毫米波雷达在港口海雾观测和能见度反演中的应用

利用2014年12月和2015年3月浙江省宁波市北仑海港光明码头毫米波雷达观测数据及分布在毫米波雷达附近的4部前向散射能见度仪观测数据,开展海雾联合观测实验,建立雷达反射率与海雾能见度的关系。结果表明:(1)毫米波雷达可以获取海雾的内部结构、分布范围、云雾强度随距离和高度的变化趋势;(2)当雷达反射率上升时,能见度降低,反之升高。通过毫米波雷达反演的能见度与能见度仪观测值有较好的相关性;(3)订正后的反演算法进一步提高了毫米波雷达反演海雾能见度的准确性。     

一次北部湾海雾天气过程的大气边界层特征分析

利用常规地面和高空气象观测资料、风廓线雷达和NCEP/NCAR再分析资料,分析了2016年2月11～13日导致北海-涠洲岛航线停航的典型平流型海雾天气过程的环流形势、边界层特征。结果表明:此次海雾天气过程,近地面层风速较小约3～5 m·s~(-1),为东南风;850hPa附近,有12～15 m·s~(-1)的西南风急流;500m以下,具有一定的垂直风切变,水平风切变越小,海雾天气越严重。海雾期间的大气层结为中性状态,混合层厚度低于500m,且混合层厚度越低,能见度也越低,海雾天气越严重。此外,925hPa附近存在逆温层、地面的相对湿度较大(约95%)和温度露点差较小(1～2℃)均是该次海雾天气的明显特征。以上这些大气边界层特征可作为北部湾平流型海雾天气预报的参考依据。     

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。     

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。     

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。     

青岛近岸能见度逐小时分级预报模型初探

本文对青岛2014~2015年4~8月份位于青岛奥帆基地站和胶州湾跨海大桥上的大桥4站的逐小时自动气象站测量数据进行多种统计分析工作,发现两地能见度变化影响因子有不同特点,大桥4站在雾出现时降温增湿过程更明显。能见度处于1km以下时,风速降低,温度降低,绝对湿度减小会导致更低的能见度出现。使用神经网络方法分别对两站建立逐小时的能见度分级预报模型,并用2016年4~8月数据进行预报检验,表明少数关键预报因子就可以较好地建立预报模型,奥帆基地站能见度0~1km和1~5km级别的TS评分可超过0.4,因子增多会提升能见度1~5km级别的预报效果。两站独立建模比使用一个模型预报效果更好。该研究为青岛近岸能见度精细化客观定量预报提供参考。     

山东半岛及其近海大雾的统计与分析

通过对1971～2000年30 a气象整编资料对山东半岛威海、青岛、烟台地区所有观测站进行大雾天气的统计,结果表明东部沿海出现大雾的次数最多,南部沿海次之,北部沿海较少,海雾常见的季节是春夏两季,出现最频繁的月份为7月,冬季最少;夜间出现大雾的日数较白天明显偏多。重点对经常出现海雾的成山头、石岛、青岛3个沿海站进行了重点分析,发现一日中早晨6～7时是出现海雾最多的时次,11～17时海雾出现最少,夜间又开始增多。南到偏东南风有利于暖平流和水汽的输送,弱的流场有利于大气层结的稳定,适宜的海温都容易产生沿海大雾。     

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。     

青岛近海夏季海雾年际变化的低空气象水文条件分析——关于水汽来源的讨论

本文采用1971-2009年月雾日数资料、1970-2007每日4次能见度观测资料、MICAPS系统提供的每日3h/1次的地面观测资料、JRA-25再分析资料,对青岛近海夏季(6～7月)海雾年际变化的低空气象水文条件进行了合成分析,发现长江口以东的东海海域是影响青岛近海海雾多寡的水汽来源关键区域(122°E～130°E,28°N～32°N),黄海局地海表面蒸发增湿所提供的水汽贡献不大.海表面温度(SST)对海雾的形成在黄、东海起着不同的重要作用.多雾年,东海SST偏高,海面蒸发较大,为低空气流提供了热量和水汽,黄海SST偏低,海面蒸发较小,有利于低空气流的降温增湿,从长江口以东海域向黄海输送的低空暖湿平流是海雾形成的主要物质基础.去掉月平均合成中降水、沙尘等因素对能见度的影响,针对2005-2007年6、7月42个雾日的统计分析,进一步证明了长江口以东海域水汽输送对黄海海雾形成有重要影响;对其中5个雾日的水汽源地追踪,表明在天气时间尺度下,水汽路径是从东海在低空南风的引导下向北到达青岛近海.