一次黄东海层云转化为海雾过程的机制研究

论文摘要

本文首先利用多种观测资料、卫星资料和再分析资料对2011年6月3日黄东海层云-海雾过程进行了分析研究，主要包括云区和雾区的时空演变观测事实、天气形势、低层水汽来源和下沉运动的间接反映等。然后利用Weather ResearchForecast（WRF）模式对此次层云-海雾过程进行了高分辨率的模拟，并设计平滑海温和升高海温两个敏感性试验，探讨层云转化为海雾过程中的下沉运动、下垫面热力强迫和边界层内湍流等物理过程的作用。在海雾形成之前，我国东南沿岸和长江入海口以南的东海海区上存在云或降水，黄东海海面上存在稳定的高压系统，高压西侧的偏南气流将低层充足的水汽源源不断的向黄海海面输运，形成一个利于海雾形成的低层水汽条件；低层来自海洋的气块，受海上高压和海洋锋冷水侧的影响，在向北移动的过程中存在明显的下沉运动；较高层来自陆地的气块，在陆上高压影响下存在明显下沉运动，由于海陆热力差异，当气块由陆面移动到海面时气块高度降低；层云在下沉运动的迫使下向下发展转化为海雾。另外，下沉运动有利于逆温层的形成和加强，会进一步强迫层云下降。在高层逆温层维持、低层水汽条件合适并伴随下沉运动的情况下，层云下降成雾并得以维持和发展。通过敏感性试验与控制试验的对比发现，较强的海表面温度梯度会影响边界层内的垂直环流，在海洋锋暖水一侧有利于上升运动，在冷水一侧有利于下沉运动。海表面温度还会影响边界层低层的湍流运动，即在暖海面上大气稳定度低、湍流强，在冷海面上大气稳定度高、湍流弱。只有低层湍流强度在一定范围之内，层云在下沉运动的作用下才能接地成雾并发展，如果低层湍流强度太强，层云也不能接地成雾，因此层云转化为海雾过程是下沉运动与下垫面热力强迫及湍流等共同作用的结果。另外，边界层低层湍流的变化会影响大气边界层高度的变化，当湍流强时边界层高度高；湍流弱时，边界层高度低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 引言
• 1.2 黄东海海雾的研究状况
• 1.2.1 黄东海海雾的天气气候学研究
• 1.2.2 黄东海海雾及其生成机制的数值研究
• 1.2.3 黄东海海雾的卫星遥感研究
• 1.3 层云-海雾体系的研究状况及问题的提出
• 1.4 主要研究内容和框架结构
• 2 相关数据和模式简介
• 2.1 相关数据简介
• 2.1.1 观测事实及天气形势分析主要依据的数据
• 2.1.2 数值模拟和数值试验所使用的数据
• 2.2 WRF 模式简介
• 2.3 WRF 模式物理过程参数化方案简介
• physics）'>2.3.1 微物理过程参数化方案（mp_physics）
• pbl_physics）'>2.3.2 边界层参数化方案（bl_pbl_physics）
• physics）'>2.3.3 积云参数化方案（cu_physics）
• 2.3.4 辐射过程参数化方案
• 3 2011年6月3 日黄东海层云-海雾过程的观测分析
• 3.1 层云下降形成海雾的观测事实分析
• 3.2 层云下降形成海雾的背景环流与低层水汽分析
• 3.3 层云下降形成海雾过程中海表面温度（SST）特征
• 4 2011年6月3日黄东海层云-海雾过程的数值模拟
• 4.1 模式设计和参数化方案的选取
• 4.2 控制试验模拟结果及其检验
• 4.3 层云-海雾过程中的下沉运动
• 4.3.1 边界层内气块的后向追踪
• 4.3.2 沿 122.5°E 经向剖面的云水混合比和流场分析
• 4.3.3 下沉运动对逆温层的影响
• 5 2011年6月3日黄东海层云-海雾过程的数值试验
• 5.1 平滑 SST 对层云-海雾过程的影响
• 5.1.1 平滑 SST 对雾区分布的影响
• 5.1.2 平滑 SST 对边界层内部气块轨迹的影响
• 5.2 升高 SST 对层云-海雾过程的影响
• 5.2.1 升高 SST 对雾区分布的影响
• 5.2.2 升高 SST 对边界层内部气块轨迹的影响
• 5.3 下垫面热力强迫对海洋-大气边界层内垂直环流的影响
• 5.4 下垫面热力强迫对海洋-大气边界层内湍流及边界层高度的影响
• 5.4.1 比较固定点上控制试验与敏感性试验结果的差异
• 5.4.2 比较 30°N 纬向剖面控制试验与敏感性试验结果的差异
• 6 结论与讨论
• 6.1 主要结论
• 6.2 讨论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文