海陆风研究进展与我国沿海三地海陆风主要特征

海陆风是发生在海岸附近由于海陆热力差异引起的中尺度环流,对沿海地区天气气候和环境空气质量有重要影响,本文综述海陆风研究进展与我国华南、长三角和环渤海3个不同地区海陆风的主要特征.海陆风研究可分为观测研究、理论研究、数值模拟研究.20世纪60年代以来的观测研究表明,全球高、中、低纬沿海地区都有海陆风.海陆风理论研究已从20世纪20年代力的平衡分析发展到海陆热力平衡非线性动力学解析与数值模拟相结合研究海陆风的参数化,模拟研究已逐步成为主要手段.我国华南、长三角和环渤海3个不同地区海陆风有明显差异,海风盛行和结束时间不尽相同,低纬地区海风出现较晚,甚至可持续至午夜时分.海陆风有可能造成污染物的累积,使空气质量变差,应引起沿海地区有关部门的重视.     

二维海陆风环流的数值研究

本文对Nickerson的中尺度模式作了一些修改,加入了地表热量平衡方程和一个13层的土壤层模式,并对Therry等的行星边界层参数化形式作了调整.使之较好地模拟出太阳辐射和地表温度的日变化.对不同地形、纬度和夏、冬季海陆风的模拟表明,本模式具有较强的海陆风模拟能力.     

三维海陆风的数值模拟

本文利用地形坐标,建立了一个模拟用的三维海陆风模式,来模拟城市、斜坡和海岸形状等对海陆风的影响。结果表明,海陆风主要受海陆温差影响,海岸线附近的坡地和城市的存在,对海风发展有利。     

大亚湾核电站厂址区域大气扩散研究

采用一个基于流体静力平衡的动力学诊断模式对大亚湾核电站厂址区域的气象场进行实际模拟,研究了复杂地形和下垫面对流场的动力和热力作用。数值实验表明：模式能很好地模拟中尺度局地环流的基本特征和变化规律。在模拟气象场的基础上,利用Monte Carlo多源模式计算了污染物的时空分布和干湿沉积量。模拟结果显示：模式很好地反映在海陆风和山谷风环流及排牙山影响下大气参数的非均匀性和非平稳性。     

基于WRF模拟的晋江市海陆风特征分析

随着沿海城市的快速发展,城市气候环境恶化,研究弱大气环流背景下的海陆风对改善城市环境具有重要意义。以晋江市为例,利用站点风要素观测数据,结合海陆风判别条件,提取并分析了两个典型海陆风日海陆风的基本特征;采用WRF与Noah陆面过程模式耦合,选用BEP多层城市冠层模型,对典型日进行了风场模拟。从模拟结果中分解出局地风,在验证海陆风现象的基础上,分析了海陆风特征的空间分布规律。结果显示:WRF模拟的逐小时局地风向时序与实测情况吻合较好,通过了信度为0.05的显著性检验,但局地风速模拟值与实测值存在显著差异,平均达到1 m/s。从WRF模拟结果提取的海、陆风起始和终止时间、持续时间与实际情况存在一定差别。两者持续时间在空间上的变化与各自起始时间的空间变化一致,且未明显出现随离岸距离增加,海陆风减弱的现象。上述结果表明,WRF能够较好地模拟海陆风日的风场特征,尽管对海、陆风速的模拟还存在一定的不确定性,但所得结论对晋江市城市规划和微环境改善有参考意义。     

一次华南沿海海雾个例的数值模拟研究

利用中尺度数值模式WRF模拟了2011年3月20—22日华南沿海一次平流冷却雾过程,同时利用综合观测资料(包括台站资料、MODIS卫星云顶温度资料、GPS探空资料和海洋气象观测平台资料等),对比和验证一次海雾个例模拟的范围、大气边界层结构和海气界面特征。针对此次海雾个例的研究发现:(1) 使用水平分辨率为0.5 °×0.5 °的海温,已经可以较好地模拟华南沿海中尺度海雾的范围;(2) 随着大气边界层内垂直层次的增加,可以在一定程度上改善海雾垂直结构的模拟效果,主要表现为可以较好地模拟贴海面的逆温层结;(3) 模式可以较好地模拟海雾期间的向下短波辐射、向下长波辐射和感热通量。并对此次海雾过程模拟存在的问题进行了讨论。      

海南岛附近四季风场的中尺度环流

利用一层σ坐标原始方程数值诊断模式研究海南岛，雷州半岛及其四周海域的地面风场特征，在春夏秋冬四季典型盛行气流下试验，均明显呈现绕流，爬坡，辐合线、海陆风和山谷风效应，看出在不同季节下的中尺度环流存在一定的差异。试验表明，区域内的复杂地形和海陆分布是形成各种中尺度环流的重要原因，同时，揭示出本地气候分布的特征与中尺度环流间存在的密切的关系。     

城市发展对夜间海陆风环流影响的预测模拟

本文利用一个三维中尺度模式模拟了长江三角洲地区的海陆风环流状况，以及城市发展后动力热力效应对环流的影响，其中热力效应主要考虑了城乡反照率的差别，模式考虑了海陆温差、通量传输、太阳辐射、科里奥利效应等因子。模拟结果得到了长江三角洲地区的夜间垂直环流状况，辐散辐合带分布，预测了城市发展后的环流情形。为大气扩散评价以及城市建设规划提供了一定的依据。     

南海夏季风对强热带风暴Bilis(0604)引发暴雨的影响

Bilis(0604)是一个登陆后长久维持并造成了特大暴雨的强热带风暴.通过对常规观测资料、雷达资料和红外卫星云图的分析,发现暴雨过程中不断有中尺度对流系统(MCSs)产生和发展,这些MCSs是造成强暴雨的主要中尺度系统.在此基础上用中尺度模式MM5对Bilis登陆后66 h的过程进行了数值模拟,模拟的雨带和雨量与实况较符合.利用模拟结果,对MCSs的发展过程和特征作了分析,发现Bilis的低压环流和南海夏季风在华南一带交汇,使得华南一带多中尺度涡旋、辐合中心和中尺度辐合线发展,这些系统为中尺度对流系统的生成和维持提供了有利的环境.敏感性试验表明,南海夏季风输送暖湿气流为暴雨区补充不稳定能量和水汽,对暴雨的产生具有十分重要的作用.     

离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲地区灰霾天气的影响

不同类型的背景场和海陆风对珠江三角洲地区大气灰霾有不同的影响。作者主要利用空气质量模式系统Models-3 (MM5/SMOKE/CMAQ)研究离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲一次灰霾天气的影响, 结果表明, 中尺度气象模式MM5对珠江三角洲地区这次灰霾天气的气象模拟, 较好地模拟了风速和风向的变化。多尺度空气质量模式CMAQ模拟出了PM10浓度的变化, 与观测值比较一致。在这次灰霾天气过程中, 由于离岸型背景风与陆风风向一致, 在陆风维持的情况下, 内陆源区的PM10被输送到沿海地区, 导致沿海城市和海面上PM10浓度比较高; 而在海风维持的情况下, 海风与离岸型背景风方向相反, 造成海风较小, 致使整个珠江三角洲地区灰霾天气都比较严重。敏感性试验结果表明离岸背景风和海陆风的相互作用对灰霾天气的生成与分布有重大的影响。     

香港地区海陆风的显式模拟研究

利用MM5模式对香港地区的海陆风进行了显式数值研究,模拟的风向、风速和温度与站点的观测值比较一致,较详细地分析了海陆风的日变化规律和三维结构特征,结果显示香港地区海风分布复杂,主要受偏西、偏南和偏东海风气流的影响,形成多个辐合带,海风锋最远可以深入内陆约90 km;陆风较简单,主要是偏北气流,陆风的风速和强度都比海风要弱,与山谷风、城市热岛环流等形成弱的辐合。香港是一个海岸曲折、多丘陵的地区,其中75%的面积是山区,为了研究这些丘陵地形对香港地区海陆风的影响,设计了保留海陆分布,去掉丘陵地形的敏感性试验,结果表明,由于丘陵地形的存在,在白天地形的热力作用是主要的,增强了海风的强度;而晚上动力阻挡作用比较明显,减弱了陆风的强度。     

中国地区山谷风研究进展

随着城市化的发展,越来越多的城市建立在山区附近或山谷之中。受地理环境和气象条件等因素影响,各地山谷风特征各不相同。山谷风对局地风场、气候特征有着重要作用,与逆温和污染物浓度变化也具有良好相关。本文从山谷风研究的主要手段—观测、理论和数值模拟出发,重点回顾了国内山谷风研究成果,并讨论了与其他中尺度环流(海陆风、湖陆风、城市热岛、植被风、冰川风环流)的相互作用,以及包括山谷风在内的山地环流对大气污染的影响。最后对国内研究进展进行总结,并提出了一些还需深入研究和探讨的问题。     

渤海湾西部海陆风的空间结构

海陆风虽然只是距海岸线两侧几十公里的一种中尺度现象,但它对沿海一带的天气有很大的影响。它不仅对大范围的空气运动有作用,而且可以改变局地气候。 研究海陆风,对进一步开发利用沿海风能资源,弄清空气污染规律和中小尺度天气的物理机制,提高短时天气预报准确率都有重要意义。 作者在1983年—1984年间的春、秋、夏、冬分别进行了有关海陆风观测。观测站的分布见图1。     

THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION OF THE MESOSCALE WIND STRUCTURE OVER SHANDONG PENINSULA

General features of 3-dimensional mesoscale wind and temperature structure over ShandongPeninsula are described in this paper.Results are achieved by numerical simulation with the 3-dimensional non-hydrostatic mesoscale model METRAS.For the onset and cessation time of sea-land breezes,the simulation results agree well with the statistical analyses of observational dataavailable for the studied area.One interesting result is the 3 hour response time of wind field to thethermal change.Further statistic analysis based on the observational data is needed to make sure ofthis correlation.Important effects of coastal mountains on the wind structure are also exposed indetail by the model.Convergence and divergence centers resulting from the conjunction of sea-landbreezes and complex terrain are clearly shown,which are not noticed before by conventionalsynoptic observation and theoretical analysis.     

我国东南沿岸及复杂山地后汛期降水日变化的数值研究

利用2009~2017年7~9月福建省逐小时地面加密自动站资料和2015~2017年7~9月厦门站的探空资料,通过K均值聚类法和中尺度数值模式(WRF3.9.1.1版本)理想数值模拟,分析了我国东南沿岸及复杂山地(福建)后汛期降水日变化特征,揭示了地形热力环流以及海陆风环流在热对流降水日变化形成中的作用,探讨了环境温湿廓线及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度和日峰值出现时间的影响。结果发现:我国东南沿岸复杂山地(福建)后汛期降水日变化受地形热力环流和海陆风环流的影响和调制,白天辐射加热在复杂山地形成的局地热力环流激发出对流降雨带,午后受海风环流的影响,对流降雨带组织发展达到峰值,之后随着地形热力环流和海风环流减弱雨带逐渐减弱。武夷山及周边复杂山地的降水日变化主要受地形热力环流的影响,在午后对流降水达到峰值,夜间减弱几近消失。理想数值试验进一步证实了我国东南沿岸复杂山地地形热力环流对对流降雨的触发以及海陆风环流在山地对流雨带组织发展中的作用,环境温湿廓线以及风垂直廓线对热对流降水日峰值强度以及日峰值出现的时间具有重要影响,其中环境温湿廓线的大气抬升凝结高度、大气可降水量、大气的对流不稳定度以及大气中低层湿度分布的不同,会影响热对流降水日峰值强度,并通过影响山地热力对流触发时间,改变热对流降水日峰值时间,而环境风垂直廓线的低层气流强度和方向、中低层垂直风切变的不同,会影响地形热力对流系统的启动、组织发展和移动等特征,进而影响热对流降水日峰值强度以及热对流降水日峰值时间。     

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。     

Sea and Lake Breezes: A Review of Numerical Studies

Numerical studies of sea and lake breezes are reviewed. The modelled dependence of sea-breeze and lake-breeze characteristics on the land surface sensible heat flux, ambient geostrophic wind, atmospheric stability and moisture, water body dimensions, terrain height and slope, Coriolis parameter, surface roughness length, and shoreline curvature is discussed. Consensus results on the influence of these geophysical variables on sea and lake breezes are synthesized as well as current gaps in our understanding. A brief history of numerical modelling, an overview of recent high-resolution simulations, and suggestions for future research related to sea and lake breezes are also presented. The results of this survey are intended to be a resource for numerical modelling, coastal air quality, and wind power studies.     

NUMERICAL EXPERIMENT ON THE EFFECT OF URBANIZATION UPON SUMMER LAND-SEA BREEZES IN THE COASTLAND OF GUANGXI

The 2003–2006 observations were utilized to analyze the surface characteristics of summer land-sea breezes along the coastland of Guangxi and the Weather Research and Forecast model was applied to simulate the breeze structure on August 1–2,2006.Results show that 1) the intensity and distributions of the breezes reproduced from improved urban underlying surface were close to observations.In the daytime the coastwise urban band was a convergent belt of sea breeze,corresponding to the centers of torrential rains;in the nighttime hours the surface of the Gulf of Tonkin (the Vietnamese name) or the Northern Bay (the Chinese name) acted as a convergent zone of land breezes,likely to produce convective cloud cluster;2) the experiment on urbanization showed the heat island effect enhancing (weakening) the sea (land) breeze development.Furthermore,the heat island effect mitigated the atmospheric cooling via radiation over the cities in the night,weakening sinking motion correspondingly,thereby suppressing the dominant factor responsible for the steady development of temperature inversion.As a result,the inversion vigor was reduced greatly,but nevertheless no strong effect of the decreased subsidence was found upon the inversion height.