多云天气下海南岛地形对局地海风环流结构影响的数值模拟

采用WRF中尺度天气预报模式,针对海南岛多云天气条件下的一次典型海风个例,对局地海风环流结构进行数值模拟,分析海风环流的演变特征,并通过设计改变海南岛地形的敏感性试验,探究地形对海南岛局地海风环流结构以及云水分布的影响。结果表明:海岛西部陡峭的山区造成海风强迫抬升,偏南背景风使得海岛北部高空回流明显,海岛西部、北部的海风结构较为完整;地形高度越高,海岛南部山区的阻挡作用越强,西部地区的海风高空回流特征越显著,西部、西北部云水混合比的位置也越深入内陆;受南海季风的影响,与晴空天气相比,多云天气下海风强盛期全岛的最大风速稍大,海风在垂直方向上达到的高度更高;移平地形后,多云天气下全岛风速平均仅减少2~3 m·s^-1,而晴空天气下全岛风速则大大减弱,即多云天气下海风环流水平结构受地形的影响比晴空天气下弱。     

地形辐射效应参数化对海南岛海风环流结构和云水分布模拟的影响

采用非静力中尺度模式WRF研究地形辐射效应参数化对海南岛2012年7月5日多云天气条件下的海风环流结构和云水分布模拟的影响, 并分析了差异产生的可能原因。地形辐射效应是考虑坡地辐射强迫后, 辐射与大气中的各种气体、云以及非均匀下垫面间相互反馈的累积效应。其中地形辐射效应参数化的使用使得温度的模拟更接近实际, 对水汽的模拟也有一定改进能力, 对风速、风向的改进效果不明显。考虑地形辐射效应后, 海风的发生发展演变过程及风场的水平分布无显著变化, 但局地海风以及海风对流云的位置和强度有较明显的改变。山区四周的海风环流结构和对流云的变化与坡地辐射强迫直接相关, 考虑地形辐射效应后, 山坡向阳面的海风有所增强, 背阳面的海风减弱; 向阳坡谷风减弱, 背阳坡谷风增强; 同时紧临海岸的山坡对海风的影响与岛上山坡对谷风的作用类似。平坦地区的海风环流和海风对流云总体上有所减弱, 其变化原因比较复杂。各向海风的强度变化最终会改变海风辐合线的分布, 使海风潜在降水区域发生变化。      

2013年宁波地区一次海风锋对雷暴过程影响分析及数值模拟

利用浙江省常规气象站观测资料、地面自动站加密资料、新一代多普勒天气雷达资料、NCEP GFS分析资料以及WRF中尺度模式,对2013年7月29日发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了诊断分析和数值模拟。通过对天气环流和数值模拟结果的分析发现：本次强雷暴过程发生在较稳定的大气背景下,主要影响系统是中尺度辐合线海风锋;多普勒雷达出现弱窄带回波时,对应中尺度辐合线海风锋;海风锋向内陆推进时,对应站点温度降低、湿度增大。WRF模式能较好地模拟出此次雷暴过程以及宁波地区低层海风锋环流,高空回流随时间和空间的演变特征;海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;通过与敏感试验的对比可知,海陆热力差异是影响雷暴降水强度、海风锋水平垂直环流的重要因素。     

海南岛海风三维结构的数值模拟

利用中尺度模式WRF对2012年4月12日海南岛在无明显天气系统强迫下产生的一次典型的海风个例进行了数值模拟,目的在于揭示海南岛海风的三维结构及其演变特征。通过与观测资料的比较可以看出,WRF模式能够较为合理地模拟出此次海南岛海风的演变特征。海风环流开始时间较我国其他地区偏晚,午后开始形成,15—18时达强盛时期,夜间21时海风转为陆风环流。南北向的海风维持时间和强度明显大于东西向的海风环流,而东西部的海风环流开始时间、维持时间和强度都相差不大。午后辐合线主要分布在岛屿城市较密集的北部和西北部沿海地区,污染物不易扩散而导致灰霾等天气,这样的分布与岛屿形状及地形密切相关。在向岸型背景风作用下,岛屿南部海风环流向内陆传播了约80 km,远大于东西部;岛屿西南部五指山和鹦哥岭两座山岭之间形成了强烈的沿峡谷分布的西南气流。垂直方向：白天岛屿西南部山地对海风起到了抬升、加强的作用,大地形结合向岸型背景风共同作用使得高空回流减弱;东部和北部平原地区的海风环流结构较完整,东部海风垂直伸展达1.8 km,而北部18时海风环流高度可达2.5 km。12时,海南海岸线附近的位温梯度大幅增大,从而激发了四面的海风;海风锋后是水汽储备的大值区,18时,岛屿山脉南侧(迎风坡)和岛屿中心东北部极易产生暴雨等强对流天气。     

一次海风锋天气过程分析与数值模拟

利用NCEP再分析资料、自动气象站观测数据、多普勒天气雷达反射率因子和WRF模式,对2015年5月24日午后,海南岛东北部出现的一次较强的海风锋降水天气进行过程分析和数值模拟。结果表明:强降水发生期间,海南岛处于副热带高压边缘,中低层水汽来源充沛,降水前后K指数变化明显;两支分别来自海口海岸线向东南移动与来自文昌海岸线向西北移动的海风锋的发展、增强与移动,是导致本次降水的主要原因。另外,中部山区小尺度的地形辐合有利于过程期间海风锋的加强与发展;WRF模式的模拟结果说明,海风锋发展最旺盛的时候,锋面高度达约1000 m,宽度约0.15个经度;海风锋垂直环流圈的建立伴随着地面降水的加强;地面降水减弱时,海风锋环流圈逐渐消失。     

城市热岛与海风锋叠加作用对一次局地强降水的影响

利用常规观测资料、天津255 m气象塔资料、多普勒雷达资料和VDRAS反演资料及中尺度TJ WRF模式输出资料,对2010年8月16日天津城区出现的一次局地强降水过程进行分析,重点分析了城市热岛与海风锋叠加作用对此次局地强降水的触发机制。结果表明：此次局地强降水发生在低层槽后弱的反环流条件下,具有明显的γ中尺度对流降水特征;城市热岛效应能造成局地的热力不均匀,这对形成地面中尺度辐合线非常有利。海风锋由岸边向市区移动中与中尺度辐合线相遇,能激发局地不稳定能量的释放,从而产生强对流天气。城市热岛对海风锋的移动有明显阻挡作用;当海风锋移到城市热岛效应明显区域附近时,其后侧气流会出现明显分支绕流和爬升现象,而且两者相遇处的辐合上升运动会迅速加强,这为该地不稳定能量的释放及雷暴的发生发展提供了有利的动力热力条件。中尺度TJ WRF模式可以很好地模拟出这一现象。     

渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程的资料诊断分析

利用多普勒雷达资料和地面自动站以及再分析资料对近年来7次典型的渤海湾地区碰撞型海风锋天气过程进行了分析。资料分析显示对流系统正面碰撞海风锋时(偏东西向碰撞)得到显著发展,而追赶碰撞海风锋时(偏南北向)则没有明显加强。海风锋移动沿途近地面出现明显的降温和风切变可以帮助判断海风锋的移动位置。高层稳定的偏西风有利于引导对流系统与西进海风锋发生正面碰撞。而低层的风场辐合则有利于碰撞过程中对流运动的发生,同时副高西北侧的水汽输送为降水的形成提供了有利条件。渤海湾地区地形的热力效应形成的低层偏中性层结有利于对流运动的发生,另外,在高空偏西风环境下地形可能对与海风锋碰撞的对流系统的触发或加强有促进作用。     

海南岛地区海陆风的统计分析和数值模拟研究

根据实测资料统计分析海南岛地区的海陆风现象和季节变化,并利用WRF模式对全岛海陆风环流进行数值模拟。结果表明,海南岛四季代表月的月平均海陆风日为12.2 d,月平均频率约为40%,夏季最高(约49%),冬、春季相当(约41%),秋季最少(约29%);中部山区周围海陆风出现频率较高,北部丘陵地区出现频率较低。海南岛夏季的海陆风环流最强,典型海陆风日的海风环流厚度达2.5 km、陆风环流厚度约1.5 km;白天海风向岛内伸展60～100 km,在岛屿长轴附近形成强辐合带;冬季通常在岛屿中部形成偏南北向的海风辐合带;春季兼有夏季和冬季的特点;秋季海陆风的范围最小、强度最弱,主要出现在西南部山地边缘。各季陆风发展相对较弱,陆风辐合线偏向海上或在岸线附近,其范围和强度明显小于海风环流。海岛山体机械绕流作用明显,迎风面陆风时段易形成陆风锋,夏季常出现在凌晨至05—09时,弧形辐合带向海上推进约10～30 km,冬季出现在东南部沿海且强度较弱;背风面海风锋可在北部-西部的平坦地区登陆并向岛内推进,海风发展旺盛时背风面与迎风面的海风在海岛中心汇合,形成覆盖全岛的强辐合带。      

天津城市热岛效应对海风(锋)环流影响的数值模拟试验

利用中尺度数值天气模式TJ-WRF,通过对发生在天津城区的局地雷暴天气个例进行模拟,重点通过改变模式中下垫面土地利用类型进行敏感性模拟试验,研究天津城市热岛对海风(锋)环流强度及移动速度等的影响。结果表明:不同土地利用类型城市下垫面造成的城市热岛效应不同,当城市周边郊区下垫面土地类型改为城市建筑用地时,城市热岛效应更加明显且影响范围明显扩大;当城市下垫面改为旱作农地和牧场时,天津城区附近没有出现城市热岛效应。当海风(锋)环流向城区方向移动还未到城区附近时,城市热岛对其有明显加强和加速作用,城市热岛效应越明显其对海风(锋)环流的加强和加速作用越明显,海风(锋)环流移动加快的速度比没有城市热岛时快9.3km·h~(-1)。当海风(锋)环流移动到城区附近时与城市热岛环流相遇,海风(锋)环流受到城市热岛环流阻挡其移速又迅速减慢,其后侧气流南、北分支绕流和向上爬升现象变得明显,两环流相遇叠加后辐合上升运动也明显加强;城市热岛效应越明显其对海风(锋)环流的阻挡作用越明显,海风(锋)环流的移动速度减慢得越多,两环流相遇叠加后的辐合上升运动就越强。另外在向城区移动过程中,海风(锋)环流会使其经过地区低层空气增湿降温,但其后侧湿空气层厚度会因城市热岛效应的存在而明显减小;城市热岛效应越明显,海风(锋)环流后侧湿空气层厚度减小得越明显。     

青岛地区8月一次海风环流实例分析和WRF模拟

根据青岛地区2006年8月份浮标站、岸基站和陆地站观测资料及探空加密测风资料,分析了8月21日到22日一次典型的海、陆风环流过程,并进行了WRF数值模拟和检验分析.观测数据分析表明:海、陆风环流在垂直方向分别具有闭合环流,海风环流发展高度远高于陆风环流,海风环流午后发展最强盛,海风在底层最先发展并在底层最先消失,风速大小随高度减小,发生海风环流时青岛站与浮标站的海陆气温差在4℃以上,海风环流向内陆推进大约40多千米;WRF模式较好地模拟了海风环流发生发展的完整过程,并揭示了海风环流与半岛北部相向风场的相互作用,在半岛中部地区存在辐合上升区.     

海南岛海风演变特征的观测分析

本文利用2012年海南岛19个常规气象站、5个海岛站的逐时资料以及海口站的探空资料,对海南岛海风的时空演变特征及在不同天气条件下海风发展的特征进行了统计分析,结果表明:2012年全年海南岛的海风多发生于春、秋季,频率分别为40%和33%,冬季最少(约为19%),尤其是一月,大部分站点均不足10%。夏季海风出现时刻较早;南部沿海海风结束时间晚于北部沿海;冬季海风开始得较晚,南部海风结束时间早于北部沿海。海风平均持续时间约为10 h。沿海站的海风风速主要集中在3~6 m·s~(-1),且最大风速值出现在春季,除琼山、海口站外,最大海风强度多出现于春夏季。内陆站中部山区附近海风出现频率较高、开始时刻较早、持续时间较长、强度也较大。海风向内陆的传播距离至少为70 km;海风易发生在阴天,其次为多云天气,少云日的海风最少。     

中国地区山谷风研究进展

随着城市化的发展,越来越多的城市建立在山区附近或山谷之中。受地理环境和气象条件等因素影响,各地山谷风特征各不相同。山谷风对局地风场、气候特征有着重要作用,与逆温和污染物浓度变化也具有良好相关。本文从山谷风研究的主要手段—观测、理论和数值模拟出发,重点回顾了国内山谷风研究成果,并讨论了与其他中尺度环流(海陆风、湖陆风、城市热岛、植被风、冰川风环流)的相互作用,以及包括山谷风在内的山地环流对大气污染的影响。最后对国内研究进展进行总结,并提出了一些还需深入研究和探讨的问题。     

STATISTICAL CHARACTERISTICS AND NUMERICAL SIMULATION OF SEA LAND BREEZES IN HAINAN ISLAND

The sea-land breeze circulation （SLBC） occurs regularly at coastal locations and influences the local weather and climate significantly. In this study, based on the observed surface wind in 9 conventional meteorological stations of Hainan Island, the frequency of sea-land breeze （SLB） is studied to depict the diurnal and seasonal variations. The statistics indicated that there is a monthly average of 12.2 SLB days and an occurrence frequency of about 40%, with the maximum frequency （49%） in summer and the minimum frequency （29%） in autumn. SLB frequencies （41%） are comparable in winter and spring. A higher frequency of SLB is present in the southern and central mountains due to the enhancement effect of the mountain-valley breeze. Due to the synoptic wind the number of SLB days in the northern hilly area is less than in other areas. Moreover, the WRF model, adopted to simulate the SLBC over the island for all seasons, performs reasonably well reproducing the phenomenon, evolution and mechanism of SLBC. Chiefly affected by the difference of temperature between sea and land, the SLBC varies in coverage and intensity with the seasons and reaches the greatest intensity in summer. The typical depth is about 2.5 km for sea breeze circulation and about 1.5 km for land breeze circulation. A strong convergence zone with severe ascending motion appears on the line parallel to the major axis of the island, penetrating 60 to 100 km inland. This type of weak sea breeze convergence zone in winter is north-south oriented. The features of SLBC in spring are similar both to that in summer with southerly wind and to that in winter with easterly wind. The coverage and intensity of SLBC in autumn is the weakest and confined to the southwest edge of the central mountainous area. The land breeze is inherently very weak and easily affected by the topography and weather. The coverage and intensity of the land breeze convergence line is significantly less than those of the sea breeze. The orographic forcing of the cen     

大理苍山—洱海局地环流的数值模拟

利用耦合了湖泊模型的WRF_CLM模式模拟了秋季大理苍山—洱海地区的局地环流特征。结果表明:模式对近地面温度、风向、风速的模拟与观测基本一致,模拟结果能较好地再现该地区山谷风和湖陆风相互作用的局地环流特征。在秋季,大理苍山的谷风起止时间为08:00~17:00(北京时,下同),湖风起止时间为09:00~19:00。局地环流受高山地形及洱海湖面影响明显,山谷风形成早于湖陆风1 h,夜间山风、陆风强盛于白天谷风、湖风。白天苍山谷风与洱海湖风的叠加作用会驱动谷风到达2600 m的高度,而傍晚最先形成的苍山山风则会减弱洱海的湖风环流。夜间盆地南部在两侧山风、陆风的共同作用下,形成稳定而持续的气旋式环流。日出以后,对流边界层迅速发展,边界层高度逐渐增高。陆地17:00温度达到最高,边界层高度也达到峰值2000 m,之后逐渐降低。日落后形成稳定边界层,边界层高度在夜间基本保持在100 m。相对于陆地,湖面白天边界层高度低300 m,夜间边界层高度高100 m。     

边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响

利用WRF V3.7详细分析了应用8种边界层参数化方案（YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM）所模拟的2014年5月25日海南岛海风环流结构的差异,其中YSU、ACM2和SH为非局地闭合方案,MYNN2.5、MYNN3、BouLac、UW和GBM为局地闭合方案。结果表明:对于海风环流水平结构的模拟,15时,YSU、ACM2、BouLac、UW和SH模拟的北部海风较强,SH和GBM的内陆风速偏大。温度与海风发展强度相对应,MYNN2.5与MYNN3模拟的岛屿温度偏低,海陆温差小,海风相对较弱。对于海风环流垂直结构的模拟,09时海风开始,但强度较小,且存在残余陆风,向内陆传播距离较短,YSU、MYNN2.5和SH方案的海风相对较强。12时,海风已呈现出较为清晰的环流结构,YSU和ACM2的海风厚度及向内陆传播距离相对强于其它方案,MYNN3的环流结构则不太明显,且向内陆推进距离短,海风相对较弱。15时,海风发展强盛,MYNN2.5和MYNN3方案模拟的海风垂直强度较小,ACM2方案的海风垂直环流特征最为明显。18时,海风的强度和扰动均有所减弱,ACM2、BouLac和UW的整体海风相对强于其它方案。21时海风已基本转为陆风,BouLac与UW的陆风环流结构最为清晰。位温、水汽及海风垂直环流强度的发展变化与海风的演变过程基本一致。造成ACM2模拟海风偏强的原因是其边界层垂直混合偏强,形成了足够的湍流混合强度所致。对于边界层高度的模拟,ACM2的边界层顶最高,这与此方案所模拟的海风强度偏大相吻合,其它方案的边界层高度与海风强度并不完全一致。      

青岛流亭机场海风特征分析及对飞行的影响

通过分析2008—2016年青岛流亭机场(简称青岛机场)各季节地面风向日变化规律,发现有两支海风环流影响青岛机场：一支是西支海风,风向210°～230°,一般上午影响机场,午后发展至最强,下午消失;另一支为南支海风,风向150°～170°,午后影响机场,下午取代西支海风,傍晚发展至最强,夜间逐渐减弱消失。两支海风夏季最为明显,南支海风强度季节性差异强于西支海风。海风对机场飞行的影响主要体现在两支海风引起的三种海风锋型低空风切变,分别为西支海风锋引起的侧风切变、两支海风环流相互作用引起的侧风切变以及南支海风引起的顺风切变,其季节及日变化规律为：夏季出现概率最大,春、秋季次之,冬季几乎不会发生;一天中最可能发生时段分别为08：00—11：00、12：00—15：00和15：00—17：00,具体时段在各季节略有差异。     

Numerical Simulations of a Florida Sea Breeze and Its Interactions with Associated Convection: Effects of Geophysical Representation and Model Resolution

The Florida peninsula in the USA has a frequent occurrence of sea breeze(SB)thunderstorms.In this study,the numerical simulation of a Florida SB and its associated convective initiation(CI)is simulated using the mesoscale community Weather Research and Forecasting(WRF)model in one-way nested domains at different horizontal resolutions.Results are compared with observations to examine the accuracy of model-simulated SB convection and factors that influence SB CI within the simulation.It is found that the WRF model can realistically reproduce the observed SB CI.Differences are found in the timing,location,and intensity of the convective cells at different domains with various spatial resolutions.With increasing spatial resolution,the simulation improvements are manifested mainly in the timing of CI and the orientation of the convection after the sea breeze front(SBF)merger into the squall line over the peninsula.Diagnoses indicate that accurate representation of geophysical variables(e.g.,coastline and bay shape,small lakes measuring 10-30 km2),better resolved by the high resolution,play a significant role in improving the simulations.The geophysical variables,together with the high resolution,impact the location and timing of SB CI due to changes in low-level atmospheric convergence and surface sensible heating.More importantly,they enable Florida lakes(30 km2 and larger)to produce noticeable lake breezes(LBs)that collide with the SBFs to produce CI.Furthermore,they also help the model reproduce a stronger convective squall line caused by merging SBs,leading to more accurate locations of postfrontal convective systems.