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黄海春季和夏季海雾过程的观测分析与数值试验

任兆鹏  
【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,湍流层能够将雾顶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( ?θv / ?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。


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