冬春季东海黑潮锋和湾流锋对海表面风和低云的影响

摘要

在东海黑潮和湾流的暖水与陆架冷水之间形成显著的海表面温度锋,简称海洋锋。强海洋锋对海洋大气边界层具有深刻的影响。本文利用高分辨率卫星遥感数据结合再分析资料,研究东海黑潮锋和湾流锋对海表面风和低云的影响以及其中的物理机制,得到以下两方面创新性成果:
　　在冬季和春季,气候平均风矢量在东海黑潮锋处最强。而标量风在海洋锋的暖水侧最大,同时与东海黑潮和海气界面最不稳定区重合。于是,风矢量大小和标量风具有不同的空间结构,这表明海洋锋影响海表面风的两个物理机制在不同时间尺度上起作用。在长时间尺度上(30天以上),海表面气压调整机制使风矢量在东海黑潮锋处最强,这与海洋大气边界层中的斜压结构相吻合。该斜压结构造成的热成风效应,很好的解释了海洋锋附近风矢量的变化。在天气尺度上,在海洋锋暖水侧,海表面风对850 hPa上风场扰动更加敏感。海洋锋暖水侧的海洋与大气热力对比显著,海气界面强不稳定,使边界层内部垂直混合和海表面风的天气尺度扰动增强,造成标量风的极大值。
　　在冬季湾流区, CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)星载激光雷达观测到低云在海洋锋上空存在突变。海洋锋暖水侧的低云(云顶高度低于4 km的云)顶高度比冷水侧高500 m。湾流锋通过气压调整机制强迫大气边界层内部产生次级环流,上升支位于暖水侧,下沉支位于冷水侧。该次级环流造成低云顶高度在湾流锋上空发生突变。合成分析表明,海表面经向风对海洋大气边界层结构和低云顶高度的变化起重要作用。当海洋锋附近出现北风时,冷平流导致湾流区海气不稳定度增强和边界层内部混合加剧,促使低云顶高度升高。另外,湾流锋可能通过调节大气中的凝结高度,影响云滴相态的变化。
　　本文揭示气压调整机制和垂直混合机制对于时间尺度存在依赖性,有助于加深对小尺度海洋大气相互作用的理解。本文首次将CALIPSO星载激光雷达对云顶的直接观测应用于小尺度海洋大气相互作用中,为该领域开辟新的研究途径。

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第一章 绪论

1研究意义

2海洋锋影响大气观测事实

3海洋锋影响大气的机制研究

4科学问题的提出和科学猜想

5主要研究内容

第二章 数据介绍和计算方法

1卫星遥感资料

2再分析资料

3实测数据

4计算方法

第三章 两种海表面风对东海黑潮锋的响应机制

1引言

2风矢量大小与标量风物理含义

3风矢量大小和标量风的不同空间结构

4风矢量大小在长时间尺度上的响应

5标量风在天气尺度上的响应

6小结与讨论

附图

第四章 冬季低云对湾流锋的响应

1引言

2研究时间和区域

3湾流锋、液态水路径和低云顶高度的气候态空间分布

4云顶高度频率

5海表面南风和北风的合成分析

6低云响应的季节循环

7小结

8讨论—东海黑潮锋对云的影响

第五章 结论

1全文总结

2本文的创新点

3存在的问题与展望

第六章 讨论—夏季低云对夏威夷群岛的响应

1夏季夏威夷群岛附近大气和海洋背景场

2在岛屿上空和近岛尾迹中的低云

3远岛尾迹中低云的响应

4低云的日变化

5信风逆温层对低云的影响

6小结

参考文献

附录：英文缩写

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