渤海湾地区一次碰撞型海风锋天气过程的数值模拟分析

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式对渤海湾地区2009年9月26日一次碰撞型海风锋天气过程进行了数值模拟分析,模拟结果较好地重现了这次天气过程以及海风锋的结构和特征。结果显示,海风锋锋后是较为深厚的对流不稳定能量和水汽高值区,锋后水汽高值区的形成源于海风的堆积和往高空输送,而锋后对流不稳定能量的产生归因于抬升凝结高度和自由对流高度的降低以及平衡高度的升高,这些高度变化则源于冷湿海风给低层大气带来的降温和增湿,其中给低层大气带来的增湿是主要影响因子。对流系统与海风锋相向碰撞时,对流系统容易进入海风锋锋后触发强对流不稳定能量形成强对流运动,同时弱对流抑制为对流运动的触发提供了有利的条件,强对流运动把海风锋锋后充沛的水汽往上输送,从而造成强降水天气。另外,对流系统与海风锋碰撞后沿着海风锋锋后移动可能更有利于对流运动的发展和维持。     

珠江三角洲地区由海风锋触发形成的强对流天气过程分析

使用自动气象站、雷达回波、卫星云图、常规天气图、探空和风廓线仪等有关观测资料, 普查了1998年7月上旬珠江三角洲地区8次由海风锋触发形成的强对流天气过程, 并对其中7月3日过程进行了综合分析, 归纳出该类强对流天气过程的一些活动特征和规律。     

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。     

渤海湾海风锋与阵风锋碰撞形成雷暴天气的诊断特征

对2007年8月13日天津多普勒天气雷达(CIN RAD WSR/98D)探测的雷暴天气个例进行分析,结果表明:此次雷暴天气是由渤海湾海风锋与阵风锋碰撞形成的;碰撞后,在海风锋前端、阵风锋前部有新的雷暴单体形成;阵风锋后部的对流回波主体加强,对流回波主体由椭圆状加强为典型的弓状。应用天津36个自动气象站的地面六要素资料和北京850 hPa以上探空资料,组成新的诊断资料,对该个例进行诊断分析,结果表明:雷达探测的海风锋前端具有较强的低层垂直风切变梯度和露点温度梯度大值区,海风锋前沿与0～3 km垂直风切变梯度密集区相对应,且与露点温度梯度变化较快的区域基本吻合;海风锋与阵风锋相互碰撞时,0～3 km垂直风切变在2 h内变化较快,且有明显的增加趋势,CAPE(convective available potential energy,对流有效位能)值在雷暴形成前有较明显增加;随着雷暴天气结束,上述特征随之消失。     

一次由海风锋触发的强对流天气分析

1986年8月2日午后天津市出现了一次由海风锋触发引起的强雹暴天气。本文分析了这次雹暴天气过程出现前的环流背景,指出海风锋对这次强对流天气的触发作用,并讨论了这次雹暴天气的中尺度特征及近地面风场的变化。     

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。     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

海州湾的海风锋对强对流天气作用的数值试验

多年的天气实践指出:苏北地区的冰雹等强对流天气,通常发生在海州湾沿岸温度梯度较大的暖陆一侧。本文应用一个二维动力学模式对海陆温差引起的环流进行了模拟,结果表明:强对流天气能够在海风锋环流的上升支气流中得到进一步发展。     

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。     

2013年宁波地区一次海风锋对雷暴过程影响分析及数值模拟

利用浙江省常规气象站观测资料、地面自动站加密资料、新一代多普勒天气雷达资料、NCEP GFS分析资料以及WRF中尺度模式,对2013年7月29日发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了诊断分析和数值模拟。通过对天气环流和数值模拟结果的分析发现：本次强雷暴过程发生在较稳定的大气背景下,主要影响系统是中尺度辐合线海风锋;多普勒雷达出现弱窄带回波时,对应中尺度辐合线海风锋;海风锋向内陆推进时,对应站点温度降低、湿度增大。WRF模式能较好地模拟出此次雷暴过程以及宁波地区低层海风锋环流,高空回流随时间和空间的演变特征;海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;通过与敏感试验的对比可知,海陆热力差异是影响雷暴降水强度、海风锋水平垂直环流的重要因素。     

The Influence of the City of Athens on the Evolution of the Sea-Breeze Front

In the present study, we examine the dynamics of a sea-breeze front and the urban heat island interacting with the heavily urbanized city of Athens. For this reason, simulations were performed with a modified version of the PSU/NCAR Mesoscale Model (MM5), whereby urban features are considered, and the model results were compared with surface routine meteorological data. An unrealistic run was also performed, where the city of Athens was replaced by dry cropland and pasture surface, as in the surrounding area. A delay in the sea-breeze front was found during daytime, together with frictional retardation concerning its penetration, as well as inland displacement of the heat island as the air moved over the city of Athens. During nighttime, the wind speed increased over the lower atmosphere in the city centre due to the enhanced urban heat island.     

渤海湾海域春季水污染的遥感分析

利用NOAA极轨气象卫星1998—2007年资料,通过对水色通道的提取处理、影像分析,对渤海湾海域10年来春季的水色状况进行了初步分析。研究结果表明:渤海湾水域从1999年开始出现大范围污染,其中,2002年最为严重,2003、2004年有所好转,2005、2006年污染范围较广,2007年污染状况有较大改观。然而,2000年以来黄河口水域的水色混浊状况依旧未得到明显改善。     

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。     

城市下垫面对渤海湾海风锋特征影响的一次数值试验

海风锋与沿海强对流天气密切相关,而城市化发展对沿海地区下垫面的改变会对海风锋特征产生影响。鉴于此,本文利用耦合了新一代城市物理方案UCP-BEM(Urban Canopy Parameterization-Building Energy Model)的WRF(Weather Research and Forecasting)模式开展数值试验分析了城市下垫面对渤海湾海风锋特征的影响。结果显示:城市下垫面高粗糙度对低层海风风速的明显削弱造成海风锋往内陆推进距离稍减,低层辐合和上升运动减弱;城市下垫面较大的向上感热通量和较小的向上水汽通量以及高粗糙度对海风的削弱的共同作用造成冷湿海风对低层大气的降温和增湿幅度减弱;高粗糙度的城市下垫面对海风环流的摩擦力效应使得海风得到抬升,这导致了冷湿海风对低层大气的降温和增湿的垂直范围得到提升;受这些结果影响,海风锋背后低层有效位能减小,但垂直分布范围扩大,从而造成对流抑制高值区抬升,同时海风锋背后的静力不稳定区变厚,其上面的动力不稳定区则变薄,但不稳定区总厚度基本不变。     

渤海湾北部沿岸大雾天气特征

对近30年渤海湾北部葫芦岛站出现大雾天气时的气压场进行模糊聚类分析,采用4个客观指标确定了最优分类数,并对各聚类的气压场分布、各聚类大雾频数逐月变化、大雾发生期间风向风速和能见度日变化进行了研究。结果表明,葫芦岛站点出现大雾时气压场可分为4类:冷锋前部型、高压前部型、高压后部型、鞍型场型,冷锋前部型主要发生在春季和夏季,高压前部型和鞍型场型主要发生在冬季和春季,高压后部型全年均可发生,4类中只有鞍型场类年频数趋势系数通过了95%信度检验。在低压冷锋锋面前部型和高压后部型中风速以西南风为主,而高压前部型中受海陆风效应影响,北风风向百分比多于西南风向,鞍型场中西南风百分比多于北风风向。     

Observational and Numerical Study on the Influence of Large-Scale Flow Direction and Coastline Shape on Sea-Breeze Evolution

In this study radar, surface observations and numericalsimulations are used to examine the inland penetrationand intensity of the sea breeze during various large-scaleflow regimes along the curved coastline of the Carolinas,U.S.A. The results clearly indicate that the flow directionrelative to the curved coastline has a significant effecton the sea-breeze evolution.Overall, during northerly flow regimes alongthe curved North Carolina coast, observationsand numerical simulations show that the sea-breezefront has a tendency to remain close to the south-facingcoast. During these same flow regimes the frontmoves further inland relative to the east-facingcoast. The sea-breeze front during westerly flowcases progressed further inland relative to the southcoast and less so from the east-facing coastline.South-westerly flow allows the sea breeze to moveinland from both coastlines but the coastal shapeinfluence makes the inland penetration less fromthe easterly facing beaches. During periods of lightonshore flow (south-east), the sea breeze movesconsiderable distances inland but is not discernableuntil later in the afternoon. The simulations indicatedthat the sea-breeze intensity is greatest (least) when thelarge-scale flow direction has an offshore (onshore)component. Model results indicate the existence of astrong front well inland in the late afternoon duringlight onshore flow. Also noted was that the simulatedsea-breeze front develops earlier in the afternoon duringoffshore regimes and later in the day as the large-scaleflow becomes more onshore. It is concluded that thecoastline shape and coast-relative flow direction areimportant factors in determining how the sea-breezecirculation evolves spatially.     

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。     

南京地区初夏一次阵风锋过程的分析与识别

阵风锋过程一般伴随中尺度强对流系统发生, 在近地层形成很大的阵风及风切变, 容易造成风灾, 特别是对航空部门有很大的影响。本文对2006年6月29日发生在南京的一次由强中尺度对流系统引发的阵风锋过程进行分析, 通过多普勒天气雷达资料以及地面中尺度观测网观测到的实况, 可以清楚地看出这个阵风锋系统的结构。当阵风锋经过时, 地面测站观测到明显的风向变化、 风速增大、 气压增强、 温度下降, 而后出现强降水等特点, 这些都符合阵风锋的结构特征。利用地面测站实时观测到的气压、 相对湿度、 温度等计算得到折射指数, 它在阵风锋刚经过时迅速增大, 而后随阵风锋外移逐渐减小, 但是因为阵风锋后对流系统的影响, 折射指数还要维持很长时间的高值。从雷达观测的反射率强度上能看到阵风锋位置的回波强度、 高度都比两侧要大, 与后方强对流系统之间的距离有5～10 km。对雷达观测到的径向速度进行反演, 可看到上层的速度大于近地层速度, 并且强速度中心靠前, 在近地层形成向后的气流(回流)。阵风锋在多普勒速度场中表现出明显的线状组合切变, 利用阵风锋的这个特点设计自动识别算法, 能够有效地对阵风锋进行识别, 组合切变也能有效地对阵风锋的发展以及移动作预报。     

渤海海效应暴雪云特征的观测分析

利用静止卫星 (GMS-5, GOES-9, MTSAT) 红外数据与CloudSat卫星云剖面雷达数据、NCEP FNL分析资料与常规观测资料,对2001—2010年发生的12次渤海海效应暴雪过程中云的演变特征、渤海热力作用与暴雪云团垂直结构及相态组成进行了观测分析。发现不同生成源地的暴雪云通常在渤海上快速发展,云中多存在水平范围可达100~300 km的密实条状或块状云团,其下对应主要降雪区域;暴雪云生成源地可分为渤海湾及莱州湾附近、渤海中部、辽东湾附近3种,暴雪云在海上移动主要受850 hPa风场影响;渤海暖海面与其上冷空气间的热量、水汽交换形成的不稳定层结条件,导致暴雪云进一步发展;暴雪云发展旺盛时期高度可达4 km,其冰水含量最大值达600 mg·m-3且主要集中在2 km高度附近,平均值可达303 mg·m-3,冰粒子有效半径最大值约为120 μm,平均值约为91 μm。