A Heavy Sea Fog Event over the Yellow Sea in March 2005： Analysis and Numerical Modeling

In this paper, a heavy sea fog episode that occurred over the Yellow Sea on 9 March 2005 is investigated. The sea fog patch, with a spatial scale of several hundred kilometers at its mature stage, reduced visibility along the Shandong Peninsula coast to 100 m or much less at some sites. Satellite images, surface observations and soundings at islands and coasts, and analyses from the Japan Meteorology Agency （JMA） axe used to describe and analyze this event. The analysis indicates that this sea fog can be categorized as advection cooling fog. The main features of this sea fog including fog area and its movement axe reasonably reproduced by the Fifth-generation Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model （MM5）. Model results suggest that the formation and evolution of this event can be outlined as： （1） southerly warm/moist advection of low-level air resulted in a strong sea-surface-based inversion with a thickness of about 600 m; （2） when the inversion moved from the warmer East Sea to the colder Yellow Sea, a thermal internal boundary layer （TIBL） gradually formed at the base of the inversion while the sea fog grew in response to cooling and moistening by turbulence mixing; （3） the sea fog developed as the TIBL moved northward and （4） strong northerly cold and dry wind destroyed the TIBL and dissipated the sea fog. The principal findings of this study axe that sea fog forms in response to relatively persistent southerly waxm/moist wind and a cold sea surface, and that turbulence mixing by wind shear is the primary mechanism for the cooling and moistening the marine layer. In addition, the study of sensitivity experiments indicates that deterministic numerical modeling offers a promising approach to the prediction of sea fog over the Yellow Sea but it may be more efficient to consider ensemble numerical modeling because of the extreme sensitivity to model input.     

大连地区大雾特征

选取2007年2月和4月出现在大连及其沿海地区的两次大雾过程, 采用GTS1型数字式探空仪探测资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 对其环境场、热力和动力作用等进行诊断分析。结果表明:大雾期间, 中高纬度地区高空纬向暖干气流和对流层中下层西南暖湿气流, 为大雾形成提供了有利的水汽和风场条件。低层大气稳定层结的建立及暖干空气与雾层的上下叠置, 有利于大雾的维持。黄渤海的海温作用使冬季地面冷高压进一步增温变性, 有利于辐射雾形成发展, 使春季的暖气团冷却凝结, 有利于平流冷却雾的生成维持。伴有冷平流东移南下的偏北风是促使持续大雾消散的动力因子。     

上海一次连续大雾过程的成因分析

利用上海市遥测能见度数据、常规气象资料和T213、GFS分析资料以及GPS-PWV资料,分析了2008年1月5-11日发生在上海地区的一次连续大雾天气过程.分析表明当有天气尺度西风槽频繁活动、槽前暖湿气流不断向气层输入暖湿空气,如再遇特定暖水面或暖海面从近地面向气层输送暖湿气流时,在晴天和微风的早晨极易形成辐射雾;当东、黄海暖湿空气从近地面流向冷水面或冷陆面,如再遇江南低空偏南暖湿气流辐合聚积时,极易形成平流雾.雾区登陆距离与东风气流强弱有关,东风气流越强,雾区西进距离越长.在平流雾期间,0～300 m平均相对湿度的高湿区与雾区吻合.当绝对湿度小于3 g/kg时不会有大雾发生,绝对湿度在9～1 5 g/kg和GPS-PWV值在15 mm左右时,在合适的大气条件下容易形成大雾.     

GRAPES模式对2011/2012年冬季寒潮天气过程预报能力的检验

利用台站常规观测资料和NCEP-FNL再分析资料,检验了GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System）对2011/2012年冬季我国寒潮天气过程的预报能力。结果表明,GRAPES模式能较好地预报出该冬季4次寒潮过程的明显降温、高低空环流形势及冷平流的入侵,模式对2月22日寒潮的预报效果较差。对于强降温预报,在1月18日、2月5日及2月14日寒潮过程中,模式在新疆部分地区、云贵高原和四川盆地的预报效果较差。在2月22日寒潮中,我国东部地区出现了较大偏差,模式预报的500 hPa上阻塞高压及东亚大槽等系统的强度和位置出现较大偏差。4次过程中,模式预报的冷、暖平流在我国东北部大小兴安岭及长江流域以南有较大偏差。对于2月22日寒潮,模式预报新疆地区、大兴安岭和辽宁的冷平流范围和强度、及长江流域以南暖平流的范围和强度都要大于实况,导致此次寒潮温度预报误差大,这可能与在地形区域模式物理过程存在一定误差有关。     

2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析

利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。      

江面平流雾的数值研究

本文利用二维平流雾模式研究了海上暖湿空气平流到长江冷水面上形成平流雾的过程,对影响平流雾形成的两个主要因子(水面温度水平梯度和平流风速)与平流雾区的关系进行了数值研究,为江面平流雾的预报提供了思路.     

2007年初一次雪后大雾天气过程分析

大雾天气是主要的灾害性天气之一。利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2007年1月15日华北和黄淮地区的雪后大雾天气产生的天气背景及其形成的温湿条件和层结特征。结果表明:在这次大雾天气发生时,亚欧大陆中高纬度的环流形势为两槽一脊型,中纬度无明显冷空气活动,南支气流较为平直,天气形势比较稳定。华北和黄淮地区位于入海高压的后部,近地面层有弱的东北风或偏东风,即有利于海洋上暖湿气流的平流输送,又不至于破坏大雾形成的温湿条件。同时,大气层结是绝对稳定的,低层有深厚的逆温层,当暖湿空气平流到温度较低的下垫面上时冷却而形成雾,因而这次大雾天气属于典型的平流雾。这种形势的稳定维持,造成了这次持续时间较长的大范围的大雾天气。另外,华北和黄淮较低的海拔高度,有利于暖湿空气的平流进入,也是大雾形成的重要因子。     

华南沿海暖海雾过程中的湍流热量交换特征

湍流交换是海雾中的关键物理过程, 在海雾的热量和水汽平衡过程中起重要作用。本文根据2007年3月24～25日一次海雾的外场观测数据, 分析了海雾过程中近海面湍流热量交换特征; 并在区分风切变机械湍流与雾顶长波辐射冷却热力湍流的基础上, 着重分析了两种不同性质的湍流对海雾发展和维持的作用。结果表明: (1) 本次海雾是在西南低压和变性冷高压的控制下, 来自南海东部暖水区的空气平流在近岸冷海面上形成的暖海雾; 暖海雾中的湍流热量交换过程比冷海雾更为复杂; (2) 在暖海雾的形成和消散阶段, 风切变机械湍流的热量输送起主要作用; 而在发展和维持阶段, 既有风切变机械湍流的热量输送作用, 也有雾顶长波辐射冷却热力湍流的热量输送作用; (3) 风切变机械湍流向冷海面输送热量, 对近海面空气起到降温和增湿作用; 热力湍流同样向冷海面输送热量, 但对雾层起到增温和降湿作用; (4) 暖海雾中的湍流热量交换机制与雾层的非充分混合结构有密切关系。     

珠海三灶机场一次平流海雾的特征及成因初探

为进一步了解平流海雾的形成、发展和消散过程特点和机制,利用风廓线雷达、自动观测、探空、数值产品以及常规气象观测等资料,分析了2014年2月17—18日珠海三灶机场一次平流海雾过程的边界层温湿风三维演变特征及天气学成因。结果表明:边界层内暖湿平流输入、浅层辐合抬升、湍流加强、多层逆温结构以及夜间地面的辐射冷却有利于近地层饱和湿空气的凝结和逆温层的维持,是雾形成的主要物理机制;暖湿平流持续及湍流减弱或停歇是雾维持的原因;近地层偏北风干冷平流入侵并出现下沉气流及日间地面辐射增温使逆温层被破坏是雾消散的主要因素。     

海陆交界处平流辐射雾的二维数值模拟

本文采用二维非定常数值模式,模拟了大气边界层内海陆交界处的平流辐射雾的形成和演变规律。在模式中考虑了平流、辐射及湍流等物理因子及其相互作用。模拟结果表明,夜间盛行风将暖湿空气带入陆地,水汽经辐射冷却形成雾,地面陆风环流起了一定作用。      

Prediction of sea fog of Guangdong coastland using the variable factors output by GRAPES model

By analyzing the NCEP 1°×1° reanalysis (2004–2008), a number of predictors (factors of variables) are established with the output from the GRAPES model and with reference to the sea fog data from observational stations (2004–2008) and field observations (2006–2008). Based on the criteria and conditions for sea fog appearance at the stations of Zhanjiang, Zhuhai and Shantou, a Model Output Statistics (MOS) scheme for distinguishing and forecasting 24-h sea fog is established and put into use for three repres...     

亲潮延伸体海区一次海雾过程的观测研究

西北太平洋是全球海雾最多的海域,但由于观测资料匮乏,对开阔大洋上海雾形成机理的个例研究很少。2019年9月12—14日,中国北极科考船“向阳红01号”在亲潮延伸体水域捕捉到一次海雾事件。主要利用船载观测数据,分析了海雾形成的物理过程。结果表明,这是一次温带气旋的暖锋和局地海洋锋(海面温度锋)共同影响下的海雾过程。伴随暖锋的偏南气流将暖湿空气向北输送,在亲潮延伸体区,海面空气增湿效应大于增温效应,导致相对湿度不断增加接近饱和。北上暖空气遇到较冷水域上空的冷空气团,向上爬升形成大范围锋面逆温;局地海洋锋强迫出大气边界层内的次级环流,其下沉支使该锋面逆温层底的高度进一步降低,有利于雾滴局限在近海面成雾,雾区出现于暖锋锋面过后局地海洋锋的冷水侧。这项研究明确了海雾形成过程中作为背景环流的大气暖锋与作为局地强迫项的海洋锋的贡献,可为海雾预报提供新的理论支撑。     

用GRAPES模式输出变量因子作广东沿海海雾预报

通过分析5年(2004—2008年)NCEP的1°×1°再分析气象资料,结合2004—2008年的台站观测资料和2006—2008年海雾野外试验的观测资料建立预报变量因子,利用GRAPES模式得到并输出变量因子。结合NCEP资料分析海雾出现的各种判据和条件,选取湛江、珠海、汕头3站为代表,建立了广东沿海自西向东各地区的海雾MOS判别预报方法,实现了24h的海雾判别预报。对2008年3月湛江和汕头、4月珠海的预报检验表明,该海雾MOS判别预报方法对广东沿海海雾具有一定的预报能力,预报准确率为84%～90%,Ts评分为0.40～0.53,Hss评分为0.52～0.56。     

2014年初冬湖北省一次大雾成因分析和数值模拟

利用湖北省高速公路交通气象站观测数据及NCEP的1°×1°格点再分析资料,分析了2014年1月29—30日发生在湖北省内的大雾天气过程的气象要素变化特征及大雾形成机理,并利用优化参数化方案的数值模式对本次大雾过程进行了模拟。结果表明,大雾过程能见度基本与相对湿度变化趋势相反,气温与能见度变化趋势基本一致,风速都较之前有所下降。本次大雾是暖平流影响后,经夜间辐射冷却降温后形成,属平流辐射雾。利用WRF模式对本次大雾过程的模拟结果表明,除对海拔较高、受局地地形影响较大区域的模拟效果不理想外,模拟的大雾范围、强度、生消时间等与实况基本相符,可为以后大雾预报提供一定的参考。     

不同边界层参数化方案对江苏地区一次平流雾过程的模拟影响

边界层参数化方案的选取在平流雾的预报准确度上起着决定性的作用。本文利用WRF模式对2013年3月18~19日发生在江苏地区的一次平流雾过程进行数值模拟试验,对耦合不同闭合方式边界层参数化方案的试验结果与实测气象数据进行对比分析,评估了他们对此次平流雾的模拟效果,探讨了边界层高度对此次平流雾的生成和发展的影响。研究结果表明:（1）耦合不同边界层方案的WRF模式对地面气象要素的模拟结果均呈现气温偏低、湿度和风速偏大的特征。（2）QNSE方案对气温的模拟能力最强;ACM2方案对相对湿度的模拟性能最好;YSU方案对风速的模拟效果最佳。不同边界层方案的模拟结果在垂直方向上的差别主要表现在低空相对湿度上:QNSE方案预报的湿度更大。（3）综合TS（Threat Score）和BS（Bias Score）两个评分指标来看,ACM2方案对雾区分布的模拟效果最好。三个边界层方案对此次平流雾的模拟结果在江苏沿海站点的预报评分较高,在距海较远站点的预报评分表现较差。YSU方案对东南沿海地区的雾区预报评分较高;QNSE方案对长江沿江区域的雾区预报评分较高;ACM2方案对沿海地区、尤其对沿海北部地区的有较好的预报效果。（4）QNSE方案对此次平流雾的生成时间、出现地点预报比较准确。（5）平流雾的生成与发展阶段模拟雾区覆盖范围与边界层高度关系十分紧密,适当强度的湍流混合作用有助于平流雾在地面的生成与发展;但是过强的湍流混合作用会导致大雾过早的消散。     

Evaluation of the Global and Regional Assimilation and Prediction System for Predicting Sea Fog over the South China Sea

In the South China Sea, sea fog brings severe disasters every year, but forecasters have yet to implement an effective seafog forecast. To address this issue, we test a liquid-water-content-only(LWC-only) operational sea-fog prediction method based on a regional mesoscale numerical model with a horizontal resolution of about 3 km, the Global and Regional Assimilation and Prediction System(GRAPES), hereafter GRAPES-3 km. GRAPES-3 km models the LWC over the sea, from which we infer the visibility that is then used to identify fog. We test the GRAPES-3 km here against measurements in 2016 and 2017 from coastal-station observations, as well as from buoy data, data from the Integrated Observation Platform for Marine Meteorology, and retrieved fog and cloud patterns from Himawari-8 satellite data. For two cases that we examine in detail, the forecast region of sea fog overlaps well with the multi-observational data within 72 h. Considering forecasting for0–24 h, GRAPES-3 km has a 2-year-average equitable threat score(ETS) of 0.20 and a Heidke skill score(HSS) of 0.335,which is about 5.6%(ETS) and 6.4%(HSS) better than our previous method(GRAPES-MOS). Moreover, the stations near the particularly foggy region around the Leizhou Peninsula have relatively high forecast scores compared to other sea areas.Overall, the results show that GRAPES-3 km can roughly predict the formation, evolution, and dissipation of sea fog on the southern China coast.     

Characteristics of the Boundary Layer Structure of Sea Fog on the Coast of Southern China

Using boundary layer data with regard to sea fog observed at the Science Experiment Base for Marine Meteorology at Bohe,Guangdong Province,the structure of the atmospheric boundary layer and the characteristics of the tops of the fog and the clouds were analyzed.In addition,the effects of advection,radiation,and turbulence during sea fog were also investigated.According to the stability definition of saturated,wet air,the gradient of the potential pseudo-equivalent temperature equal to zero was defined as the thermal turbulence interface.There is evidence to suggest that two layers of turbulence exist in sea fog.Thermal turbulence produced by long-wave radiation is prevalent above the thermal turbulence interface,whereas mechanical turbulence aroused by wind shear is predominant below the interface.The height of the thermal turbulence interface was observed between 180 m and 380 m.Three important factors are closely related to the development of the top of the sea fog:(1) the horizontal advection of the water vapor,(2) the long-wave radiation of the fog top,and(3) the movement of the vertical turbulence.Formation,development,and dissipation are the three possible phases of the evolution of the boundary-layer structure during the sea fog season.In addition,the thermal turbulence interface is the most significant turbulence interface during the formation and development periods;it is maintained after sea fog rises into the stratus layer.     

沈阳地区大雾天气的UPS订正预报方法

选用2005-2009年沈阳地区5个气象站点的气象资料,总结了沈阳地区雾天的时空分布规律.沈阳地区一年中近一半的时间出现轻雾,大雾年平均16.4天;轻雾和大雾的季节分布都呈夏、秋季多,春季少的态势;大雾多发时段在清晨.在数值预报的基础上,利用UPS预报方法,进一步做出大雾天气订正预报,建立沈阳地区大雾天气UPS订正预报方法.当数值预报有大雾时,如T-Txover（最高气温出现时段温度露点差）≤5℃则可预报有大雾,当-4℃＜T-Txover≤5℃时可预报未来会出现能见度小于等于500 m的浓雾;如T-Txover≤-4℃则预报未来会出现能见度小于等于200m的强浓雾.如T-Txover＞5℃则有暖湿平流时预报有大雾,无暖湿平流时预报不会出现大雾.     

A Numerical Study of Sea-Fog Formation over Cold Sea Surface Using a One-Dimensional Turbulence Model Coupled with the Weather Research and Forecasting Model

The formation mechanism of a cold sea-fog case observed over the Yellow Sea near the western coastal area of the Korean Peninsula is investigated using numerical simulation with a one-dimensional turbulence model coupled with a three-dimensional regional model. The simulation was carried out using both Eulerian and Lagrangian approaches; both approaches produced sea fog in a manner consistent with observation. For the selected cold sea-fog case, the model results suggested the following: as warm and moist air flows over a cold sea surface, the lower part of the air column is modified by the turbulent exchange of heat and moisture and the diurnal variation in radiation. The modified boundary-layer structure represents a typical stable thermally internal boundary layer. Within the stable thermally internal boundary layer, the air temperature is decreased by radiative cooling and turbulent heat exchange but the moisture loss due to the downward vapour flux in the lowest part of the air column is compensated by moisture advection and therefore the dewpoint temperature does not decrease as rapidly as does the air temperature. Eventually water vapour saturation is achieved and the cold sea fog forms in the thermal internal boundary layer.     

南海西北部一次海上海雾的微物理及化学特性分析

利用2017年3月MICAPS资料、欧洲气象中心再分析ERA-Interim数据及在南海西北部海上的海雾观测数据,分析了南海西北部一次海上海雾的微物理特征和雾水化学特性,并将海上海雾与南海岸边海雾进行对比分析。结果表明:此次海雾为南海偏南暖气流移至冷海面发生冷却并达到饱和而形成。海雾过程中气压与气温变化趋势相反,相对湿度不断增加,雾滴数浓度、液态含水量和平均直径的平均值分别为198 cm-3、0.116 g/cm3和5.6 μm。相比广东湛江东海岛和广东茂名博贺地区岸边海雾个例,本次海上海雾水汽充足,雾滴偏大。本次海雾属于酸性海雾,pH值变化范围为2.51~3.50,海雾后的雨水样本pH值则为4.05。海雾发生初期电导率比其它阶段高很多,说明海雾发生的初始阶段雾水溶解了大量的气溶胶。海上雾水中Na+和Cl-浓度最高,浓度分别为32 535 μmol/L和53 466 μmol/L,K+浓度远高于Mg2+和Ca2+,而东海岛岸边海雾相反。