北冰洋夏季的海雾

以中国首次北极科学考察采用国内外海冰、大气和海洋的先进观测设备,获得海、陆、空的同步或准同步观测资料为基础,重点研究北冰洋的海雾.发现在北冰洋大范围被海冰覆盖或冰水相间的洋面上,能够形成平流雾、辐射雾和蒸汽雾.每种海雾的特点和形成的物理机制不同.在北冰洋的南部,由于暖湿气流充分,易形成持续时间长、浓度大的平流雾;在冰盖和大浮冰块上,由于冰雪面的强辐射冷却,容易形成稳定的辐射雾;在浮冰区能够形成像开锅的蒸汽一样的蒸汽雾.指出在北冰洋形成多种海雾原因是海冰的分布及独特的物理特性造成下垫面性质的复杂化,产生的海气相互作用复杂化的结果,特别是冰雪面的反照率高,不能吸收极昼期充足的太阳辐射.冰又是热的不良导体,成为海气热交换的屏障,在浮冰区由于冰屏障的破碎,海气交换活跃.海洋以潜热的形式向大气输送热量,以蒸汽雾的形式反映出海气热交换的程度和对气候影响的一种表现形式.提出在蒸汽雾发生的过程中,海洋以感热的形式向大气输送热量.     

CALIPSO卫星资料的春夏季黄海海雾高度特征分析

利用2007—2018年CALIPSO卫星数据对春夏季黄海海雾的高度特征进行了统计,并借助MTSAT可见光卫星云图、"葵花8号"可见光卫星云图和KMA地面天气图对控制海雾产生的天气形势进行了分析,进一步讨论了各天气型下黄海海雾的高度特征。研究结果表明:(1)黄海海雾的平均雾顶高度是211 m,海雾高度最大值为370 m,大多数黄海海雾雾顶高度介于100～400 m;(2)7月的海雾雾顶高度高于其他月份,为260 m;(3)控制黄海海雾生成发展的主要天气型有入海变性高压型和大陆低压低槽东移型,入海变性高压控制下的弱偏南风区域的雾顶高度相对较高,大陆低压低槽控制下的槽前风速稍大区域的雾顶高度偏高。     

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.     

基于机器学习的青岛市区近岸海雾集成预报方法

利用2014-2017年青岛小麦岛海洋站观测资料,采用机器学习方法建立了青岛市区近岸海雾集成预报模型,通过主成分分析方法对预报因子进行了优选.结果表明:采用能见度、风向、风速、气压、露点、气温、海温、气温露点差、气海温差、相对湿度、云量、气温24h变温12个预报因子建立的海雾集成预报模型,对2018年海雾预报的TS评分...     

MODIS卫星海雾检测技术研究

以MODIS/TERRA卫星为数据源,以2006~2009年黄渤海区域五个台站的实况资料和部分海测资料为依据,选取了23幅有雾天气卫星云图为样本,对卫星36个通道进行了相关性分析实验,通过该实验实现了海雾特征通道的选择。对特征值与日地关系因子进行了相关性分析实验,讨论了日地关系因子对海雾特征值的影响,提出了特征通道特征值的订正方法。在此基础上,运用阈值法进行了海雾检测,取得了理想的海雾正检率。     

基于卷积神经网络的西北太平洋夜间海雾/低云卫星检测方法研究

使用Himawari-8静止卫星数据,基于CALIPSO卫星云底高度结合云雾水平均匀性特征提取海雾/低云标签,并使用全卷积神经网络与全连接条件随机场相结合的模型(Fully Convolutional Network and Conditional Random Field, FCN-CRF),提出一种夜间海雾/低云卫星检测方法。经过建立与训练模型,使用CALIPSO卫星的海雾/低云观测检验FCN-CRF模型和双通道差值法的结果。FCN-CRF模型表现良好,其检出率(probability of detection, POD)为0.611,虚警率(false alarm ratio, FAR)为0.174,临界成功指数(critical success index, CSI)为0.541,Hanssen-Kuiper技能分数(Hanssen-Kuiper Skill Score, KSS)为0.436,Heidke技能分数(Heidke Skill Score, HSS)为0.577,整体优于双通道差值法。     

基于机器学习的SMAP卫星海表盐度反演

针对传统海表盐度的物理机制反演模型拟合过程复杂且反演精度不高等问题,借助大范围、全天时、L波段探测的SMAP卫星微波海洋遥感产品,以北太平洋(135°～165°E,15°～45°N)范围为研究海域,利用深层神经网络(Deep Neural Network, DNN)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)建立海表盐度(Sea Surface Salinity, SSS)遥感反演模型。验证结果表明:DNN与SVM模型测试集反演SSS与Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography))实测SSS的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)分别为0.179 0和0.257 0,平均绝对误差(Mean Absolute Error, MAE)为0.129 3和0.182 1,最小绝对误差为0.642 6和2.038 0,最大绝对误差为1.324 1和2.373 2,反演模型数据与实测Argo数据拟合后的的相关系数分别为0.89和0.84。总体来看,DNN模型比SVM模型的反演精度更高,...     

北部湾海雾过程的天气系统分型研究

采用2011—2016年NCEP/NCAR再分析格点资料和北部湾沿海6个气象站的常规气象观测资料,利用天气学方法对北部湾沿海出现大雾时的大尺度天气背景、地面形势进行了分类总结,探寻北部湾发生海雾时各类型天气系统的共同特点。结果表明:北部湾海雾的天气环流类型可分为西南倒槽型、入海高压后部型、均压场型、静止锋型、冷锋前部型和高压底部型,其中西南倒槽型、入海高压后部型、均压场型、静止锋型是4种主要的环流型,造成的北部湾海雾日数相对较多,而冷锋前部型和高压底部型造成的海雾日数较少;西南倒槽型、静止锋型的海雾过程持续时间较长、能见度较低,高压底部型的海雾消散较快;地面风速小、500 hPa高空存在偏西或西南急流、大气层结稳定是海雾出现时各类天气型的共同特点。     

GOES9云图在黄海海雾区域识别中的应用

海洋雾霾天气由于其特殊的发生环境,很难用常规站网方法来监测和预报。本文尝试在MM5模式下,用GOES9卫星的可见光云图和地面探空站资料,对2005年3月9日黄海区域的一次海雾进行研究。首先判定海雾类型,通过对云图的处理和多幅多次不同时刻可见光云图和地面能见度观测值的比较,确定雾区对应的可见光反照率为0.13,然后将此值应用到黄海2005年5月31日的海雾过程中去。结果证明:可见光云图上确定的雾区与沿海地面站实际能见度观测能很好的吻合起来。     

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。     

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。     

2003年夏季西北冰洋浮游动物群落结构和地理分布研究

根据西北冰洋43个调查站位的浮游动物种类组成和数量资料,分析了浮游动物的群落结构和地理分布特征,探讨了浮游动物群落与环境因子的关系.结果表明,在调查区域存在三种不同的浮游动物群落类型:楚科奇海台和加拿大海盆地区的高纬度深海群落;楚科奇海中部的陆架群落;阿拉斯加沿岸和楚科奇海北部的沿岸过渡群落.深海群落浮游动物数量较少,...     

卫星视频舰船目标检测方法

舰船目标检测是进行海上目标监管,保障海上权益的重要手段.本文在SSD(single shot multibox detector)算法的基础上,利用残差网络(ResNet,residual network)作为骨干网络构建SSD模型,将改进后的SSD算法应用于卫星视频舰船目标检测,该算法采用残差连接替换原本的级联方式,...     

基于WRF的黄渤海海雾数值模拟参数化方案研究

对数值模拟的研究现状进行了总结梳理,分析了已有研究的不足,并根据研究目标在已有研究结论基础上有针对性地设计了敏感性实验方案。经过与实地观测的结果对比来看,与海雾模拟密切相关的边界层参数化方案中的YSU方案对我国黄渤海海区的不同强度海雾均具有良好的适用性,而长波辐射方案中的Fu-Liou-Gu方案则具有更好的普适性,在这种核心方案配置下的模拟结果均可满足一般科学研究与预报业务的需求。     

基于SMOS卫星数据的海表面盐度模型

海表面盐度是研究海洋对全球气候影响以及大洋环流的重要参量之一,而卫星遥感技术是获取海表面盐度数据的最有效方法.目前,L波段的SMOS和Aquarius/SAC-D遥感卫星正在用于探测海表面盐度,并根据卫星观测数据和物理机制反演出海表面盐度的产品.但在某些近陆地区域,由于淡水流入及陆地射频(RFI)等因素影响,卫星反演盐度的产品精度较低.文中利用“东方红2号”科学考察船的实测数据、SMOS卫星数据,首次针对中国南海海域提出了用贝叶斯网络模型计算海表面盐度,并用验证数据集(实测Argo盐度)对模型进行适应性评估.经过计算,模型误差和验证误差分别为0.47 psu和0.45 psu,而相应的SMOS Level 2产品的精度分别为1.90 psu和1.82 psu.此模型为海表面盐度的计算提供了一个新方法.     

基于观测数据的2003?2014年北冰洋海平面时空特征

本文对比了3个不同机构提供的北冰洋月均高度计数据,发现英国极地观测与建模中心和丹麦科技大学空间中心两套数据比较一致且空间覆盖率高,适用于北冰洋海平面变化研究,而前者在数据分辨率、平滑性和与验潮站的符合程度方面均更优。对高度计和验潮站数据的分析表明,北冰洋海平面的气候态特征表现为加拿大海盆的高值和欧亚海盆的低值之间形成鲜明对比;海平面的变化以季节变化和北极涛动引起的低频变化为主,加拿大海盆的季节和年际振幅均较大,俄罗斯沿岸海平面季节变化显著。2003?2014年,北冰洋平均海平面呈上升趋势,其中加拿大海盆海平面上升最快,而俄罗斯沿岸海平面有微弱下降趋势。加拿大海盆和俄罗斯沿岸由于海冰变化显著,不同高度计产品以及高度计与验潮站数据之间差别较大,使用时需慎重。     

黄海海雾的一次过程及模拟研究

描述了2009年夏季针对胶东半岛沿海海雾灾害爆发进行的一次现场调查过程,详细分析了当时的地面、高空天气形势,以及对引发这次海雾过程的物理机制展开讨论.得出水气温差条件在2°-4℃之间,海表相对湿度以及低层大气相对湿度达到90％以上,低层风向以南风为主,风速3-4级之间是最有利于黄海出现平流雾的大气物理条件.利用WRF模式对本次事件进行了模拟,并计算了大气的水平能见度分布.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.     

不同气流路径的春季黄海海雾天气与大气-海洋特征

春季（四至五月）是黄海海雾的多发季节,也是亚洲季风的转换季节。 本文对发生在1960-2006年春季的黄海海雾,及其雾气相关的天气特征和大气-海洋条件进行了综合分析。海雾根据I_COADS海面观测数据和同期NCEP/NCAR再分析资料风场的气流后向轨迹聚类分析,可进行气流路径分类。在气流路径分析的基础上,对春季黄海海雾的大尺度低层环流型及其相关的地表散度、湿度垂直分布、水汽水平输送及大气-海表温度差异进行了分析。主要结论总结如下：（1）导致春季黄海海雾形成的气流主要可分为四条路径。气流分别来自黄海的西北、东、东南和西南侧。（2）春季黄海海雾的发生有两种典型的天气型：黄海高压型（HSH）、气旋和反气旋耦合型（CAC）。两种天气型在四月份的出现比例大致相同;但在五月份HSH型的出现比例下降到三分之一左右,而CAC型上升到三分之二左右。（3）HSH和CAC两种天气型的共同特征是黄海位于地面散度中心。 （4）对于HSH型海雾,水汽主要来自局部蒸发,低层大气之上存在明显的干层;对于CAC型雾,水汽主要来自黄海以外,低层大气具有深厚的高湿度层。（5）由于天气型及其湿度垂直分布和水汽水平输送的差异,海雾可分为两类。多数的CAC型海雾为“暖”海雾,而HSH型海雾中的“暖”和“冷”海雾的比例几乎相同。     

日照市海雾天气的特征分析与预报

文章利用地面及探空气象观测资料、海洋站观测资料、ERA再分析资料,统计了日照市1988—2019年每年4—7月的海雾过程。分析了产生海雾的天气形势及形成机理,提出了影响日照地区海雾天气生成的主要气象要素及其配合效用。结果表明：春夏季节,日照地区处于入海变性高压西部、太平洋副热带高压脊西部或低压前部等几类天气形势控制下时,最易产生平流海雾过程;天气形势控制下的风向与风速、露点温度、气温、海温、层结稳定等水文气象要素在海雾形成过程起到重要作用。在此基础上,利用Fisher二级判别分析方法建立海雾预报的判别方程。通过预报检验发现,文章提供的海雾统计学预报方法具有良好的预报能力,预报准确率在88%～94%之间。可用来进行短期日照市海雾特征预报,为日照的工农业、渔业生产以及海上和陆地交通运输等提供服务。     

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。