海雾的数值模拟试验

采用二维数值模式,对海雾进行了数值模拟,通过不同海洋气象条件下进行的数值试验,初步揭示了海雾的生成与时空变化规律,并对其生成机制进行了初步探讨.     

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"。     

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。     

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...     

我国东部沿海一次局地海雾抬升成云过程分析

利用洪家站L波段雷达探空资料、高分辨率海气耦合模式再分析资料、静止气象卫星云图和地面观测资料,分析了一次黄东海海雾抬升为低云,使海雾消散的过程。发现近海面偏南风速突然增强,海洋大气边界层(MABL)中机械剪切加强,湍流混合层向上发展,是导致海雾抬升转化为低云的主要原因。近海面风速突然增加与高空急流北抬、平均层槽脊振幅加大、槽前正涡度平流输入诱使地面低压系统发展、地面气压梯度力增大有关。近海面气温升高对海雾消散也有作用,气温升高的原因是暖平流、绝热下沉和海气界面热通量的综合效应。其中,东海海洋锋(STF)冷区的下沉气流可能对边界层内的绝热下沉增温和低云的形成高度有重要的影响。该研究为海雾消散预报提供了新的思路。     

黄海夏季海雾的边界层结构特征及其与春季海雾的对比

利用海上浮标站、高分辨率数字式探空仪等多种观测手段和三维中尺度模式,对2008年7月7~11日1次夏季黄海海雾过程的边界层结构特征进行了观测分析与数值模拟,并将结果与春季的黄海海雾个例进行对比。结果表明:(1)夏季海洋大气边界层(MABL)中无强逆温层,静力稳定度较春季下降,有利于湍流的发展。加之水汽量较大,容易形成比较厚的雾(500 m);春季低空有明显逆温层,水汽供应量较少,但强稳定的层结可以使水汽局限于比较低的空中,形成比较薄的雾层(200 m)。(2)在夏季风控制下,青岛近海海洋大气边界层(MABL)中高、低层气块均来自海洋上空,温湿属性差异不大,使得温度垂直差异较小;春季MABL中高、低层气块分别来自陆地和海洋,来自陆地的暖、干气流和海洋的冷却效应导致强逆温层和雾区上方干层的出现。(3)夏季海雾的含水量大,水汽在凝结成雾的过程中放出更多的凝结潜热,雾中的海表面气温(SAT)明显高于海表面水温(SST);春季雾顶强烈的长波辐射冷却和湍流混合使雾中气温明显下降,雾中SAT与SST更加接近,甚至出现SAT小于SST。以上结果有助于对海雾形成机制的认识。     

WRF-POM耦合模式对一次海雾过程的模拟试验

采用中尺度大气模式WRF和区域海洋模式POM构造了一个中尺度海气耦合模式。以2008年7月7—11日一次大范围黄海海雾过程为研究对象,将该耦合模式和单独的WRF模式进行对比试验。模拟结果显示:与单独使用WRF模式相比,耦合模式能有效改进海雾的模拟结果,特别是对于海雾发展与演变的模拟更接近于实况,这种改进效应主要源自于耦合模式中对于SST的描述更为精细。     

斜压海洋动力学的一种三维数值模式 Ⅰ.动力学方程数值格式

依据自由海面海洋动力学原始方程建立了一种三维有限差分数值模式,可用于潮波、风暴潮和海流的数值模拟和预报。运动方程和连续方程的数值格式采用内、外模态分离的技术。外模态采用交替方向隐格式,用于计算海面高度和垂直平均流速,时间步长不受Ｃｏｕｒａｎｔ－Ｆｒｉｄｅｒｉｃｈｓ－Ｌｅｗｙ条件限制;内模态采用半隐格式,用于计算海流的垂直２颁布,其时间步长可大于外模态时间步长。模式的计算程度比一般显式模式可快１０倍     

东海近海海雾日变化特征及生成的水文气象条件分析

统计分析了东海沿海5个海洋站点的水文气象历史数据,对该区域雾生的日变化特征及海雾维持的气象条件包括气-水温差、风向风速等做出了初步评价.结果显示,除南麂站外各站点上午有雾的情况最多,下午次之,夜间有雾的情况偏少.出雾时气-水温差的阈值大于平流雾形成所要求的气-水温差范围,说明东海沿岸也受非平流雾的影响.另外,多岛区域与开阔水域相比,近岸岛与远离大陆的岛屿相比,雾的日变化规律有着较为明显的差别.     

海洋数值模式结果可视化集成处理系统研制

随着海洋预警技术及计算能力的快速发展,海洋数值模式预报体系日趋完善。如何快速获取丰富、直观的海洋数值模式可视化产品是当前的研究热点。本文分析、提炼多源海洋数值模式结果(以Net CDF文件格式存储)的控制参数,利用虚拟化平行计算技术,采用核心服务器+数据处理服务器架构,实现海洋数值模式结果可视化集成处理系统研制。该系统能兼容多类模式结果处理,不仅提高了海洋数值模式结果可视化处理速率,也大大提升了服务器硬件资源的使用率。     

渤海主要分潮的模拟及地形演变对潮波影响的数值研究

基于FVCOM数值模式,利用1972年和2002年水深岸线数据,分别对渤海主要潮波系统进行模拟,研究了水深岸线变化对渤海主要分潮的影响。结果表明渤海地形演变会引起各分潮无潮点位置移动和振幅的改变,其中M2、S2分潮黄河口附近无潮点位置向东北方向迁移20km以上,且渤海湾湾顶振幅减弱,莱州湾内振幅增强;K1、O1分潮位于渤海海峡附近的无潮点亦向东北方向偏移,移动距离为10km左右,且渤海湾湾顶振幅明显减弱。在此基础上,本文通过敏感性数值实验,对导致黄河口外M2分潮无潮点位置移动的主要因素进行了初步分析。结果显示,在岸线不变的情况下,水深变化导致无潮点向东北方向迁移;而岸线变化导致无潮点向东南方向迁移。     

大亚湾大气降尘中污染物入海量的研究

首次研究了大亚湾大气降尘及其降尘中８种污染物质的入海量。结果表明，大亚湾海区大气降尘入海量为４４６４ｔ·ａ－１，降尘中污染物质入海量为８４．５６ｔ·ａ－１。降尘量的大小与陆域距离远近有关，并具有季节性变化。大气降尘中污染物质含量的多寡与陆地周围工矿企业污染源有密切关系。研究表明，大亚湾海区降尘量较少，大气中污染物质含量低，大气污染物的降落对该海区水体环境影响不大。     

渤海氮磷营养盐和叶绿素浓度时空分布数值模拟与富营养化评估

当前渤海富营养化风险仍居高不下,严重制约了环渤海社会经济可持续发展。开展近海富营养化评估与趋势分析是国家生态安全保障的需求, 其难点在于富营养化评价要素长期演变进程高质量数据的获取。基于HAMSOM海洋生态模型, 通过修正溶解有机氮(dissolved organic nitrogen, DON)的难/易降解组分降解动力学形式, 构建了适用于富营养化评估与趋势分析的渤海三维水动力/生物地球化学耦合模型。利用2019年渤海春、夏、秋、冬四个季节DON、溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)、溶解无机磷(dissolved inorganicphosphorus, DIP)和叶绿素a(chlorophyll a, chl a)调查结果, 对模型进行了校正, 并利用1980年至2020年的长期调查结果进行了验证, 模拟结果与调查结果相比较, 在数值大小和变化趋势上均吻合较好, 相对标准偏差、相似性系数和Kappa系数分别为24%、0.77和0.60。利用模型模拟计算的DIN、DIP、DON和chl a长期演变进程数据, 计算了营养状态质量指数(nutritional quality index, NQI)。结果表明, 当前渤海富营养化状态整体上处于贫营养状态, 但在渤海湾、辽东湾和莱州湾湾底近岸海域处于富营养状态, 季节上5~10月份处于中等富营养化状态, 从长期变化趋势看, 渤海整体上富营养化状态趋于改善。与复合富营养化指数(compound eutrophication index, CEI)对比表明, 渤海富营养化评估按NQI计算结果与按CEI计算结果相当吻合, 相似性系数为0.83。文章建立的渤海富营养化评估方法具有较高可靠性, 可用于渤海富营养化评估。     

渤海潮汐对冰作用的数值模拟

为研究渤海潮对海冰运动的作用,将渤海海冰模式与Ｂｌｕｍｂｅｒｇ的ＥＣＯＭ－ｓｉ模式通过动力作用联结,构成一种海冰一海洋动力耦合模式。应用上述耦合模式对渤海冬季潮流对冰的动力作用进行模拟研究,得出了渤海海冰运动的一些显著特征。     

2002～2003渤海海冰数值预报

海冰数值预报是海冰业务预报的主要方法之一。国家海洋环境预报中心建立了业务化的渤海海冰数值预报系统，并进行了多年的业务化运行。随着我国卫星遥感事业和数值天气预报技术的发展，海冰预报系统也在不断发展中。本文介绍了2002～2003冬季应用HY—1卫星海冰遥感和T213数值天气预报模式产品对该海冰数值预报系统的改进，对2002～2003冬季海冰数值预报的结果进行了分析和比较。     

臭氧处理海水在太平洋牡蛎育苗上的应用研究

本文主要研究了用臭氧处理海水在经过连续充气暴气12h、24h、不经充气暴气的处理水及没经臭氧处理的正常海水，进行太平洋牡蛎受精卵的孵化和幼虫培育实验，结果表明：受精卵在经过24h暴气的处理，水瞬化率最高为94％，其次为没经过处理的正常海水为81％，暴气12h为19％，没经过暴气为0；幼虫培养在没经过处理的正常海水中生长最快，成活率为85％，其次为经24h暴气的处理水，成活率为80％，暴气12h为23％，没经过暴气为0，从而为臭氧处理海水在贝类育苗上的应用提供一定的指导。     

渤海海冰漂移数值研究

本文利用海冰－海洋动力耦合模式对渤海典型天气形势下海冰动力过程作了数值模拟，海冰模式建立在动量和质量守恒基础上，忽略了海冰变化的热力过程。海冰厚度被划分为三类：堆积冰、平整冰和开阔冰，冰的形变由一个厚度的重新分布约束条件确定。海洋模式是一个二维风暴潮模式．同时考虑了潮汐的作用。风场资料来自于沿岸气象观测站每日四次的风观测，计算网格是十分之一经纬度。主要的分析和模拟是在大气和海洋共同作用下海冰的漂流特点。观测结果比较表明，数值模拟结果基本上反映了该海域流冰的漂移性质，同时也可为短期冰情预报提供有益的参考。     

实验室造波条件对内孤立波发展影响的直接数值模拟

内孤立波具有振幅尺度大、能量集中的特点,其引起流场和密度场的迅速变化可能对海洋工程结构物以及水下潜体造成严重威胁。因此研究不同造波条件下生成的内孤立波运动的流场特征具有重要的学术意义和实际应用价值。采用直接数值模拟方法和给定的初始密度场密度跃迁函数,对重力塌陷激发内孤立波的运动过程进行研究,探讨了不同造波条件下,激发产生的内孤立波波型、涡度、振幅和水平速度等流场特征。结果表明:(1)直接模拟数值方法能够模拟内孤立波传播过程中的密度界面波型反转现象;(2)从定性和定量的角度,证实了不稳定内孤立波传播过程中存在能量的向后传递;(3)对于相同的台阶深度(水闸两侧初始密度界面的高度差),初始涡流保持相同,但是随着上下层水深比的减小,其强度下降显著;(4)台阶深度对初始涡流的垂直结构的影响要大于上下层水深比,且台阶深度对内孤立波的振幅、水平速度的影响显著。     

由数字化气压场计算海面风场

根据数字化仪给出的天气图等压线与经线或纬线交点的数组(Φ,λ,P),采用Kriging网格化方法得出计算区域中1°×1°经纬度网格上的气压值。然后根据地转风与气压梯度间的关系,并经地理纬度和高度等订正。算出1°×1°网格点上海面10m高的风速。经与东沙气象站的实测风速比较,两者符合良好。     

南海东北部及台湾海峡环流机制的数值研究

利用1个正压的数值模式研究风应力、黑潮对南海东北部及台湾海峡环流的影响，结果为：（1）以风应力为驱动机制时其流态特别是在台湾海峡的流动具有季节性，但未反映南海黑潮分支的存在；在冬季也未见有南海暖流出现，但在东沙群岛附近海域终年存在着1个气旋涡；（2）以黑潮为驱动机制时，黑潮通过巴士海峡侵入南海海域，并导致东沙群岛附近气旋性涡旋的形成。另外，模式体现黑潮南海分支、南海暖流及台湾暖流的存在，并表明广东沿岸大陆架坡折区底形效应的重要性；（3）以风应力及黑潮入流作为联合驱动机制时，模式的结果似为第1，2种情形结果的叠加。