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。     

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.     

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。     

青岛近岸一次海陆风过程中大气波导成因的数值研究

采用新一代区域大气数值模式WRF对2006年8月21日青岛地区一次典型的海陆风过程中的大气波导现象进行了详细的数值模拟研究,以探究海陆风过程中大气波导的形成机理。WRF数值结果较好地再现了海陆风及大气波导的发生发展过程。基于高时空分辨率的WRF数值模拟结果,对海陆风过程中大气波导的形成机制进行了详尽的分析,结果表明:湿度突变层的存在是导致波导发生的主要因素,此次波导过程无逆温层的存在;波导随海风的出现而形成。午后,海陆温差增大,海风在海陆热力性质差异的驱动下形成,并将大量水汽带到近岸,使近岸底层大气相对湿度增大,陆上暖干空气在海风环流作用下向海洋一侧平流,最终在海洋上空下沉,海洋大气边界层发展成为具有稳定层结的热内边界层;同时,下沉的干空气与底层湿空气形成较大的水汽垂直梯度,有利于大气折射指数随高度减小,形成大气波导。海风环流减弱至陆风环流形成发展后,水汽垂直混合均匀,大气波导随之减弱、消失。地形因素对波导的形成作用显著,地形的阻挡使海风携带的大量水汽在向海一侧积聚,在海风环流作用下波导形成于陡峭地形向海一侧。     

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。     

黄海及东海海域大气降水中的重金属

于2000年5月至2002年5月在黄海的千里岩岛和东海的嵊泗群岛两个采样点共采集了120多个降水样品，测定了pH值和重金属Cu、Pb、Zn、Cd的含量。结果表明，两个采样点的降水样品中重金属的浓度有明显的季节变化，冬季的浓度高于夏季。千里岩岛降水中的重金属的浓度明显高于嵊泗群岛，尽管其降雨量小于嵊泗群岛，千里岩岛大气降水中重金属的沉降通量仍大于嵊泗群岛。在千里岩岛，Pb以干沉降为主，而Cu、Zn、Cd的湿沉降占明显优势，表明在黄海海域湿沉降对重金属元素向海洋的输送起重要的作用。     

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.     

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。     

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。     

大气氮沉降对南黄海初级生产过程影响的数值研究

本研究利用三维物理-生物耦合模型模拟了大气氮沉降对南黄海主要初级生产过程的影响,并通过数值实验区分了不同季节大气氮沉降的贡献。模拟结果显示,大气氮沉降明显增大了南黄海表层溶解无机氮的浓度,近岸海域增加量较大,可以达到3.0 mmol/m^3,且由近岸海域到黄海中部海域有明显的递减趋势,这主要是由于近岸海域无机氮来源众多,导致浓度较高,大气沉降的氮不会被浮游植物生长吸收,出现氮累积。大气氮沉降明显促进了黄海中部春季表层水华和夏季次表层叶绿素最大值两个重要初级生产过程,春季表层叶绿素增加量最大,可达0.20 mg/m^3,夏季次表层叶绿素浓度增加最显著,可达0.10 mg/m^3,分别约为峰值浓度的10%和6%。不同季节大气氮沉降对初级生产过程的贡献不同,冬季氮沉降可以存留下来影响春季水华过程,但作用小于春季氮沉降;夏季,由于水体层化较强,本季的氮沉降对次表层叶绿素最大值的促进作用并不明显,反而冬季氮沉降的影响大于春季和夏季的氮沉降。同时,大气氮沉降也促进了氮循环的各个过程,包括浮游植物生长吸收、呼吸释放和矿化过程。     

南黄海海面大气长波辐射计算方法的比较

利用了"中国近海海洋综合调查与评价"项目在南黄海区获得的海-气通量观测资料,对一些常用的计算海面大气长波辐射通量的经验公式进行了比较.结果表明,采用Clark和Josey各自提出的经验公式所得的计算结果与实测结果具有较好的一致性;而利用Bignami和Bunker提出的经验公式计算的海面大气长波辐射通量值与实测资料则存在着较大的误差.出现差别的原因可能与不同经验公式所选参数密切相关.     

北黄海大气颗粒态营养元素的季节分布特征

2006年7月～2007年10月对北黄海海域大气气溶胶及其负载的营养元素在春、夏、秋、冬4个季节的浓度分布进行了调查.结果显示,大气总悬浮颗粒物(TSP)、大气颗粒态总碳、钠、钙、镁、氮和磷都呈现出明显的季节变化,但是不同元素的季节分布规律不同.TSP、总碳和氮浓度都是春冬季较高,秋季次之,夏季最低.钠的季节变化与TSP不同,为夏季>冬季>春季>秋季,水溶性钙和镁分别呈现出春季>秋季>冬季>夏季及秋季>冬季>春季>夏季的季节变化.而水溶性磷酸盐浓度夏季最高,春季次之,秋冬季浓度很低.春、夏、秋、冬4季TSP、总碳和氮在不同采样海域的分布特征类似,即在离岸较近海域采集的样品TSP浓度较高,尤其是靠近辽东半岛和山东半岛海域.钠在不同采样海域的分布与TSP完全不同.各航次内钙、镁在不同采样海域的分布特征较复杂,呈现出与TSP和钠都不尽相同的分布特征.     

Reanalysis of the Atmospheric Flux of Nutrient Elements to the Southern Yellow Sea and the East China Sea

Based on the recent research results on dry and wet deposition of nutrient elements and sulphate,we estimate the atmospheric flux of nutrient elements and sulphate to the southern Yellow Sea and the East China Sea in each season.The results suggest that the concentrations of nutrient elements and sulphate in aerosol and precipitation show an apparent seasonal cycle with the maximum values in winter and the minimum values in summer.Depositions of nitrate and sulphate are dominated by wet deposition,while the deposition for phosphate is mainly dry deposition.Moreover,compared with the riverine inputs,the atmospheric deposition may be the main source of dissolved inorganic nutrients in the southern Yellow Sea and the East China Sea.     

利用船载走航涡动相关资料分析北黄海海域大气湍流特征

利用船载涡动相关系统的走航观测资料,分析了北黄海海域大气边界层湍流特征,并初步讨论了走航观测方式的可行性。观测资料中,风速脉动功率谱有异常高值,经船体运动校正后可以去除。北黄海海域大气边界层中无量纲风速标准差与稳定度之间存在1/3次方关系;依据走航资料得到的拖曳系数与定点观测结果之间存在一定差异,但它们与风速之间的关系具有一致性。依据相似性理论并通过与定点观测结果的对比可见,走航观测方式能够获得海洋大气边界层的湍流特征,但走航观测资料在船体运动校正后出现低频功率谱值增大的现象,这可能与船体平移的低频变化未能被完全去除有关。     

Characteristics of thermal finestructure in the southern Yellow Sea and the East China Sea from airborne expendable bathythermograph measurements

Four surveys of airborne expendable bathythermograph with horizontal spacing of about 35 km and vertical spacing of 1 m extending from the surface down to 400 m deep are used to analyze thermal finestructures and their seasonality in frontal zones of the southern Yellow Sea and the East China Sea. Finestructure characteristics are different not only among fronts but also along the same front, implying different mixing mechanisms. Summer thermocline intrusions with thickness from few to 40 meters, generated by the vertically-sheared advection, are identified along the southern tongue of the Cheju-Yangtze Front (especially south of Cheju Island). The finestructures south of the Yangtze Bank (i.e. the western tip of the southern tongue) produced by strong along-frontal currents are not as rich as elsewhere in the southern tongue. The Cheju-Tsushima Front presents mixed finestructures due to confluent currents from various origins. The irregular-staircase finestructures in the Kuroshio region (below the seasonal thermocline), driven by double-diffusive mixing, show seasonal invariance and vertical/horizontal coherence. The strength of mixing related to finestructure is weaker in the Kuroshio region than in the Cheju-Tsushima Front or south of Cheju Island. The profiles in the Tsushima Warm Current branching area show large (∼50 m thick), irregular-staircase structures at the upper 230 m depth, which coincides roughly with the lower boundary of the maximum salinity layer. The finestructure at depths deeper 230 m is similar to that in the Kuroshio region. The possible mechanisms for generating the finestructures are also discussed.     

基于大气湍流效应的蒸发波导PJ 模型研究

本文基于海洋大气近地层相似理论和一维Kolmogorov 谱函数, 建立考虑各向同性和各向异性湍流效应的蒸发波导模型, 并基于相对误差理论, 将数值模拟的大气修正折射率与根据试验采集数据计算得到的修正折射率进行对比分析。研究结果表明： 湍流效应对蒸发波导模型的预测结果有影响, 且考虑各向异性湍流效应的蒸发波导模型预测精度更高。因此在构建蒸发波导模型时, 需要考虑各向异性湍流对大气折射率的扰动影响, 才能得到更准确的大气修正折射率廓线。通过引入各向异性大气湍流理论, 能够有效提升蒸发波导模型的适用性, 为后续反演大气波导提供较好的模型基础。