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冬春季黄渤海海雾的观测分析与数值模拟研究

徐杰  
【摘要】:本文利用MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)卫星云图、MTSAT-1R (The Multi-functional Transport Satellite)卫星反照率资料、韩国气象厅地面天气图、美国国家环境预报中心FNL(Final Analyses)格点资料、日本气象厅RSM (Regional Spectral Model)格点资料以及黄渤海沿岸的测站观测资料与探空资料,研究了2009年5月(春季)和2010年2月(冬季)发生在黄渤海的两次海雾过程。主要分析了两次海雾从发生、发展到消亡时的天气形势、相关测站气象要素以及沿岸高空站的探空资料,并分别利用WRF (Weather Research Forecast)和RAMS (Regional Atmospheric Modeling System)模式对2009年5月(春季)和2010年2月(冬季)的两次海雾过程进行了数值模拟研究。首先利用观测资料验证了模拟结果的可靠性,在此基础上分析了海雾从形成、发展到消亡过程中的大气水平能见度、液态水路径及云水混合比的变化特征,最后对比分析了两次海雾过程中的相同和相异特征,得到以下结论: (1)冬季海雾从2010年2月22日18 UTC开始至24日04 UTC结束,持续34小时,主要发生在27°N以北的东海、黄渤海西部和山东半岛东南沿海。雾区西边界与山东半岛及东南沿海海岸线吻合很好,在发展强盛时,海雾延伸至内陆,向北到丹东,东部边界与朝鲜半岛北部吻合。春季海雾从2009年5月3日00 UTC开始至4日12 UTC结束,持续36小时,主要发生在32°N以北的黄渤海海域中东部,雾区东侧边界与朝鲜半岛海岸线吻合很好,向北可延伸至丹东,雾区西侧边界离山东半岛较远。 (2)冬季海雾过程中大气中低空形势场稳定少变,雾区位于115oE附近的低压槽前,海雾形成之初黄海及东海受副高控制,山东半岛以南都处于有来自洋面的暖平流的槽前,有利海雾发展。随着副高东移,黄海受到低压控制,冷空气侵入黄渤海上空,导致海雾消散。春季海雾过程中,表面气压场稳定少变,黄海雾区始终被闭合高压控制,海雾形成时黄海上空及朝鲜半岛北部受低压槽控制,海雾区域处于槽前,有暖平流,利于海雾生成。之后高压系统东移,冷空气入侵,低压槽逐渐消失,黄海上空完全被东移的高压系统控制时,海雾完全消散。 (3)利用卫星反照率资料估计的冬季黄渤海海域雾顶高度在130~200米之间,在东海海域为100~130米之间。春季黄海海域雾顶高度分布在200~250米之间,渤海海域在170~200米之间。探空资料分析表明冬春季两次海雾过程中沿海测站上空均有逆温层存在,逆温层以下气温露点差小,有暖平流存在,相对湿度大,表明逆温层类似于一个“盖子”让水汽聚集在低层,为海雾维持提供了有利条件。 (4) FNL、RSM格点资料以及黄渤海沿岸的测站观测资料分析表明,冬春季两次海雾过程中雾区相对湿度都在90%以上,雾区2米高度气温与露点温度差都在1.5℃以下,黄海雾区2米高度气温与海表面温度差为1~3℃,在海雾发展阶段,雾区低空均为偏南风。冬季海雾形成及发展阶段,低空风速为4~8 m/s,消散阶段风速增加到10~12 m/s,加快了海雾的消散。而春季海雾形成、发展及消亡阶段,低空风速约为2 m/s。 (5)模式结果分析表明,冬季海雾分别独立形成于山东半岛和长江口附近两个海域,之后两片雾区合并为一个,2010年2月22日22 UTC~24日00 UTC期间是海雾发展阶段,之后海雾由南向北消散。海雾发展时云水混合比主要集中分布于150米以下低空,雾区液态水路径为0.04~0.1 kg/m2,10米高度处云水混合比为0.4~0.6 g/kg,海雾消散时,10米高度云水混合比已不足0.2g/kg。春季海雾首先形成于朝鲜半岛附近,2009年5月2日22 UTC~4日04 UTC是海雾的发展阶段,之后海雾自西向东逐渐消散。海雾发展时云水混合比主要集中分布于200米以下,液态水路径为0.1~0.3 kg/m2,10米高度处云水混合比为0.5~0.7 g/kg,海雾消散时,10米高度云水混合比减小为0.2 g/kg。春季海雾液态水路径与10米高度云水混合比均高于冬季海雾。


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