平流雾和辐射雾时边界层温度场又风场结构特征的对比分析

本文利用多普达所获取的在时间、空间（垂直方向）较为密集的实时资料,分别对两次性质不同的（平流和辐射）大雾的边界温度场、风场结构特征进行了对比分析。得出在华北地形槽下挟流雾得以稳定维持的根本原因是与位于各逆温层之上的、和平有大风速达１０．７２ｍ／ｓ的偏北大风相联系的下沉逆温切相关。下沉逆温随着与之相伴的偏北大风的减弱、消伯而逐渐趋于消失。其边界层逆温较大地减弱是动力（动量下传）、热力（对流）共同作用     

基于中国第6～9次北极科学考察观测的季节冰区边界层逆温变化特征分析

利用我国第6～9次北极科学考察期间获取的大气探空资料,分析了北极季节冰区边界层逆温的时空变化特征及其成因。分析发现:(1)边界层逆温具有较强的年际变化和空间变化,高纬度密集冰区观测到更多的强逆温现象,逆温厚度与逆温层温差呈显著的对数关系;(2)不同年份边界层逆温的主要成因有所差别:海冰分布的差异导致不同年份的边界层逆温特征不同;表面融化、辐射冷却、多层云的结构和暖平流对不同冰情年份边界层逆温的贡献程度不同;(3)开阔水域和冰区边界层逆温的成因不同。表面融化和空气平流对冰区边界层逆温的形成起着非常重要的作用,而辐射冷却是开阔水域边界层逆温的主要成因之一。     

山东沿海偏北大风的天气学模型和物理量特征

应用观测资料和MICAPS3气象资料显示系统,分析研究了近十年山东沿海7级以上偏北大风的特征。对两年内36次区域性大风个例,以地面影响系统为主,把偏北大风分为四种类型:冷锋型、温带气旋型、回流冷空气型和北上热带气旋型,建立了偏北大风的天气学模型。分月份、分类型统计分析了偏北大风期间地面气压梯度、锋后冷高压强度、锋前低压强度、高低压之间的气压差、850 hPa锋区强度、850hPa偏北风风速、850hPa24h变温,给出了阈值和平均值;分析研究了各类型9级以上偏北大风气象要素的临界值。对各种类型偏北大风的物理量空间结构和形成机理进行了研究,结果表明:冷锋偏北大风在中低层为较强的下沉运动,低层辐散,有高空动量下传,偏北大风主要是快速南下的冷空气、下沉运动造成的辐散风和高空动量下传的共同作用;气旋型偏北大风在高空为正涡度、低层辐合、整层为上升运动,北大风主要取决于快速旋转的气旋性环流和向气旋中心的辐合运动;回流型偏北大风的中高空为上升,近地面层为下沉,偏北大风主要是低层快速南下的冷空气的水平运动。     

青岛近岸一次海陆风过程中大气波导成因的数值研究

采用新一代区域大气数值模式WRF对2006年8月21日青岛地区一次典型的海陆风过程中的大气波导现象进行了详细的数值模拟研究,以探究海陆风过程中大气波导的形成机理。WRF数值结果较好地再现了海陆风及大气波导的发生发展过程。基于高时空分辨率的WRF数值模拟结果,对海陆风过程中大气波导的形成机制进行了详尽的分析,结果表明:湿度突变层的存在是导致波导发生的主要因素,此次波导过程无逆温层的存在;波导随海风的出现而形成。午后,海陆温差增大,海风在海陆热力性质差异的驱动下形成,并将大量水汽带到近岸,使近岸底层大气相对湿度增大,陆上暖干空气在海风环流作用下向海洋一侧平流,最终在海洋上空下沉,海洋大气边界层发展成为具有稳定层结的热内边界层;同时,下沉的干空气与底层湿空气形成较大的水汽垂直梯度,有利于大气折射指数随高度减小,形成大气波导。海风环流减弱至陆风环流形成发展后,水汽垂直混合均匀,大气波导随之减弱、消失。地形因素对波导的形成作用显著,地形的阻挡使海风携带的大量水汽在向海一侧积聚,在海风环流作用下波导形成于陡峭地形向海一侧。     

大气环流客观分型在渤海海峡大风气候特征分析中的应用

应用Lamb-Jenkinson大气环流分型法对渤海海峡1979—2013年逐日海平面气压场进行大气环流客观分型,分析了渤海海峡大风天气与大气环流型的关系;以长岛气象站在渤海海峡大风天气中的指示作用为基础,分析了主要环流型下大风天气的气候特征。结果表明:渤海海峡大风天气以平直环流型为主,偏北型明显多于偏南型;春(夏)季是发生大风天气最多(少)的季节,以西南(SW)型出现频率最高,秋、冬季大风天气的环流型频率分布基本相同,均以偏北型为主;不同环流型下出现大风天气的概率及大风天气的气候特征也有明显不同。     

一次偏东冷空气回流南落的预报分析(1983年3月7日黄渤海域大风过程总结)

一、概述 1983年3月7日02时至14时,黄渤海域出现的偏北大风,具有来势快、历时短的特点,大风实况如图1所示(图1)。这次过程是在冷空气已经偏东、地面大陆高压超于减弱的形势 下,由于高空中亚暖高压脊脊线顺时针旋转使已偏 东的冷空气沿东亚低涡后部回流西进南落,促成地 面大陆高压重新加强而产生的。对这种偏东冷空气 如不注意其回流南落的可能性,往往造成预报失 误。本文通过对形势演变的分析,在提出对这类回 流冷空气预报着眼点的同时,并且举出了利用数值 预报产品预报海面大风的情况,还就湍流与动量下传作用的关系进行了计算和讨论。     

一次典型高压型海雾过程中海上大气波导的数值模拟

2009年4月9—12日黄海海域发生了一次受高压系统影响的海雾过程。利用卫星观测与探空数据、WRF模式(Weather Research and Forecasting Model)对此次海雾过程及相伴的大气波导进行了观测分析与数值模拟。海雾与波导发展可分为3个阶段:(1)大气波导先于海雾存在于黄海海面;受高压下沉影响,黄海上空存在逆温层和较强的湿度梯度,表现为较强的贴海表面波导和非贴海表面波导。(2)海雾始于高压西部,并随高压系统逐渐东移减弱,向黄海北部扩展;辐射冷却虽然使雾顶附近逆温增强,但海雾的机械湍流使其顶部湿度梯度减小,雾顶附近对应弱悬空波导或波导消失。(3)高压系统影响使干空气下沉到雾区导致黄海海雾消散;雾顶附近逆温仍存在,同时湿度梯度增大,黄海上空逐渐变为非贴海表面波导。本研究结果表明:高压系统不仅极易为波导的发生提供有利条件,而且有利于海雾的生成,在海雾演变过程中主要是雾顶水汽梯度的变化导致了波导类型及强度的变化。     

一次由线状风暴和阵风锋引发的致灾大风成因

2018年6月13日,多条线状风暴和阵风锋造成山东多地出现致灾大风,基于常规、加密气象观测资料、卫星云图和多普勒天气雷达资料,对此次大风成因进行了分析。结果表明:(1)冷涡后部横槽转竖引导冷空气叠加在低层暖脊之上,850 hPa与500 hPa 温差高达34.7 ℃,同时925~600 hPa 的干层与地面至925 hPa的近饱和层相叠置,上下层大气之间温、湿差异显著,形成强热力不稳定,持续并增强的低层逆温层使不稳定能量得到积累,显著干层和低层强温度垂直递减率为夹卷和蒸发冷却过程提供了有利条件。(2)线状风暴各生命期强阵风是由内嵌其中的普通单体或超级单体下击暴流所引发。单体间下沉气流合并使地面大风的影响范围和强度有所增大。强阵风均伴随较强降雨和降雹,雨滴和冰雹的拖曳是产生下击暴流的重要原因,极大风速与5 min降水量具有正向相关性,青岛34.8 m ·s-1的极端大风出现时5 min降水量达19 mm。(3)山东东南部的初生对流在地面辐合线、海风锋、对流云街上被接连触发,遇阵风锋后生命史延长,得以并入到主风暴,使风暴发展壮大,而风暴中的下沉气流又驱动多股阵风锋加速向南推进,增强地面风速,阵风锋与风暴主体之间存在相互促进机制。在对流潜势较高的条件下,需关注边界层辐合线对对流的触发作用。     

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"。     

1998年季风爆发期南海大气边界层的日变化

在南海尚未有关于海洋大气边界层结构日变化方面的研究.研究海洋大气边界层,有利于我们更好地研究海洋表层结构变化影响机制,对发生在海洋大气边界层上的过程进行预测预报.因此了解南海海洋大气边界层的结构特征,对于我们进一步了解南海天气尺度海气相互作用有非常重要的意义.通过对1998年在南海南部(6°15′N,110°E)和南海北部(20°29′39″N,116°57′48″E)的南海季风试验中定点科考船释放一天四次的探空观测资料分析得出,季风爆发前海洋大气边界层存在规则的日变化,在中午达到深厚.季风爆发后南海北部大气边界层日变化消失,南海南部依然明显.分析表明对其日变化起重要影响的是短波辐射;潜热输送对大气边界层高度日变化影响不大.与大气边界层厚度日变化相对应,南海南部边界层内水汽日变化明显,而南海北部较不明显.     

莱州湾海区与内陆大风对比分析

为了掌握莱州湾海区的大风规律,更好地为建设海上潍坊服务,本文利用自动气象站观测资料,对位于莱州湾南岸的羊口港、潍坊港、下营港梯度风塔3个港口和内陆的潍坊市城区寒亭国家气象观测一级站4个地方的大风进行了对比分析,并结合常规天气资料,分析了大风的季节变化特点以及与天气形势的关系。分析发现莱州湾海区平均风速是内陆的1.9倍,莱州湾风速东岸略大于西岸。南(东)高北(西)低是偏南大风出现时最常见的天气形势,冷锋后部的偏北大风是造成北部海区偏北大风最主要的形势。     

南极中山站夏季下降风数值模拟个例研究

南极内陆地面辐射冷却产生的近表层冷空气,沿高原斜坡向下流动而形成下降风,其分布形态决定了南极大陆近表层风场的主要特征。我国南极中山站全年均受下降风的强烈影响。夏季晴天时,中山站的下降风一般在傍晚开始出现,风速在午夜达到极值,在次日中午之前逐渐减弱,风速有显著的日循环特征。本文选取南极中山站2010年1月的夏季下降风个例,使用常规地面气象观测资料和Polar WRF极地大气数值模式进行了分析研究。结果表明:中山站夏季夜间晴天出现偏东向的下降风时,近地面风速变化趋势与地面气温呈负相关,相关系数为-0.91。数值模拟发现,中山站下降风在距地面高度约100~150 m之间时风速最大,约为15~21 m/s。在下降风发生时,近地层大气存在逆温现象。下降风较强时,近地层逆温也较强,逆温层厚度约为200~300 m,逆温强度约为4~6℃。在地面摩擦的作用下,中山站近地面下降风风向为东南,随着高度的增加,风向逆时针偏转,最终趋于与地形等高线平行。没有太阳直接辐射时,南极大陆地区存在持续的逆温层,逆温层的出现加强了下降风气流,随着逆温的增强,大风区逐渐西移,且面积不断增加。在夏季太阳辐射造成的逆温消失的短暂时间内,逆温时产生的下降风尚不能完全消失,由此形成了较稳定的风向空间分布特征。     

夏季低压控制下黄海西北部海域海雾发生气象条件合成分析

利用瞬变扰动分析的原理,提供了一个可以客观判定海雾发生时天气类型的方法。在分类结果的基础上,对环流形势、散度和垂直速度以及温度湿度的垂直廓线等进行合成分析,得到低空(1 000 h Pa)为低压扰动下发生海雾(L型海雾)的环流和物理量场基本特征,并与高压控制下海雾(H型海雾)进行对比,结果表明:1)L型海雾位势高度负异常扰动主要表现在低层,其平均值为-65.66 gpm,向上逐渐减弱;2)L型海雾在发生时其逆温强度小于H型海雾,雾层较厚,雾层上空湿度仍然比较大,而H型海雾雾层上空有比较明显的干层;3)L型海雾在垂直方向上的分布具有三层结构,第一层1 000~950 h Pa为辐合伴有弱上升和下沉运动,第二层950~850 h Pa为辐散伴有弱下沉运动,第三层850~500 h Pa为逐渐加强的上升运动;H型海雾为两层结构,1 000 h Pa为辐散伴有弱的上升和下沉运动,950~500 h Pa为一致的下沉运动;4)概率密度统计分析进一步定量表明了L型和H型海雾发生时垂直运动以及相对湿度在各层中的分布情况。这些结论对黄海西北部夏季低压环流形势下海雾的预报提供了重要参考。     

黄海晚冬一次持续性海雾天气的动力热力特征

利用常规资料、NCEP 1°×1°再分析资料、高分辨率可见光卫星云图资料,描述了2011年2月22-24日持续性海雾的发生范围、演变过程,分析了海雾发生前、发生时大气背景和物理量场;并利用环黄海北部的探空站、气象自动站资料对海雾发生时低层大气的温度、风、逆温特征进行了分析.结果表明:环黄海北部4个气象站中,各站出现海雾的特征不尽相同,既有以平流雾为主的、也有辐射雾为主的、还有平流雾和辐射雾共存的.对流层低层暖平流有助于保持逆温层、维持大气层结稳定;对流层低层偏南气流形成的水汽输送带和中层偏西气流水汽输送带的共同作用为大雾的形成和维持提供了水汽条件;夜晚低层辐合、高层辐散的动力分布有助于逆温层内弱的上升气流维持,对水汽凝结有利;白天低层辐散、高层辐合的动力分布有助于气流下沉,对稳定度和逆温的维持有利;负(冷)温度平流南下是大雾消散的动力热力因子.     

龙口海洋站风况特征分析

根据龙口海洋站观测得到的2007年逐时10分钟平均风速、风向资料,对平均风速风向、大风风速风向、大风日数等方面进行了分析,得出结论:龙口海洋站的风具有典型的季风性气候特征,冬夏季主风向有180°的变化,平均风速的月际变化出现两峰两谷的趋势;常风向为S向和NE向,强风向为偏北向;偏东风的平均风速和出现频率最小;大风风力以6级为主,大风的年平均风速为13.3 m/s,出现大风的月最高概率为63.3%;大风年主导风向为NW-NE以及S,风速以偏北大风较大,偏东风最小;秋冬季节以偏北大风为主,春季偏南大风与偏北大风交替出现,夏季是大风最少的季节。     

山东大风天气的低频特征及机理分析

利用山东省122个国家级地面气象观测站的风速数据与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-interim再分析数据,采用小波分析、带通滤波等方法对2015年9月—2020年9月山东的大风天气及相应的低频大气环流形势进行分析。结果表明,近几年山东的大风天气有增加的趋势,春季大风发生频次最多,秋季最少;山东半岛东部大风频次最多,鲁南地区最少;全年只有7月偏南大风站次较偏北大风多,其余月份多以偏北大风为主。山东大风具有显著的11～13 d与20～23 d的低频振荡周期。其中,春季大风以11～13 d的振荡周期为主,秋、冬季以20～23 d的振荡周期为主,夏季大风的振荡周期不明显。振荡周期的演变与大范围的大风过程有对应关系,大范围的大风过程大致发生在振荡的波峰处。春季偏北大风盛行时,多伴有经向风自北向南的传播。秋季大约以35°N为界,对流层中高层在35°N以北,经向风自南向北传播,35°N以南,则是自北向南传播,对流层中低层反之。山东春季大风产生之前,乌拉尔山东侧低频气旋与黄海上空低频反气旋同时出现并东移,之后衍生出华北低频反气旋与渤海低频气旋,这两个系统的加强促使华北上空偏北风加大,为山东大风的产生提供了可能。同时,华北地区经向风正距平逐渐被负距平所代替,是山东大风天气产生的又一先兆。     

低云在不同季节对东海黑潮海洋锋响应的个例研究

本文采用高分辨率的CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星资料,结合欧洲中心的再分析资料,在东海黑潮区域分别选取冬、春、夏季的典型个例,对比分析层积云、层云、海雾3种边界层云。分析结果显示,层积云发生在高空槽后,云顶1.2~2.5km,云底0.7~2km,云顶平滑度差,海气界面不稳定,地表偏北风,边界层不稳定,底层混合均匀,云层上方有逆温层存在;层云发生在高空槽前,伴有强烈冷平流,位于地面低压前部,云顶高度300~700m,较平滑,云底不接地,海气界面稳定,地表南风,边界层稳定,有不接地逆温,云区无下沉运动;海雾发生在高空槽后,低层有暖平流,地面位于高压中心,雾顶小于700m,底部接地,雾顶最为平滑,海气界面稳定,地表南风,风速很小,边界层稳定,逆温层很低,并伴有强烈下沉运动,地表相对湿度大于90%。黑潮锋通过影响海气边界层,进而影响低云的高度、形态等特性,三种低云高度自南向北均逐渐下降,在SST大梯度区有突变,海雾与低云性质相似,在一定条件下可以相互转化。     

南黄海西部2007年4月的逆温跃层

利用南黄海西部2007-04的温盐实测资料,采用海洋层结谱表达法及自适应识别,得到逆温跃层的"五点三要素",形成强度要素平面分布图.分析表明,逆温跃层的存在与黄海暖流水有直接的关系:1)4月份,黄海暖流水受到的海面冷却仍是产生逆温跃层的普遍原因,在该海区黄海暖流向北延伸和向两侧拓展的区域都有该种类型的逆温跃层存在,位置相对较浅;2)但在偏南的黄海暖流主干区,海面冷却产生的效应被主流区的热量补充所抵消,逆温跃层很弱甚至消失,这是该月份逆温跃层分布区向北退缩并在南部中心附近呈现缺失区的主要原因;3)南下的鲁北沿岸流水的冷水叠加在黄海暖流水的暖水上方,使逆温跃层加强,使得冷暖水的作用区成为强逆温跃层区;4)黄海暖流左侧冷沿岸流水及右侧冷水的前端向黄海暖流楔入,其前端往往覆盖在底层高温高盐的黄海暖流水上方形成下逆温跃层,从而形成双逆温跃层.这些特点,较以前认知更加客观、全面、细致和准确.     

渤海海峡海岛站与沿岸站大风对比分析

统计了渤海海峡5个海岛站和3个沿岸站1年的大风资料,在每月大风日数、风速、年际和月际变化特征、主导风向等方面进行了对比分析,得出渤海海峡大风如下结论:大风的风力以6～7级为主,南部比北部更易出现大风,且风速也较大;出现大风的最高概率为57.5%,即平均不到2天就出现一次;海岛站与沿岸站大风风力极值相差最大为20.8 m/s;极大风风速43.2 m/s,创历史最高纪录;风速的月变化规律基本一致,呈现两峰两谷形势;大风年主导风向为NW-NNE,风速以偏北大风和偏南大风较大,而偏西风和偏东风较小;具有典型的季风性气候特征,冬季以偏北大风为主,夏季以偏南大风为主,春、秋季偏北大风和偏南大风交替出现;综合应用海岛站和沿岸站大风记录,能更加准确反映渤海海峡大风的气候特征。     

两次大风过程的对比分析

文章对两次冷空气结合低气压大风过程进行了对比分析,揭示了海上低压轴向的突然向西北转变而引起的地面气压梯度的迅速加大是造成浙北沿海大风的重要原因之一。同时,揭示了两次过程由于高低层辐合辐散差异而引起的大风区上空两类不同的高低空垂直下沉速度分布特征,指出动量下传作用在地面造成风速的加大主要决定于对流层低层下沉速度(而非中层),这可能是两次大风过程地面气压梯度接近,而实际风力却差一级的原因。