海南岛地形对局地海风环流结构影响的数值模拟

本文利用WRF模式对2014年5月25日发生在海南的一次海风过程进行了数值模拟,通过地形敏感性试验,探讨了海南岛地形对局地海风环流结构的影响。结果表明:控制试验（CNTL）海风于15时左右达到强盛。无地形试验（FLAT）中,水平方向上,海风持续时间缩短,南、北、西向海风向内陆传播距离变短1~5 km,海风强度减弱1 m/s左右,海风动能及辐合强度在沿海地区及西南山区存在大值衰减区;垂直方向上,海风碰撞位置向西、北方向移动,高空回流高度降低,海风厚度减小,垂直环流强度减弱2~6 m2/s2,海风锋附近的垂直速度减小10 cm/s以上。谷风对海风同相叠加作用的消失也使得海风强度减弱。其主要影响机制为:在动力方面,由山脉屏障作用引起的海风强迫抬升、绕流等增强作用消失;在热力方面,地表吸收净辐射减少,导致其向大气中释放的感热、潜热通量等各项均减少约9%,这种改变造成了海陆之间温度、气压差的减小,最终造成了海风的减弱。此外,通过两组削山试验,发现海拔高度降低区辐合范围、强度及动能均减小,同时海风垂直环流结构也相应发生改变,其中移去黎母山脉（RMLM）对海风环流结构的影响大于移去五指山脉（RMWZ）。     

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.     

一次春季黄海海雾和东海层云关系的研究

结合多种观测数据和数值模拟结果对2011年3月12—13日的一次黄海海雾过程进行分析。观测数据分析表明:此次黄海海雾过程与东海层云之间存在密切的联系。地面高低压位置为水汽从层云区向北输送提供了有利的环流条件;黄海上空天气尺度下沉运动,加强了海洋大气边界层(MABL)层结的稳定性,MABL顶自南向北高度降低,有利于水汽在向北输送过程中不断向海面聚集;下沉导致的干层以及逆温层对海雾的发生发展起重要作用。模式结果进一步证明天气尺度下沉运动与MABL内的下沉在29°—30°N附近同位相叠加,使得该海区上空的下沉运动明显增强,边界层高度迅速下降。下沉可能会导致气块温度升高,云滴蒸发,来自层云区的水汽随流场向北向下输送逐渐接近冷海面凝结成雾,近海面水汽的平流输送使海雾进一步向北发展。本研究为海雾预报提供新的参考思路。     

伶仃洋海陆风观测的初步结果

由于海陆垫面受热不同产生水平气压梯度,白天空气从海洋流向陆地,夜间相反。在海陆界面附近形成昼夜不同的中小尺度的海陆风环流。它的影响高度、范围,持续时间……等对沿岸地区大气的影响,尤其对沿岸地区环境污染的作用,越来越引起人们的关注。     

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。     

辽宁绥中地区海陆风的多普勒测风激光雷达观测与特征提取

2019年3月,利用相干多普勒测风激光雷达首次在辽东湾西部绥中地区进行了风廓线测量试验。根据研究区域海岸线走向采用风向的十六分位法定义局地海风和陆风,分析和提取海陆风特征验证了多普勒测风激光雷达在春季季风间断期间观测海陆风的可行性,并计算和分析了大气边界层湍流能量的变化以及回流水平变化等特性。结果表明:1)绥中地区春季存在明显的海陆风环流特征,测风激光雷达观测海陆风出现的时间与地面自动气象站观测的数据较为一致,符合海陆风日的定义。2)海陆风日发生时,水平局地回流指数(RF)较小,1. 2 km以下的RF值小于0. 5,使得污染物循环累积,较易形成雾霾天气;但是海风时大气边界层的高度可达1 km以上,有利于低层大气污染物向高层扩散,减轻低层大气污染。研究结果为该地边界层参数化方案的设计和污染的防治提供了参考依据。     

江苏沿海“7.26”飑线大风过程诊断模拟分析

利用加密自动观测资料、EAR5 0.25°×0.25°再分析资料、常州和盐城SA天气雷达资料等和基于三维变分技术（3DVAR）的多雷达风场反演技术,并利用WRF数值模式,对2022年7月26日发生在江苏的一次大范围飑线大风过程进行了分析。结果表明：在此次飑线大风过程中,高空出流区辐散、低层低涡切变辐合,上干冷下暖湿的环境并且配合低空西南急流源源不断输送水汽,为对流的触发和组织化发展提供了较好的动力、水汽条件;飑线入海前,不稳定能量、垂直风切变、垂直上升和水汽条件均较好,而飑线入海后,众物理量配置较差,这与飑线在陆上的组织化发展、强度维持及入海后强度减弱的变化对应较好;飑线入海后,底层后侧入流减弱,使得干空气减少,不利于飑线维持,导致海上大风强度减弱。同时,纬向海陆热力差异变小使得海风的强度也逐渐减小,导致风场辐合效果变差,这可能是飑线系统入海减弱和其引发的海上大风风力变弱的原因之一,数值试验成功模拟了减小纬向热力差异会引发飑线对流系统的减弱。     

简单海气耦合模式对热带太平洋对流运动的数值试验

通过海气交界面附近进行的热力和动力过程,海洋向大气输送热量和水汽,大气向海洋输送动量,驱动海洋.大气中的垂直湍流热量和水汽输送过程又把主要是来自海气界处的热量和水汽输送向大气的高层.     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究IV 盐度结构

盐度的数值模拟结果表明: 一年四季长江口及其邻近海区的盐度分布均为近岸低, 外海高,近岸与外海盐差大。冬季近岸和外海的上层盐度呈垂直均匀分布, 陡坡及外海的底层出现层化; 近岸特别是长江口及其以南近岸盐度的水平变化显著, 外海变化缓慢。春季在长江口以北, 近岸至外海的表层至近底层盐度呈垂直均匀分布, 近岸至外海的底层存在一个向北延伸的盐舌; 长江口及其以南近岸和外海的表层至次表层盐度呈垂直均匀分布, 在近岸稍远的表层至次表层形成盐跃层, 其强度自近岸至外海和自表层至底层逐渐减弱; 在陡坡区的底层盐度几乎呈均匀分布, 并保持高盐特征。夏季除长江口及其以南近岸浅水区盐度呈垂直均匀分布外, 其它区域盐度均出现剧烈分层, 在长江冲淡水区形成强盐跃层, 其强度自表层至底层迅速减弱, 陡坡至外海的底层盐度大致呈均匀分布且保持高盐特征。秋季长江口以北近岸浅水区表层盐度低且出现层化, 表层以下盐度高且呈垂直均匀分布; 近岸以远自表层至底层呈垂直均匀分布, 在外海上层盐度低且呈垂直均匀分布, 而底层盐度高并出现分层;长江口及其以南近岸浅水区盐度呈垂直均匀分布, 陡坡区出现层化, 其盐度为表层低, 底层高; 层化自表层至底层逐渐增强, 并随陡坡至外海的减弱, 上层又逐渐变为垂直均匀分布。     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究Ⅳ盐度结构

盐度的数值模拟结果表明:一年四季长江口及其邻近海区的盐度分布均为近岸低,外海高,近岸与外海盐差大。冬季近岸和外海的上层盐度呈垂直均匀分布,陡坡及外海的底层出现层化;近岸特别是长江口及其以南近岸盐度的水平变化显著,外海变化缓慢。春季在长江口以北,近岸至外海的表层至近底层盐度呈垂直均匀分布,近岸至外海的底层存在一个向北延伸的盐舌;长江口及其以南近岸和外海的表层至次表层盐度呈垂直均匀分布,在近岸稍远的表层至次表层形成盐跃层,其强度自近岸至外海和自表层至底层逐渐减弱;在陡坡区的底层盐度几乎呈均匀分布,并保持高盐特征。夏季除长江口及其以南近岸浅水区盐度呈垂直均匀分布外,其它区域盐度均出现剧烈分层,在长江冲淡水区形成强盐跃层,其强度自表层至底层迅速减弱,陡坡至外海的底层盐度大致呈均匀分布且保持高盐特征。秋季长江口以北近岸浅水区表层盐度低且出现层化,表层以下盐度高且呈垂直均匀分布;近岸以远自表层至底层呈垂直均匀分布,在外海上层盐度低且呈垂直均匀分布,而底层盐度高并出现分层;长江口及其以南近岸浅水区盐度呈垂直均匀分布,陡坡区出现层化,其盐度为表层低,底层高;层化自表层至底层逐渐增强,并随陡坡至外海的减弱,上层又逐渐变为垂直均匀分布。     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究III 温度结构

数值模拟结果表明: 冬季长江口及其邻近海区温度分布为近岸低, 外海高; 近岸和海底地形变化缓慢区温度呈垂直均匀分布, 海底地形变化显著的陡坡区生成温度锋; 外海深水区的中上层温度低且呈垂直均匀分布, 底层温度高并形成弱的分层。春季, 近岸温度高、外海低; 近岸温度大致呈垂直均匀分布, 外海出现明显分层; 长江口以北温度表层低、底层高; 长江口及其以南表层和底层温度低, 而中层高; 陡坡区至外海生成温度锋, 随着温度锋自陡坡至外海的下移,锋面以上温度逐渐变为垂直均匀分布, 而锋面以下温度却大致呈水平均匀分布。夏季, 海区的温度分布和春季一样, 为近岸高、外海低; 长江口及其以南近岸浅水区温度呈垂直均匀分布; 长江口以北和长江口及其以南的外海温度自表层至底层由高变低且大致呈水平均匀分布, 并在表层至次表层生成强温跃层, 跃层强度随水深增加迅速减弱, 深底层温度几乎呈均匀分布且保持低温特征。秋季, 海区的温度分布与冬季相同, 也为近岸低, 外海高; 在长江口以北, 近岸温度为表层高, 底层低; 外海底层温度低且大致呈水平均匀分布, 而底层以上温度高且大致呈垂直均匀分布; 长江口及其以南, 近岸温度呈垂直均匀分布, 陡坡至外海的表层至底层生成弱的温度锋,随温度锋自陡坡至外海的下移, 锋面以上温度逐渐变为垂直均匀分布, 长江口以南陡坡区的底层温度几乎呈均匀分布。     

长江口及其邻近海区环流和温、盐结构动力学研究Ⅲ温度结构

数值模拟结果表明:冬季长江口及其邻近海区温度分布为近岸低,外海高;近岸和海底地形变化缓慢区温度呈垂直均匀分布,海底地形变化显著的陡坡区生成温度锋;外海深水区的中上层温度低且呈垂直均匀分布,底层温度高并形成弱的分层。春季,近岸温度高、外海低;近岸温度大致呈垂直均匀分布,外海出现明显分层;长江口以北温度表层低、底层高;长江口及其以南表层和底层温度低,而中层高;陡坡区至外海生成温度锋,随着温度锋自陡坡至外海的下移,锋面以上温度逐渐变为垂直均匀分布,而锋面以下温度却大致呈水平均匀分布。夏季,海区的温度分布和春季一样,为近岸高、外海低;长江口及其以南近岸浅水区温度呈垂直均匀分布;长江口以北和长江口及其以南的外海温度自表层至底层由高变低且大致呈水平均匀分布,并在表层至次表层生成强温跃层,跃层强度随水深增加迅速减弱,深底层温度几乎呈均匀分布且保持低温特征。秋季,海区的温度分布与冬季相同,也为近岸低,外海高;在长江口以北,近岸温度为表层高,底层低;外海底层温度低且大致呈水平均匀分布,而底层以上温度高且大致呈垂直均匀分布;长江口及其以南,近岸温度呈垂直均匀分布,陡坡至外海的表层至底层生成弱的温度锋,随温度锋自陡坡至外海的下移,锋面以上温度逐渐变为垂直均匀分布,长江口以南陡坡区的底层温度几乎呈均匀分布。     

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.     

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"。     

辽宁葫芦岛地区海陆风及热内边界层研究

根据2007年辽宁葫芦岛气象站资料分析了葫芦岛地区海陆风变化特征,并用MM5v3模式模拟了典型日的海陆风风场变化和热内边界层位温场结构变化。结果表明:海风和陆风出现的频率有明显的季节性变化。冬季陆风较多,春夏海风较多,春季、秋季易形成海陆风;海风起止时间夏季长冬季短,陆风起止时间秋冬季较夏季长;典型海陆风日中,海风造成陆地湿度变大,海风风速大于陆风风速;通过海风的数值模拟,海风由生成到成熟海岸吹向内陆其厚度可增厚到2 000 m以上,伸向内陆距离可到40 km;热内边界层向内陆呈舌状分布,海岸边界层高度在200-300 m之间,抛物面高度随着向内陆延伸的距离增加而升高。热内边界层最高达1 800 m。     

2006年8月青岛国际帆船赛期间海陆风特征及三维结构分析

利用2006年青岛国际帆船赛期间(2006年8月9~31日)的观测资料,对赛场附近的海陆风特征进行了分析,并根据激光雷达和多普勒雷达资料分析了海风的三维结构,结果发现:(1)青岛国际帆船赛期间海陆风发生的频率非常高;陆风时间一般在03:00~09:00时;在副高控制下,赛场全天风速较弱,一般在2.5 m.s-1以下,风向也不集中,陆风多为东北北方向,海风的方向则以东-东南风为主。海风形成的时间较迟,而副高边缘的海陆风较明显,海风形成时间相对较早。海风形成后,风速一般在3~4 m.s-1,为一天中风速最大的时段;风向也较集中,陆风以北-西北北风向为主,海风以东南风为主;(2)海陆风消亡时,风速往往迅速减小,海陆风越强,风速减小得越厉害。(3)海陆温差不是决定海风强弱的唯一因子。(4)海风在垂直方向一般比较浅薄,多在300 m以下。发展强盛的海风垂直高度可达1.5 km左右,向内陆推进100 km左右。多普勒雷达风廓线产品却可以较好地反映赛场附近海风风向的转变和垂直结构。     

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。     

海洋在亚洲夏季风对全球变暖响应中的作用

前人的模式研究表明全球变暖之后亚洲夏季风降水和环流的改变存在着一种自相矛盾的现象。本文利用最新的IPCC-AR4模式模拟资料和FOAM模式来研究亚洲夏季风对全球增暖的响应机制。大多数IPCC-AR4模式以及FOAM模式重现了亚洲夏季风降雨与环流变化的自相矛盾性。利用FOAM模式,本文通过系统改变海洋增暖信号来理解海洋变暖在季风响应中的作用机理。结果表明亚洲夏季风降雨和环流对全球变暖的不同响应主要是由于印度洋的变暖加强了中上层大气的变暖(从而降低了经向的热梯度)和水汽输送。全球增暖导致海陆温差的增大使得大气对流中心北移从而减弱了北印度洋的底层大气季风风速。这些敏感性实验还表明了太平洋的变暖增强了亚洲夏季风环流但减少了降雨量,从而削弱了印度洋增暖对亚洲夏季风的颖响。模式研究还表明了海洋的增暖能够增强亚洲夏季风自身的内在变率。     

辽东湾西岸三维海陆风特征的数值模拟

本文所用的数值模式为地形影响修正的三维流体静力的中尺度气象学模式,模式对中尺度的海陆风环流和山谷风环流有较好的模拟效果.利用该模式对一个海陆风个例(1999年7月15～16日)进行了数值模拟,分析了海陆风环流的日变化规律和三维结构特征,以及地形对海陆风环流的影响,模拟结果与实际观测数据和已有研究成果具有较好的一致性.