多云天气下海南岛海风环流结构的数值模拟

利用WRF-Noah耦合中尺度模式对海南岛2012年7月5日的多云海风个例进行三维高分辨率数值模拟,重点分析多云天气条件下复杂地形区域的海风环流结构及其演变特征。通过观测资料与模拟结果的对比发现,WRF模式能够合理地模拟出岛屿四周的海风演变特征。与少云海风日相似,多云海风日中全岛海风于12时开始形成,15时海风发展最为强盛,影响范围最广,18时全岛海风的辐合程度最强,海风辐合区是主要的潜在降水区域。对比山区与平坦地区的海风环流发现,山区海风环流强盛期为13—18时,而平坦地区海风环流强盛期为15—18时。复杂的山地对海风环流结构有直接和间接的影响:一方面在山地地形动力阻挡和抬升作用下,海风环流变得更加清晰完整,间接延长了海风环流的维持时间;另一方面局地地形热力作用形成的谷风环流与海风几乎同时产生和消亡,两者汇合后,谷风的瞬间加强会引起海风锋锋消,瞬间减弱会引起海风锋锋生;两者同相叠加会使得海风环流结构更加完整。相比之下,平坦地区的海风受到的地形动力和热力作用小,海风水平分布比较规则,海风环流垂直结构的变化主要取决于不同方向海风之间的相互作用。     

地形辐射效应参数化对海南岛海风环流结构和云水分布模拟的影响

采用非静力中尺度模式WRF研究地形辐射效应参数化对海南岛2012年7月5日多云天气条件下的海风环流结构和云水分布模拟的影响, 并分析了差异产生的可能原因。地形辐射效应是考虑坡地辐射强迫后, 辐射与大气中的各种气体、云以及非均匀下垫面间相互反馈的累积效应。其中地形辐射效应参数化的使用使得温度的模拟更接近实际, 对水汽的模拟也有一定改进能力, 对风速、风向的改进效果不明显。考虑地形辐射效应后, 海风的发生发展演变过程及风场的水平分布无显著变化, 但局地海风以及海风对流云的位置和强度有较明显的改变。山区四周的海风环流结构和对流云的变化与坡地辐射强迫直接相关, 考虑地形辐射效应后, 山坡向阳面的海风有所增强, 背阳面的海风减弱; 向阳坡谷风减弱, 背阳坡谷风增强; 同时紧临海岸的山坡对海风的影响与岛上山坡对谷风的作用类似。平坦地区的海风环流和海风对流云总体上有所减弱, 其变化原因比较复杂。各向海风的强度变化最终会改变海风辐合线的分布, 使海风潜在降水区域发生变化。      

海南岛海风演变特征的观测分析

本文利用2012年海南岛19个常规气象站、5个海岛站的逐时资料以及海口站的探空资料,对海南岛海风的时空演变特征及在不同天气条件下海风发展的特征进行了统计分析,结果表明:2012年全年海南岛的海风多发生于春、秋季,频率分别为40%和33%,冬季最少(约为19%),尤其是一月,大部分站点均不足10%。夏季海风出现时刻较早;南部沿海海风结束时间晚于北部沿海;冬季海风开始得较晚,南部海风结束时间早于北部沿海。海风平均持续时间约为10 h。沿海站的海风风速主要集中在3~6 m·s~(-1),且最大风速值出现在春季,除琼山、海口站外,最大海风强度多出现于春夏季。内陆站中部山区附近海风出现频率较高、开始时刻较早、持续时间较长、强度也较大。海风向内陆的传播距离至少为70 km;海风易发生在阴天,其次为多云天气,少云日的海风最少。     

海南岛海风三维结构的数值模拟

利用中尺度模式WRF对2012年4月12日海南岛在无明显天气系统强迫下产生的一次典型的海风个例进行了数值模拟,目的在于揭示海南岛海风的三维结构及其演变特征。通过与观测资料的比较可以看出,WRF模式能够较为合理地模拟出此次海南岛海风的演变特征。海风环流开始时间较我国其他地区偏晚,午后开始形成,15—18时达强盛时期,夜间21时海风转为陆风环流。南北向的海风维持时间和强度明显大于东西向的海风环流,而东西部的海风环流开始时间、维持时间和强度都相差不大。午后辐合线主要分布在岛屿城市较密集的北部和西北部沿海地区,污染物不易扩散而导致灰霾等天气,这样的分布与岛屿形状及地形密切相关。在向岸型背景风作用下,岛屿南部海风环流向内陆传播了约80 km,远大于东西部;岛屿西南部五指山和鹦哥岭两座山岭之间形成了强烈的沿峡谷分布的西南气流。垂直方向：白天岛屿西南部山地对海风起到了抬升、加强的作用,大地形结合向岸型背景风共同作用使得高空回流减弱;东部和北部平原地区的海风环流结构较完整,东部海风垂直伸展达1.8 km,而北部18时海风环流高度可达2.5 km。12时,海南海岸线附近的位温梯度大幅增大,从而激发了四面的海风;海风锋后是水汽储备的大值区,18时,岛屿山脉南侧(迎风坡)和岛屿中心东北部极易产生暴雨等强对流天气。     

海南岛地区海陆风的统计分析和数值模拟研究

根据实测资料统计分析海南岛地区的海陆风现象和季节变化,并利用WRF模式对全岛海陆风环流进行数值模拟。结果表明,海南岛四季代表月的月平均海陆风日为12.2 d,月平均频率约为40%,夏季最高(约49%),冬、春季相当(约41%),秋季最少(约29%);中部山区周围海陆风出现频率较高,北部丘陵地区出现频率较低。海南岛夏季的海陆风环流最强,典型海陆风日的海风环流厚度达2.5 km、陆风环流厚度约1.5 km;白天海风向岛内伸展60～100 km,在岛屿长轴附近形成强辐合带;冬季通常在岛屿中部形成偏南北向的海风辐合带;春季兼有夏季和冬季的特点;秋季海陆风的范围最小、强度最弱,主要出现在西南部山地边缘。各季陆风发展相对较弱,陆风辐合线偏向海上或在岸线附近,其范围和强度明显小于海风环流。海岛山体机械绕流作用明显,迎风面陆风时段易形成陆风锋,夏季常出现在凌晨至05—09时,弧形辐合带向海上推进约10～30 km,冬季出现在东南部沿海且强度较弱;背风面海风锋可在北部-西部的平坦地区登陆并向岛内推进,海风发展旺盛时背风面与迎风面的海风在海岛中心汇合,形成覆盖全岛的强辐合带。      

一次海风锋天气过程分析与数值模拟

利用NCEP再分析资料、自动气象站观测数据、多普勒天气雷达反射率因子和WRF模式,对2015年5月24日午后,海南岛东北部出现的一次较强的海风锋降水天气进行过程分析和数值模拟。结果表明:强降水发生期间,海南岛处于副热带高压边缘,中低层水汽来源充沛,降水前后K指数变化明显;两支分别来自海口海岸线向东南移动与来自文昌海岸线向西北移动的海风锋的发展、增强与移动,是导致本次降水的主要原因。另外,中部山区小尺度的地形辐合有利于过程期间海风锋的加强与发展;WRF模式的模拟结果说明,海风锋发展最旺盛的时候,锋面高度达约1000 m,宽度约0.15个经度;海风锋垂直环流圈的建立伴随着地面降水的加强;地面降水减弱时,海风锋环流圈逐渐消失。     

2013年宁波地区一次海风锋对雷暴过程影响分析及数值模拟

利用浙江省常规气象站观测资料、地面自动站加密资料、新一代多普勒天气雷达资料、NCEP GFS分析资料以及WRF中尺度模式,对2013年7月29日发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了诊断分析和数值模拟。通过对天气环流和数值模拟结果的分析发现：本次强雷暴过程发生在较稳定的大气背景下,主要影响系统是中尺度辐合线海风锋;多普勒雷达出现弱窄带回波时,对应中尺度辐合线海风锋;海风锋向内陆推进时,对应站点温度降低、湿度增大。WRF模式能较好地模拟出此次雷暴过程以及宁波地区低层海风锋环流,高空回流随时间和空间的演变特征;海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;通过与敏感试验的对比可知,海陆热力差异是影响雷暴降水强度、海风锋水平垂直环流的重要因素。     

2006年8月青岛一次强海风过程“人”字形结构分析

利用2006年8月青岛奥帆测试赛期间的地面中尺度自动气象站、海岛站、浮标站、多普勒雷达以及风云2C卫星资料,对发生在2006年8月23日的一次强海风过程进行了分析。结果发现,青岛沿海有多支海风。东部沿海的海风锋为东北—西南向,胶州湾附近的海风锋为圆弧形。青岛东部沿海的海风锋向西推进,与胶州湾周围的海风锋叠加,使海风加强,在多普勒雷达上表现为特有的"人"字形结构:北段为东北—西南向的边界,南段为圆弧形。发展强盛的东南海风环流在垂直方向比较浅薄,主要位于1.5km高度以下。由于受高空云系的影响,海风锋在风云2C静止卫星云图上的结构较难分辨。     

天津地区城市热岛环流与海风环流相互作用的研究

利用中尺度数值模式（TJ WRF）模拟资料及天津加密自动气象站资料等,选取几个典型天气过程（城区附近局地强雷暴天气过程、受海风影响明显的无天气过程）个例,分析研究天津城市热岛环流与海风环流的空间结构特征及相互作用;重点对城市热岛环流与海风环流相互作用触发局地强雷暴的机制进行分析。结果表明：城市热岛环流的伸展高度基本在800 hPa 附近、空间范围约为20 km、环流内有弱的辐合上升;海风环流的伸展高度在800~750 hPa、空间范围40~60 km,海风环流前沿海风锋的伸展高度为950~900 hPa,垂直上升速度平均为0.2 m·s-1 ,略强于城市热岛环流。海风环流对城市热岛环流有明显消弱作用,城市热岛环流对海风环流有一定的阻挡作用,其阻挡的程度与城市热岛环流强度有关。随海风环流向内陆推进,海风环流与城市热岛环流相遇出现叠加,叠加后的辐合上升运动明显加强,最大上升速度可达0.6 m·s-1,并在不稳定天气形势条件下能触发局地强雷暴天气的出现。     

海南岛地形对局地海风降水强度和分布影响的数值模拟

利用高分辨率模式WRF对2013年5月31日发生在海南岛的一次海风降水过程进行数值模拟,通过不同地形高度及裸土化的敏感性试验,探讨了地形对局地海风降水模拟的影响。结果表明,随着海风环流的不断发展,海风锋与降水落区几乎同相向内陆推进,降水落区主要分布在岛屿西部的黎母岭山前。海南岛海风降水的强度及分布特征与当地四周低平、中间高耸的地形特点密不可分,地形在整个海风降水期间存在动力、热力作用的交替演变。11:00(北京时,下同)-16:00,降水主要由岛屿单侧海风锋引起,由于海风所经之处地形坡度较低,地形对海风的影响以热力增强为主,地形高度越大,驱动海风发展的海陆感热通量差异越大,海风环流发展越旺盛,降水强度也越大。17:00-21:00,降水主要由东南、西北向海风锋正向碰撞造成,随着海风不断向内陆传播,地形的动力阻挡作用越来越强,当地形坡度增加到一定程度时,这种阻挡作用可以迅速削弱海风环流,使降水强度减小。裸土化试验进一步表明,地形高度变化导致的以上影响依赖于下垫面的非均匀特征,地形和植被的共同作用可使地表能量的分配产生更大的差异,进而对局地降水产生较大的影响。     

STATISTICAL CHARACTERISTICS AND NUMERICAL SIMULATION OF SEA LAND BREEZES IN HAINAN ISLAND

The sea-land breeze circulation （SLBC） occurs regularly at coastal locations and influences the local weather and climate significantly. In this study, based on the observed surface wind in 9 conventional meteorological stations of Hainan Island, the frequency of sea-land breeze （SLB） is studied to depict the diurnal and seasonal variations. The statistics indicated that there is a monthly average of 12.2 SLB days and an occurrence frequency of about 40%, with the maximum frequency （49%） in summer and the minimum frequency （29%） in autumn. SLB frequencies （41%） are comparable in winter and spring. A higher frequency of SLB is present in the southern and central mountains due to the enhancement effect of the mountain-valley breeze. Due to the synoptic wind the number of SLB days in the northern hilly area is less than in other areas. Moreover, the WRF model, adopted to simulate the SLBC over the island for all seasons, performs reasonably well reproducing the phenomenon, evolution and mechanism of SLBC. Chiefly affected by the difference of temperature between sea and land, the SLBC varies in coverage and intensity with the seasons and reaches the greatest intensity in summer. The typical depth is about 2.5 km for sea breeze circulation and about 1.5 km for land breeze circulation. A strong convergence zone with severe ascending motion appears on the line parallel to the major axis of the island, penetrating 60 to 100 km inland. This type of weak sea breeze convergence zone in winter is north-south oriented. The features of SLBC in spring are similar both to that in summer with southerly wind and to that in winter with easterly wind. The coverage and intensity of SLBC in autumn is the weakest and confined to the southwest edge of the central mountainous area. The land breeze is inherently very weak and easily affected by the topography and weather. The coverage and intensity of the land breeze convergence line is significantly less than those of the sea breeze. The orographic forcing of the cen     

日照沿海海陆风的气候特点及其对天气的影响

使用近海海温资料和莒县站、日照站气象资料,用对比分析的方法分析了日照地区沿海海陆风的气候特征及对当地天气的影响。发现海陆风明显的季节变化和日变化对当地气温、降水、湿度及天空状况等气象要素的空间和时间分布影响显著。海风强盛季节的午后和陆风强盛季节的早上,沿海的温度梯度常具有海风锋和海岸锋的特征,使沿海地区低云和雷暴天气明显增多,降水分布具有明显的海陆风和地形影响特征。     

边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响

利用WRF V3.7详细分析了应用8种边界层参数化方案（YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM）所模拟的2014年5月25日海南岛海风环流结构的差异,其中YSU、ACM2和SH为非局地闭合方案,MYNN2.5、MYNN3、BouLac、UW和GBM为局地闭合方案。结果表明:对于海风环流水平结构的模拟,15时,YSU、ACM2、BouLac、UW和SH模拟的北部海风较强,SH和GBM的内陆风速偏大。温度与海风发展强度相对应,MYNN2.5与MYNN3模拟的岛屿温度偏低,海陆温差小,海风相对较弱。对于海风环流垂直结构的模拟,09时海风开始,但强度较小,且存在残余陆风,向内陆传播距离较短,YSU、MYNN2.5和SH方案的海风相对较强。12时,海风已呈现出较为清晰的环流结构,YSU和ACM2的海风厚度及向内陆传播距离相对强于其它方案,MYNN3的环流结构则不太明显,且向内陆推进距离短,海风相对较弱。15时,海风发展强盛,MYNN2.5和MYNN3方案模拟的海风垂直强度较小,ACM2方案的海风垂直环流特征最为明显。18时,海风的强度和扰动均有所减弱,ACM2、BouLac和UW的整体海风相对强于其它方案。21时海风已基本转为陆风,BouLac与UW的陆风环流结构最为清晰。位温、水汽及海风垂直环流强度的发展变化与海风的演变过程基本一致。造成ACM2模拟海风偏强的原因是其边界层垂直混合偏强,形成了足够的湍流混合强度所致。对于边界层高度的模拟,ACM2的边界层顶最高,这与此方案所模拟的海风强度偏大相吻合,其它方案的边界层高度与海风强度并不完全一致。      

海风雷暴的观测分析和数值模拟研究进展

沿海地区经济相对繁荣,城市化水平较高,对天气和气候的依赖性强,突发性强对流天气所造成的灾害也会更加严重;同时沿海地区的强对流天气又与海风环流密切相关,因此沿海地区海风雷暴的研究受到了日益广泛的关注,成为了气象学和大气科学中的重要研究对象。在过去的半个多世纪中,海风雷暴的观测和模拟研究取得了大量的研究成果。本文通过对这些研究工作进行回顾和总结,系统地分析了国内外的研究现状,重点讨论了海风雷暴的结构和特征、发展演变过程、触发机制及其预报预警。最后对海风雷暴未来的研究方向进行了探讨,提出了一些有待于研究或需深入研究的问题,以利于今后更好的开展有关海风雷暴的工作,加深对其发生发展规律的认识,提高预报预警水平。     

东西向海岸线对局地性降水的作用

利用中尺度地面观测资料，以广东省阳江—电白之间沿岸近似东西向的海岸线为例分析了东西向海岸线对局地性降水的作用。结果发现：夏季，在梯度风较弱的背景下，这一带沿海的海陆风环流非常显著，在海忙风环流更替的后半夜—早晨和午后—傍晚期间，海风锋随着更替的局地性环流移经上述两地区沿岸，在其它条件的配合下可造成局地性降水天气。     

葫芦岛沿岸海陆风特征及其环境效应

利用葫芦岛观测站1980—2009年观测资料,分析了葫芦岛沿岸海陆风风速的季节特征和日变化规律,以及海陆风环流对沿岸环境的影响。结论如下:1)葫芦岛站点在冬季出现海陆风日数最多,其他依次为秋季、夏季和春季。陆风风速从春季到冬季呈现递减趋势;海风在春季最大,其次为秋季的,冬季的最小。总体上,海陆风日中海风要强于陆风。2)对海陆风风速椭圆拟合结果表明,海陆风在10:32由陆风转化为海风,海风在16:32达到最大,在21:42由海风转化为陆风,陆风在04:32达到最大。3)由于海风的存在,沿岸地带在春夏两季日最高气温在12时出现,秋冬季的在13时出现。4)能见度日变化在四季中表现一致,早晨能见度转好的时刻比最低气温出现时刻滞后约2 h,在海风维持较长时间后空气绝对湿度增加导致能见度开始转差。5)冬季静止型海陆风日比例最高,再循环型海陆风日在秋季出现最多,而夏季通风型海陆风日出现最多。