黄海春季和夏季海雾过程的观测分析与数值试验

摘要

本文对2008年5月1日和2008年7月7日两次黄海海雾个例的形成、发展和演变过程及物理特征进行了研究。通过新的观测资料的引入，能够更加清楚的对海雾过程进行分析。通过数值模拟表明，WRF模式对海雾有较好的模拟能力。通过对两个海雾个例的研究，分别将它们作为发生在春季和夏季两个不同季节的海雾的代表，发现这两个海雾具有不同的特点。本文将重点放在研究下垫面即海表面温度SST在春季和夏季两种不同海雾过程中起到的作用。主要结论如下： (1)本文所研究的春季和夏季两次海雾个例，在海雾形成时，位势高度场上，不论850hPa高空还是1000hPa地面，都有一个闭合的高压系统位于黄海海区。春季个例的高压是黄海局地产生的小高压，而夏季个例的高压则是副高西伸所致。受高压系统的影响，下沉气流使黄海上空的大气边界层内容易形成逆温层。同时反气旋式的环流把黄海南部海区的水汽输送到黄海海区，为海雾的发生提供了水汽条件。黄海1000hPa温度场上也总存在一个冷中心，温度的降低也使得黄海上空的水汽更易凝结，形成海雾。 (2)近海浮标站观测资料和数值模拟结果表明，不论春季还是夏季的海雾，在海雾发生之前和结束之后，气温都明显的高于海温；在海雾发生的时间段，气温有明显的下降。雾顶的长波辐射冷却可看作雾区降温的主要原因。不同的是，春季海雾个例中雾区内的海气温差更小，气温高于海温0.5℃～1℃，有时甚至出现了海温高于气温的情况；夏季海雾个例中气温始终高于海温，气温高于海温1℃～2℃，雾区内的海气温差比春季更大。 (3)探空资料和数值模拟结果表明，不论春季还是夏季海雾，在海雾发生之前和刚刚形成的阶段，大气边界层内都有逆温层存在。春季的逆温层高度比夏季更高，逆温强度也更强。数值模拟得到的气块轨迹分析表明，春季低层气块来自黄海南部海区，温度较低，水汽含量较高，高层气块经过了黄海西部的大陆，气块温度更高更干燥，这种海陆空气热力的差异在黄海地区形成了较厚较强的逆温层(5℃～8℃)。夏季个例低层和高层的气块都来自于黄海南部海区，因此逆温的强度较弱(1℃～2℃)。 (4)探空资料和数值模拟结果表明，夏季海雾个例的雾层厚度比春季个例要厚，春季的厚度在200m左右，而夏季可以达到400m。同时夏季个例雾区内部的水汽含量也比春季要多，表明夏季海雾比春季海雾发展的更旺盛。在水汽凝结成雾的过程中，放出更多的凝结潜热，因此夏季雾区内部的气温比春季更高。 (5)探空资料和数值模拟结果表明，夏季海雾个例雾区内部的稳定度比春季个例弱。从()θv/()z的值上可以看出，春季雾区内部()θv/()z可以达到0.05K/m以上，而夏季雾区内部只有0.01K/m。从Richardson数的值上可以看出，春季雾区内部湍流层高度较低，紧贴在海面上，夏季雾区内部湍流层比春季更多，而且高度更高，集中在100m-300m的雾层中上部。由于春季海雾厚度本身较薄，湍流层能够将雾项的长波辐射冷却作用带到雾区底部，而夏季海雾厚度较厚，湍流层又在雾层上部，因此长波辐射冷却作用不能很快的到达雾区底部。这也解释了为什么夏季海雾的海气温差比春季要大。 (6)海表面温度(SST)敏感性试验表明，不论春季还是夏季，升高SST使雾区的面积减小，减小SST雾区的面积增大。雾区面积减小增大的程度与海温变化的程度正相关。SST的变化对雾区高度的影响不大。同时SST的变化对雾区的影响与低层的水汽含量有关。在春季，在湿度较小(q<0.5g/kg)的薄海雾区，SST增加，稳定度明显减弱(()θv/()z≤0.01K/m)，海雾面积缩小；而SST下降，稳定度明显增加(()θz/()z≥0.07K/m)，薄海雾面积增大。在湿度较大(q>0.6g/kg)的浓海雾区，SST的变化对稳定度的影响不大，海雾仍然维持。在夏季，由于雾区内整体的水汽含量都比春季要高(都是q>0.6g/kg)，因此雾区范围的变化对SST变化的相应没有春季的明显。 (7)此外在研究的过程中，对WRF模式各参数化方案进行的敏感性试验，得出了一套适合于海雾模拟的参数化方案设置。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

1.1雾/海雾的定义

1.2雾的分类

1.3海雾研究发展状况

1.3.1海雾的天气学研究

1.3.2海雾的年际变化研究

1.3.3海雾的卫星观测与反演研究

1.3.4海雾的数值模拟研究

1.4我国沿岸的海雾

1.5研究目的

第2章 资料和方法

2.1资料

2.2物理量及诊断方法

2.3 WRF模式简介

第3章 WRF模式参数化方案的选择

3.1 WRF模式参数化方案的简介

3.1.1微物理过程参数化方案

3.1.2积云对流参数化方案

3.1.3行星边界层参数化方案

3.1.4近地层参数化方案

3.1.5长波和短波辐射参数化方案

3.2 2007.05.04海雾个例云图分析

3.3参数化方案敏感性试验设计

3.4敏感性试验结果分析

第4章 春季黄海海雾个例分析与数值模拟

4.1卫星云图和天气形势分析

4.2天气形势分析

4.3观测分析

4.4数值模拟分析

4.5敏感性试验

小结

第5章 夏季黄海海雾个例分析与数值模拟

5.1卫星云图和天气形势分析

5.2天气形势分析

5.3观测分析

5.4数值模拟分析

5.5敏感性试验

小结

第6章 讨论与结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文

附图1

附图2