总体来看北部站的年均雾日数明显低于中南部各站，说明雾日分布受地形影响很大 [16] ，河北省高原、山区、丘陵的年雾日数明显少于平原 [17] 。廊坊地势北高南低，北部地区(包括三河、大厂、香河)地势较高，有丘陵及燕山余脉，雾日偏少，中、南部地区(包括市区及固安、永清、霸州、文安、大城等6市县)全部为冲积平原区，雾日较多，与上面的研究结果一致。
Figure 1. Distribution of annual fog days in Langfang from 1964 to 2015 (units: d)
图1. 1964~2015年廊坊地区年平均雾日数分布(单位：d)
3.2. 雾年代际变化特征
从雾日的长期变化趋势来看，三河与大厂呈增加趋势，其余站呈现减少趋势，只有廊坊市区、霸州通过了0.05的显著性检验，即雾日减少的趋势显著，廊坊市区2.24 d/10 a，霸州2.78 d/10 a。从雾日出现的最多年份来看，除了大厂、文安与大城分别出现在2014年、1976年、1964年外，其余站雾日最多年都出现在1990年。
年最少雾日为1 d，出现在香河(2010年)，年最多雾日为78 d，出现在大厂(2014年)。由表1不同年代年均雾日变化来看，三河、香河90年代雾日最多，大厂2000~2015年雾日最多，固安60年代雾日最多，其余中南部站均是70年代雾日最多。
对廊坊地区9个气象站1964~2015年年雾日数距平进行分析(图2)，发现年均雾日数呈现减少的趋势，并有明显的年代际转折特征，雾日数在1972年前是偏少期，1972~1980年是偏多期，1981~1984年为偏少期，1985~1991年为偏多期，而1991年以后雾日的偏多年与偏少年交替出现，但下降趋势比较明显，1992~2015年24 a之间只有10 a雾日偏多，雾日最多的年份是1990年。
3.3. 雾的月、季变化
廊坊地区各站不同月份雾出现频率明显不同(表2)。各站雾最多月出现在11月或12月，固安与北三站三河、大厂、香河11月雾最多，其余5站均是12月雾最多。3~6月属于各站少雾时间段，出现频率在4.5%一下，而在7月~次年2月为雾较多时段，特别是10月~次年1月各站雾出现频率几乎均在10%以上，从季节分布来看，秋、冬季是各站雾的高发季节，春、夏季各站雾明显偏少，其中春季雾最少。
Table 1. Distribution of annual fog days for different period in Langfang from 1964 to 2015 (unit: d)
表1. 1964~2015年廊坊地区不同年代年均雾日数分布(单位：d)
Figure 2. Departure variety of fog days in Langfang from 1964 to 2015 (units: d)
图2. 1964年~2015年廊坊地区雾日距平变化(单位：d)
Table 2. Monthly frequency of fog for 9 stations in Langfang from 1964 to 2015 (unit: %)
表2. 1964~2015年廊坊九站雾月出现频率(单位：%)
分析全市平均雾的月出现频率，12月最高为16.6%，出现频率次高的11月为15.9%，而10月与1月出现频率第三高为12.3%，5月最低只有2.1%，3~6月出现频率均较低在4%以下。总体来看，秋冬季(9月至次年2月)是廊坊市雾的多发季节，总的出现频率占74.5%，而春夏季的雾则明显偏少。
3.4. 雾天气过程特点
1964~2015年共出现3005个雾天气过程，在所有的过程中，单站出现的个例有1028个，占34.2%；2个站同时出现个例511个，占总数的17.0%；3站同时出现个例352个，占11.7%；4站及以上同时出现的个例很少，4站、5站、6站、7站、8站与9站同时出现概率分别为9.8%、7.3%、6.6%、4.5%、4.0%与5.0%，均不足10%。说明廊坊地区的雾具有很强的局地性特征。
分析发现，各站均是单日雾天气最多，所占比例均在71%以上；持续2天的雾天气次多，比例范围为14.8%~18.3%；持续5天及以上的雾天气很少，比例在2%以下，廊坊市区占0.9%；雾天气过程持续在8天及以上的很少平均为0.1%；最长的雾天气过程持续9天，出现在固安，时间为1978年12月20日~28日。廊坊市区最长的雾天气过程持续7天，出现在1994年2月14日~20日。
3.5. 大雾的日变化特征
采用霸州站(为基本站，2012年以前属于24小时值班站，资料比较完整) 1964~2011年历次观测的大雾日生消时间来分析大雾的日变化特征，大雾开始、结束时间分析时取整点时间。
3.5.1. 大雾开始时间的变化规律
约定在一日内发生的大雾，无论发生次数及时间间隔，都记为一次大雾日，连续出现的大雾天气(前一天结束时间与第二天开始时间相同)，定义为一次大雾日。大雾日数按照大雾发生时间进行分类，将累年逐时的大雾日数进行平均，得到累年逐时平均大雾日数。逐时平均大雾日数分别除以24个时刻累加平均的总大雾日数，即为大雾生在24个不同时刻的频率分布(如图3(a))。总体来看大雾生的峰值时间段在晚上20点后到次日早晨8点之间，在24个时刻内，凌晨5点大雾生的频率最高，达20.8%，6点次高15.9%，9点到19点之间大雾发生的频率很低。这与温度在一天内的变化有很大关系，最低气温往往出现在凌晨4、5点，由于温度的迅速下降，有利于近地面层水汽凝结形成大雾。
3.5.2. 大雾结束时间的变化规律
同理得到大雾消散在24个不同时刻的频率分布(如图3(b))。发现大雾消散的主要时间段是在凌晨5点到中午12点之间，8点大雾消散的频率最高，达17.3%，7点次之，大雾消散出现在其它时刻的频率非常低。这可能由于8点的时候太阳一般已经升起，所以温度在短时间内迅速升高，有利于水汽蒸发，大雾易消散。
Figure 3. Frequency in different time of fog starting and fog ending from 1964 to 2011 (unit: %)
图3. 霸州1964~2011年大雾开始时间(a)与结束时间(b)在不同时刻出现的频率(单位：%)
3.5.3. 大雾持续时间的变化
大雾的持续时间越长，造成的灾害及影响越大，因此有必要对每次大雾过程的持续时间进行详细分析。参照刘小宁 [3] 对大雾的持续时间进行分级，计算各站出现各级大雾持续时间频率。约定在一天内出现的大雾，无论出现的次数及时间间隔，均记为一次大雾过程，连续两日出现的大雾当时间间隔在4小时以内时，定义为一次大雾，大雾持续时间等级定义为0~3 h、3~6 h、6~12 h、>12 h。霸州站大雾各级持续时间所占百分比分布来看，3 h以内的大雾最多占42.6%，3~6 h的大雾出现频率次高占29.0%，6~12 h大雾出现频率为18.3%，而> 12 h的大雾最少只占10.2%。
4. 雾日主要气象要素特征
4.1. 雾日地面风向风速
风是边界层内影响污染物扩散的重要动力因子。统计雾日地面风速的变化特征(表3)。九站的雾均是风速1.0~2.0 m/s所占比例最高，在40%以上，风速5.0~6.0 m/s所占比例最低，不足2%；风速0.0~3.0 m/s各站雾所占比例较多，占比均达到了82%以上，其中固安所占比例最高达89.7%；风速1.0~6.0 m/s各站的雾所占比例均随风速增大而降低，特别是当风速大于4 m/s时，各站雾所占比例均不足3.5%，可见风速加大有利于大气的水平输送，同时风速大湍流加强，也利于垂直风向的输送和扩散，不利于雾的形成，因而出现雾的机率减小；但当风速大于等于6.0 m/s时雾的比例有一个跃增，有些站甚至大于风速3.0~4.0 m/s时的比例，这可能由于雾天气往往出现在大风来临之前，雾与大风出现在同一天有很大关系。
Table 3. Frequency of fog in Langfang for different wind speed levels from 1964 to 2015 (unit: %)
表3. 1964~2015年廊坊地区雾日对应不同风速等级时分布比例(单位：%)
分析各时次出现雾天气时的地面风向特征。08时统计发现，各站均是静风时雾所占比例最高，均在23%以上，香河静风雾占比最高达47.2%，大城最低为23.4%；14时雾所占比例最高的风向特征，各站为静风、南风或西南风。20时各站均是静风时雾所占比例最高。
4.2. 雾日相对湿度
统计雾日相对湿度的分布特征(表4)。各站均是相对湿度80%~90%时雾所占比例最高，在33.9%~41.2%之间；相对湿度低于60%时雾所占比例很低，除了廊坊市区雾占7.8%外，其余站均低于6%；相对湿度60%~70%雾所占比例在10%左右；相对湿度70%~80%、≥90%雾所占比例多在20%~30%之间。相对湿度大于60%时各站的雾总占比均在92%以上，表明较大的相对湿度有利于近地面层水汽的聚集，利于雾的形成与发展。
Table 4. Frequency of fog in Langfang for different relative huminity from 1964 to 2015 (unit: %)
表4. 1964~2015年廊坊地区雾日对应不同相对湿度时分布比例(单位：%)
4.3. 雾日气压
统计雾日气压的分布特征(图略)。雾日当天气压在1000 hPa~1030 hPa时，各站雾所占比例均达到89%以上，气压 < 1000 hPa时各站雾所占比例不足5.5%，气压 ≥ 1030 hPa时，所有站雾所占比例不足10%，因此雾出现的最适宜气压是1000 hPa~1030 hPa，气压偏高偏低都不利于雾的发生。
4.4. 雾日逆温
稳定的大气环流背景下，低层逆温层的建立和加强会使大气垂直对流运动受阻，大气污染物不易扩散。当逆温层厚度增大，逆温层强度越强，污染物浓度就越高。用08时、20时两个时次探空资料研究廊坊上空特征。分析廊坊雾天气出现时，2011~2015年1500米以下的第一层逆温层情况。
总体来看，20时逆温(图4(a))，主要污染月1~3月、11~12月比其它月逆温层底高与顶高均更高，逆温层厚度更厚，强度更强，污染较强的10月在底高、顶高与厚度上表现不明显，只是强度最强。08时逆温(图4(b))，1~3月比其它月逆温层底高与顶高偏高，10~12月比其它月逆温层底高与顶高偏低，但1~3月、10~12月这几个主要污染月相比其他月份逆温层厚度更厚、强度更强。除了5月外其余月雾日当天08时与20时出现逆温频率均在70%以上。
Figure 4. Analysis for inverse temperature of fog days at 20:00 (a) and 08:00 (b) from 2011 to 2015, (unit: bottom height, top height, thickness m, strength ˚C∙m−1, frequency for inverse temperature of fog days %)
图4. 2011~2015年廊坊雾日当天20时(a)、08时(b)逆温分析，(单位：底高，顶高，厚度m；强度℃∙m−1；雾日逆温频率%)
5. 雾与空气污染
分析2013~2016年的廊坊市区雾日空气质量状况(表5)。从雾日空气质量来看：1~3月出现大雾天气时空气质量均在3级以上；4~5月没有雾日出现；6月4级比例占100%；7月2、3级占比分别为50%；8月2级、5级占比分别为66.7%、33.3%；9月1至4级均可能发生，2级占比最大为50.0%，而其余级别均为16.7%；10月空气质量级别为1级、2级、4级、5级，2级比例最大为45.5%，5级占比次高为27.3%；11月空气质量3级、5级、6级，3级比例最大为50.0%，5级、6级占比分别为33.3%、16.7%；12月1级至6级均有出现，6级比例最大为52.6%，5级占比次高为21.1%。
可以看出，在主要污染季节1~3月、10~12月，除了10月空气污染特征不太明显外，其余5个月出现大雾天气时一般会有3级(轻度污染)以上的空气污染发生。
Table 5. Monthly frequency for different air quality grade in fog days (unit: %)
表5. 雾天气不同空气质量等级月分布(单位：%)
6. 小结
1) 廊坊地区的单站雾最多，而4站以上的雾很少。且雾具有很强的局地性特征，北三站雾日明显低于中南部各站。
2) 9站年均雾日数呈现减少的趋势，并有明显的年代际特征，1972年前是偏少期，1972~1980年是偏多期，1981~1984年为偏少期，1985~1991年为偏多期，而1991年以后雾日的偏多年与偏少年交替出现。
3) 秋、冬季是廊坊的多雾季节，而春、夏季的雾则明显偏少；单日雾天气最多，所占比例均在71%以上，持续5天及以上的雾天气很少，在2%以下；凌晨5点大雾发生的频率最高，达20.8%，6点次高15.9%，9点到19点之间雾发生的频率很低，雾消的主要时间段是在凌晨5点到中午12点之间。3 h以内的短时雾发生频率最高占42.6%。
4) 风速0~2.0 m/s雾发生频率最高，9站均是静风时出现雾的频率最高。
5) 相对湿度80%~90%时雾发生频率最高，低于60%时雾的发生频率很低。雾出现的最适宜气压是1000 hPa~1030 hPa。
6) 在1~3月、10~12月主要污染季节，逆温层厚度一般更厚、强度一般更强，除5月外其余月雾日当天出现逆温频率均在70%以上，出现大雾天气时一般会有轻度污染以上的空气污染发生。
基金项目
廊坊市气象局项目(No. 201601, No. 201807)。
NOTES
*第一作者。