论文摘要
不同区域海雾的形成机制和边界层结构特征有一定的差异,这与不同区域的地理和气候背景密切相关。本论文主要利用中国气象局广州热带海洋气象研究所茂名博贺海洋气象科学试验基地2007-2012年海雾季节的观测资料和其它的一些气象资料,一方面对华南沿海海雾过程及其边界层结构和海气界面交换特征进行了分析研究；另一方面在认识到海雾近地层存在逆温和等温这一关键特征的基础上,尝试了用近地层温差因子改进广东沿海海雾区域预报。本论文得到的主要结论如下：（1）华南沿海海雾主要发生在1-4月,峰值在3月份；海雾往往发生在两次冷空气入侵之间；海雾发生的天气型主要与出海变性高压、冷锋、西南低压等天气系统密切相关；在海雾发生区域的天气形势背景上具有一些共性的特征。当海雾发生时,华南沿海地区低空多为东南风输送的海上暖湿气流；当海雾消散时,低空多为东北风输送的北方干冷气流。（2）从饱和湿空气稳定度定义出发,发现在海雾的饱和湿空气中存在着位势稳定和位势不稳定两种性质完全不同的大气层结。在此基础上,定义了假相当位温梯度为零（（?）θse/（?）z=0）的高度为海雾中热力湍流分界面的高度（观测值为180-380m）。指出了海雾中存在明显的分层湍流结构特征：在热力湍流分界面以上,以雾顶长波辐射冷却引起的热力湍流交换为主；而在分界面以下,则以风切变引起的动力湍流交换为主。明确了华南沿海海雾的边界层结构的演变过程可大致分为生成、发展和消散三个阶段；其中热力湍流分界面既是海雾发生发展中重要的湍流分界面,又是海雾消散抬升为层云后的主要维持因子。（3）华南沿海海雾经常伴随着低云出现,而且还有因海雾发展断裂后形成低云的现象。同时,在雾顶和云顶一般都有逆温（等温）层与之相对应。华南沿海海雾雾顶高度的发展与水平方向的水汽输送、雾顶长波辐射作用、垂直方向的湍流发展等因素密切相关。在有充足的水汽输送的背景下,雾顶长波辐射作用会使雾迅速向高层发展;而如果雾顶高度抬升过快,或在水汽输送减弱的背景下,雾顶长波辐射作用虽然仍使雾向高层发展,但在湍流、夹卷等作用下,往往会导致雾层发生断裂,反而导致雾顶高度降低。（4）分析了海雾的海气界面交换特征。分别从海气温差、海面辐射和湍流通量等三个方面进行了分析,得到了一些新的结果：在海雾发生期间,2011年的4个海雾过程中有3个的海气温差出现了近海面气温低于海温的现象。当海气温差为正,气温高于海温时,会出现向下长波辐射大于向上长波辐射的现象,而且当海气温差正值越大时这一现象越明显；当海气温差为负,气温低于海温时,此时会出现向下长波辐射小于向上长波辐射的现象。从通量数据上看,在海雾发生期间,动量通量同样一直维持在低值。感热通量基本以负值为主,量级一般在10W.m-2以内,表现为由大气向海洋输送热量,这与气温高于海温相吻合；当气温持续下降,出现气温低于海温时,感热通量以正值为主,此时表现为由海洋向大气输送热量。潜热通量的数据在轻雾时表现为低值：在海雾维持期间数据比较不规则,看不出其明显变化规律。（5）分析了海雾中近海面气温低于海温的原因。导致华南沿海海雾出现近海面气温低于海温的主要原因是近海面大气的混合机制：从东北方向来的冷湿空气与从上层通过机械湍流向下输送的暖湿空气发生混合,导致近海面气温低于海面温度。统计分析表明,华南沿海平流冷却雾中主要以近海面气温高于海温的个例居多,达到69%；而可能出现近海面气温低于海温的个例占28%。（6）近地层温差因子与海雾发生有着比较明确的对应关系：当台站出现海雾时,近地层温差一般处于某一时间段的高值区,近地层温差负值明显减小或转为正值。这反映出近地层气温与海面上2m温度相比较,是逐渐上升的,这是近地层暖湿空气平流逐渐加强的结果,因此存在海雾发生发展的可能；反之,当近地层温差的负值明显增大,说明该地区是受到冷空气平流影响,从而导致海雾趋于消散。GRAPES模式能够较好地引入近地层温差因子,引入该预报变量因子后,广东沿海2010、2011两个年度海雾区域预报的准确率以及Ts和Hss评分都有明显的提高,说明近地层温差因子确实是比较有效、关键的预报变量因子。