不同边界层高度诊断方法对海洋大气边界层高度诊断的适用性研究

利用南海北部2019年6-7月的船载GPS秒级探空数据,对比研究了5种不同的边界层高度诊断算法在计算海洋大气边界层高度方面的适用性,并利用该数据分析了南海北部海气边界层高度的日变化特征.结果 表明:相对湿度梯度法和比湿梯度法诊断的边界层高度普遍偏高,且存在较大的不确定性,气块法、位温梯度法和理查森数法诊断的边界层高度较...     

黄东海大气边界层高度时空变化特征

根据2006-2007年大连、青岛和台州逐日高分辨率L波段二次测风雷达探空资料、地面观测资料以及再分析资料,采用干绝热法和位温梯度法分别计算了各个台站的边界层高度,继而分析了黄东海边界层高度多时间尺度变化规律和空间演变特征.结果表明:(1)用清晨探空资料计算每日边界层高度,干绝热法比位温梯度法更为合理可靠;(2)沿海台站边界层高度有显著季节变化,夏季最低,秋季最高,这有别于陆地边界层普遍存在的夏季高、秋冬季节低的季节变化;(3)通过小波分析,发现边界层高度有显著的2～4 d天气尺度振荡和10～20 d准双周振荡;(4)黄东海上空海洋大气边界层在时间尺度上同样存在着明显的春夏季节低、秋冬季节高的季节变化特征,大部分海区空间上呈现西北低、东南高的分布形态.     

黄东海大气边界层高度季节变化特征及其成因

利用CFSR再分析资料,采用EOF的分析方法统计分析了黄东海边界层高度的季节变化特征,探讨了2个模态的分布型以及与之相联系的下垫面热通量和垂直环流,统计了ICOADS资料中近30a逐月低云发生频率和海雾发生频率,揭示了其与边界层高度分布特征的一致性。结果表明:盛行风的平流作用与下垫面特征相结合造成的低空稳定性的变化是黄东海边界层高度时间上夏季低、冬季高,空间上呈现东高西低、南高北低的重要因素。EOF分析中第一模态表现为整个黄东海区域具有一致性,主要是大尺度环流的影响;第二模态为春秋相反的2个分布型,与海洋锋、冷舌以及暖水团的季节变化有着密切关系。黄东海大气边界层高度的最大值出现时间以及其大小在空间上较为一致,而最小值以黄东海海洋锋为界,向北逐渐减小,以南差异性不大,出现时间上有较大的差异。,这主要由黄东海冷舌、暖水团以及海洋锋的季节变化所引起对边界层经向分布影响较大所引起的。春夏季节,南部(西部)低云发生频率高于北部(东部),海雾发生频率低于北部(东部);海雾高频区对应较低边界层高度,而低云高频区对应相对较高边界层高度。     

论海洋大气对流边界层廓线的相似律预告

在局地相似性原理的基础上,求得了海洋大气对流边界层中风、温、湿廓线的预告方程,其理论结果与热带海洋全球大气试验计划(TOGA)于1986年11月至1987年2月进行的中美海气考察以及中澳1987,年季风考察(AMEX)资料相比基本一致。     

青岛地区海雾分布及大气边界层条件分析

青岛地区海雾多发,观测表明海雾对沿海地区影响范围不尽相同,特别是海雾影响内陆的机理尚缺乏研究。本文利用观测资料及数值模式统计了青岛地区4月-7月海雾分布特征,并对不同影响范围海雾典型个例进行对比分析,结果表明:海雾发生日数自沿海向内陆递减。胶州湾沿岸雾日数比黄海沿岸明显减少,胶州湾东北部的雾日数要少于胶州湾西北部。海雾多发生于高空形势稳定,低层偏南流场的天气条件下。大气边界层内逆温层的的范围大致影响着海雾的分布。只影响沿海的海雾,地面为偏南风,风速在3~8 m/s之间,内陆风力减弱不明显。500 m以下大气边界层内风速切变大。湍流作用使海雾向内陆推进过程中倾斜抬升为低云,地面雾区减弱。能够影响内陆地区的海雾,多出现在地面风力较弱的情况之下,大部分在1~3 m/s之间。500 m以下大气边界层内风速切变小,大气边界层内湍流强度不强,使沿海到内陆的逆温层能够始终维持,沿海海雾在弱南风影响下延伸影响内陆地区。     

基于探空数据的南海表面波导统计特征研究

Based on the global position system(GPS) radiosonde data near the sea surface, the surface duct characteristics over the South China Sea(SCS) were statistically analyzed. The annual surface duct occurrence over the SCS was about 64%. Of the observed surface ducts, duct heights mainly distributed between 18 and 42 m, with M slopes in the range of –0.3 to –0.2 M units/m. Those ducts accounted for about 80% of the ducting cases. For the total profiles, the duct occurrences in a day changed slowly and were more than 60% in all times. The surface ducts formed more easily in the daytime than in the nighttime and most of the duct height were at bellow about 32 m.Additionally, The seasonal variation of the SCS ducts appeared to be evident, except that the mean duct thickness was almost constant, about 33 m for all seasons. The highest occurrence was about 71% in the autumn, followed by in the summer, spring and winter. In spring, their top-height existed more often at a height of more than 48 m.Their mean duct strength became stronger trend from spring to winter, with the M-slope in the range between–0.26 and –0.18 M units/m. Those results agreed well with other studies, provided considering the data resolution.The statistical analysis was reliable and gave the duct estimation for the SCS. Such duct climatology not only has important implications for communication systems and the reliability of the radar observation, but also can provide useful information to improve the accuracy of the meteorological radar measurements.     

赤道西太平洋大气边界层的诊断分析

利用１９９３年ＥＮＳＯ事件爆发（４月）前酝酿时期“热带大洋与全球大气－海洋耦合响应试验”强化观测阶段“向阳红五号”科学考察船１５５°Ｅ，２°Ｓ定点海洋气象和高空大气探测资料，分析了赤道西太平洋大气边界层特征。结果表明：赤道西太平洋上空辐合对流区边界层内也有等温或逆温层存在，大气边界层物理参数变化与大尺度海－气变异有密切关系，赤道太平洋沃克环流加强、东移，边界层上部逆温层出现概率明显增大，边界层内高湿层湿度减小。另外，边界层内实测风速、风向廓线随高度的变化基本上不服从Ｅｋｍａｎ规律，但由其平均，分量合成得到的平均风随高度的变化却基本符合Ｅｋｍａｎ规律。     

南海大气边界层高度的气候特征研究

利用1979—2020年逐时的ERA5再分析数据,研究了南海区域大气边界层高度的气候特征及其影响因子。结果表明：南海区域平均大气边界层高度为500～800 m,空间上呈中间高、四周低的分布特征。南海大气边界层高度具有显著的季节变化特征,总体按照冬季、秋季、夏季、春季依次递减,日变化较小,大部分区域边界层高度的日变化幅度小于300 m,日循环比较平缓。南海大气边界层高度显著的季节变化特征主要受海气温差、海表面风、感热通量、潜热通量和稳定度的共同影响。较大的海气温差和强风速使海表热通量增加,下垫面不稳定性增加,海气相互作用加强,湍流活动增强,导致秋冬季边界层高度较高。过去42 a南海区域年平均大气边界层高度显著增高,年平均增高率约为0.8 m/a,且边界层高度变化存在显著的季节差异。海表面温度升高、潜热通量增加以及稳定度减小有利于边界层的发展,可能是导致南海边界层高度增加的主要原因。     

卫星SAR图像的海洋大气边界层特征参数的反演

针对中国南海ERS-2／SAR三维对流涡旋图像,分别利用Young的协方差方法和惯性子域方法,反演了对流海洋大气边界层高度、海洋大气边界层垂直对流尺度速度、表面浮力通量、Obukhov长度、稳定性校正后的海面风速和海面风速稳定性校正因子。结果表明,2种反演方法的结果符合较好,在一定程度上说明利用协方差方法和惯性子域方法从卫星SAR图像反演海洋大气边界层参数的有效性。     

2018年6月上合组织青岛峰会期间海雾大气边界层特征及能见度分析

利用常规观测、地面加密自动站及NCEP再分析资料,对2018年6月9-10日上合组织青岛峰会期间海雾发展和消散过程进行了分析,总结了大气能见度预报的着眼点.结果 表明:低纬暖湿气流在向岸风的作用下,在青岛沿海附近形成风速辐合和水汽辐合生成海雾,水汽辐合散度增大,海雾处于发展阶段;当切断来自低纬暖湿的水汽输送,水汽辐合减...     

寒潮过程和海洋锋面影响南海西北部大气波导演变的个例分析

文章利用2012年冬季南海西北部的航次探空资料,研究了寒潮过程和海洋锋面对大气波导特征演变的共同影响。文中观测发现,航次期间的大气波导以悬空波导为主,平均波底高度约738.64m,平均厚度约185.17m,平均强度10.21M单位。观测前期,天气形势稳定,东北季风较弱,在锋面暖水区一侧的悬空波导较为深厚,且高度较低。其主要成因是大气边界层顶部925hPa至850hPa高度左右存在深厚的逆温层,且具有显著的日变化特征。航次中期的寒潮过程导致东北季风大幅增强,使得大气边界层顶部的逆温层被破坏,从而导致悬空波导显著变薄变弱。而锋面冷水区一侧,低水温抑制湍流发展导致大气修正折射率(M)的负梯度扰动较弱,较难形成稳定且有一定强度的波导层,且无显著日变化。但当东南暖湿气流覆盖锋面冷水区上空时,容易形成较稳定的表面波导。     

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.     

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。     

南海季风试验期间海面低层大气过程的初步数值模拟试验

采用一维高分辨率大气边界层模式(OSUPBL),模拟了南海海面低层大气,得到高分辨率的海面低层大气的各种气象要素及界面通量和能量平衡关系,并将模拟结果和南海季风试验(SCSMEX)观测结果和日本气象厅(JMA)再分析资料进行对比分析.结果指出,OSUPBL模式模拟得到的海面大气边界层的风速、温、湿垂直廓线,大气边界层高度以及海表面短波辐射、长波辐射、感热、潜热通量、净辐射和海面热收支等与实际观测结果基本一致.     

基于Landsat8TIRS数据的海表温度反演算法对比

海水表面温度是研究气候变化的重要参数,具有重要研究意义。为了选出适用于近海海域的最优温度反演算法,本文基于Landsat8卫星遥感数据,以北部湾海域为研究区,对比分析了包括辐射方程传输法（RTM）、单窗算法（MW）、单通道算法（SC）、线性劈窗算法（SW1）和非线性劈窗算法（SW2）在内的海表温度反演算法的反演精度并进行了敏感性分析。同时本文利用劈窗协方差−方差比值法（SWCVR）来反演大气水汽含量数据,减少了温度反演过程中对外部数据的依赖,研究结果表明：（1）基于Landsat8 TIRS数据的SWCVR法进行大气水汽含量反演的效果较好,误差约在0.5 g/cm2;（2）与实测海温数据相比SW2与SC算法精度较高,误差约为0.6 K;RTM与SW1算法次之,误差约为1.6 K与1.9 K;MW算法精度较低,误差约为2.5 K;（3）与AVHRR SST产品进行相比两种劈窗算法的精度较高,误差约为1 K和1.3 K,SC算法精度较劈窗算法略低,误差约为1.4 K左右,RTM与MW算法精度较低,误差约为2 K与3 K;（4）SW2算法对参数的敏感性最低,其次是SC算法、SW1算法与MW算法,RTM算法的敏感性最高。     

基于自适应神经模糊推理系统的GPS高程转换

在工程实践中需要将GPS高转换为正常高。近年来,神经网络方法已经用到这一目的,并且取得一定成果。然而这种方法有一些缺点。一种新方法ANFIS被用来解决这一问题。首先简单介绍ANFIS理论,然后介绍使用ANFIS转换GPS高程的具体过程,最后给出一个使用本方法的工程实例及相应的结果。