山东半岛冷流降雪天气机理研究

论文摘要

利用常规气象观测、气象雷达、气象卫星和NCEP再分析资料,采用数值模拟和诊断分析等方法,对山东半岛冷流降雪气候特征、冷流强降雪与非冷流强降雪的环流差异、山东半岛冷流降雪的机理、山东半岛局地强冷流降雪的成因、下垫面对环渤海冷流降雪的作用和环渤海冷流系统进行研究。得到以下创新性结果：1、山东半岛冷流降雪的形成机理：通过分析发现来自北方的强冷空气影响山东半岛,经过较长的渤海暖海面,一方面,在渤海热源的作用下,气流发生气旋性的偏转,有利于上升运动发展。另一方面,冷空气从海洋得到的大量的热量和水汽,在冷气团的低层大气增温增湿形成强的大气层结不稳定(称之为冷流不稳定)。同时,山东半岛沿海巨大的海陆温差产生的陆风与环境风(西北风)相互作用,在山东半岛北部沿岸产生明显的辐合(陆风与环境风作用产生的辐合,称之为陆风辐合),南部沿岸产生明显的辐散(陆风与环境风作用产生的辐散,称之为陆风辐散)；北部沿岸明显的辐合上升触发大气低层的不稳定能量释放,在山东半岛北岸产生冷流降雪天气。另外,有利的大尺度天气背景非常重要,边界层若有明显的大尺度辐合系统经过冷流不稳定区域,对冷流强降雪发生非常有利。2、山东半岛北部冷流降雪中心形成及落区：通过海洋影响环渤海冷流降雪的敏感性试验,揭示了黄海经渤海海峡到渤海的暖水带与环境风(西北风)相互作用,在渤海中部经山东半岛到黄海的东南部产生一条切变线(称之为暖水中心切变线)。暖水中心切变线与山东半岛北部沿岸的陆风辐合带相交叠加,在结合点上使得辐合上升运动局部增强,形成山东半岛北岸冷流降雪的强中心；暖水中心切变线与山东半岛北部沿岸的陆风辐合带的结合点位置就是冷流降雪中心的落区。另外,辽东半岛西海岸陆风辐合系统随气流向南移动,与渤海中部的切变线结合,随暖水中心切变线向下游移动影响山东半岛,使山东半岛北岸冷流降雪中心雪量增加。3、环渤海冷流系统及其成员的作用：通过环渤海下垫面海洋、海陆分布和地形对环渤海冷流降雪作用的研究,初步提出环渤海冷流系统的概念模型。组成环渤海冷流系统的成员包括：强冷空气,黄渤海暖水,山东半岛陆风辐合,辽东半岛陆风辐合,海洋暖水中心切变线,大尺度低层辐合系统。各成员在环渤海冷流系统中的作用分别是：强冷空气作用是低层不稳定层结形成的必要条件；与陆风作用在沿岸形成小尺度辐合、辐散。黄渤海暖水作用是为冷流降雪提供不稳定能量、水汽来源；是低层大气运动的热源。山东半岛沿岸陆风辐合、辐散作用是在半岛北部沿海辐合上升,有利于产生冷流降雪；在半岛南部沿海辐散下沉,不利于产生冷流降雪。影响海洋暖水中心切变线东西摆动。辽东半岛沿岸陆风辐合辐散作用是在半岛西部沿海辐合上升,有利于产生冷流降雪；在半岛东部沿海辐散下沉,不利于产生冷流降雪。半岛西部沿岸的辐合系统随海洋暖水中心切变线下传到山东半岛,使山东半岛北岸的冷流降雪增大。影响海洋暖水中心切变线东西摆动。海洋暖水中心切变线作用是在切变线附近产生辐合上升,有利于产生冷流降雪。大尺度低层辐合系统的作用是有利于中小尺度辐合系统发展,冷流不稳定能量的释放。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 研究的目的和意义
• §1.2 国内外的研究成果
• §1.2.1 海（湖）效应降雪的产生机制
• §1.2.2 大尺度环流背景及多尺度相互作用
• §1.2.3 海（湖）效应降雪的影响因素
• §1.2.3.1 热力不稳定
• §1.2.3.2 抬升机制
• §1.2.3.3 风向、风速和风切变对海效应降雪的作用
• §1.2.3.4 对海效应降雪的云物理过程
• §1.2.4 海（湖）效应降雪的分类
• §1.2.4.1 大湖效应降雪分类
• §1.2.4.2 日本海效应降雪分类
• §1.3 研究的目标、内容及创新
• §1.3.1 研究目标及方向
• §1.3.2 论文研究内容
• §1.3.3 论文创新性成果
• 第二章 资料和方法
• §2.1 资料介绍
• §2.2 SHUMAN-SHAPIRO滤波介绍
• §2.3 WRF数值模式介绍
• §2.3.1 基本方程组
• §2.3.1.1 地形追随高度坐标
• §2.3.1.2 地形追随静力气压坐标
• §2.3.2 时间分裂积分方案
• §2.3.3 物理方案
• §2.3.3.1 云微物理过程
• §2.3.3.2 对流参数化方案
• §2.3.3.3 长波辐射方案
• §2.3.3.4 短波辐射方案
• §2.3.3.5 表面层
• §2.3.3.6 陆面过程
• §2.3.3.7 边界层参数化方案
• 第三章 环渤海地理分布及山东半岛冷流降雪的气候特点
• §3.1 环渤海地区地理分布特征及沿海洋流
• §3.1.1 山东半岛地理特征
• §3.1.2 辽东半岛地理特征
• §3.1.3 环渤海海陆分布特征
• §3.1.4 中国东部沿海的洋流特征
• §3.2 山东半岛冷流降雪的气候特点
• §3.2.1 环渤海区域冷流降雪分布特征
• §3.2.2 山东半岛冷流降雪的空间分布特征
• §3.2.3 山东半岛冷流降雪的时间分布特征
• §3.2.4 威海市冬季降雪的量级分布情况
• 总结
• 第四章 山东半岛冷流强降雪与非冷流强降雪的大尺度环流差异
• §4.1 山东半岛冷流降雪天气的观测分析
• §4.1.1 山东半岛冷流降雪的海气温差分析
• §4.1.2 山东半岛冷流降雪与风速的关系
• §4.1.3 山东半岛冷流降雪地面涡度分析
• §4.2 山东半岛冷流强降雪和非冷流强降雪的大尺度大气环流差异
• §4.2.1 山东半岛冷流强降雪和非冷流强降雪中高层大气环流的差异
• §4.2.2 山东半岛冷流强降雪和非冷流强降雪低层大气环流的差异
• §4.3 山东半岛冷流强降雪和非冷流强降雪的大尺度物理量场差异
• §4.3.1 山东半岛冷流强降雪和非冷流强降雪中高层温度露点差场的差异
• §4.3.2 山东半岛冷流强降雪和非冷流强降雪中低层大气水汽输送差异
• §4.3.3 山东半岛冷流强降雪和非冷流强降雪中低层水汽辐合及垂直运动
• 总结
• 第五章 山东半岛冷流降雪机理及其降雪中心成因与落区
• §5.1 模式控制试验方案介绍
• §5.2 冷流降雪的模式控制性试验降水分析
• §5.3 山东半岛冷流暴雪的大尺度天气形势分析
• §5.4 山东半岛对流层低层的大气稳定性和能量分析
• §5.5 山东半岛近地面层大气辐合上升运动
• §5.6 山东半岛冷流降雪中心的成因和落区
• 总结
• 第六章 环渤海下垫面物理特性对冷流降雪的作用
• §6.1 沿海地形对环渤海冷流降雪的作用
• §6.1.1 辽东半岛地形对环渤海冷流降雪的作用
• §6.1.2 山东半岛地形对环渤海冷流降雪的作用
• §6.1.3 辽东半岛和山东半岛地形同时对环渤海冷流降雪的作用
• §6.2 海陆分布对环渤海冷流降雪的作用
• §6.2.1 改变辽东半岛为水体对环渤海冷流降雪的作用
• §6.2.2 改变山东半岛为水体对环渤海冷流降雪的作用
• §6.3 海洋对环渤海冷流降雪的作用
• §6.3.1 黄渤海对环渤海冷流降雪的作用
• §6.3.2 渤海对环渤海冷流降雪的作用
• §6.4 环渤海冷流系统及其成员的作用
• §6.5 山东半岛冷流降雪天气预报的思考
• §6.5.1 山东半岛冷流降雪量级预报
• §6.5.2 山东半岛冷流降雪中心落区预报
• 总结
• 第七章 结论与讨论
• §7.1 主要结论
• §7.1.1 山东半岛冷流降雪特点和环渤海地理特征
• §7.1.2 冷流强降雪与非冷流强降雪的差异
• §7.1.3 山东半岛冷流降雪机理及其降雪中心的成因
• §7.1.4 环渤海下垫面物理特性对冷流降雪的作用
• §7.2 论文创新点
• §7.3 问题与设想
• 主要参考文献
• 博士在读期间已发表和完成的论文
• 致谢