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夏季黄海表面冷水对大气边界层及海雾的影响

孟宪贵  
【摘要】:本文利用一系列的卫星遥感观测资料、常规观测资料、再分析资料等,研究讨论夏季黄海表层冷水的形成机制;表层冷水对大气边界层和海雾的影响,并利用WRF(Weather Research Forecast)数值模式对这种现象进行了模拟。 海表面温度是海气界面上的一个物理量,受到海洋潮汐、海底地形等因素影响,并对海洋大气边界层有着重要的影响。利用集合了微波遥感和红外遥感,并同化了船舶、浮标观测数据的NOAA OI海表面温度数据,发现黄海海表面温度有着明显的季节变化,夏季冷水带是该海区重要的海洋学现象。在夏季,海表面温度场梯度减小,在辽东半岛以及山东半岛的顶端、朝鲜半岛的西侧、山东半岛南侧、江苏外海和黄海南部等几个区域产生了SST的冷中心。其中江苏外海和黄海南部的冷中心是本文研究的重点,这两个区域的冷中心是由于下层冷水在陆架锋抬升作用下垂直混合形成的。通过研究还发现,黄海冷水区有着明显的年际变化。 海表面温度作为海洋大气边界层的下垫面,冷水区的存在必然会对其上的海洋大气边界层产生影响,进而影响海雾这一海洋大气边界层的重要天气现象。本文首先利用QuikSCAT卫星得到的海表面风场数据,发现冷区之上的风速有明显的减小,而在经过冷区之后,风速又有所增大。同时对再分析资料的分析表明,在冷水区上气海温差较大,大气稳定度增加,垂直混合受到限制,这是导致海表面风速减小的原因,这也在数值模式的模拟中得到验证。 通过对ICOADS海洋观测数据的分析,在上述冷区位置海雾的发生频率比较高,再分析资料中也有相对湿度的中心,利用ICOADS的计算结果表明黄海南部冷区上的雾频达到15%以上。这与利用卫星遥感资料得到的海雾频率和其位置是基本一致的。Weather Research and Forecasting(WRF)模式的数值模拟表明,冷中心会降低空气的温度,形成高度达400米的表面逆温层,这些都为海雾的形成创造了有利的条件。去掉冷区影响的敏感性实验也表明,受到冷区较冷的SST的冷却作用,温度降低之后会使水汽凝结增多,而底层空气温度降低之后形成逆温层。逆温层的存在将水汽的凝结限制在了很低的高度内,使海雾的发生频率增多,去掉冷区影响的WRF模拟表明冷区较冷的海表面温度最多可以使海雾的发生频率增加15%以上;同时冷区上强烈的暖平流则对逆温的维持、增强有重要的作用。通过研究还发现,在低层雾频增多的同时,其上的低云的发生频率则有一定的减少,这是由于这一高度上受到下面雾层的长波辐射,温度升高造成的。这种海表面温度对大气边界层的影响可以达到900米左右的高度, 物理过程的参数化方案选择对海雾的正确模拟非常关键,根据模拟的对象和目的,在进行上述模拟之前,通过对边界层参数化方案和微物理过程参数化方案进行敏感性实验,获得MYNN2边界层方案和WSM5微物理方案作为模拟中的方案。


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