2020年秋季海洋天气评述

2020年秋季(9—11月)大气环流特征表现为,北半球极涡呈单极型分布,中高纬环流呈4波型。9—11月,欧亚大陆中高纬环流经向度不断加大,冷空气势力增强。西太平洋副热带高压较历史平均偏强,热带气旋活动频繁。我国近海出现了19次8级以上大风过程,其中冷空气大风过程6次,台风大风过程4次,入海气旋大风过程1次,冷空气与热带气旋共同影响的大风过程7次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程1次。西北太平洋和南海共生成13个热带气旋,其中10月共有7个热带气旋生成,追平10月热带气旋生成数的历史最高纪录;全球其他海域共生成热带气旋26个。我国近海未出现2 m以上大浪过程的天数仅有12 d,约占秋季总日数的13％。秋季,我国近海海域呈明显降温过程,北部海域的降温幅度明显大于南部海域,受连续北上影响我国北部海域的热带气旋活动影响,9月黄海东部及东海东部的海面温度较气候态明显偏低。     

高能波控陆架的风暴沉积和风暴层序——以澳大利亚东南部陆架为例

根据浅层地震和钻孔资科,将澳大利亚东南部研究地区高能波控陆架风暴沉积分为直立风暴层、叠瓦状风暴层、无序风暴层、水平风暴层和纹层状风暴层等五类.各类风暴层及风暴层与非风暴层组合而成悬移风暴层序、悬移-推移混合风暴层序和推移风暴层序三大类.中陆架风暴沉积与现今近岸和水下岸坡相似,岩性、岩相和古生物属海岸带,风暴沉积厚,底板埋深大,组成物质粗.推断中陆架风暴沉积当形成于冰后期海侵、该地带处在近岸带和水下岸坡环境时,此时海面上升速度可能减缓,或趋近于零,甚至可能有短时间的下降.     

利用GPS拖体在万山区域测量平均海面技术研究

Wanshan area has been chosen to be the specified field to calibrate and validate(Cal/Val) the HY-2 altimeter and its follow-on satellites. In March 2018, an experiment has been conducted to determine the sea surface height(SSH) under the HY-2 A ground track(Pass No. 203). A GPS towing-body(GPS-TB) was designed to measure the SSH covering an area of about 6 km×28 km wide centered on the HY-2 A altimeter satellite ground track. Three GPS reference stations, one tide gauge and a GPS buoy were placed in the research area, in order to process and resolve the kinematic solution and check the precision of the GPS-TB respectively. All the GPS data were calculated by the GAMIT/GLOBK software and TRACK module. The sea surface was determined by the GPS-TB solution and the tide gauge placed on Zhiwan Island. Then the sea surface of this area was interpolated by Arc GIS10.2 with ordinary Kriging method. The results showed that the precision of the GPS-TB is about 1.10 cm compared with the tide gauge placed nearby, which has an equivalent precision with the GPS buoy. The interpolated sea surface has a bias of –1.5–4.0 cm with standard deviation of 0.2–2.4 cm compared with the checking line. The gradient of the measured sea surface is about 1.62 cm/km along the HY-2 orbit which shows a good agreement compared with the CLS11 mean sea surface(MSS). In the Cal/Val of satellites, the sea surface between the tide gauge/GPS buoy and the footprint of altimeter can be improved by this work.     

星载SAR对雨团催生海面风场的观测研究

雨团或对流雨是热带与亚热带地区的主要降雨形式,较易被高分辨率星载合成孔径雷达（SAR）探测到。SAR图像上的雨团足印是由大气中雨滴的散射与吸收、下沉气流等共同导致形成的。本文以RADARSAT-2卫星100 m分辨率的SAR图像上雨团引起的海面风场及其结构反演与解译作为实例进行分析。使用CMOD4地球物理模式函数,分别以NCEP再分析数据、欧洲MetOp-A卫星先进散射计（ASCAT）和中国HY-2卫星微波散射计的风向为外部风向,进行了SAR图像的海面风场反演。反演的海面风速相对于NCEP、ASCAT和HY-2的均方根误差（RMSE）分别为1.48 m/s,1.64 m/s和2.14 m/s。SAR图像上一侧明亮另一侧昏暗的圆形信号图斑被解译为雨团携带的下沉气流对海面风场（海面粗糙度）的改变所致。平行于海面背景风场其通过雨团圆形足印中心的剖面上的风速变化可拟合为正弦或余弦曲线,其拟合线性相关系数均不低于0.80。背景风场的风速大小、雨团引起的风速大小以及雨团足印的直径可利用拟合曲线获得,雨团足印的直径大小一般为数千米或数十千米,本文的8例个例解译与分析均验证了该结论。     

一维综合孔径微波辐射计遥感海面温度的敏感性分析

一维综合孔径微波辐射计能够有效提高观测的空间分辨率,其观测入射角通常在0°~55°范围内变化。为了开发适用于一维综合孔径微波辐射计的海面温度反演算法,需要评估其观测亮温对海洋大气环境要素的敏感性。利用海面发射率模型和大气辐射传输模型,构建了适用于一维综合孔径微波辐射计的微波海洋大气辐射传输模式,研究了C波段垂直和水平极化微波辐射亮温在不同入射角下对海洋大气环境要素的敏感性变化情况,并定量计算了相应的敏感系数。结果表明:垂直和水平极化亮温对海洋大气环境要素的敏感性表现出不同的特性。随着入射角的增大,垂直极化亮温对海面温度的敏感性增强,对海面风场的敏感性相对减弱;水平极化亮温则相反。由大气水汽含量和云液态水含量误差引入的垂直和水平极化亮温误差随入射角增大而增大,但是,即使在55°的大入射角下垂直和水平极化亮温误差仍小于0.12 K。对于海面温度反演精度优于1 K的要求,一维综合孔径微波辐射计的测温精度需优于0.6 K。研究结果对于一维综合孔径微波辐射计海面温度反演算法的研究和载荷设计具有一定的理论指导意义。     

海面-地面系统中三维古地面反演计算的剥蚀算法研究

三维古地面反演计算是海面-地面系统研究中的一个基础研究。该文在前人研究的基础上提出了三维古地面反演计算的剥蚀算法,并与传统的加积算法做了比较分析,得出剥蚀算法比加积算法有对时间序列离散判断简单、方便计算等优点。同时,在GIS平台下实现了该算法,并以长江三角洲地区为试验区,进行了古地面虚拟反演计算,取得了较好的效果。     

应用单多普勒雷达资料反演风场作暴雨中尺度分析

针对2002年6月23日发生在安徽西部的一次暴雨过程，以有限的探空资料作为大尺度背景场，应用合肥CINRAD-98D多普勒雷达资料，通过准四维变分分析方法进行反演，获得了不易被常规探测到的中小尺度三维风场，由此分析了引起强降水的中尺度天气系统。指出暴雨中心位于风速切变的下方，同时上空也伴随辐合中心，以及正涡度极大值。分析结果表明，变分法是一种较为准确的从雷达资料中提取三维风场的方法。利用雷达资料反映中尺度天气系统，同时又加入大尺度的背景场作为基础，两者相互弥补，能较真实地反映实际天气状况。在气象预报中有效地应用多普勒雷达资料，有助于研究更为细致的中小尺度天气系统结构，而且也可为中小尺度数值预报模式提供准确的初始场。     

一次干冷锋过程的边界层风场结构和尺度分析

本文利用南京北郊164米气象塔实测资料对一次非降水弱冷锋过程的边界层风场结构一三维风速、横锋向水平散度、湍流通量和能量的时空分布，以及多尺度时空分布进行了计算分析。结果表明，在冷暖空气的过渡区（锋区）风场各参量具有明显的梯度，锋区前线的强上升气流与强冷锋相近，但锋区宽度较强冷锋宽得多，其时间尺度为30分钟，水平距离为35公里。锋面过境对风温场的影响时段为24小时，在这期间，出现阵风浪涌和多种中、小尺度（时间尺度为3－4小时、1－20分钟）的湍涡活动。     

主流海表风场资料在舟山群岛近海的性能评估

再分析风场资料已广泛应用于我国舟山群岛海域可再生能源评估、海洋灾害预防决策以及港口运维和船舶运输等涉海发展领域,然而不同业务机构所提供的再分析数据在舟山近海的性能表现不一,严重阻碍了此类数据的有效应用。基于2018年全年单点浮标观测资料,综合评价了舟山群岛近海面(10 m)风场的长期变化趋势,并利用误差分析和风玫瑰图等统计工具对6种主流海表风场再分析资料,包括:ECMWF第五代全球大气再分析数据(the 5th generation ECMWF atmospheric reanalysis,ERA5)、NECP第二版全球高分辨率再分析数据(climate forecast system version 2,CFSv2)、美国宇航局物理海洋学分布存档中心的多卫星融合资料(cross-calibrated multi-platform,CCMP)、日本55年再分析数据(Japanese 55-year reanalysis,JRA-55)、第二版现代研究与应用回顾性分析数据(modern-era retrospective analysis for research and applications version 2,MERRA-2)和ECMWF哥白尼大气监测服务再分析数据(the Copernicus Atmosphere Monitoring Service,CAMS)在时间变化特征上进行了对比与评估。研究表明:在综合性能方面,ERA5对风场的再现能力最优,其次为JRA-55;在要素可信度方面,ERA5对风速的再现情况相对较优,而CFSv2的风向再现情况较好;风场产品在不同季节的模拟能力有所差异;不同风场产品在不同风速区间的重构能力也有所不同;在全年风向分布方面,各再分析资料都存在显著的东向偏差。研究结果为不同应用场景下风场资料的选取提供评估依据,并为进一步开发适用于舟山群岛近海的高精度长周期风场数据产品奠定基础。     

前期风场控制的太湖北部湖湾水动力及对蓝藻水华影响

为明确前期风场对太湖北部湖湾水动力及蓝藻水华分布的影响,对2008年9月梅梁湾及贡湖湾水文、水质及气象开展了同步观测,结果表明:受前期东北风影响,梅梁湾及贡湖湾表层、中层及底层湖流流向均顺风向自湾内流向湾外,两个湖湾均不存在补偿流.表层湖流对风场变化响应敏感,而中场及底层流场对风场变化响应存在显著滞时.在偏南风作用下,梅梁湾表层湖流能快速形成顺时针环流.在偏西风作用下,贡湖湾表层湖流流向虽未发生偏转,但是湖流流速显著减小并导致流速沿水体垂向呈递增分布.观测期间水动力强度对太湖北部湖区叶绿素a浓度垂向分层及蓝藻水华水平漂移均具有重要影响.在水动力滞缓水域,蓝藻水华易在水表发生漂移堆积.在水动力强度较大水域,强烈的垂向混合作用能使蓝藻沿水深方向混合均匀,降低水华暴发风险.相对于水动力条件,营养盐对叶绿素a浓度空间分布的影响较弱.