渤海和北黄海冬春季大风动力机制及中尺度特征的数值研究

摘要

海上大风是一种强灾害性天气现象,一直是备受关注的问题.长期以来,人们着重于对渤海和北黄海大风的各种资料进行统计分析,并对其发生发展的动力学特性进行诊断研究,从而发现其内在规律,并取得了重要的进展,但是对渤海和北黄海大风的数值研究却十分缺乏.该文使用非静力大气数值模式MM5对冬季2002年12月7—8日和初春2003年3月2—3日发生在渤海和北黄海的2个大风个例进行数值模拟,将模拟的部分结果与天气实况进行对比检验;在模拟效果比较合理的情况下,进一步利用模式输出结果,着重对冬季的大风个例从多尺度相互作用及中尺度系统的发生、发展和演变特征方面进行研究,以揭示冬季渤海和北黄海大风的动力学机制;同时简单分析了初春大风的动力学机制,将其与冬季大风的特点进行对比分析,以发现其相同点和不同点.首先对1980-1999年渤海和北黄海大风的历史资料进行统计分析,以得到大风发生的总体概况.结果表明,渤海和北黄海产生大风(>8m/s)时,冬季主要以偏北方向为主,而在2个过渡季节—晚秋和初春,既有偏北大风也有偏南大风的出现.然后对2个大风个例的天气形势场进行分析.结果表明,2次偏北大风产生的天气背景场非常相似,蒙古高原为强大的蒙古冷高所控制,南黄海为低压区,高空为西风气流控制;所不同的是,冬季冷空气势力强大,可到达渤海和北黄海北岸,与南边海区形成明显的海陆温差,而春季冷空气势力弱,海水温度仍偏低,海陆温差不明显.通过模拟结果分析,以发现渤海和北黄海大风加强的机制.通过对温度场的敏感性试验分析,以了解海陆温差对渤海和北黄海大风加强的影响.通过细网格的模拟分析,以了解渤海特殊的浅对流特征,并与渤海海峡和北黄海进行对比分析.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1渤海和北黄海大风的研究意义

1.2研究现状

1.2.1国外大风研究的现状

1.2.2国内海上大风研究的现状

1.3本文的研究内容

第二章渤海和北黄海冬春季大风的基本特征

2.1各季节大风统计特征

2.2典型个例选取及过程概况

2.3大气环流形势和影响系统

第三章数值模式简介及模拟结果的初步检验

3.1模式介绍

3.1.1模式特点

3.1.2差分计算方案

3.1.3湿物理过程

3.2模式控制方案设计

3.3数值模拟结果检验

3.3.1冬季海平面气压场及海面风场模拟和实况的对比检验

3.3.2冬季海滨测站风速演变模拟和实况的对比检验

3.3.3冬季高低空风场模拟与实况的对比检验

3.3.4春季海面风场模拟与实况的对比检验

第四章渤海和北黄海大风过程的动力学机理分析

4.1高空急流动量向下传递的机制

4.1.1南黄海低压的发展

4.1.2上、下垂直环流圈的耦合及动量向下输送

4.1.3上部对流层急流的演变发展对低空大风的影响

4.1.4东北平原的下沉气流和大兴安岭的下坡风对大风的影响

4.2渤海和北黄海大风加强的动力和热力机制

4.2.1气压梯度力场特征

4.2.2低空垂直环流的“抽吸”作用

4.2.3低空锋区加强与海温场作用的敏感性试验

第五章影响渤海大风的中尺度系统特征分析

5.1渤海海区的浅对流特征

5.1.1低空不稳定层结特征

5.1.2低空动力场特征及海面浅对流的“抽吸”作用

5.2渤海海峡和北黄海大风的细结构特征分析

5.2.1渤海海峡大风的细结构特征

5.2.2北黄海大风的细结构特征

第六章渤海和北黄海冬春季大风动力机制的对比分析

6.1春季大风动量传输的机制

6.1.1垂直环流圈

6.1.2高低空2条大风通道向渤海和北黄海北岸传输动量

6.2春季大风加强的机制

6.2.1水平气压梯度和垂直涡度的分析

6.2.2垂直环流圈的“抽吸”作用

6.2.3海陆温差的影响

第七章结论和讨论

附图1

附图2

参考文献

致谢