Inland and Offshore Propagation Speeds of a Sea Breeze from Simulations and Measurements

The inland and offshore propagation speeds of a sea breeze circulation cell are simulated using a three-dimensional hydrostatic model within a terrain-following coordinate system. The model includes a third-order semi-Lagrangian advection scheme, which compares well in a one-dimensional stand-alone test with the more complex Bott and Smolarkiewicz advection schemes. Two turbulence schemes are available: a local scheme by Louis (1979) and a modified non-local scheme based on Zhang and Anthes (1982). Both compare well with higher-order closure schemes using the Wangara data set for Day 33–34 (Clark et al., 1971).Two-dimensional cross-sections derived from airborne sea breeze measurements (Finkele et al. 1995) constitute the basis for comparison with two-dimensional numerical model results. The offshore sea breeze propagation speed is defined as the speed at which the seaward extent of the sea breeze grows offshore. On a study day, the offshore sea breeze propagation speed, from both measurements and model, is -3.4 m s^-1. The measured inland propagation speed of the sea breeze decreased somewhat during the day. The model results show a fairly uniform inland propagation speed of 1.6 m s^-1 which corresponds to the average measured value. The offshore sea breeze propagation speed is about twice the inland propagation speed for this particular case study, from both the model and measurements.The influence of the offshore geostrophic wind on the sea breeze evolution, offshore extent and inland penetration are investigated. For moderate offshore geostrophic winds (-5.0 m s^-1), the offshore and inland propagation speeds are non-uniform. The offshore extent in moderate geostrophic wind conditions is similar to the offshore extent in light wind conditions (-2.5 m s^-1). The inland extent is greater in light offshore geostrophic winds than in moderate ones. This suggests that the offshore extent of the sea breeze is less sensitive to the offshore geostrophic wind than its inland extent. However, these results hold only if it is possible to define an inland propagation speed. For stronger offshore geostrophic winds (-7.5 m s^-1), the sea breeze is completely offshore and the inland propagation speed is ill-defined.     

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.     

陆/海风电场群对局地湍流和风切变影响差异初步分析

风电场存在着明显的局地气候效应,但陆/海两种不同类型风电场是否存在局地风环境效应的明显差异？以河北尚义陆地风电场和江苏如东海上风电场为例,利用风电场周边气象站及测风塔典型年份观测资料,开展了陆/海风电场对湍流强度（TI）和风切变指数（WSE）的影响差异初步分析研究。研究结果表明：陆/海风电场对TI和WSE会产生显著影响;其中,陆/海风电场对TI均为增强效应,建设后年均TI分别增加31%和37%,最大增幅分别发生在春季（47%）和冬季（49%）;影响差异主要为陆地风电场TI增幅在高层明显大于低层,夜间大于白天,而海上风电场不同高度TI增幅及日变化则较为平稳;陆/海风电场对WSE影响差异显著,陆地风电场建设后WSE白天增加、夜晚降低,日变化明显减小,年均降低8%,最大降幅发生在秋季（12%）;海上风电场建设后WSE白天、夜晚均明显增加,年均增加24%,最大增幅发生在春季（37%）。     

华东沿海ASCAT反演风速的检验和订正

基于2010—2014年ASCAT反演风速、华东沿海14个浮标站和浙江沿海249个自动气象站资料,对华东沿海ASCAT反演风速进行检验和订正。研究表明:站点ASCAT风速误差不仅与离岸距离相关,而且与站点周围地形有关,误差较大的5个浮标站均位于舟山群岛附近海区,平均偏大4.79 m·s-1,其他海区浮标站的ASCAT反演风速平均偏差仅为0.46 m·s-1。ASCAT反演风速与浮标站风速的线性回归可有效减小反演风速误差,订正后误差大幅减小,误差越大的站点订正效果越好。相距160 km内的浮标站点间风速误差呈正相关,且站点间距越小,误差正相关越明显。考虑带影响半径的反距离权重,采用邻站方程订正法和邻站误差订正法分别对华东沿海ASCAT反演风速进行订正,均能明显减小平均偏差和均方根误差,两种方法订正效果接近,即两种方法均有较好的订正效果,可用于实际业务。     

Breeze circulation in the Black Sea region

The modeling of atmospheric circulation in the Black Sea region using the WRF-ARW model for 30 summer days is considered to single out the contribution of the breeze component of wind speed. Assuming the quasiperiodic nature of breeze, the speed of daytime and nighttime breeze is computed for the whole region and for five separate areas on the coast. Specific features of the formation of daytime and nighttime breeze in these areas are distinguished. It is revealed that the presence of coastal mountains and the complex coastline determine the typical features of breeze development.     

海陆风环流的计算方法

给出海陆风环流的计算方法,得到了计算方程,该方程为一个复偏微分方程,可用松弛迭代法数值求解。利用该方程,对珠江口及香港地区的海陆风环流作了高分辨率的计算,结果表明用该方法计算得到的海陆风环流是可信的,其与实际观测及Mass模式的计算结果十分吻合。     

北海海陆风环流特征分析

利用北海气象观测站测风资料,分析北海海陆风环流的日变化及其季节变化特征,分析结果表明：陆风出现时间为半夜前后开始,５～７ｈ达最强盛期,中午前后结束;海风出现时间为中午前后开始,１６～１８ｈ达最强盛期,半夜前后结束。     

北部湾海风锋暴雨气候特征分析

利用常规观测数据、地面自动气象资料及欧洲数值模式格点数据,对1990～2007年广西暖区暴雨过程的时空分布特征、主要影响系统进行统计分析,并重点就由于中-β尺度对流系统海风锋系统所引发的暖区暴雨天气过程个例进行了综合分析,首次指出海风锋系统作为一个中尺度系统,是触发北部湾暖区暴雨的一个重要中-β尺度系统,并归纳出北部湾海风锋暴雨海风锋系统环流配置的主要特征,得到概念模型。     

湖陆风效应为主导的地面弱风预报方法

对博斯腾湖东南陆地风场数据进行计算,结合湖陆风效应初步建立夏半年各月风场日变化模型,得出风场日变化的4个典型时段。结果表明,区域测站一致性系数和风场有较好的对应关系,一致性系数小于50说明风向不稳定且风速较小,一致性系数大于80说明风向趋于稳定且风速一般较大,弱风时段主要出现在日出日落前后,且具有2h左右的持续时间。该方法为该地区弱风时段预报提供了思路,在稳定的高压脊形势下效果尤为明显。     

渤海湾海风锋与雷暴天气

利用天津新一代天气雷达探测到的2008年6～9月共56次渤海湾海风锋天气过程资料、 255 m高的气象铁塔资料及相应的自动气象站资料, 统计分析了渤海湾海风锋的气候特征, 包括渤海湾海风锋出现的时间、 频率和海风锋触发形成雷暴天气的演变特征。结果表明, 2008年6～9月雷达共观测到渤海湾海风锋56次; 每日海风锋的形成时间有所不同, 最早形成时间是09：30（北京时, 下同）, 最晚在16：00; 维持时间也各有长短, 最长维持时间为6.5 h, 最短的仅1 h; 伸展到内陆的一般距离为70～80 km, 最远距离达120 km, 高度一般为1.5 km, 最高为2.0 km。同时, 结合2002-2007年典型的海风锋天气个例分析表明, 单一海风锋由于水平范围小, 垂直厚度最高为2 km, 一般不能形成雷暴天气。但是, 当它与西边很弱的冷锋形成一定角度（30°～90°）碰撞时, 在碰撞的交叉处能够形成雷暴天气; 当海风锋与其它系统呈追赶碰撞时, 一般不能形成雷暴天气; 当海风锋与其它系统平行碰撞时, 有时雷暴加强, 有时雷暴减弱。     

一次海风锋触发的强对流天气分析

利用自动气象站、多普勒天气雷达等各种观测资料,分析了2009年6月5日江苏出现的罕见大范围强对流天气,同时利用WRFV3模式对这次海风锋的发生、发展过程进行了模拟。结果表明,由于地面加热不均和海陆温湿差异导致的变形场锋生所形成的海风锋,是造成这次强对流天气过程的主要中尺度激发和强化系统。对流云团进入锋区后在切变线的辐合作用下发展,并随平均风向向前传播。海风锋在雷暴高压下沉出流的推动下,移动路径偏离主回波,在移动过程中其后部不仅激发出对流单体,还组织新的MCS发展。海风锋起到了加强和触发强对流天气的作用,对流单体进入海风锋后发展剧烈,垂直速度和低层辐合明显加大。另外,在有利的温湿条件下,雷暴高压的出流能加强海风锋的上升气流。     

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。     

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。     

渤海湾海风锋雷达回波特征分析

应用天津新一代天气雷达和相应的自动气象站资料,统计分析雷达监测到的4次渤海湾海风锋的特点,并研究渤海湾海风锋与强对流天气形成、发展和消散过程演变特征。结果表明:渤海湾海风锋在低仰角(O．5°或1．5°)基本反射率产品中表现为平行于渤海湾的窄带弱回波,强度一般仅维持在15～25dBz,长度约为100～300km,宽度随着季节、天气背景场的变化而变化;并且移动速度非常缓慢,基本维持在10～15km·h~(-1)。低仰角(O．5°或1．5°)的基本速度产品上,海风锋几乎呈准静止的零速度窄带回波。当海风锋与弱冷锋相遇时,相遇交叉处能够产生强对流天气;而单一海风锋不能产生强对流天气,仅能改变气温和风向等气象要素特征。     

海风锋在渤海西岸局地暴雨过程中的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒雷达观测资料及中尺度TJ-WRF模式输出资料,对2009年7月6日天津宁河地区出现的暴雨天气过程进行了分析,重点分析了渤海湾海风锋对沿岸局地暴雨的触发机理。结果表明：此次局地暴雨过程是在有利天气背景条件下发生的,暴雨发生地存在局地层结不稳定和较好的水汽条件。海风锋本身有一辐合抬升区,区域内有弱对流存在;当海风锋移到局地存在层结不稳定且水汽充足的区域,其抬升区的辐合上升运动迅速加强,从而触发该地区雷暴的新生发展;海风锋与迎面移来的雷暴相遇,会对雷暴的加速发展起到加强作用。利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,两条辐合线相交处易激发出强雷暴,雷暴出现在近地层大气暖干区的北端、湿空气的交汇处;海风锋对雷暴的新生发展有明显的触发抬升作用。     

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。     

海风锋导致雷暴生成和加强规律研究

应用雷达和地面自动气象站资料结合订正的天津探空资料,分三种类型统计分析了2004—2009年雷达监测到的50次由渤海湾海风锋导致雷暴生成和加强的规律及对应的天气背景;应用VDRAS系统资料分析了第三种类型（在不稳定环境下,沿海风锋直接触发雷暴）的热力、动力结构特征。结果表明:（1）强对流不稳定环境下,沿海风锋可以直接触发雷暴并沿海风锋移动的同时发展加强;（2）不同的类型在雷暴生成的位置、发展加强的速度、强度等方面都有明显的不同;（3）Ⅰ型对应背景场的动力条件更为有利,强对流天气更为剧烈,Ⅲ型对应背景场的热力、动力条件和水汽条件更为有利,对流抑制指数（CIN）小;（4）海风锋使得低层形成中尺度辐合线,沿海风锋垂直上升速度从地面一直延伸至3 km高度,强中心出现在1.5～3.0 km高度,最大风速达1.9 m·s^-1。     

Numerical Simulation of a Sea Breeze Under Dominant Synoptic Conditions at Perth

Summary  The development and movement of sea breezes under the influence of a thermally induced synoptic coastal trough and coastal terrain are simulated. These simulations are analyzed in the context of an extensive observational data set. The synoptic trough acts to determine the presence and intensity of the sea breeze through the advection of warm air in the surface layer whereas local topography acts to enhance the breeze and turn the low-level flow. Interaction between the sea breeze circulation and the trough assists trough movement across the coastline. Received June 16, 1999/Revised November 3, 1999     

2008年北部湾一次海风锋降水过程分析

利用地面自动气象站观测数据、多普勒雷达探空数据、FY卫星云图反演数据,对2008年6月5日发生在北部湾海域的一次海风锋触发形成的强对流天气进行了综合分析,归纳出本次北部湾海风锋系统活动的特征。结果表明,本次海风锋为一个中-β尺度对流系统,主要受偏南海风、偏北陆风和出海高压后部东风波动的共同影响而形成,锋面呈现东西两端,其中东段深入内陆约150km。