2013, Vol. 
2. 湛江市气象局,湛江524001;
3. 广东海洋大学,湛江524009
2. Zhanjiang Meteorological Bureau, Zhanjiang 524001;
3. Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524009
海雾是发生在海上或岸边低层大气中的一种水汽凝结现象。它不仅会对海上交通运输、海洋捕捞、航空、军事活动等造成重要影响，同时会造成污染物富集，影响沿岸的空气质量，严重影响人们的身体健康。因此，海雾研究受到沿海国家的普遍重视。雾的形成过程较复杂，其与热力学、动力学、辐射、气溶胶、微物理过程、下垫面状况等多方面因素有关（Gultepe and Milbrandt, 2007a），但由于海雾发生在海洋上，对其观测较困难，学者们主要是通过对岸边雾的研究来了解海雾的宏微观特征（Pilié et al., 1979; Leipper, 1994; Fedorova et al., 2008）。
宏观天气系统和边界层结构对雾的生消起主导作用（陆春松等，2010），同时宏观过程与微物理特征演变之间也存在密切联系（Niu et al., 2010b）。Lewis et al. （2003）指出反气旋系统影响下大尺度的下沉运动是海雾形成的一个重要因子，海洋边界层厚度的减少和逆温层厚度的增加有利于大范围持续性雾的形成。同时，在反气旋天气下，海雾发生时海面的强风以及显热通量的增加会促进边界层内的混合，导致海雾消散（Tachibana et al., 2008）。因此研究海雾发生时的天气系统和边界层特征，有助于更全面的认识不同类型海雾发生演变规律，对海雾的预报起指导作用。
海雾出现时较低的能见度易导致船只相碰等事故的发生，严重影响海运安全，讨论能见度的主要影响因子成为令人关注的问题（Tomasi and Tampieri, 1976），而微物理特征量又与能见度存在密切联系，雾滴数浓度和粒径的大小直接影响到其对可见光的削弱作用（Eldridge，1971）。因此，许多学者通过外场观测的方式对海雾的微物理特征进行研究（Fitzgerald, 1978; Kunkel, 1984; Lewis et al., 2004）。霾滴或雾滴的大小分布可利用修正的Gamma分布进行表达，不同发展阶段雾滴的谱分布不同（Baronti and Elzweig, 1973; Podzimek, 1997），Niu et al.（2010a）发现Gamma分布也可以很好地反映雾滴谱分布特征。海洋性气团的雾滴平均浓度要低于大陆性的，平流雾的微物理量会随着空气团的传输发生系统性的变化（Goodman，1977）。在美国太平洋海岸的观测则发现，海雾微物理量的变化范围与凝结核浓度有关，过饱和度的差异也会造成雾微结构不同（Hudson, 1980）。雾中小滴数浓度的增加主要是由于核化和凝结，而滴谱的拓宽则主要通过碰并作用，谱的变窄主要是由重力沉降引起的（Bott et al., 1990; 黄玉生等, 2000; 唐浩华等, 2002）。Gultepeand Milbrandt（2007a）则进一步通过建立数浓度、液态水含量与能见度之间的参数化关系，并应用在数值预报模式中，提高能见度预报的准确性。
中国对海雾的研究最早始于20世纪60年代，沿海地区的观测较少，仅在青岛（黄海）（徐静琦等, 1994；Gao et al., 2007）、舟山（东海）（杨中秋等, 1989）和茂名（南海）（黄辉军等，2009）等地，主要针对雾滴尺度分布、数浓度、含水量等进行了外场观测，初步分析了微物理量的变化和滴谱分布特征等，建立了消光系数与能见度之间简单的线性关系。与内陆城市雾（鲍宝堂等, 1995）相比，海雾数浓度偏低。
中国广东省湛江市东海岛雷达站濒临南海，春季海雾频发，对琼州海峡客运、海上捕捞和航空运输等造成了重要影响。然而对该区域的观测研究相对较少，尤其是利用先进的观测设备，针对不同天气系统影响下海雾的宏微观特征进行系统连续观测分析。因此在东海岛的雷达站设立外场观测点，对边界层风、温，地面气象要素，海雾的微物理特征和雾水等进行系统的观测采集。本文总结了易导致海雾出现的5种天气类型，并给出12次雾过程中宏微观物理量的基本特征。同时细致分析了一次低压影响下海雾过程中天气形势、气象要素、边界层特征、微物理特征量等的变化特点，讨论了边界层特征对海雾微结构的影响，并进一步使用偏度和峰度对雾滴谱特征进行分析，最后给出了微物理量与光学特性间的联系。
2011年2月19日至3月23日在中国广东省湛江市东海岛雷达站进行海雾的综合观测。东海岛东面和南面临南海，北面和西面濒临雷州半岛。东海岛地处低纬度的东风带中，常年盛行风向都带有东风分量。雷达站（21.01°N，110.53°E）位于东海岛东海岸一个小山坡顶，站内配有风廓线雷达、多普勒雷达等，距离海岸线800 m，海拔高度51 m。观测期间将雾滴谱仪、VPF-730能见度仪、雾水采集器、气象粒子探测仪（MPS）、雨滴谱仪等仪器架设在院内公寓楼的楼顶（距离地面约为10 m），前方无阻挡物。观测期间仪器进行实时监测，同时每小时进行一次人工记录。
雾滴大小分布测量主要是利用美国DMT公司生产的FM-100雾滴谱仪。采样频率为0.5 Hz，测量雾滴的直径范围为2～50 μm，分为20档。能见度观测是利用英国Biral公司研制的VPF-730散射式能见度仪进行的，当能见度小于16 km时，误差为±10%，时间间隔为5 s。地面的气象要素（如温、压、湿、风）是利用架设在东海岛上的WP3103型自动气象站来观测的，自动气象站架设地点为（21.02°N，110.38°E），由广东省气象技术装备中心研制生产，时间间隔为5 min。航天二十三所 制造的CFL-08型对流层风廓线仪，工作频率 445 MHz，能够不间断地提供150～8000 m内的水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布；通过与声技术结合（RASS），提供150 m～4000 m高度范围内的大气虚温场分布，垂直分辨率都为120 m，时间间隔分别为6 min和 1 h。
基于海雾生成时不同的天气形势，将湛江地区2011年2～3月观测到的12次雾过程分为五类（见表 1）：高压后部型、低压前部型、高低压之间型、均压场或鞍形场型和冷锋影响型。12次雾过程主要发生在三个时间段内，个例1～6雾过程发生在2月23日至3月1日，个例7～9雾过程发生在3月12～15日，个例10～12雾过程发生在3月20～22日。对海雾形成时的天气形势进行归纳总结，发现冷锋影响型所占比例最高，三个时间段内的雾过程（个例1～6、个例7～9和个例10～12）的结束与冷空气南下有关，例如个例12中，21日20:00（北京时间，BT，下同）锋面逼近湛江市，22日08:00冷锋锋面南压入海，雾过程完全结束。通过对12次雾过程中风廓线和虚温廓线的观测发现，受低压天气系统影响的个例11雾过程中逆虚温出现频次最多，且持续时间最长。12次过程中高空风向具有类似的特点，即上层吹偏南风、中下层吹偏东风。有冷锋过境时中下层偏北风会增加，且垂直速度负速度区域增加，地面偏北风频次增加，高空逆虚温较少。1000 m以下风速急流主要发生在傍晚至凌晨。
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表 1 12 次雾过程的基本特征量 Table 1 The main characteristics quantities for 12 cases |
同时表中给出了12次雾过程中最低能见度、持续时间和基本的微物理特征量。均压场或鞍形场、低压前部型和高压后部型海雾过程持续时间较长，冷锋影响型时间最短。高压后部型、均压场或鞍形场型和冷锋影响型的雾滴数浓度（N）、平均半径（
）和液态水含量（LWC）比较高。N平均值的变化范围为170～372 cm–3，LWC为0.018～0.170 g m–3，平均半径为1.71～3.28 μm。相同天气形势下的雾过程微物理特征量量值接近，但也存在一些差异，如个例9中LWC值很高。为研究典型天气形势下海雾宏微观特征的变化及之间可能存在的联系，选取了持续时间最长的一次过程（个例11）进行分析。
表 2给出了12次雾过程中气压、气温、风速和风向的变化范围和平均值。可以看出，平均风速基本在3 m s-1以下，与林晓能和宋萍萍（1990）在南海观测到的风速基本相当。过大的风速容易造成强的乱流使海雾抬升为低云，过弱则不利于与暖湿空气的输送和热交换冷却。地面风向主要是以偏东、偏南风为主，除个例6、9、10外，其余几次雾过程偏东偏南风均占60%以上，个例12以偏东风为主，但在雾过程即将消散时偏北风加剧。除去2个气温缺测的过程，其余过程中平均气温均在20℃左右，且最低气温大于17℃。春季海面的温度一般较低，两者之间的温度差易导致气团冷却饱和，从而造成海雾的出现。
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表 2 12 次雾过程中气象要素变化范围和平均值 Table 2 The variation ranges and average values of meteorological elements for 12 cases |
个例11过程的发生时间为2011年3月20日14:46至3月21日13:09。500 hPa环流形势为纬向型，西风槽较为活跃，湛江地区主要受短波槽影响，上空含有丰富水汽的西南气流较为强盛。20日08时暖温度脊逐渐东移，并控制华南，受西南偏西的暖湿气流影响，副高逐渐东移减弱。850 hPa切变线在云贵一带，逐渐南压，广东湛江主要受切变线南侧的西南暖湿气流影响。海平面气压场，我国西南地区或中南半岛有一低压，低压前部为偏南、偏东流场。地面与高空流场的综合作用，使得海上的暖湿气流不断地输入到华南沿海地区，出现了本次雾过程。
边界层内的温度场、风场、湿度场相互影响、相互制约，共同导致了雾的生消（陆春松等，2008）。虚温是指在气压相等的情况下，具有和湿空气相等密度时的干空气具有的温度。其变化趋势可以大致反映温度的变化，表达式为Tv=(1+0.608q)Ts，q为比湿，Ts为空气温度。逆温是雾出现和维持的一个重要条件（宋润田和金永利, 2001；何晖等, 2009），但统计结果也显示有28%左右的雾出现在没有明显逆温的条件下（Beardsley, 1976）。大连地区观测发现平流雾的逆温为弱的逆温或无逆温，辐射雾逆温厚而强（程相坤和蔡冬梅, 2010）。由图 1a可以看出，从20日13:06左右开始出现虚温随高度增加递增，逆虚温现象持续到21日14:05左右结束，整个过程都处在逆虚温的影响下，逆虚温的长时间维持有利于雾体的稳定发展，而当雾层较薄时，没有逆虚温出现。
图 1b，c为高空水平风速和风向随高度的变 化。在20日18:00～23:00，400～800 m左右急流区稳定维持，最大值出现在20:00～23:00，风速达15～18 m s-1。21日01:00开始高空风速减小，在10:00～12:00左右1300 m高度以下风速都较小，基本在4 m s-1以下。通过风向分析发现，200 m以下以偏东风为主，与地面观测到的风向一致，中、高层以偏南风为主，偏东和偏南气流均来自于海洋，为东海岛带来充足的暖湿水汽。垂直风速随高度变化如图 1d所示，垂直风速以正速度（向下的垂直气流）为主，正速度的最大值为0.9 m s-1，而负速度（向上的垂直气流）则仅短时间、小范围的出现，且主要在中、低空，最大值为－0.3 m s-1左右。
 | 图 1 边界层内（a）虚温、（b）水平风速、（c）水平风向、（d）垂直风速随高度的变化 Fig.1 The vertical distribution of (a) virtual temperature, (b) horizontal wind velocity, (c) horizontal wind direction, (d) vertical velocity |
研究海雾发生过程中近地面各气象要素随时间的变化对研究海雾的生消有重要作用（图 2）。个例11过程发生在冷锋前，21日00时左右温度开始上升，整个过程平均温度较高；20日以东北偏东风为主，21日03时左右东南偏东风频次增加，暖湿水汽输送加强，09时左右转为东北偏北风；风速在21日04时至08时左右时最小，与高空风减弱的时间段相近。气象要素变化对微物理特征量演变的影响将在3.2.4节中进行描述。
 | 图 2 个例11 中各气象要素（温度、风向、风速和相对湿度）随时间的变化 Fig.2 The temporal variations of meteorological elements (temperature,wind direction,wind speed, and relative humidity) |
通过统计东海岛2011年个例11中各微物理特征量（计算方法详见Niu et al., 2010a）的平均值和变化范围，发现此次过程中的N、LWC、平均半径（）较大。2011年的观测点与2010年在东海岛沿岸的观测点相比，水平距离相差600 m左右，海拔高度相差50 m左右。由表 3可以看出个例11中各微物理量比2010年的大，而2010年3月23～24日雾过程是2010年观测中各微物理特征量值比较大的一次过程，2011年最低能见度（60 m左右）比2010年的（120 m左右）要低。造成微物理特征量偏大的原因可能是地形和高度的影响，雷达站位于一个斜坡顶，气流爬坡时抬升冷却有利于雾滴活化并凝结增长（唐浩华等, 2002），且观测点海拔高度较2010年高，滴谱特征量会随着高度而增大（Goodman, 1977）。茂名市和湛江市是紧邻的两个市，黄辉军等（2009, 2010）通过在茂名两年 的观测发现，不同的观测仪器也会对结果产生影响。2011年观测到的雾滴数浓度与广东茂名2008年的观测结果相近。舟山雾滴最大半径为29.8 μm；马萨诸塞州科德角的数浓度为415 cm-3，与其他地区的结果存在明显差异，这可能与所用仪器不同有关。国内（除舟山）与国外的观测结果相比较，LWC、N和平均值相近。
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表 3 湛江东海岛海雾微物理特征量平均值以及与其他沿海地区的比较 Table 3 The comparison of sea fog microphysical parameters among Donghai Island, Zhanjiang and other areas |
进一步分析微物理特征量的演变特征，图 3中给出了能见度、液态水含量（LWC）、数浓度（N）、平均半径（）、有效半径（re）和自动转化阈值（T）随时间的变化曲线。此次雾过程最低能见度低于100 m，属于浓雾过程（50 m＜能见度＜500 m）。
 | 图 3 各物理量随时间的变化：（a）能见度V；（b）含水量LWC；（c）数浓度N；（d）平均半径；（e）有效半径re；（f）自动转化阈值T。灰线与黑
实线分别表示1 min 与 10 min 平均值。Ⅰ：发展初期；Ⅱ：第1、2 次LWC 振荡；Ⅲ：第3 次LWC 振荡；Ⅳ：第4 次LWC 振荡；Ⅴ：消散阶段
Fig.3 The temporal variations of physical parameters. (a–f) represent the visibilityV, liquid water content, number concentration N, average radius ,
effective radius re, threshold function T, respectively. The gray line and balck solid line are 1-min- and 10-min-average values. ⅠEarly stage of development;
ⅡThe first and second LWC oscillation; Ⅲ The third LWC oscillation; Ⅳ The fourth LWC oscillation; ⅤDissipation stage
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发展初期以核化和凝结增长为主，N与及LWC与N之间呈正相关（如图 4），表明在充足水汽的供应下，受核化凝结的影响，会出现更多、更大的雾滴。在雾的成熟阶段出现了4次LWC的振荡变化，第1、2次的LWC振荡期，最大值在0.1 g m-3左右，各物理量之间的相关关系较差。这一阶段中随着N迅速增加，变化不大，两者呈弱的负相关，这说明此时小滴争食水分导致大滴生长受限，与黄玉生等（2000）和唐浩华等（2002）在分析中提出的观点“当核化和凝结占主导时，小滴数会大量增加，数浓度增加，平均直径减小”类似。因此这一阶段仍以核化凝结增长为主。21日00:00 左右出现了第3次LWC振荡，振荡期间碰并效率增加，LWC达到了最大值0.6 g m-3。在第3次LWC振荡期间，出现了N略有下降，和LWC增加的现象，这一阶段中与N负相关显著，说明在雾发展成熟阶段，大雾滴碰并小雾滴，消耗大量小滴，导致雾滴N下降。第4次LWC振荡期间，N变化较小，LWC与先增加后减小，三者的相关性较差。这一阶段雾滴凝结核通过活化和凝结生长对雾滴进行补充的过程增强，所以总雾滴数基本不变（Niu et al., 2010a）。雾的成熟阶段LWC等微物理特征量的起伏变化，除了与雾体本身发展有关，受平流因素的影响也较大（邓雪娇等，2002），东海岛岸边雾从海上平移而来，有团雾特点，同时在移动的过程中，受海陆不同下垫面、海风强度、风向转变等因素的影响都会使特征量出现起伏变化。Eldridge（1971）指出大滴的增多对LWC增加起主要贡献作用，当雾滴浓度增加主要表现在小滴浓度上时，液态水含量较低。平均半径的变化趋势与LWC的相似。消散阶段平均半径显著增长，并在完全消散前达到最大值6.8 μm。在这一阶段峰值半径向大滴端拓展，变化范围为1.4～8.5 μm。虽然这一阶段雾滴数浓度很低，LWC不高，但由于雾滴主要集中在大滴端，平均半径增长。
 | 图 4 个例11 个例11 不同阶段微物理特征量之间的关系：（a）N 与LWC 的关系；（b）N 与的关系
Fig.4 The relationships between different microphysical properties in Case 11：(a) N and LWC; (b) N and
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为研究过程中出现的LWC迅速增长，数浓度下降的现象，引入自动转化阈值T来分析收集效率。Kessler（1969）提出了一个参数将自动转化速率与云水含量联系起来，当云水含量低于某一阈值时自动转化不会发生。自动转化方程一般都被写作P=P0T，P是自动转化率；P0代表在一系列自动转化过程后的转化速度。T为自动转化阈值，可用来表示自动转化过程的临界状态。根据Liu et al. （2005, 2006a），阈值方程一般描述为：
其中，r是滴的半径，rc是自动转化的临界半径。Liu et al.（2004）推导了一个关于rc的表达式：
其中βcon=1.15×1023是经验系数。T的变化范围是0～1，T值越大表明收集效率越高。Niu et al. （2010a）利用该参数检验了南京雾的收集效率，证实了一些学者针对雾中偶尔会发生毛毛雨的论述。由图 3可以看出，在个例11中01:20左右T迅速增大到0.7左右，收集效率很高，有利于大滴的形成，大滴对LWC 的贡献明显，所以LWC显著上升。同时由于碰并小雾滴，雾滴数浓度下降。
微物理特征量之间不仅会互相影响，也会受到宏观过程的作用（屈凤秋等，2008）。通过结合风廓线雷达资料和地面气象要素的观测资料，综合讨论了海雾发生期间宏微观物理量可能存在的内在联系。由地面和高空气象要素变化（表 2和图 1）可以看出，3月20日18:00～23:00风速急流显著时，边界层不稳定，不利于雾的维持，产生的大雾滴少，此时虽然能见度很低，但LWC仅有0.1 g m-3左右（图 3）。能见度低可能是因雾中小滴数量比较多，小雾滴的消光作用明显（Eldridge, 1971）。3月21日01:20左右T增大时，LWC出现跃增，此时风速急流消失，整层风速下降。09:00左右，即平均半径开始增长时，近地面的风向出现由东南风向东北风的急转，且风速有所增加，相对湿度开始下降（图 2），雾滴由于相对湿度的减少，蒸发过程加剧，尤其是小雾滴的数浓度减少迅速，总雾滴数浓度相应减少。此时的风向转变造成气团来源的变化，促使雾滴凝结核来源变化，雾滴浓度取决于雾滴凝结核谱（Hudson，1980），对微物理特征产生影响，这可能也是导致此时出现少量大滴，但N、LWC很小的原因。1600 m以下风速较小，基本在4～6 m s-1以下，且逆虚温最显著，整层空气比较稳定。在稳定大气层结下，雾滴生长形成的大滴不会因强烈的大气垂直运动、湍流输送等原因消散，有利于维持其存在。这一阶段中能见度存在明显起伏，特别是消散前1小时内出现了在两分钟内能见度由310 m—1140 m—400 m变化的现象，由此看出雾团的不均匀性。在对中东部地区雾的观测模拟中发现雾的水平分布很不均匀，下垫面会对雾区的不均匀产生影响（胡朝霞等，2011）。
雾滴谱是表征雾微物理结构的一个重要特征量，其分布特征是各种复杂过程综合作用的结果。舟山地区（杨中秋等, 1989）的雾滴谱分布满足Deirmendjian分布，而茂名（黄辉军等, 2009）的符合Junge分布。刘延刚（1991）引入两个统计学参数偏度S（Skewness）和峰度K（Kurtosis）来分析滴谱的实际分布特征，并将其运用到雾滴谱谱型的拟合分析中。偏度与峰度的计算公式如下：
其中，N为总数浓度，S为偏度，K为峰度。当S = K = 0时，滴谱为正态分布。S＞0时，呈正偏分布；S＜0时，呈负偏分布。K的大小反映了分布在峰值附近的集中程度，K＞0时，呈尖峰态分布；K＜0时，呈低峰态分布。Gamma分布的偏度和峰度如下：
和
。M-P分布是Gamma分布在μ = 0时的特例，以M-P分布的偏度和峰度为基准引入偏度偏离系数CS和峰度偏离系数CK，定义如下：CS=S2/4，CK=K/6，对于Gamma分布而言，关系式CS=CK成立，可通过计算实际谱的CS和CK来验证实际谱是否可用Gamma谱拟合。
利用此次雾过程中的雾滴数浓度和直径计算CS和CK，并绘制点聚图 5。CS和CK散点分别主要集中在0～20，当CS=CK=1时雾滴谱符合M-P分布，由图可以看出满足这一特殊情况的点相对较少，即更多的瞬时谱符合Gamma分布。在点聚图中存在偏离y =x的点，可能与截断谱有关，因为公式推导是0～∞的条件下进行的，而实际谱是存在上界和下界的（刘延刚，1991）。
 | 图 5 个例11中CS与CK的关系 Fig.5 The relationship between CS and CK in Case 11 |
 | 图 6 个例11过程中不同阶段雾滴谱特征 Fig.6 The average spectra in different stages of Case 11 |
对个例11不同阶段的滴谱分布进行讨论（图 6），发现滴谱分布呈双峰型，初期和消散阶段滴谱偏窄。发展初期（21日14:46～16:30），各微物理特征量之间呈正相关（图 4），主要以核化凝结增长为主，小滴端数密度（N ′）增加，半径增大，但仅靠凝结增长过程雾滴的生长缓慢，对产生大滴贡献比较小，滴谱较窄。第1、2次LWC振荡时期（21日16:30～23:30左右），小滴大量增加，第一档雾滴数密度为五个阶段中最高的，但由于水汽不足，滴的生长受限，大滴数密度不高。第3、4次LWC振荡时期（21日23:30至22日09:00左右），碰并效应明显增强，LWC和大滴端（D＞15 μm）的雾滴数密度明显增加，与其他阶段相比数密度大1～2个数量级，滴谱拓宽。消散阶段（22日09:00～13:00左右）小滴和大滴数密度均减少，但与发展初期和第1、2次LWC振荡期相比，雾滴直径在16～35 μm左右时数密度偏大。利用Gamma分布对整个雾过程的平均谱和不同发展阶段的平均谱进行拟合，拟合公式为：
。由表 4 Gamma分布拟合参数可以看出，在发展初期N0、μ、λ三个参数值较其他阶段都比较大，第1、2次LWC振荡时期N0值也比较大，可见核化凝结过程产生的大量小雾滴对N0值的影响比较明显。在LWC振荡变化时期，参数μ、λ比较小。拟合的相关系数随着雾的发展有所下降，由于小雾滴的数浓度最大，影响到Gamma分布对大雾滴的拟合效果，因而在消散阶段出现小雾滴相对较少，粒径20 μm左右雾滴增多的情况时拟合相关系数下降。
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表 4 不同发展阶段Gamma分布拟合参数 Table 4 The fitting parameters of Gamma distribution function in different stages |
Liu et al.（2006b）指出滴谱的散度也是云滴分布研究中一个重要的物理量。定义散度ε为直径的标准差比平均值:
散度可以用来表征滴谱各档直径与平均直径的离散程度，也可以描述滴谱宽。
由图 7a可以看出散度与LWC的变化趋势基本一致，且散度基本上都在1以下。当LWC＜0.1 g m-3时，随LWC增大散度增大，即雾滴凝结增长，产生的大滴增多，液水含量增多，此时雾滴数浓度和平均半径增大，雾滴半径偏离平均半径的程度增大。散度与平均半径的关系也基本上是正相关（图 7b），特别当小于2.7 μm左右时，ε随增大。 小于2.7 μm的雾滴基本都出现在发展初期和第1、2次LWC振荡时期（图 4b），这两个阶段大滴端数密度不高（图 6）。当大于2.7 μm时，ε随的变化有两种情况，一是维持在高值附近小幅振荡，二是随增大而减小。第3、4次LWC振荡时期，ε维持在高值附近。一般情况下ε值比较大，滴谱分布比较宽，大滴数密度较高。21日09:00～13:09，ε与出现负相关。这一阶段雾滴迅速增长，在12:30左右达到了最大值。此时LWC、N都较小，ε减少，说明此时雾滴较少且以大滴为主，集中在平均半径附近，偏离程度小，但由于雾滴数浓度很少，所以LWC较小。
 | 图 7 （a）散度ε 与LWC 的关系；（b）散度ε 与平均半径的关系
Fig.7 (a) The relationship between ε and LWC; (b) the relationship between ε and
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研究微物理量与光学特性（消光系数、有效半径）的联系，不仅为能见度参数化提供依据，而且能为模式中辐射方案的改进提供帮助（Dickson and Hales, 1963; Tomasi and Tampieri, 1976）。利用在东海岛观测到的雾微物理特征与能见度资料，建立两者之间的关系，将有利于进一步研究该地区雾的能见度参数化和辐射特性等。
能见度与消光系数的计算公式如下：
α对比视感阈值，是指当亮度对比值减小到目标物不能见时的亮度对比值，通常等于0.02；β消光系数，单位km-1；Qext是与数浓度、半径及可见光波长有关的米散射系数；ri为第i档雾滴半径；ni (ri)为半径ri处的雾滴数浓度，
其中ρ=2x(m-1)；x=2πr/λ。对于水滴m=4/3，λ通常被认为等于0.5 μ，r为半径。因为LWC与
有关，所以消光系数与LWC之间也存在一个关系。在早期的研究中试图确定一个消光系数和LWC之间的指数
关系（Pinnick et al., 1979; Kunkel, 1984），
a和b是经验常数，LWC单位为g m-3。图 8建立了东海岛海雾LWC与消光系数之间的关系，拟合参数a = 99，b = 0.65，H＜0.01表示通过了0.01的显著性检验。在不同的研究中a，b的值不同，根据Gultepeet al.（2007b）的研究，给出了一个变化范围65≤a≤178，0.63≤b≤0.96。同时，在LWC一定的情况，雾的消光系数还受到雾纯净程度的影响，污染的雾中较高的雾滴数浓度会导致更高的消光系数（Kunkel, 1984）。
 | 图 8 LWC 与消光系数之间的相关关系 Fig.8 The relationship between LWC and β |
在气候模式中云滴有效半径是计算辐射特性的一个很重要的参量，在清洁的海洋大气中，典型云微物理特征可以反映雾的微物理特征（Hudson, 1980）。许多学者通过外场的观测试验建立了云滴有效半径与LWC、N之间的回归关系，指出它们之间存在一个1/3指数定律，re=α(LWC/N)1/3（Gultepe et al., 1996; Reid et al., 1999）。同时Pontikis and Hicks（1992）及Liu and Hallett（1997）还提出了计算参数α的方法。因此，利用公式re=α(LWC/N)β建立个例11雾过程中有效半径与LWC、N之间的关系，如图 9所示。该地区建立的关系式为re=108.94(LWC/N)β，拟合得到的指数β近似等于1/3，符合1/3定律。
 | 图 9 re 与LWC/N 之间的关系 Fig.9 The relationship between re and LWC/N |
本文利用2011年2～3月在中国广东湛江东海岛雷达站观测获得的雾滴谱、能见度、风温廓线等资料，对12次雾过程进行分型讨论，并对个例11雾过程中宏微观特征进行重点分析。主要结论如下：
（1）湛江地区处于低压前部、高压后部、高低压之间、冷锋前部和均压场等天气形势下时容易出现海雾。高压后部型、均压场或鞍形场型和冷锋影响型雾过程的N、平均半径、LWC较高，持续时间较长的是均压场或鞍形场型、低压前部型和高压后部型雾过程。12次过程N的变化范围为170～372 cm-3，LWC为0.018～0.170 g m-3，平均半径为1.71～3.28 μm。统计发现高空风向基本为上层偏南风、中下层偏东风，地面以偏东风为主；1000 m以下风速急流主要出现在傍晚至凌晨时间段；当冷锋过境时中低空偏北风出现频次增加。
（2）个例11中数浓度、液态水含量、平均半径、最大半径的平均值分别为231 cm-3、0.114 g m-3、3.3 μm、18.4 μm。在雾发展初期和第1、2次LWC振荡时期，雾滴以核化凝结增长为主；碰并效率在第3、4次LWC振荡时期明显增大，导致大滴增多，LWC增加显著。在雾的消散阶段雾滴平均半径出现了跃增，并在雾结束时达到最大值。
（3）结合宏观物理量分析发现，边界层稳定与否对雾的发展起着重要影响，20日20:00～23:00左右风速急流显著，边界层不稳定，不利于雾滴生长，LWC处于低值。风向的转变会引起气团来源的变化，改变雾滴凝结核来源，对雾的微结构产生影响。21日风速减弱，稳定的边界层条件和风向、湿度的转变是导致LWC和平均半径跃增可能的原因之一。地形和观测点海拔高度是造成2011年微物理特征量与2010年相比普遍偏大的重要原因。
（4）利用峰度和偏度对雾滴谱分布类型进行判断，发现雾滴瞬时谱更符合Gamma分布。雾滴谱呈双峰分布，成熟阶段碰并增长明显，大滴增多。当LWC＜0.1g m-3，＜2.7 μm时，LWC、与散度之间呈正相关。利用经验公式建立了东海岛地区LWC与消光系数、有效半径等参量之间的关系，β=99LWC0.65
、re=108.94(LWC/N)β，为进一步 研究该地区雾能见度参数化和辐射特性等奠定了基础。
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