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。     

应用湍流通量理论分析蒸发波导机理

蒸发波导是近海面经常出现的大气结构.从湍流运动方程出发,基于近海面海-气耦合湍流通量理论和算法分析了蒸发波导机理.对气象要素变化时,蒸发波导高度和感热、蒸发潜热和动量通量间的关系进行了分析,表明蒸发波导的形成和湍流通量具有明显相关性,为蒸发波导机理研究提供了新途径.     

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。     

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。     

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。     

基于风廓线雷达观测的台风“天兔”边界层演变特征研究

垂直探测台风边界层特征对于认清台风结构具有重要意义。基于1319号台风“天兔”途经的三个边界层风廓线雷达站的观测资料,结合探空数据,本文分析了“天兔”的边界层径向、切向风特征,结果表明：1）最大切向风速出现在眼区附近,在“天兔”稳定维持为强台风级别期间,最大切向风速基本稳定在1800 m高度左右,随着登陆后强度的迅速减弱,最大切向风速减弱、最大切向风速垂直范围缩小;2）最大风速所在高度和台风入流层顶高基本相近,大于依据理查森数或位温梯度所判断出的边界层高度,而基于信噪比（SNR）或其梯度所判断的混合层高度时常偏低;3）“天兔”登陆前边界层高度可以达到2100 m以上,在台风级别及以上时,各站观测到的边界层高度变化不大,基本在1200～1600 m之间,登陆后随着台风强度的减弱,边界层高度迅速减小。     

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。     

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...     

基于船载GPS探空数据的黄东海大气边界层高度分析

根据2012年5、11月2次船载GPS探空资料,结合CFSR再分析、OISST海温、沿岸站位L波段雷达数据等,对黄东海海洋大气边界层(MABL)的时空变化特征及影响因子进行了分析。GPS探空数据表明,正的海气温差产生对流边界层,负的为稳定边界层。相比陆地边界层,MABL的日变化很小。5月份,MABL较低,暖区的海气温差大小与MABL高度相关,而冷区风切变的影响较为显著,太阳辐射也能一定程度上影响MABL高度。11月,MABL远高于5月,海气温差、太阳辐射均能影响MABL高度,风切变贡献很小。5月份海洋锋暖水侧的水汽能到达MABL以上,冷水侧水汽则维持在MABL中;11月水汽被限制在MABL以内。通过青岛、洪家站的L波段雷达数据对比,得到沿岸地区的大气边界层具有与MABL相同的季节变化,能够代表黄、东海MABL特征,但日变化更加剧烈,因此在替代研究海上MABL日变化时具有局限性。     

海面状态参数化对海上大气边界层数值模拟的影响研究

由于海上大气边界层的下垫面是复杂多变的海面,因此海面状态的参数化对海上大气边界层数值模拟起到十分关键的作用.采用高分辨率的大气边界层模式进行敏感性试验研究,讨论了不同海面参数化方案对海上大气边界层数值模拟产生的影响.结果表明:几种海面粗糙度参数化方案在中低风速下模拟垂直结构主要的差异出现在边界层和自由大气分界面上;考虑...     

风廓线雷达在重污染天气与逆温层关系研究中的应用

本文利用气象要素地面观测和环境空气质量监测数据,结合对流层风廓线雷达探测资料,深入研究了2013-2019年发生在青岛地区的65个重污染天气的逆温层变化特征及其与重污染天气的关系.结果表明:(1)青岛地区的重污染天气主要发生在12月至次年1月,重污染发生当日的空气质量指数(Air quality iudex AQI)有...     

北京市夏季低层大气NOx、O3垂直分布观测研究

根据 2 0 0 0年夏季在北京 32 5 m铁塔上的一次梯度观测实验 ,给出 8m,12 0 m和 2 80 m三层上的 NO、NO2 、O3 浓度的观测结果。对 NO,NO2 ,O3 小时平均浓度的日变化和垂直分布规律进行了分析 ,结果发现 :(1)各高度上的 NO,NO2 ,O3 浓度均有明显的日变化特征 ,阴雨天的日变化更加复杂 ;(2 ) O3 在晴朗白天有单、双及三峰型分布 ;(3)相对于 12 0 m和 2 80 m,近地面 8m处的 NO浓度最高 ,而 O3 浓度最低 ;(4) NO2 、O3 日平均浓度日变化振幅 12 0 m处最大 ;(5 )中午前后 NO,NO2 ,O3 浓度均在 12 0 m最高。     

近地层风廓线与垂直湍流强度关系研究

通过改进Prandtl 混合长理论,得出近地层风廓线形式     

A Comparison of Sea Surface Fluxes over Southern Indian Ocean Cruise Expedition Observation and NCEP Reanalysis

Surface layer atmospheric and ocean observations have been collected along the cruise track from a special scientific expedition to Antarctica. Bulk estimates of surface momentum flux, sensible heat flux and latent heat flux have been computed applying bulk algorithms from the data collected along cruise track during the time period January 27 to March 31, 2006, and compared the results with National Centre for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis. Underestimation of surface momentum flux in roaring forties (40°S–50°S) area of Indian Ocean is seen from NCEP reanalysis. Systemic differences in sensible and latent heat fluxes between observed and NCEP reanalysis have been found. Along the cruise track, the average sensible (latent) heat flux was 9.45 Wm^?2 (67.46 Wm^?2) and 3.75 Wm^?2 (64.45 Wm^?2) from the direct measurement and NCEP reanalysis, respectively. The NCEP reanalysis is being widely used in numerical modeling studies, and the discrepancies shown in the NCEP reanalysis in present study will be of immense use to the modeling community of the Indian Ocean in general and Southern Indian Ocean in particular.     

海气通量算法在海上蒸发波导诊断中的应用

利用TOGA COARE Bulk Air-Sea Flux Algorithm3.0,建立了基于通量算法的蒸发波导模型(Flux Evaporation duct Model),并进行了环境敏感性分析,而且与Paulus-Jeske模型对比,进行误差敏感性分析,并开展了雷达探测评估的海上试验,较全面的阐述了基于通量算法的蒸发波导模型的性能。     

近海面蒸发波导和大气负折射的统一监测模型研究

近海面的蒸发波导和大气负折射都是海洋大气表面层的异常折射结构,两者对电磁波传播都具有重要影响。利用M-O近地层相似理论推导了蒸发波导的模型,利用等效蒸发波导高度推导了大气负折射与蒸发波导的统一监测模型及其廓线结构参数的bulk计算方法,比较分析了蒸发波导与大气负折射在廓线结构方面的特征和差异,并利用2002年5月福建平潭岛的试验数据验证分析了大气负折射监测模型机廓线计算方法的适用性。     

北黄海海域大气湍流强度特征及风速标准差相似性分析

根据国家海洋局"908"专项北黄海海区海洋气象观测资料,计算了2007～2008年间该海区4个不同季节的大气湍流强度并与其他海区及陆地下垫面大气湍流值相比较.北黄海海区大气湍流强度量级为10-2,比陆地下垫面大气湍流强度低一个量级.由于海洋的特殊性质,对秋季大气湍流强度日变化的分析发现,在大气湍流强度的影响因素中,海洋的热力作用相对较大.对水平方向风速标准差是否满足Monin-Obukhov相似关系进行了探讨,数据显示,在不稳定层结下冬季水平方向无量纲风速标准差与Z/L的关系,基本满足1/3次方律.秋冬在不稳定层结下垂直方向风速标准差满足Monin-Obukhov相似理论.     

4种表层风场资料在北半球海域的适用性评估

为进行海洋表层风场的物理结构重建与基础理论溯源,需选用可靠准确且通过检验的高时空分辨率风场资料。本文利用NDBC、TAO和嵊泗站现场观测资料,在全面比较分析的基础上,对其中应用较广泛的CFSR/CFSv2、ERA-Interim、FNL和CCMP四种风场产品在北半球海域(北太平洋、北大西洋)进行了检验评估,得出结论:1)4种资料的风速都不同程度地低估了实际观测风速;在低风速区的风向偏差较大,风速越低,偏差越多;产品资料在远岸地区比近岸地区更接近实测资料,在高纬地区的效果优于低纬地区。2)通过比较4种产品资料与浮标实测资料的风向和风速的偏差、均方根误差、误差标准差和相关系数,发现CCMP资料是4种资料中整体效果最好的一种,而CFSR/CFSv2资料是较差的一种。3)嵊泗站观测平台资料与浮标观测资料验证的结论略有差异,结果显示:FNL资料是4种资料产品中效果最好的产品,ERA-Interim资料的效果仅次于FNL,而用浮标验证效果较好的CCMP资料在嵊泗站点效果却较差,CFSR/CFSv2资料是4种资料中效果最差的。4)通过分析4种风场资料的偏差分布发现,CCMP与ERA-Interim风场资料的偏差较小,而CFSR/CFSv2与FNL风场资料的偏差较小。CCMP资料与其他3种资料的纬向风偏差在海洋上以负偏差为主,陆地以及沿岸地区的偏差较大,且分布不均匀;经向风偏差分布中,南半球的正偏差区较为明显,而北半球的负偏差区则较为明显,但偏差程度要小于纬向风偏差。     

齐次湍流动能输运方程封闭模型在浅海动力学中的应用

该文对已建立的齐次湍流动能输运方程封闭模型 (HKE)封闭的浅海动力学模型进行了检验。湍流混合强度的垂直分布会影流速剖面 ,在风海流、狭长渠道稳态风潮及渠道振荡流流场等的模拟中 ,HKE封闭均取得满意效果 ,结果表明 HKE封闭在正压浅海动力学中是有效的 ,可避免混合长理论的缺陷 ,并未过多增加计算量。振荡流的湍流粘性系数的时间分布特性是时变的 ,其变化频率为振荡频率的两倍 ,且在流速变化最大时湍流混合最强。对应于浅海潮波系统 ,平潮和停潮时局地混合最弱 ,因而最适宜水质采样 ,反之 ,涨急和落急时刻湍流混合最强。但当取湍动能的Schmidt数 σk>10时 ,湍粘性系数的振幅仅为其平均值的 15 % ,因此可以认为在 15 %误差内振荡流的粘性系数可用一个时间平均值来代表     

Numerical Simulations of Sea Surface Cooling by a Mixed Layer Model during the Passage of Typhoon Rex

In order to investigate the formation mechanism of rapid decrease of maritime sea surface temperature (SST) observed by R/V Keifu Maru, the ocean response to Typhoon Rex is simulated using a mixed layer model. The rapid decrease of the maritime SST is successfully simulated with realistic atmospheric forcing and an entrainment scheme of which sources of turbulent kinetic energy (TKE) are production due to wind stress, generation during free convection, and production due to current shear. The rapid decrease at the observed station by R/V Keifu Maru is not produced by instant atmospheric forcing but is mainly produced by entrainment on the right side of the running typhoon as a part of cooling area during its passage, and remained during a few days. The sea surface cooling (SSC) is evident along the track and on the right side of the running typhoon, which is similar to the SSC of satellite observation by TRMM/TMI. The conspicuous SSC produced by both entrainment and upwelling is situated just under the track of typhoon when the typhoon moves slower. Intercomparison of entrainment schemes of the mixed layer model is implemented. Frictional velocity and buoyancy effects are effective for a gradual SSC covering the wide region. In contrast, the effect of current shear at the mixed layer base is related to the amount of SSC and the sharp horizontal gradient of SSC. The entrainment scheme including all three TKE sources has the best performance for SSC simulation.