WRF模式垂直分辨率对海雾模拟影响的个例研究

为精细化研究海雾垂直结构,提高WRF模式模拟海雾水平,利用FNL再分析数据和日平均SST数据驱动WRF模式对2014年2月1日-2日发生在黄渤海海域的一次海雾过程进行了数值研究,在对比实验选定模拟效果较好的参数化方案的基础上,对模式的垂直分层进行敏感性实验,降低前20层高度,分析了垂直分层数,边界层垂直精度对雾区模拟、海雾垂直结构模拟的影响。结果发现提高模式垂直精度后,模式对海雾的模拟能力有了较大提高。研究表明:44层以上的垂直分层下WRF模式能较好模拟黄渤海雾区的分布,增加模式边界层垂直精度可提高海雾能见度模拟效果,并一定程度上消除低云对雾区模拟的干扰。     

利用循环3DVAR改进黄海海雾数值模拟初始场Ⅰ:WRF数值试验

以如何提高黄海海雾数值模拟初始场质量为研究目的,利用WRF模式及其先进的3DVAR同化模块,设计并构建了循环3DVAR同化方案。以2006年3月6~8日的1次大范围黄海海雾过程为研究对象,利用该同化方案进行了一系列WRF数值模拟对比试验。模拟结果显示,循环3DVAR同化方案能有效改进黄海海雾数值模拟初始场质量,主要体现在增加低层大气温度层结构的稳定性与改变大气边界层下层的风场结构,从而导致海雾的模拟结果显著改善。研究结果表明进行海雾数值模拟时,必须高度重视其初始场质量。     

春季黄海海雾中的激光衰减特性研究

海雾严重影响舰艇航行,而且在雾中舰载激光武器和激光雷达的工作效能受到制约。因此,研究激光在雾中的衰减特性对军事行动具有重要的科学意义。基于WRF中尺度气象研究模式,对2015年3月28日-4月1日的海雾过程进行模拟分析,发现使得海雾维持的是黄海南部输送来的暖湿气流,随后一个很强的冷高压使得风向转北,干冷平流切断了水汽输送,破坏了逆温层结构,海雾消散。考虑到春季黄海海雾产生和消散的天气形势,在海雾刚产生时,下风区的激光衰减系数小;海雾维持过程中,海雾雾区的外围衰减系数小;海雾快要消散时上风区衰减系数小。研究发现,海雾可以使得10.6μm红外激光的探测距离大大减小,在浓雾情况下,探测距离仅为正常情况下的2%。     

直接同化卫星辐射数据的黄海海雾数值试验研究

基于中尺度大气模式WRF及其3DVAR.模块,采用循环3DVAR数据同化方案,针对6次明显的黄海海雾过程,实施了一系列直接同化ATOVS卫星辐射数据数值试验.在试验中设计了不同化任何观测数据、仅同化GTS常规数据、仅直接同化辐射数据,同时同化二者,以及同化不同疏密程度辐射数据的对比研究方案.利用地面水平能见度与卫星云图对模拟的海雾雾区进行了评估,并比较了各种同化方案所形成初始场的差异.对试验结果的统计分析表明:同化试验较好地再现了影响海雾的天气系统,模拟雾区与实际观测较为吻合,并且初始温度场和湿度场对比不同化任何观测数据的试验有明显的改善;仅同化辐射数据的结果略优于仅同化常规数据的结果,疏化或者只同化海上辐射数据几乎不影响模拟的雾区,但却可以大幅节约计算资源;同时同化常规数据与辐射数据的结果为单独同化它们所得结果的综合体现,总体效果最好.     

黄海海雾数值模拟中多普勒雷达径向风数据同化试验

基于WRF(Weather Researchand Forecasting)模式及其3DVar(3-DimensionalVariational)模块,发展了一套多普勒雷达径向风数据的同化方案。针对2次黄海海雾个例展开了一系列同化效果对比数值试验,详细分析了同化雷达径向风数据对雾区产生改进的原因。研究结果表明:(1)仅同化常规观测数据不足以纠正初始场中海上大气边界层湿度偏干的状态,导致海雾模拟失败或雾区严重偏小,因此在同化多普勒雷达径向风数据之前,必须先同化从海雾卫星观测中提取的湿度信息;(2)同化多普勒雷达数据不仅显著地直接改进了近海面大气流场,而且会间接改善温度场,从而进一步提高海雾的模拟效果——2次海雾个例模拟雾区的ETS(Equitable Threat Score)评分改进率分别达到66.7%与62.1%;(3)黄海海雾数值模拟中首先要改进海上大气边界层的湿度与温度层结,在此基础上进一步改进近海面大气流场十分必要。     

EnKF集合同化下黄海海雾数值确定性预报初始场构造方法的探究

在黄海海雾的数值模拟中,EnKF（ensemble Kalman filter）是一种优于3DVAR（three-dimensional variational）的数据同化方法。研究发现,对EnKF初始场集合体采取常用的集合平均所产生的确定性预报初始场,会出现初始场中海雾在预报开始后就迅速消失以及接下来海雾难以生成的异常现象。通过详细的海雾个例研究,清晰地揭示并解释了此现象,指出这是集合平均造成初始场中云水与温度湿度之间存在不协调关系所导致的后果,并提出了一种择优加权平均方法来取代常用的集合平均。研究结果表明,海雾确定性预报采用择优加权平均所构建的初始场,可以消除上述异常现象,显著改进海雾模拟效果。     

一次黄海海雾事件的观测与数值模拟研究--以2004年4月11日为例

利用各种观测资料和RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模式4．4版对2004年4月11日发生在黄海海域的一次海雾事件进行了研究。利用GOES(Geostationary Operational Environmental Satellite)-9和NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)-14可见光卫星云图对海雾的发生范围、演变过程等进行了描述，并对海雾发生前的大气背景场和气海温差场进行了分析；利用青岛和韩国济州岛2个站的探空资料对海雾发生时低层大气的稳定度进行了分析；利用RAMS模式对本次海雾事件进行了模拟，并计算了大气的水平能见度分布。计算结果与卫星云图所显示的雾区范围分布吻合很好。     

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。     

基于FY-3B卫星资料的中国南海海区1—3月海雾时空分布特征研究

为全面了解中国南海海区海雾的分布特征,为南海海雾气象服务提供基础背景资料,利用2011—2016年1—3月FY-3B气象卫星资料的雾监测产品,分析了中国南海海区海雾的时空分布特征。结果表明:中国南海海雾具有特定的区域特征,中国南海海雾多出现在华南沿海、北部湾沿海、琼州海峡和海南岛东北部沿海海区,南海南部海域出现海雾概率低;南海出现高频次海雾的时间多发生在2月,1月次之,3月最少。该研究结果可为中国南海海雾研究提供背景资料。     

数值模拟和卫星反演大气能见度对比分析

对2004年4月11日、2005年3月9日和2005年3月27日发生在黄渤海海域3个典型海雾个例数值模拟得到的大气能见度与可见光卫星云图的反照率进行对比分析,利用不同时刻大气能见度与反照率的对应关系进行线性数学拟合,得到新的适合白昼的大气能见度反演公式。利用该公式反演了几次显著海雾过程的大气能见度分布,发现海雾预报系统对大气能见度<200 m的海上浓雾的面积预报准确率约90%左右。对发生在2009年3月1日到2010年5月21日期间的46次较强海雾进行了初步统计,从判别海雾有无的角度来看该海雾预报系统对海雾的预报准确率为91.3%。     

基于20年卫星遥感资料的黄海、渤海海雾分布季节特征分析

目前对海上雾分布的认识多基于沿岸测站和海上船舶、浮标观测,但这些数据非常稀少,且存在代表性和数据质量方面的问题,因此一直缺乏对海雾分布更全面、清晰的了解。卫星遥感数据空间均一、覆盖范围广、质量一致,具有对无云条件下大范围、离岸海雾监测的优势。本文通过分析算法检测出的1989-2008年黄渤海海雾及云的频数、分布百分率信息,得到了黄渤海海雾季节变化的较全面特征。除印证其他资料或研究的结论外,还发现:(1)黄海海雾频数随季节变化的幅度较渤海明显;(2)黄海、渤海海域存在冬季海雾多发时段;(3)海雾生消过程中有覆盖区变化的东传特征;(4)春夏雾季中存在黄海中部和西朝鲜湾两处海雾多发区,其中西朝鲜湾也是全年海雾最多的海域。另外,在样本充足的情况下,通过对检测出的低云、中高云覆盖百分率和海雾频数的分析统计,还能估算出黄海、渤海部分季节20年海雾发生的平均概率。     

渤、黄海海冰的变化和预报结果分析

利用1951—2000年的渤、黄海的海冰资料，用小波分析和最优气候均态法对渤、黄海的海冰冰级进行分析和预测。小波分析结果较好地反映了渤、黄海海冰的变化规律，使对海冰的研究更符合实际情况。这必将有助于研究海冰变化的机理和不同尺度变化的相互作用。最优气候均态法较好地实现了对渤、黄海海冰的预测。此方法在海冰预报中不失为一种可用的方法。     

一次黄海海雾的三维数值模拟研究

本文利用 1个考虑了地形效应、植被影响、长波辐射、地表能量收支、液态水的重力沉降等影响雾的形成和发展主要因子的三维海雾模式 ,模拟了 1995 - 0 6 - 0 1发生在黄海的 1次实际海雾过程 ,分析了海雾生长、发展和消亡过程中液态水含量和其它物理量的三维时空分布变化特征。结果表明 ,该模式能较好地模拟出黄海海域实际的海雾生消过程 ,对海雾的三维结构有一定的模拟能力。     

渤黄东海40年温盐流模拟与初步分析

使用ROMS(regional oceanic modeling system)模式模拟了40年的渤黄东海温盐流,数据包括三维的温度、盐度、流速、流向和海表高度,同时包含了逐小时的潮汐信息。将模拟结果与观测资料和卫星反演数据进行对比,检验了模式准确性。整体上,模式模拟的水位与近岸观测值基本一致,能够准确再现风产生的增水;模式较为准确的再现了渤黄东海的温度分布,在深水区模拟的温盐剖面与观测值基本一致;模式模拟渤黄东海区域的海表高度和海表流与卫星反演结果相比偏小,但分布趋势相近。模式结果可以为研究气候变化对水位的影响和黄海暖舌的扩散过程等现象提供数据支持。     

渤黄海海平面的变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月至2007年5月的高度计资料,研究了渤黄海海平面的变化特征。统计分析表明,近14a间渤海及北黄海、中央黄海海平面的平均上升高度分别为45.9mm和34.7mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,南方涛动指数(SOI)、纬向风应力距平都与渤海及北黄海、中央黄海的SLA呈负相关性,渤黄海海平面显著受SOI、纬向风应力调制,并且,SOI与渤黄海海域的风场之间有良好相关。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,渤海及北黄海海区、中央黄海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南20°方向、东偏南8°方向,风应力距平u分量与SLA、SOI的低频分量呈现更好的相关性。ENSO通过大气环流过程对渤黄海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对渤黄海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对渤黄海海平面产生影响。     

渤海及黄海北部冰情长期变化趋势分析

统计分析上世纪50年代—2010年渤海及黄海北部海冰资料,对其年代际变化特征进行分析。上世纪50年代—90年代冰情总体呈缓解的趋势,2000年以来冰情略有加重。研究发现太阳活动与渤海及黄海北部冰情变化关系密切,太阳活动可能是渤海及黄海北部冰情长期变化重要影响因素。如果太阳黑子的周期长度比上一个周期长,那么周期内冰情较上一个周期严重。反之亦然。     

2009～2010年冬季渤海及黄海北部冰情分析

从冷空气活动及气温变化的角度分析了2009～2010年冬季渤海及黄海北部气候背景状况,发现此冬季渤海及黄海北部沿岸平均气温较多年偏低.通过对海冰冰情的发展与变化状况和各海区严重冰期内冰情分析显示,该冬季渤海及黄海北部为偏重冰年.     

Recent improvements to the physical model of the Bohai Sea,the Yellow Sea and the East China Sea Operational Oceano-graphy Forecasting System

In order to satisfy the increasing demand for the marine forecasting capacity, the Bohai Sea, the Yellow Sea and the East China Sea Operational Oceanography Forecasting System (BYEOFS) has been upgraded and improved to Version 2.0. Based on the Regional Ocean Modeling System (ROMS), a series of comparative experiments were conducted during the improvement process, including correcting topography, changing sea surface atmospheric forcing mode, adjusting open boundary conditions, and considering atmospheric pressure correction. (1) After the topography correction, the volume transport and meridional velocity maximum of Yellow Sea Warm Current increase obviously and the unreasonable bending of its axis around 36.1°N, 123.5°E disappears. (2) After the change of sea surface forcing mode, an effective negative feedback mechanism is formed between predicted sea surface temperature (SST) by the ocean model and sea surface radiation fluxes fields. The simulation errors of SST decreased significantly, and the annual average of root-mean-square error (RMSE) decreased by about 18％. (3) The change of the eastern lateral boundary condition of baroclinic velocity from mixed Radiation-Nudging to Clamped makes the unreasonable westward current in Tsushima Strait disappear. (4) The adding of mean sea level pressure correction option which forms the mean sea level gradient from the Bohai Sea and the Yellow Sea to the western Pacific in winter and autumn is helpful to increasing the fluctuation of SLA and outflow of the Yellow Sea when the cold high air pressure system controls the Yellow Sea area.     

黄海西部2005—2007年海雾演变的气候特征研究

海雾对沿海地区的交通运输、工农业生产等影响很大,需要开展深入研究,以探索其生消演变规律。本文选择黄海西部的成山头、青岛、海阳、日照等4个测站为代表性测站,分析了2005—2007年海雾发生期间的位势高度、海温、海表面风场、相对湿度、稳定度及散度等要素场特征,着重探讨了海雾演变的气候特征。研究结果表明:500 hPa高空槽前位于黄海上空时有利于成雾;海温异常低的年份雾日较多;风向、散度和低层的层结稳定度是影响黄海海雾的主要因素;地理位置也是影响黄海海雾变化的重要因子;黄海海雾的水平分布具有南北空间不一致的特点。     

渤黄海沿海2月份海平面异常偏高成因分析

使用1980—2010年的水位、气温、海温、气压和风场资料,对中国渤黄海沿海2月份的海平面变化特征以及异常偏高成因进行了探讨,分析结果表明:近30年,渤黄海沿海2月份海平面呈现明显的上升趋势,2009年和2010年2月份的海平面达到近30年的高值,冬季高海平面导致全年平均海平面偏高。近两年2月份海平面处于多个长周期振动的高位重合期,各振幅叠加的结果近100 mm,对海平面起了明显的抬升作用。高海平面使得辽宁、河北以及山东等沿岸地区的海水入侵距离和土壤盐渍化程度均有所增加,海岸侵蚀加重;上海在2009—2010年连续2年2月份发生了近年较严重的咸潮入侵。2009年和2010年2月份,气压较常年同期显著偏低,冬季季风显著偏弱,是海平面上升的主要原因之一。