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。     

一次受台风影响的大气波导过程分析和数值模拟

利用NCEP再分析资料及实况探空资料,对2002年8月31日台风"鹿莎"靠近和进入韩国期间,在我国东部地区大气波导的发生情况,以及相对应物理量场进行分析发现:湿度递减以及辐散下沉运动与大气波导的发生有很好的对应关系.运用中尺度预报模式ARPS对这次大气波导过程进行了两种方案的数值模拟试验,结果表明:对大气波导进行数值模拟时,初始场非常重要.在初始时刻同化了探空资料后的初始场更接近真实大气状况,同化探空资料初始场的模拟结果比没有同化探空资料初始场的模拟结果更接近于实际探空资料.     

黄海海域一次典型大气波导过程分析

对2005年6月2日至3日出现在黄海海域的大气波导的产生、维持、消亡进行了分析,认为此次大气波导的产生主要是由于海表水温低于气温,且近地面层受低压前部及南部的影响,湿度大,高空受低压槽后部的影响空气干燥,导致湿度突降层出现而产生了大气波导,此后由于低空没有明显的天气形势影响,低空湿度依然很大,高空仍由低压槽后部控制,使大气波导得以维持,当高空受低压槽槽线控制时大气波导逐渐消亡。     

利用WRF模式对海上蒸发波导的数值模拟研究

以WRF中尺度模式为基础,耦合Babin蒸发波导模式,建立了一种海洋蒸发波导预报模式,对南海2010年3月26日至28日的蒸发波导高度进行48h的数值模拟。通过与NCEP再分析资料FNL数据计算得出的蒸发波导高度对比分析发现,WRF模拟结果与FNL计算结果拟合的较好,并且变化规律基本一致,该模式可以用来预报海上蒸发波导。     

基于NPS模型的南海蒸发波导中尺度数值模拟研究

蒸发波导是海上大气波导中发生概率最高、对海上舰艇和岸基雷达探测系统影响最大的一种波导类型,研究意义重大。本文搭建了一种基于NPS诊断模型的新型蒸发波导数值预报模式,对我国南海海域2014年11月1~5日的5 d海上蒸发波导分别进行了数值模拟。利用数值模拟数据与岸基铁塔实测数据分别绘制蒸发波导高度随时间的变化曲线,并进行误差分析,显示模拟结果与实测结果变化规律基本一致,统计计算这5 d的蒸发波导高度平均误差为1.289 m。这表明了本模式的可行性及其存在的模拟偏差。此外,利用本预报模式对南海海域2011年整年的蒸发波导进行了数值模拟,得到了12个月的蒸发波导时空分布特征,分析总结的规律与其它文献的研究结论基本一致。     

黄海部分海域大气波导分布规律及其成因

为了掌握我国沿海海域大气波导分布特点及其成因,并鉴于黄海在我国重要的军事经济地位,论文通过对5 a的探空资料统计分析了黄海东岸的白翎岛和济州岛的大气波导分布规律,并探讨了两地大气波导形成的气象和水文因素。     

全类型大气波导探测方法研究

大气波导是对流层中一种异常大气折射结构,它改变了电磁波的正常传播特性,严重影响了电子设备使用。目前对于大气波导的探测手段还比较单一,无法实现全类型大气波导的探测。针对这一现状,本文基于转动拉曼大气温度探测和振动拉曼大气湿度探测的原理,结合蒸发、表面和悬空波导的诊断方法,构建了全类型大气波导诊断模型。利用拉曼激光雷达新技术,实现了全类型大气波导的监测诊断。通过对比拉曼激光雷达和无线电探空仪测量数据,得到：拉曼激光雷达测量的大气温度廓线平均误差为0.535℃,温度误差小于1℃的概率为82.5%;水汽混合比廓线平均误差为0.121 7 g/kg,水汽混合比误差小于1 g/kg的概率为90%,基于拉曼激光雷达的悬空波导高度、厚度、强度诊断准确率分别为94.8%、85.8%和60%;此外,基于拉曼激光雷达的连续探测数据,可以进一步分析大气波导特征量随时间的变化规律。     

一次西南印度洋热带气旋过程发展机制的数值研究

本文利用尽可能多的观测资料和WRF-3.4.1模式(Weather Research and Forecasting Model)对2012年1月19日至28日发生在西南印度洋上空的1次强热带气旋进行了研究,并分析其时空结构和发展机制。对该热带气旋的移动路径、强度及内部结构的数值模拟结果与实际符合较好。分析表明,感热和凝结潜热贯串于热带气旋发展的整个过程,其中感热对气旋发展的影响较弱,凝结潜热是气旋发展的主要能量来源,CISK机制可解释该热带气旋的发展过程。     

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。     

青岛海陆风三维结构的数值模拟

本文采用 1个陡地形影响修正的三维中尺度流体静力的气象学模式 ,对青岛地区海陆风的日变化规律和三维结构进行了较细致的分析。结果显示 ,青岛有多支海陆风存在 ,且每支海陆风出现的时间、强度和向内陆伸展的距离有很大的不同。这其中沿岸山地的机械和热力作用扮演着重要的角色。在观测站 ,模拟结果和实测资料等方面有较好的一致性。     

基于海洋安全的大气波导观测方法研究

海上船舶一旦遇到大气波导,可使船载电子信息系统之间的短波通信距离增大数倍,同时通信距离范围内的部分区域会出现电磁盲区.本文围绕海洋安全保障需求,开展了大气波导协同观测技术研究,阐述了海上大气波导对超视距传输与探测的重要性.通过对大气波导的形成机制和影响机理进行研究,系统化概述了蒸发波导、表面波导和抬升波导的观测原理及常...     

基于海战环境的大气波导观测方法研究

海上作战一旦遇到大气波导,可使船载电子信息系统之间的短波通信距离增大数倍,同时通信距离范围内的部分区域会出现电磁盲区。该文以海上战场环境为背景,阐述了海上大气波导对未来海上作战的重要性。通过对大气波导的形成机制和影响机理进行研究,系统化概括了蒸发波导、表面波导和抬升波导的观测原理及常用观测方法。通过对比分析传统大气波导的观测方法,发现其在观测手段、观测精度、观测范围和观测成本方面存在局限性。基于此,该文提出一种多物理场协同探测的大气波导观测方法,该方法通过集合海上浮标网、船联网、星联网和岸基网等各类观测仪器和设备,可实时获取海上大气参数,构建海上大气波导预报系统。最终,通过该预报系统可实现海上大气波导大范围、高精度、实时性预报,对海上作战掌握制空权具有重要意义。     

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。     

利用MM5V3模式模拟大气波导产生的准确率分析

基于MM5V3中尺度天气预报模式建立了低空大气波导模拟平台,利用FNL再分析数据与GTS数据对东海海区大气波导分布进行了七个月的模拟。通过那霸、石垣和南大东岛3个站点的实测结果与模拟结果的比较,计算了波导发生的模拟准确率,统计分析了波导随时间的变化。结果表明,MM5V3模式能够较好的模拟出大气波导的产生和变化,尤其是模拟范围广、强度大的波导效果更好。     

中国近海蒸发波导的数值模拟与预报研究

利用中尺度大气模式MM5对2007年中国近海大气蒸发波导进行了全年的高分辨的数值模拟。模拟结果统计表明,整个海域蒸发波导的平均出现概率约为90%。本文重点关注强度较大的蒸发波导,详细分析了其季节分布特征及其与海洋环流和海面气象条件的相关关系。研究发现,25°N以南的开阔海域的蒸发波导出现概率全年都较高,而以北的东海西北部、黄海与渤海,蒸发波导的出现概率呈现明显的季节特征;蒸发波导的空间分布受中国近海海洋环流的强烈影响,存在1个与黑潮区域相一致的带状波导高出现概率区域,台湾暖流、黄海暖流和对马暖流使得在某些季节相应海域蒸发波导出现概率高于其周围海域。此外,本文还基于WRF模式及其3DVAR系统构建了大气波导数值预报系统,尝试对中国东南海域的蒸发波导进行数值预报。     

中国近海蒸发波导的数值模拟与预报研究

利用中尺度大气模式MM5对2007年中国近海大气蒸发波导进行了全年的高分辨的数值模拟.模拟结果统计表明,整个海域蒸发波导的平均出现概率约为90%.本文重点关注强度较大的蒸发波导,详细分析了其季节分布特征及其与海洋环流和海面气象条件的相关关系.研究发现,25°N以南的开阔海域的蒸发波导出现概率全年都较高,面以北的东海西北部、黄海与渤海,蒸发波导的出现概率呈现明显的季节特征;蒸发波导的空间分布受中国近海海洋环流的强烈影响,存在1个与黑潮区域相一致的带状波导高出现概率区域,台湾暖流、黄海暖流和对马暖流使得在某些季节相应海域蒸发波导出现概率高于其周围海域.此外,本文还基于WRF模式及其3DVAR系统构建了大气波导数值预报系统,尝试对中国东南海域的蒸发波导进行数值预报.     

2016年12月青岛一次持续重污染天气的观测分析与数值模拟

选取2016年12月17—22日青岛一次典型重污染天气,利用大气污染物监测结果、地面气象要素观测资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA5再分析数据对此次过程中大气污染物及气象场的变化特征进行分析。观测分析表明此次污染过程持续时间长达5 d以上,其中19—21日为重污染天气（PM 2.5 日均质量浓度ρ>150 μg·m-3）。根据气象场和PM2.5质量浓度变化特征,此次污染过程可分为3个阶段：17日02时—19日08时为青岛污染物累积阶段,研究区受西南风控制,PM2.5质量浓度逐渐上升,700 hPa等压面上高空槽的维持及槽前持续的南风、西南风有利于污染物累积,同时近地面相对湿度增加,是此次持续性重污染天气形成的重要条件;19日09时—20日20时为青岛污染维持加剧阶段,相对湿度大、风速很小,污染物扩散条件差,PM2.5质量浓度最高;20日21时—22日08时为青岛污染消散阶段,青岛对流层中下层及地面风速均增大并产生弱降水,有利于污染物扩散稀释和湿清除,PM2.5质量浓度逐渐降低。WRF-Chem数值模式能够较好地模拟出主要气象要素和青岛PM2.5 质量浓度的变化特征,模拟结果表明山东省内污染物排放贡献了青岛PM2.5的49.5%;污染物跨省输送对此次污染事件也有重要贡献,其中来自研究区以南的安徽和江苏的排放对青岛PM2.5的贡献率可达25.5%。     

青岛一次局地大暴雨的中尺度环流特征分析

利用多普勒雷达、地面自动站、垂直风廓线及GPS 水汽分布等多种新型探测资料,对2008 年8 月14 日下午,奥帆赛期间发生在青岛地区的局地大暴雨天气的影响系统和中尺度强降雨形成的动力机理进行了综合分析,并通过0.5 km WRF模式的数值模拟给出了有地形阻挡情况下海风环流模型.研究结果表明:副高减弱东撤和弱冷空气南下在中低空形成闭合低涡是造成这次过程的主要天气尺度影响系统.海风中尺度辐合带上有风向切变辐合、大暴雨中心有明显的雷暴高压等中尺度天气系统.海风锋区辐合扰动向上传播,引发边界层扰动,是青岛局地大暴雨形成的主要抬升因素,而来自东南海洋上的暖湿平流为大暴雨的产生提供了充沛的水汽和能量.海风锋区辐合带上触发的强对流是大暴雨形成的直接原因;来自于海上的低空急流带来的大量水汽对强降雨的发生具有重要作用.海风在深入陆地后所发生的辐合和上升运动,对造成海风所触发的局地大暴雨有着极其重要的作用.     

2018年6月青岛近岸一次海雾导致能见度变化的成因分析

2018年6 月5~9日青岛近海发生一次海雾天气过程,为6月9日2018上海合作组织青岛峰会开幕式演出的天气预报服务,特别是能见度精细化预报带来了很大的预报难点。本文分析了此次海雾天气的生消过程,并重点讨论了6月9日能见度变化的主要原因。4~7日边界层内接近接地的强逆温层的建立,有利于海雾的形成与维持。由于白天时段日射增温导致能见度好转,海雾出现日变化。自7日夜间开始地面气压场梯度明显减弱,南风减弱转为偏东风,暖湿气流供应减弱不利于海雾天气的维持。8日之后,边界层内上升运动逐渐增强且混合层高度明显增加,中低层干冷空气的侵入,导致边界层内逆温结构被破坏、近地面湿层消失,使此次海雾过程趋于消散。9日傍晚的能见度条件基本达到演出要求。9日夜间受焰火燃放污染物影响,能见度短时波动。各种海雾客观预报方法预报准确率达到66%左右,主观预报订正准确性高于客观预报。