黄海海雾数值模拟中多普勒雷达径向风数据同化试验

基于WRF(Weather Researchand Forecasting)模式及其3DVar(3-DimensionalVariational)模块,发展了一套多普勒雷达径向风数据的同化方案。针对2次黄海海雾个例展开了一系列同化效果对比数值试验,详细分析了同化雷达径向风数据对雾区产生改进的原因。研究结果表明:(1)仅同化常规观测数据不足以纠正初始场中海上大气边界层湿度偏干的状态,导致海雾模拟失败或雾区严重偏小,因此在同化多普勒雷达径向风数据之前,必须先同化从海雾卫星观测中提取的湿度信息;(2)同化多普勒雷达数据不仅显著地直接改进了近海面大气流场,而且会间接改善温度场,从而进一步提高海雾的模拟效果——2次海雾个例模拟雾区的ETS(Equitable Threat Score)评分改进率分别达到66.7%与62.1%;(3)黄海海雾数值模拟中首先要改进海上大气边界层的湿度与温度层结,在此基础上进一步改进近海面大气流场十分必要。     

雾与能见度数值预报诊断SW方案和FSL方案改进的研究及评估

为了提高雾与能见度的预报水平,对业务上常用的两种能见度诊断方案,即Stoelinga and Warner(SW)方案与Forecast Systems Laboratory (FSL)方案的改进进行预报试验,SW方案基于Gultepe方案考虑了液态水粒子数浓度对能见度的影响,FSL改进方案中利用了递减平均法对公式中用到的温度与露点温度进行订正,并用其重新计算公式中的相对湿度。基于山东省气象科学研究所逐时更新循环(hourly update cycle,HUC)业务模式输出结果,从2015—2016年选取10次雾天气过程,并详细分析了2015年11月13—14日这次雾天气过程的预报结果,比较了改进前后各方案对雾与能见度的预报效果,结果显示:在模式预报的雨水含量占总液态含水量比例较大的预报时效,改进后的SW方案对雾与能见度预报效果优于原始方案,在模式预报液态含水量接近0的预报时效,改进前后的SW方案对雾与能见度的预报效果相当;利用订正的温度与露点温度重新计算相对湿度,其平均绝对误差(mean absolute error,MAE)降低明显的预报时段,改进后的FSL方案对雾与能见度的预报效果大大提升。将两种改进后的方案相融合并进行预报试验,结果显示,综合对能见度与雾的预报效果,Combined Visibility(CVIS)方案要优于其他两种改进方案。     

山东省大雾的气候特征分析

利用1971—2008年山东省112个国家气象观测站(泰山站除外)雾日资料,分析了雾的时空分布及变化特征。结果表明:山东省主要有5个雾区,分别是威海市;青岛附近;鲁东南沿海地区;潍坊到莱阳的半岛内陆地区;包括菏泽、聊城、德州和滨州大部分的山东西部地区)。总体上山东雾日年变化呈现振荡中增加再降低趋势。山东区域具有显著的雾日年变化趋势一致性的特点,山东内陆多地雾日年变化与山东省年平均雾日变化有很好的相关性。辐射雾多出现在秋冬季节,海雾主要出现在春夏季节,特别是4—7月,总体上看山东以内陆辐射雾为主。     

一次黄海海雾的集合预报试验

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其杂合三维变分(Hybird-3DVAR)同化模块,对2006年3月发生的一次大范围黄海海雾进行了集合预报尝试。详细分析了其预报效果,并与决定性预报结果作了比较。研究揭示:集合预报50%概率雾区预报的公正预兆得分(Equitable threat score,ETS)优于决定性预报大约29%;集合预报中加入海温扰动非常必要,对浓雾预报改善作用明显,ETS提高至少10%;在集合预报中混用YSU与MYNN边界层方案的做法,可以降低只使用其中之一可能导致的预报误差。研究表明,借助Hybrid-3DVAR开展黄海海雾的集合预报技术上可行,集合预报将成为黄海海雾数值预报的一种有希望的途径。     

一次海雾过程大气波导形成机理的数值研究

依据船舶导航雷达与沿岸气象探空观测数据得知,2005年6月1～3日黄海海域发生了1次大范围波导现象;进一步结合卫星云图与沿岸测站水平能见度观测,发现此次波导伴随1次明显的平流海雾过程。利用WRF模式对此次海雾与波导过程进行了数值模拟,发现:(1)海雾始于黄海中部,绝大部分海雾的雾顶由于弱逆温、湿度梯度较小而不存在波导;(2)雾区随其北部低压的逐渐东移而向东扩展,呈现西部薄、东部厚的结构,雾体顶部由于存在逆温与湿度锐减而形成了波导,混合均匀的雾体则成为波导基础层,薄雾顶部为非贴海表面波导,而厚雾顶部则为悬空波导;(3)雾区受低压西部冷空气的影响向南消退,波导基础层逐渐变薄乃至消失,雾体之上的逆温与湿度锐减层随之下降,非贴海表面波导被强度较弱的贴海波导所替代。分析结果表明:黄海平流海雾与波导有密切的联系,海雾形成及其发展改变了海洋大气边界层的温度与湿度垂直结构,从而导致了波导的发生与演变,大气波导可认为是海雾的"副产品"。     

上海雾的形成和分类

上海是我国沿海多雾城市之一。本文就上海近24年(1956～1979)中出现的990次雾日作了普查,从历次雾出现时和出现前后的天气形势、气象要素时间剖面图、气温和露点的垂直分布及风向、风速随高度的变化等方面,来探讨其形成条件,并从发生学的观点对上海的雾进行分类。这对进一步作好上海雾的预报,保证海、陆、空交通运输的安全,是有重要     

一次黄海海雾的数据同化试验与形成机制研究

选取2012年4月14日的一次存在东西2片雾区的黄海春季海雾为研究对象,借助WRF(Weather Research and Forecasting)模式,采用循环3DVAR(3-Dimensional Variational)数据同化方案,考虑了湿度控制变量的背景误差协方差CV6,进行了AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)卫星温度与湿度廓线数据的同化试验,并基于同化试验结果探讨了此次海雾的形成机制。同化试验结果表明:同化AIRS卫星温度与湿度廓线数据后,模式能成功再现海雾的形成过程,特别是东西2片雾区之间的晴空区的存在,这归功于AIRS数据的同化能够显著改善海上大气边界层的温湿结构、影响海雾的低层高压的范围与强度;机制分析揭示:东西2片雾均为典型的平流冷却雾,但二者厚薄和气团来源不同;海上高压控制黄海西岸陆地的暖空气入海,受低海温的冷却作用降温先形成逆温层,然后逆温层底部生成了较薄的西侧雾区;来自黄海中部的空气向东北移动至朝鲜半岛西部海域,高压下沉增温形成一个顶部较高的稳定层,从而生成较厚的东侧雾区;高压中心下沉区内,近海面风速小使得机械湍流弱,空气增温与海温暖舌共同作用下使得近海面气海温差小,海雾无法生成导致了晴空区的存在。     

黄海夏季海雾的边界层结构特征及其与春季海雾的对比

利用海上浮标站、高分辨率数字式探空仪等多种观测手段和三维中尺度模式,对2008年7月7~11日1次夏季黄海海雾过程的边界层结构特征进行了观测分析与数值模拟,并将结果与春季的黄海海雾个例进行对比。结果表明:(1)夏季海洋大气边界层(MABL)中无强逆温层,静力稳定度较春季下降,有利于湍流的发展。加之水汽量较大,容易形成比较厚的雾(500 m);春季低空有明显逆温层,水汽供应量较少,但强稳定的层结可以使水汽局限于比较低的空中,形成比较薄的雾层(200 m)。(2)在夏季风控制下,青岛近海海洋大气边界层(MABL)中高、低层气块均来自海洋上空,温湿属性差异不大,使得温度垂直差异较小;春季MABL中高、低层气块分别来自陆地和海洋,来自陆地的暖、干气流和海洋的冷却效应导致强逆温层和雾区上方干层的出现。(3)夏季海雾的含水量大,水汽在凝结成雾的过程中放出更多的凝结潜热,雾中的海表面气温(SAT)明显高于海表面水温(SST);春季雾顶强烈的长波辐射冷却和湍流混合使雾中气温明显下降,雾中SAT与SST更加接近,甚至出现SAT小于SST。以上结果有助于对海雾形成机制的认识。     

直接同化卫星辐射数据的黄海海雾数值试验研究

基于中尺度大气模式WRF及其3DVAR.模块,采用循环3DVAR数据同化方案,针对6次明显的黄海海雾过程,实施了一系列直接同化ATOVS卫星辐射数据数值试验.在试验中设计了不同化任何观测数据、仅同化GTS常规数据、仅直接同化辐射数据,同时同化二者,以及同化不同疏密程度辐射数据的对比研究方案.利用地面水平能见度与卫星云图对模拟的海雾雾区进行了评估,并比较了各种同化方案所形成初始场的差异.对试验结果的统计分析表明:同化试验较好地再现了影响海雾的天气系统,模拟雾区与实际观测较为吻合,并且初始温度场和湿度场对比不同化任何观测数据的试验有明显的改善;仅同化辐射数据的结果略优于仅同化常规数据的结果,疏化或者只同化海上辐射数据几乎不影响模拟的雾区,但却可以大幅节约计算资源;同时同化常规数据与辐射数据的结果为单独同化它们所得结果的综合体现,总体效果最好.     

日本以南海域一次锋面雾过程分析

利用4种观测资料及HYSPLIT-4模式对2012年6月17—19日发生在日本以南海域严重影响船舶航行安全的一次海雾过程进行了观测分析及数值模拟。结果表明:(1)此次海雾事件为典型的锋面雾过程,雾区始终处在副热带高压后部、大槽前部。前期雾区范围与锋面的发展移动密切相关,后期台风外围的卷吸作用是海雾消散的主要因素;(2)海雾发生前气海温差值约为2℃,为海雾形成提供了有利条件,近地面逆温层的存在也为海雾的发生提供了助力;(3)HYSPLIT-4模式对气粒的追踪结果表明,此次海雾过程的水汽来自东南方向,水汽向北输送过程中受副热带高压的影响不断下沉,在稳定层结条件下最终凝结成雾。     

不同气流路径的春季黄海海雾天气与大气-海洋特征

春季（四至五月）是黄海海雾的多发季节，也是亚洲季风的转换季节。 本文对发生在1960-2006年春季的黄海海雾，及其雾气相关的天气特征和大气-海洋条件进行了综合分析。海雾根据I_COADS海面观测数据和同期NCEP/NCAR再分析资料风场的气流后向轨迹聚类分析，可进行气流路径分类。在气流路径分析的基础上，对春季黄海海雾的大尺度低层环流型及其相关的地表散度、湿度垂直分布、水汽水平输送及大气-海表温度差异进行了分析。主要结论总结如下：（1）导致春季黄海海雾形成的气流主要可分为四条路径。气流分别来自黄海的西北、东、东南和西南侧。（2）春季黄海海雾的发生有两种典型的天气型：黄海高压型（HSH）、气旋和反气旋耦合型（CAC）。两种天气型在四月份的出现比例大致相同；但在五月份HSH型的出现比例下降到三分之一左右，而CAC型上升到三分之二左右。（3）HSH和CAC两种天气型的共同特征是黄海位于地面散度中心。 （4）对于HSH型海雾，水汽主要来自局部蒸发，低层大气之上存在明显的干层；对于CAC型雾，水汽主要来自黄海以外，低层大气具有深厚的高湿度层。（5）由于天气型及其湿度垂直分布和水汽水平输送的差异，海雾可分为两类。多数的CAC型海雾为“暖”海雾，而HSH型海雾中的“暖”和“冷”海雾的比例几乎相同。     

北冰洋夏季的海雾

以中国首次北极科学考察采用国内外海冰、大气和海洋的先进观测设备,获得海、陆、空的同步或准同步观测资料为基础,重点研究北冰洋的海雾.发现在北冰洋大范围被海冰覆盖或冰水相间的洋面上,能够形成平流雾、辐射雾和蒸汽雾.每种海雾的特点和形成的物理机制不同.在北冰洋的南部,由于暖湿气流充分,易形成持续时间长、浓度大的平流雾;在冰盖和大浮冰块上,由于冰雪面的强辐射冷却,容易形成稳定的辐射雾;在浮冰区能够形成像开锅的蒸汽一样的蒸汽雾.指出在北冰洋形成多种海雾原因是海冰的分布及独特的物理特性造成下垫面性质的复杂化,产生的海气相互作用复杂化的结果,特别是冰雪面的反照率高,不能吸收极昼期充足的太阳辐射.冰又是热的不良导体,成为海气热交换的屏障,在浮冰区由于冰屏障的破碎,海气交换活跃.海洋以潜热的形式向大气输送热量,以蒸汽雾的形式反映出海气热交换的程度和对气候影响的一种表现形式.提出在蒸汽雾发生的过程中,海洋以感热的形式向大气输送热量.     

Summer Arctic sea fog

I~IOXSea fog is a kind of dangerous weather. Chinese sea fog experts, Wang Binhua (1983),Hu Ruijin and Zhou Faxiu (1998) and Hu Jifu et al. (1996) studied sea fog rather Systematically. FOreign Experts also Paid great attention to sea fog. Ernlnons and Montgomery(1974), chipper (1994) and Rayrnond et al. (1989) have studied sea fog thorOUghly.HOwever, studies on Arctic sea ice have rarely been carried Out becauSe of the sever environment and less htnnan activity in the region. There …     

一次冬季平流辐射雾过程的观测分析及数值模拟研究

对2003年12月23-24日发生在黄海、渤海沿海的一次大雾过程进行了观测分析和数值模拟研究.这次大雾期间,从近海到内陆,大雾影响面积约10万km2,部分地区能见度不足200m,给海陆空交通造成严重影响.首先利用各种资料对这次大雾的生消演变过程进行了分析,认为这是一次典型的发生在海陆交界处的冬季平流辐射雾.然后利用RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模式模拟了本次大雾过程,计算得出了大气的水平能见度分布和云水混合比的垂直分布,结果表明,在雾区形状、雾生消时间以及雾的厚度上,模拟结果与观测资料比较一致.     

2021年夏季海洋天气评述

2021年夏季（6—8月）大气环流特征为：北半球极涡呈单极型分布,主体位于北冰洋上空偏向西半球,强度较常年偏强;东亚地区以纬向环流为主,副热带高压较常年平均略偏西偏南。6月,北部海域温度较低,黄渤海海雾天气多发。7月,西南季风推进,热带气旋活跃。8月,副热带高压增强西伸,热带气旋活动频次偏少。夏季共有7次海雾过程,其中6月有4次,7月有3次。我国近海出现了9次8级以上大风过程,其中热带气旋大风过程6次,温带气旋入海影响的大风过程3次。浪高在2 m以上的海浪过程有10次,2 m以上大浪的天数共计38 d。我国北部及东部海域升温明显,从北到南的海面温度梯度减小。西北太平洋和南海有9个台风活动,其中台风“烟花”造成近海一次范围广、时间长、风力大的大风过程。     

西太平洋副热带高压对黄海夏季海雾年际变化的影响

基于2004—2018年的地面观测数据和大气再分析数据,探究了西太平洋副热带高压（简称西太副高）对黄海夏季海雾年际变化的影响。结果表明：1）黄海夏季海雾雾日数存在明显的年际变化;多雾年偏南水汽通量输入可以达到少雾年的2.54倍,水汽通量净收支约是少雾年的2.76倍。2）在对流层中低层,多雾年的水汽输送存在2个通道,分别源自南海与台湾岛东南的西太平洋;少雾年只存在一个源自南海的水汽输送通道,其位置与多雾年基本一致但水汽输送量略小一些。3）雾日数与西太副高的面积、强度指数呈显著负相关（相关系数分别为－0.47和－0.54）;少雾年面积、强度指数分别为多雾年的3.2倍和4.7倍;多雾年西太副高的位置较少雾年向东北偏移约4.8°经纬距（西太副高西脊点与脊线交点的位置变化）,东海以东存在一个深厚反气旋,有利于水汽从台湾岛东南的西太平洋海域输入黄海,这是多雾年的主要成因。     

海雾对沿海地区的影响程度初探——2008年春季两次黄海海雾过程分析

利用多种观测资料、再分析资料和WRF模式,对2008年4月29-30日和5月2-3日两次黄海春季海雾进行对比分析,研究黄海海雾影响沿海地区的因素。分析表明：（1）两次海雾过程均属于平流冷却雾过程。在低层水平方向上,合理的高、低压配置,使气流持续地从暖湿海面输送到冷海面上,有利于形成深厚的海雾,进而在海风的作用下影响沿海地区。在垂直方向上,边界层内上干下湿的结构有利于海雾的发展与维持。（2）边界层内稳定持续的逆温层结构,使水汽在逆温层内累积,有利于海雾的发展与维持。雾顶的长波辐射冷却作用以及雾层内适度的湍流有利于海雾的发展与维持;而低层风速增大会引起机械湍流的迅速增长,进而导致海雾消散。（3）海雾影响明显时,对应黄海海域上空的暖平流较强,水汽通量较大,暖湿平流来源于较暖的海面。反之,对应黄海海域上空的暖平流较弱,水汽通量较小,暖湿平流来源于较冷的海面。     

The cooling and moistening effect on the formation of sea fog in the Huanghai Sea

1 IntroductionIntheHuanghaiSea, seafogisaprimarymeteo-rologicalphenom enon significantlyaffectingvisibility.Having fog alm ostonce every 3 d in the fog season,the HuanghaiSea is a m aritime area where sea fogshappen themostin theseasofChina. Theseafog ish…     

基于Himawari-8数据的夜间海雾识别

海雾是一种发生在海面的灾害性天气现象,掌握海雾的分布与生消变化,能有效地减少海雾带来的危害。卫星遥感观测具有近实时、大范围覆盖、连续观测等特点,特别是高时间分辨率的静止卫星观测系统,能够对海雾的发生?发展?消亡过程进行动态跟踪观测。本文以2018?2019年黄、渤海发生的海雾事件为样例,利用日本静止气象卫星Himawari-8（H-8）红外辐射数据,分析海雾的多通道红外亮温辐射特性,通过不同波段差和波段比组合,定义海雾和晴空水体分离指数、海雾和一般云系分离指数、多通道亮温差斜率指数以及中红外亮温纹理指数,提出基于多指数概率分布的夜间海雾监测算法;算法分别应用于H-8和韩国静止气象卫星GEO-KOMPSAT2A（GK-2A）数据,对2020年2?6月发生的6次海雾事件多时次卫星观测识别出的海雾位置分布和覆盖面积进行对比实现互验证,结果表明,本文提出的夜间海雾监测算法能有效地实现夜间海雾的识别;选择2020年4月29日夜间H-8和GK-2A 每10 min一次连续观测数据的监测结果,对海雾的发生区域进行跟踪分析,清晰地展现出此次海雾事件的发生、发展演变过程,说明算法能清楚地监测出各时段海雾的分布,跟踪海雾的发展变化,可为海上大雾的防灾减灾提供科学依据和决策基础。     

基于20年卫星遥感资料的黄海、渤海海雾分布季节特征分析

目前对海上雾分布的认识多基于沿岸测站和海上船舶、浮标观测,但这些数据非常稀少,且存在代表性和数据质量方面的问题,因此一直缺乏对海雾分布更全面、清晰的了解。卫星遥感数据空间均一、覆盖范围广、质量一致,具有对无云条件下大范围、离岸海雾监测的优势。本文通过分析算法检测出的1989-2008年黄渤海海雾及云的频数、分布百分率信息,得到了黄渤海海雾季节变化的较全面特征。除印证其他资料或研究的结论外,还发现:(1)黄海海雾频数随季节变化的幅度较渤海明显;(2)黄海、渤海海域存在冬季海雾多发时段;(3)海雾生消过程中有覆盖区变化的东传特征;(4)春夏雾季中存在黄海中部和西朝鲜湾两处海雾多发区,其中西朝鲜湾也是全年海雾最多的海域。另外,在样本充足的情况下,通过对检测出的低云、中高云覆盖百分率和海雾频数的分析统计,还能估算出黄海、渤海部分季节20年海雾发生的平均概率。