江苏地区夏季一次辐射雾的数值模拟及生消机理分析

利用地面观测资料、秒级探空资料结合WRF中尺度数值模式,对2016年6月25—26日江苏南部地区一次影响范围广、持续时间长的罕见辐射雾过程进行了数值模拟分析。结果表明:(1)雾区范围和气象要素数值模拟结果与实况基本一致;(2)低层超薄超强逆温为此次夏季雾的形成、发展和维持提供了稳定条件;(3)成雾前江苏南部地区白天出现的降水是夜间浓雾形成的重要水汽来源;(4)夜间地表辐射冷却作用是浓雾形成的重要因素;地面风速稳定低于2 m·s^-1,有利于浓雾的维持;日出后随着短波辐射增强风速增大、稳定层结破坏促使浓雾减弱消散。     

河南省层状降水云系中尺度结构的数值模拟

利用非静力中尺度数值模式MM5(V3.5),结合实况资料,对2002年4月4-5日河南春季一次层状降水云系的中尺度结构进行了模拟分析,并与观测资料进行了对比研究.结果显示,4月4日08时-5日20时之间,850 hPa低涡与中高空低槽相配置,形成大范围具有非均匀性结构特征的云系.模式模拟出降水中雨核的产生、发展、消散,雨核所在处云系有水平尺度在几十至100 km之间的柱状结构,对应云系组合为:高层主要由冰晶组成,中层由冰相粒子和液水混合组成,低层为液水层,并伴有强烈的上升气流,雪和霰对雨水形成的贡献较大.模式还揭示了850hPa中-β尺度低涡和水汽输送对雨核起到关键性作用.     

南岭山地浓雾的宏微观物理特征综合分析

通过对南岭山地进行的雾野外观测资料以及数值试验的综合分析,得到了南岭山地浓雾和能见度的季节分布特征、雾滴谱微观特征与浓雾形成的物理概念图像。在秋末和冬春季节,南岭山地恶劣能见度出现的频率很高,能见度≤200 m浓雾过程的出现频率平均为24.7%,最高可达41.8%;冬春季节南岭山地出现的雾是复杂的微物理过程、局地地形、水汽输送与影响天气系统等宏微观相互作用的结果,属于平流雾、爬坡雾类型,与辐射雾明显不同,局地山地抬升冷却凝结对雾的形成起重要的作用,迎风坡对雾的形成有利,在海拔较低的迎风坡也可能出现浓雾,从而导致低能见度;南岭山地的雾以小滴谱为主,数密度比城市雾小,小粒子段谱型基本呈下降趋势;在多个微观变量中,含水量与能见度的反相关性最好;雾含水量等微结构特征量的起伏变化,与雾体本身的微物理过程有关外,雾体随环境风的平移过程中,不规则的爬坡、翻越山坡的运动是造成雾体微结构不均匀、振荡起伏变化的重要原因。     

北京及其周边地区一次大雾的数值模拟及诊断分析

利用美国国家大气研究中心研制的第5代中尺度模式系统MM5对2002年12月1~4日北京及其周边地区出现的一次大雾进行了数值模拟研究,模拟的雾出现和消散时间与实况一致。同时对雾形成和维持的机制进行了分析,讨论了雾发生发展阶段的物理过程,并对影响大雾过程的辐射条件做了敏感性试验。结果表明:形成大雾的主要原因是大气层结稳定,水汽充沛,地面的长波辐射冷却;近地面层微物理过程充分发展和雾顶的强烈辐射降温致使雾在垂直空间上出现爆发性发展;而太阳短波辐射对雾的减弱消散有着重要影响;深厚逆温层的维持对雾层长时间维持起着决定性作用。     

南岭山地高速公路雾区恶劣能见度研究

使用2003年10月-2005年3月南岭山地京珠高速公路粤北段云岩雾区路段5套能见度仪的每分钟能见度资料和3套自动气象站的每分钟温度、湿度、风向、风速等气象要素资料, 分析研究了南岭山地高速公路雾区浓雾的能见度特征.结果表明, 南岭山地高速公路雾区各月雾日频率以1月最多, 近一半的天数都有雾; 3月次之, 7月最少.11月到次年5月雾日占全年雾日的80%以上, 形成明显的"雾季".南岭山地高速公路雾区浓雾存在日变化, 雾的频率在一天内凌晨最高, 午后最低, 明显比辐射雾的日变化小, 说明夜间辐射降温虽然不是南岭山地高速公路雾区起雾的主要原因, 但还是起到了一定的加强作用.虽然南岭山地雾区大气中含有丰富的凝结核, 南岭山地形成浓雾还是需要较高的相对湿度, 相对湿度至少要达到91%以上才能形成雾.在雾区出现5.2 m/s的大风时仍然有雾, 有雾时90%以上的风速在3 m/s以下, 有几乎一半的浓雾出现时风速在2 m/s左右, 这与辐射雾形成时大都是静小风的情况形成了鲜明对照.南岭山地高速公路雾区浓雾受地形影响比较大, 迎风坡出现雾的频率比背风坡高.     

中尺度层状云系数值预报系统及其业务化应用试验

研制了中尺度静力平衡层状云系数值模式；针对人工影响天气业务特点，开发了模式预处理、后处理和产品服务系统；初步建立了一套可在业务中实时运行的中尺度层状云系数值预报业务系统。经过两年多的业务运行试验，结果表明：系统运行稳定，功能实用，对降水场和云场具有一定的预报能力；对小、中雨量级的稳定性降水预报准确率较高；模拟的云场同卫星、雷达实测云系有较好的一致性。可为人工影响天气作业决策及降水预报等实时业务提供帮助。     

华东地区一次辐射雾的数值模拟分析

利用非静力中尺度模式WRF3.2对2010年11月17日出现在华东的一次辐射雾生消过程进行了数值模拟分析.结果表明:此次大雾是一次典型的辐射雾,稳定的环流形势、近地面层充足的水汽和辐射降温是造成此次大雾的根本原因.WRF模式对此次雾具有很好的模拟能力,模拟雾生消的时间、强度和范围都与实况比较接近,特别是雾中心的模拟,与...     

利用尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对一次陆地浓雾的数值模拟

为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。     

北京地区一次平流雾过程的分析和数值模拟

2007年2月21日北京地区发生了一次严重的平流雾, 对广大群众的出行和交通影响甚大, 属高影响天气事件。该文利用首都机场地面观测、北京市自动气象站观测以及NCEP分析场等资料对该过程进行分析, 同时利用MM5模式对该过程进行数值模拟研究。分析表明:造成北京地区此次平流雾的主要天气形势是弱低压辐合型。平流雾发生前, 北京地区没有明显冷空气侵入, 大气层结相对稳定, 地面观测到中尺度辐合线, 其南侧的东南气流向北京地区输送了水汽, 为夜间雾的形成提供了良好的基础条件。模拟结果表明:模拟的雾区范围及其移动基本与实况吻合, 显示了中尺度模式预报平流雾的潜在能力。进一步分析表明:雾区的边缘具有明显的水平温度梯度; 在贴地面层东南气流被雾区阻挡偏向西, 在雾区前沿辐合; 雾区的逆温区前沿930 hPa以下存在一个明显的垂直热力环流, 雾区下沉, 雾区前沿上升。     

南岭山地高速公路雾区能见度预报系统

在研究南岭山地浓雾的气候规律，开展了2次多学科综合野外观测，对典型个例进行了天气学分析、雾的宏观结构特征分析、雾的微物理特征分析，在利用数值试验分析了雾生成的物理机制等研究的基础上，研制开发了4种南岭山地京珠高速公路云岩雾区的能见度预报方法，包括：中尺度数值模式产品释用方法、结构预测方法、天气学指标预报方法和动态统计预报方法；并研制了相应的自动化程度高的预测预报系统，与京珠高速公路粤境北段通车同步投入准业务运行，使用雾区路段的5套自动气象站和能见度仪资料，制作的集成预报结果为高速公路行车安全提供服务，经过各种方法的独立预报检验和准业务运行服务的预报结果检验，预报准确率比较高，提供服务的集成预报准确率可达83．3％。     

A THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL STUDY ON DENSE FOG OVER MOUNTAINOUS AREAS

Using the non-hydrostatic meso-scale model MM5v3, dense fog that occurred from March 7 to March 8, 2001 over the Mts. Nanling area was studied. With integrated field experiments and observations, the occurrence, development and lift mechanism of fog were analyzed. The results indicate that before the coming of stratiform clouds, southerly warm and wet air ascended along mountainside and cooling condensation formed mountain fog. Then fog was formed by the stratiform on cloud-contacting mountaintop. A front inversion layer accelerated the development and extended the duration of the lower cloud and fog. The intensity, occurrence time, mass content and the variation of temperature and relative humidity of the fog agreed with those of the observation. It showed that the meso-scale model has the potential to forecast mountain fog.     

基于FY-3B卫星资料的中国南海海区1—3月海雾时空分布特征研究

为全面了解中国南海海区海雾的分布特征,为南海海雾气象服务提供基础背景资料,利用2011—2016年1—3月FY-3B气象卫星资料的雾监测产品,分析了中国南海海区海雾的时空分布特征。结果表明：中国南海海雾具有特定的区域特征,中国南海海雾多出现在华南沿海、北部湾沿海、琼州海峡和海南岛东北部沿海海区,南海南部海域出现海雾概率低;南海出现高频次海雾的时间多发生在2月,1月次之,3月最少。该研究结果可为中国南海海雾研究提供背景资料。     

Characteristics of Quasi-Periodic Oscillations During Sea Fog Events

Based on the high-resolution datasets collected in a sea fog field experiment at the northern coast of South China Sea, the variations of liquid water content (LWC) and net longwave radiation flux (NLRF) during two sea fog events on 16th-17th and 18th-19th March, 2008 are exaimeed by wavelet analysis, and the cooling mechanisms for fog formation and persistence are also investigated. The main results are shown as follows. (1) Sea fog may develop and persist whether it is cloudy or not aloft. However, when there is cloud aloft the LWC is less and wind speed in sea fog is higher than that in the clear sky. (2) The quasi-periodic oscillations (QPOs) of NLRF are observed in the formation stage of the two fogs. QPOs of LWC are only found in the developing stage no matter with cloudless or cloudy condition. (3) It is likely that sea fog forms by the cooling effects of longwave radiation and develops through the vertical mixing induced by the radiative cooling at the upper level. (4) During sea fog development and persistence, other mechanisms could also play important roles in fog-layer cooling, such as turbulent heat transport and radiation transport between air-sea interfaces.     

一次平流雾的形成和传播特征研究

2013年3月18-19日,江苏出现了一次罕见的平流雾过程,雾区先在长江北岸形成,继而向苏北传播。本文对这次平流雾的形成机理及特征进行了分析,并对雾区的传播机制进行了研究。结果表明:此次平流雾的形成主要受冷空气控制后暖湿平流的影响,冷锋过境后的影响是平流雾形成的基础,东海变性冷高压北抬是其形成的必要条件;地面东南风和低空东南水汽输送共同推动雾区向北传播;长江、洪泽湖、高邮湖等水域对平流雾增强起着重要作用;强浓雾呈渐进式发展,爆发性增强不明显以及云雾共存结构等是本次平流雾的主要特征。本论文的研究结果对平流雾的预报具有重要的实用价值。     

近10年武汉市大雾变化特征及2006年一次大雾个例分析

为了了解近一个时期武汉市大雾的时空变化特征、大气环流背景及有关物理要素场的分布情况,根据1995～2005年武汉市大雾观测记录,统计分析了这一时期武汉市大雾的变化特点,并对2006年3月10日出现在武汉市的一次大雾天气过程进行了分析。结果表明:近11年来,武汉市大雾日数继续下降,冬季大雾出现频率最高,春、秋季大雾频率次之,大雾持续时间明显延长;高空弱的偏西气流,中低层弱的暖湿气流,近地面有逆温层,地面为均压场等条件,是大雾形成的有利环流形势。     

EVOLUTION OF LIQUID WATER CONTENT IN A SEA FOG CONTROLLED BY A HIGH-PRESSURE PATTERN

On March 16–17, 2008, a sea fog occurred in Dianbai in the west of Guangdong Province and was accompanied by a high-pressure synoptic system. Using comprehensive observation datasets, this study analyzes the evolution of liquid water content during this sea fog and investigates the relationships between liquid water content and the average diameters and count densities of fog droplets, air temperature, wind speed and turbulence exchanges. The main results are presented as follows. (1) The sea fog showed a quasi-periodic oscillation characteristic, i.e., it developed, disappeared and then developed again. (2) During the sea fog, the number of fog droplets changed significantly while the changes in average diameter of the fog droplets were relatively small. The development and disappearance of the sea fog correlated significantly with the fog droplet numbers. (3) The air-cooling mechanism played a significant role in sea fog formation and development. However, the influences of this mechanism were not evident during fog persistence. (4) During sea fog formation, weak turbulence exchanges were helpful for fog formation. During sea fog development and persistence, liquid water content increased when turbulence exchanges weakened, and vice versa. The changes in turbulence exchanges were closely related to the quasi-periodic oscillations observed in sea fog presence.     

珠江口附近春季一次海雾的观测分析及三维数值模拟

为了探讨南海春季海雾的成因及数值模式的预报能力,利用边界层观测资料对2006年3月21—22日珠江口附近春季一次海雾的形成和发展过程进行了分析,然后用WRF中尺度模式对该次海雾过程进行了三维数值模拟。观测表明,该次海雾属于北方冷空气南下到达南海,然后减弱消失,南海北部受到偏南暖湿气流影响后迅速增暖,冷海面与近海面的暖湿空气相互作用而形成的一次平流冷却雾。模拟结果显示,模式模拟的这次海雾形成时间和发展演变过程与观测非常相近,模拟的海雾空间变化、边界层大气层结变化、地面感热通量变化以及海雾形成原因与观测事实均比较吻合,数值模式对这次海雾过程表现出了较高的模拟能力。这次海雾的形成和发展主要与冷的下垫面、暖湿空气的影响和近地面稳定的大气层结有关。     

Fog Detection over China’s Adjacent Sea Area by using the MTSAT Geostationary Satellite Data

A fog threshold method for the detection of sea fog from Multi-function Transport Satellite (MTSAT1R) infrared (IR) channel data is presented.This method uses principle component analysis (PCA),texture analysis,and threshold detection to extract sea fog information.A heavy sea fog episode that occurred over China’s adjacent sea area during 7 8 April 2008 was detected,indicating that the fog threshold method can effectively detect sea fog areas nearly 24 hours a day.MTSAT-1R data from March 2006,June 2007,and April 2008 were processed using the fog threshold method,and sea fog coverage information was compared with the meteorological observation report data from ships.The hit rate,miss rate,and false alarm rate of sea fog detection were 66.1%,27.3%,and 33.9%,respectively.The results show that the fog threshold method can detect the formation,evolution,and dissipation of sea fog events over period of time and that the method has superior temporal and spatial resolution relative to conventional ship observations.In addition,through MTSAT-1R data processing and a statistical analysis of sea fog coverage information for the period from 2006 to 2009,the monthly mean sea fog day frequency,spatial distribution and seasonal variation characteristics of sea fog over China’s adjacent sea area were obtained.     

广州地区春季污染雾的化学特征分析

使用2005年2～3月在广州地区采集的雾水样品资料,分析了广州地区污染雾雾水的化学组分;对3次典型污染雾过程雾水的离子浓度及其可能的来源进行了分析。广州地区的污染雾雾水中的诸离子浓度远高于雨水中的值,因而,雾不但造成视程障碍,而且是高浓度污染的液态颗粒物,对人体健康十分有害。在雾水中浓度最高的阴离子是SO4=, 其次是NO3-;在阳离子中Ca++、NH4+的浓度最高。雨水比雾水更酸,说明虽然雾水中的离子浓度较雨水高得多,但大量的离子成分中存在更多的缓冲物质,比如说NH4+和Ca++。雾水中的Ca++、SO4=、Mg++有明显的富集现象,广州地区的污染雾雾水主要受大陆环境和人类活动的影响。这期间广州地区出现严重污染雾与水汽充足和大量气溶胶污染粒子的存在直接有关。     

一次高压型海雾中的液态含水量演变特征

2008年3月16—17日在粤西电白出现了一次在高压天气系统控制下的海雾过程。利用这次海雾的综合观测数据,分析了这一高压型海雾的液态含水量演变特征,讨论了液态含水量与雾滴平均直径和数密度以及气温、风速、湍流交换等的关系。结果显示:(1)海雾有发展-消散-再发展的准周期性变化特征;(2)海雾过程中的雾滴数有显著的变化,而雾滴平均直径的变化较小;雾滴数变化对海雾的发展、消散起主要作用;(3)在海雾生成和发展阶段,空气的冷却机制起主要作用;而在海雾的维持阶段冷却机制的作用并不明显;(4)在雾的生成阶段,弱湍流交换有利于雾的生成;而在雾的发展和维持阶段,湍流交换减弱,液态水增长,反之液态水减少。湍流交换的强、弱与海雾发展-消散-再发展的周期性变化有密切关系。