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中文名:雾

外文名:fog

种 类:辐射雾、平流雾等

构 成:水滴或冰晶

释 义:水汽凝结成细微的水滴悬浮于空中

颜 色:透明(无色)

多发季节:春季

形成条件:冷却、加湿

(古文中又称为[1][2])在天气学是指在接近地球表面的大气中悬浮的由小水滴或冰晶组成的水汽凝结物,是一种常见的自然现象。雾的小水滴和冰晶由饱和过饱和空气中的水凝结形成,和相仿。 雾的外观通常呈半透明、模糊的白色,因此雾能影响能见度,对交通运输影响很大。雾的出现根据国际上的定义,能见度小于1公里的叫雾(Fog),超过1公里的称为轻雾(Mist)[3]

在水汽充足、微风及大气稳定的情况下,相对湿度达到100%时,空气中的水汽便会凝结成细微的水滴悬浮于空中,使地面水平的能见度下降,这种天气现象称为雾。多出现于春季二至四月间。

气温达到或接近露点温度时,空气里的水蒸气才可以凝结生成雾。由于并不是随时随地都有可能达到此条件,因此雾的出现和季节气候地形与发生地的地理位置往往有很大的连结。在文化上,许多城市会因为经常起雾而获得“雾都”或类似的的称号,例如重庆东京青岛伦敦等。

然说雾主要是由液态水所组成[4],但是雾并不是透明的。雾的可见来自于小水滴中的米氏散射及连带发生的廷得耳效应,他们会使实际上无色的液滴变得可见。

雾的特性

雾的本质是水汽凝结物。因此,只要空气温度达到或相当接近露点,空气中的水汽就会凝结而生成雾。当气温高于冰点时,水汽凝结成液滴。当气温低于冰点时,水汽直接凝结为固态的冰晶,比如冰雾[3]。因为露点只受气温和湿度影响,所以雾的形成主要有两个原因[5]:一是空气中的水汽大量增加,使得湿度升高至露点,从而形成雾,比如蒸汽雾和锋面雾;二是气温下降至低于露点而生成雾,比如平流雾和辐射雾。

雾和的不同在于,云生成于大气的高层,而雾接近地表。

雾和降雨也有关联。当雾中的小云滴会开始凝聚,一旦重量增加空气支持不住。就会产生降水。雾的降水型态通常为毛毛雨或非常小的。云中小水滴凝聚的主要原因可能为雾层遇到地形被抬升或是上下方空气移动、强制压缩雾层。当大气温度低于冰点时,毛毛雨会结冻,变成冰晶[6]

颜色

实验证明:当白光照射到一个透明的物体上时,它所透过的光,主要是跟透明物体同一种颜色的光,其他颜色都被透明体吸收掉了。如果一种透明物体能使各种颜色的光都透过,那么,这种透明体就是无色的,如冰。但是,水变成雾之后,就形成了许多反射面。这时,光线就透不过去,而是被反射出来了,也就是说,各种颜色的光都被反射掉了,所以,雾就变成白茫茫的了。

和霾的区别

一是水平能见度不同。雾的水平能见度小于1000米,霾的水平能见度小于10千米。 二是相对湿度不同。雾的相对湿度大于90%,霾的相对湿度小于80%。相对湿度80%~90%是霾和雾的混合物,但其主要成分是霾。 三是厚度不同。雾的厚度只有几十米至200米左右,霾的厚度可达3000米。 四是边界特征不同。雾的边界很清晰,过了“雾区”可能就是晴空万里;而霾与晴空区之间没有明显的边界。 五是颜色不同。雾是乳白色、青白色,霾是黄色、橙灰色。 六是形成条件有差异。虽然雾和霾的形成都需要微风或无风,大气状态稳定,即要有逆温层,但是,雾需要一定的水汽和降温条件,使得空气达到饱和而发生凝结现象;而霾的形成并不需要水汽和降温条件,主要是空气中(干性)颗粒物要达到一定浓度,相对湿度不要大。 七是成分不同。雾主要是由微小水滴或冰晶组成,雾滴尺度一般为3~100微米;霾是由肉眼看不见的复杂微小粒子等组成,霾粒子的直径仅有0.3~0.6微米。 八是日变化不同。雾一般在午夜至清晨最容易出现,日出后会很快消散;霾的日变化特征不明显,当气团没有大的变化,大气层结较稳定时,持续时间较长。 九是季节变化不同。我国一年四季都可能有雾出现,大多数地区秋冬季节为雾多发期,春、夏季雾较少;霾全国大部分地区均有明显的季节变化,冬季多,夏季少,春秋季居中。 十是指示意义不同。一般来说,雾有天气预报的指示意义,如谚语“十雾九晴”;霾更属于环境问题,在大气污染研究和空气质量预报中的指示意义显得更重要。

雾的成因

雾通常发生在相对湿度接近100%时,有时也有机会在较低湿度时产生[7]。一般雾在当露点温度与空气温度的差异在-2°C以下时产生[3]。当温度条件达到,水蒸气结成为悬浮在空气中的微小液态水滴时,如果形成的位置靠近人类生活的地域,就会被称为雾[8]

至于一开始水蒸气为什么能够被加入到空气中,则是雾的科学中相当重要的研究课题。以下是四种水蒸气产生的例子:

  1. 降水或是降落至地面的幡状云[9]
  2. 因为白天太阳加热,从海洋湖泊或水体蒸发出来的水[10]
  3. 植物的蒸散作用[11]
  4. 冷空气或干空气移动到温暖水域上空[12]

水蒸气通常开始凝结在凝结核上,例如灰尘冰晶和空气中的,以形成云和雾[13][14]。与层云一样,雾是一个稳定的云层[15]

分类

辐射雾

辐射雾是指由于热能辐射散失,使温度下降,水气达到饱和所形成的雾;辐射雾依水气饱和位置的高低,主要分为低雾及大陆高逆温雾二个,依照形成所需的特殊地形分类,又可以分出谷雾一种。值得注意的是虽然辐射雾都形成在陆地上,但是因为通常发生的时间都在很早的清晨,如果与海风混和,还是可以被吹到海上。[16]

低雾

冬天早晨的低雾]]低雾是指辐射冷却发生在地表附近所产生的雾。在风力微弱的夜晚,比热较大的地面温度会比比热较小的大气高,因此,地面会开始以红外线的形式将能量向外散发,地面温度开始下降。此时,靠近地面的空气会受影响而冷却,易发生逆温。这种逆温会增加大气稳定度,抑制原本当天本来就很小的对流乱流,让变冷的大气停留在原地继续下降温度,最后达到露点,起雾。

天气是低雾是否能形成的重要关键。如果风力太大,会造成对流,导致低温无法积蓄在下层空气;如果风力太小,又无法搅拌空气使起雾区下延至地面,最后只能形成。每秒2到3公尺的微风最容易产生低雾。低雾通常不过三、四十公尺的厚度,当日出后,有机会看到后面的蓝天。日常生活来说,既然空气一定的稳定度是低雾的产生必要条件,也就代表雾会是好天气的预兆。一般来说,辐射雾大都发生在冬天或是雨后出晴地面湿溽的早晨,一旦太阳升高,地面受热,就会化解低雾。[16]

大陆高逆温雾

冬季时,如果有一层冷湿空气(通常不足200公尺)陷入四周有丘陵的低地,即可有机会发生大陆高逆温雾。假定有一层稳定的暖空气,经久停留在滞留冷气丘的上空,辐射冷却延长,一夜又一夜,高逆温雾底部的空气终于到达饱和,向下伸展到地面,就会形成大陆高逆温雾。大陆高逆温雾通常在日间会被抬高,转变为层云,等到夜晚,冷却又发生时,又会很快扩散回地面。[16]

谷雾

山谷地区因为地形框架限制,容易阻挡阳光对地面的加热及使雾消散的气流。当山地区出现辐射雾,就会形成谷雾。谷雾的厚度往往达数百公尺。谷雾可以持续数天。[17]

海岸高逆温雾

海岸高逆温雾系因逆温层底的云因为辐射冷却而扩展至地面形成的雾。在台湾西北部,海岸高逆温雾常在初春时节形成。[16][18]

平流雾

平流雾的起源来自于以下三阶段:

  1. 暖湿空气在寒冷的表面上平流,
  2. 此寒冷表面使流动的空气冷却,
  3. 涡流混合使此饱和空气的雾滴伸展至相当高度。

当暖湿空气平流流经较冷表面,因为接触而冷却,再加上相当强的涡流混合,使很厚一层空气冷却,还把雾滴带到相当高度,就会形成平流雾。平流雾和低雾形成位置都非常靠近地表,最大的不同点在于:平流雾的顶层冷却最显著,所以雾会比较浓。

平流雾一定和相当强的风结伴,如果雾已经生成,则风速越大,雾也越浓。平流雾不分昼夜,大多在多云天气生成。平流雾都很厚,有时甚至可达数百米厚度,云幕能见度可降至零。平流雾可持续较长时间,除非风向转变或停止才会消散;平流雾不分季节时间都能发生── 平流雾无论是夏季暖空气流至海面或是冬季冷湿空气流到陆上都能成雾──一般上,因为气候因素,平流雾在冬末春初夜间特别容易生成。

平流雾在某一特定地点的生成通常相当规律、可以预测。生活上,因此常把平流雾再细分出海雾(如果在较不严谨的场合,海雾除了平流雾外也可以泛称所有海边的雾)、季风雾、湿雾等类别;当有暖湿空气经过冷水面,下层空气冷至露点易产生海雾。季风雾多发生于夏季,当大陆炎热时,附近海洋则较凉爽,大陆暖气团流入海上时,下层冷却,产生季风雾。湿雾为热带气流北上时,行经寒冷地面,下层冷却,凝结成雾,多见于冬末春初。[16][19]

平流辐射雾

平流辐射雾是兼备辐射雾与平流雾性质的雾。平流辐射雾的形成过程中,一开始主要由平流作用供应水汽,入夜后,因地面辐射冷却再生成雾。平流辐射雾一般是最常见浓雾的发生原因,平流辐射雾尤其多产于沿海陆地,如嘉南平原山东半岛[20]

升坡雾

升坡雾是指因为地形使冷空气抬升,因绝热膨胀而冷凝而产生的雾(上坡雾也因此又升为膨胀雾)。一般而言,推动气块的风越大,雾就越浓。升坡雾常见于世界范围内滨海的山区或丘陵地,高度一般在300公尺以下,但也有较高的例子。上坡雾在平地上看起来就是云;在山里、雾中,则容易看见毛毛雨或是轻。升坡雾不太会造成低能见度的情况,即便一时有较浓的雾块通过,也会因为风很快就会被带走,不易造成人类活动困扰。[16][21]

蒸气雾

蒸气雾是指在水面上空,水蒸气因为蒸发作用源源不绝供应,造成饱和所形成的雾。蒸气雾常发于水面水气压高的时地,例如夏季清晨或极地。蒸气雾和晚秋及早冬时的大型湖泊旁的大湖降雪效应大湖降雨效应有密切关系;此时的蒸气雾通常会并成冻雾或白霜[16]

长程气流移动形成的雾

  • 锋面雾:锋面附近的空气里的水滴或雪等降水粒子向下降至云层以下,并使水点蒸发为水蒸气,当水蒸气在露点凝固后发生冷凝现象而生成锋面雾,气温下降而导致空气饱和时亦会生成。锋面雾最常发生于锢囚气旋暖锋接近中心处,宽度一般不超过100公里,大多数出现于暖锋前,并随暖锋推移。由于锋面雾常发生在冷暖空气交界附近,随锋面降雨而升,因此又被称为降水雾或雨雾(Drizzling Fog)。[22]
  • 热带空气雾:指热带地区空气流向高纬度,一路上受冷于地面所形成的雾。[16]

寒冷地区的雾

  • 低温雾:极区人类活动、释出大量凝结核所形成的雾。低温雾常在高纬度人类聚落周围久不消散[16]
  • 冰雾:当任何类型的雾气里的水点被冷凝为冰片时便会生成冰雾。通常需要温度低于凝固点时亦会生成,所以常见于极。
  • 冻雾:当雾里的水点在物体表面凝固时生成白霜,这时的雾景被称为冻雾,常见于云层底部的山顶。日本

雾的观察

雾的观察可以参考各种参数,并通过各种方法来完成。不过一般来说,雾的观察主要会针对以下的量:

  1. 雾的频率
  2. 发生时间
  3. 持续时间
  4. 可见度
  5. 雾的垂直和水平范围。

雾的影响

雾会降低能见度,在极劣的情形下,甚至会使能见度降到几公尺,对于人类生活有莫大不方便。虽然部份交通工具因为使用雷达而不受影响,但大部份车辆均会在大雾时慢驶并使用更多光线照明。马路上的雾特别危险,很容易酿成意外。而雾亦会对飞机起降造成影响,在机场兴建前的选址就会将是否易起雾列为考虑因素之一。机场启用之后,机场管理者通常要采取措施来驱散雾气,或是提高机场的助导航设施及航管标准,以尽量降低影响。

地理与时间分布

中国大陆

中国大陆的雾,以地理来说,长江以南流行春季雾;东北地区常出现夏季雾;汉水流域陕西流行秋季雾;冬季雾常见于华北地区新疆北部。封闭地形区例如四川盆地重庆云南终年均有发生雾的可能,但以秋冬季雾较多。中国大陆发生的雾以辐射雾为主,所以秋冬季大雾发生的机会较大。[23]av

中国海域

中国海域以南海的能见度最好,向北逐渐变坏。主要雾区为自东京湾台湾海域向北到渤海形成一狭长带,尤间以黄海的雾出现最频仍。中国海域的雾有一明显的季节特性──高频区自冬季至夏季逐渐移向北方;冬末春初,发雾频率最高的中心在舟山群岛。该地一二月份的起雾机率约为5%,三月则为12%。舟山群岛的雾会一路向北伸展到长江江口;这个季节是江浙地区雾最多的季节,而偏南的华南沿海反之雾较少。时至五月,舟山群岛的雾会向北覆盖黄海全区。六月,一般来说中国海域的雾会继续北漂,至七月时雾区中心会到山东青岛(这也是为什么青岛以起雾著名,夏季该地起雾机率可达20%),雾区北界会接到朝鲜半岛。中国海域的起雾要到八月左右才会几乎消散,直到十一月底左右才回重新重启循环。[16]

参考文献

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  3. 3.0 3.1 3.2 Fog – AMS Glossary. American Meteorology Society. [2018-12-23]. (原始内容存档于2013-03-27) (美国英语). 
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  5. 雾的成因. 中国科普博览. [2009-04-05] (中文(简体)‎). 
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  11. Krishna Ramanujan; Brad Bohlander. Landcover changes may rival greenhouse gases as cause of climate change. National Aeronautics and Space Administration Goddard Space Flight Center. 2002-10-01 [2018-12-23]. (原始内容存档于2008-06-03) (美国英语). 
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