2009年春季一次黄海海雾的观测分析及数值模拟

利用5种观测资料和RAMS（regional atmospheric modeling system）模式对2009年5月2_5日发生在黄海海域的一次海雾过程进行了观测分析和数值模拟研究。结果表明：1）所取个例的整个生命过程受同一高压系统影响,该高压在海雾过程后期的形变促使海雾消散,这在以往的黄海海雾中较为罕见。2）黄海北部形似“7”的雾区形态的出现和演化与1～3℃气海温差的变化吻合,气海温差对海雾形成和演变的重要作用得到再次验证。3）RAMS模式具有一定的海雾数值模拟能力,得到的雾顶高度分布与卫星云图所显示的雾区形态吻合良好。     

一次华南沿海海雾个例的数值模拟研究

利用中尺度数值模式WRF模拟了2011年3月20—22日华南沿海一次平流冷却雾过程,同时利用综合观测资料(包括台站资料、MODIS卫星云顶温度资料、GPS探空资料和海洋气象观测平台资料等),对比和验证一次海雾个例模拟的范围、大气边界层结构和海气界面特征。针对此次海雾个例的研究发现:(1) 使用水平分辨率为0.5 °×0.5 °的海温,已经可以较好地模拟华南沿海中尺度海雾的范围;(2) 随着大气边界层内垂直层次的增加,可以在一定程度上改善海雾垂直结构的模拟效果,主要表现为可以较好地模拟贴海面的逆温层结;(3) 模式可以较好地模拟海雾期间的向下短波辐射、向下长波辐射和感热通量。并对此次海雾过程模拟存在的问题进行了讨论。      

一次特大暴雨的观测与数值模拟分析

采用美国环境预报中心(NCEP)提供的全球最终分析格点资料和地球环境静止卫星资料对2006年7月27日威海地区暴雨成因进行了观测分析。发现0605号台风格美东侧和副高西侧的急流携带大量水汽的暖湿空气,与西北小槽前的干冷空气在山东半岛上空交汇,引发了该地区的特大暴雨。分析表明水汽输送对该暴雨的形成起着重要的作用。采用区域大气模式(RAMS)对该降水过程进行了数值模拟,模拟结果合理地反映了降水范围和降水量。模拟结果表明,山东半岛附近强烈的辐合上升运动为暴雨的爆发提供了直接的动力学条件。     

宁波一次典型夏季海陆风过程观测分析和数值模拟

根据我国宁波台塑项目环境评估期间使用系留气艇对一次典型海陆风过程进行时间加密探测所获得的资料,分析了弱盛行风影响下海陆风环流的时空变化规律,并用分辨率为5 km的WRF模式模拟了此次海陆风过程。观测结果表明,在成熟海风期间的高空存在明显的返回气流,所观测到的海风环流相当完整;陆风过程伴有下沉逆温层出现。数值模拟结果表明,海陆风的开始时间、持续时间与实测基本一致,海风期间的返回气流也清晰可见。     

琼州海峡两次高压后部型海雾的对比分析和数值模拟

利用中尺度数值模式WRF和NCEP分析资料,对2018年2月17-20日和2019年2月4-6日春节期间发生在琼州海峡的两次持续性海雾过程进行数值模拟,结合中国气象局陆面数据同化系统的能见度格点数据、卫星、自动站等观测资料,对两次海雾天气的天气背景、发展演变过程、水汽条件、动力条件和云—雾辐射作用进行比较研究。结果表明：两次海雾过程均发生在入海变性冷高压后部,2018年海雾过程为偏东方向的水汽输送,低层湿层深厚,不断增长的湿度和强烈的水汽辐合使得平流雾持续时间超过10 h,最低能见度达100 m。同时海雾发展期间伴随云雾共存现象,中层云区的存在白天可减小地面接收的短波辐射,减弱增温效应,夜间起到保温作用,近地面较低的温度和逆温层稳定维持,对海雾的长时间发展和维持起到促进作用;2019年海雾过程东南方向的水汽输送偏弱,湿层浅薄,海雾由陆地发展延伸而来,发展面积小,日出后很快消散。     

一次鄂北春季降雪过程分析和数值模拟

采用非静力中尺度模式WRF,对2010年4月中旬鄂北襄樊出现的一次罕见春季降雪过程的天气系统和降雪云微物理量的三维分布特征进行了模拟分析。结果表明,该模式较好地模拟了降雪中心和主要的固体降水形态。进一步分析表明,西北干冷空气南下造成了环境降温和长江中游槽线切变区激发对流的发展,在对流层中层直接形成固态降水物质,低层高湿和充足的水汽输送是这次降雪过程形成的重要因素。     

舟山春季海雾发生规律和成因分析

对舟山春季海雾的气候特征，环流特征及成因作为初步分析，归纳出春季海雾形前的3种天气形势:侄槽前部型，高压底部型，入海高压后部型，在对海雾生成时的要素特征进行分析的基础上，得出了春季海雾的一般规律，为海洋预报和服务提供一定的参考依据。     

一次华南海雾过程的观测分析

针对华南粤西沿海出现的一次海雾过程,采用现场观测试验获取的数据,结合NCEP再分析数据,分析了此次南海北部海雾的大尺度环流背景、边界层结构以及雾的微物理特征.分析结果表明:这一海雾过程发生在春季西南低涡发展南下的天气背景下,大气底层有明显暖湿气流输送、而高层层结稳定;在西南低涡特殊的天气背景下,白天雾层较浅薄,夜间雾层向上发展;雾的微物理结构与雾层的发展有密切关系,在雾的初始阶段大水滴明显较多,而在雾层向上发展、垂直混合阶段,雾滴有明显的蒸发现象,雾滴具有局地特征.     

一次强对流过程的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式（IAP-CSM3D），模拟了2004年4月23日横扫湘中湘南大部分地区的飑线强对流过程的流场、雷达回波和含水量等宏、微观物理量的分布及其演变。分析了冰雹形成的微物理过程，结果表明，冰雹粒子主要由冻滴（CNfh）和霰（CNgh）转化形成，其中冻滴的贡献比较大，冰雹主要是通过撞冻过冷水过程（CLch、CLrh）长大。将多普勒雷达实测资料同模拟的气流结构进行比较可见，雷达观测到散度随高度的变化与模式模拟的气流结构一致；模式输出的雷达回波强度及回波顶高与雷达观测事实相近。     

亲潮延伸体海区一次海雾过程的观测研究

西北太平洋是全球海雾最多的海域,但由于观测资料匮乏,对开阔大洋上海雾形成机理的个例研究很少。2019年9月12—14日,中国北极科考船“向阳红01号”在亲潮延伸体水域捕捉到一次海雾事件。主要利用船载观测数据,分析了海雾形成的物理过程。结果表明,这是一次温带气旋的暖锋和局地海洋锋(海面温度锋)共同影响下的海雾过程。伴随暖锋的偏南气流将暖湿空气向北输送,在亲潮延伸体区,海面空气增湿效应大于增温效应,导致相对湿度不断增加接近饱和。北上暖空气遇到较冷水域上空的冷空气团,向上爬升形成大范围锋面逆温;局地海洋锋强迫出大气边界层内的次级环流,其下沉支使该锋面逆温层底的高度进一步降低,有利于雾滴局限在近海面成雾,雾区出现于暖锋锋面过后局地海洋锋的冷水侧。这项研究明确了海雾形成过程中作为背景环流的大气暖锋与作为局地强迫项的海洋锋的贡献,可为海雾预报提供新的理论支撑。     

一次黄海海雾成因分析及数值模拟试验

根据GOES-9(Geostationary Operational Environmental Satellite）可见光卫星云图和韩国济州岛探空资料等,利用RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模式（6.1版）对2009年3月17-18日发生在黄海海域的一次大风条件下出现的海雾天气进行模拟。结果表明：与卫星云图所显示的雾区范围相比,模拟结果对海雾的生成、发展、移动都有较好吻合;云水混合比是影响大气水平能见度分布的主要因子,云水混合比大值区主要集中在距地面300 m以下的低空;雾区存在几个云水混合比大值区,并分布在不同的高度,说明海雾的团状不均匀结构;海上平流雾常发生在风速较大的情况下,RAMS模式对此具有一定的模拟能力。     

尺度自适应大气边界层参数化改进及其对一次海雾的数值模拟研究

大气边界层湍流运动是地球大气运动最重要的能量输送过程之一.当数值模式分辨率接近活跃含能湍涡长度尺度时,湍流运动被部分解析,被称为"灰色区域",传统的边界层方案不适合此时模式湍流问题的描述.为了提高模式边界层方案在包括"灰色区域"的不同网格尺度上的描述能力,适应不同分辨率模式的需要,在雷诺平均湍流理论基础上,修正Mell...     

A Heavy Sea Fog Event over the Yellow Sea in March 2005： Analysis and Numerical Modeling

In this paper, a heavy sea fog episode that occurred over the Yellow Sea on 9 March 2005 is investigated. The sea fog patch, with a spatial scale of several hundred kilometers at its mature stage, reduced visibility along the Shandong Peninsula coast to 100 m or much less at some sites. Satellite images, surface observations and soundings at islands and coasts, and analyses from the Japan Meteorology Agency （JMA） axe used to describe and analyze this event. The analysis indicates that this sea fog can be categorized as advection cooling fog. The main features of this sea fog including fog area and its movement axe reasonably reproduced by the Fifth-generation Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model （MM5）. Model results suggest that the formation and evolution of this event can be outlined as： （1） southerly warm/moist advection of low-level air resulted in a strong sea-surface-based inversion with a thickness of about 600 m; （2） when the inversion moved from the warmer East Sea to the colder Yellow Sea, a thermal internal boundary layer （TIBL） gradually formed at the base of the inversion while the sea fog grew in response to cooling and moistening by turbulence mixing; （3） the sea fog developed as the TIBL moved northward and （4） strong northerly cold and dry wind destroyed the TIBL and dissipated the sea fog. The principal findings of this study axe that sea fog forms in response to relatively persistent southerly waxm/moist wind and a cold sea surface, and that turbulence mixing by wind shear is the primary mechanism for the cooling and moistening the marine layer. In addition, the study of sensitivity experiments indicates that deterministic numerical modeling offers a promising approach to the prediction of sea fog over the Yellow Sea but it may be more efficient to consider ensemble numerical modeling because of the extreme sensitivity to model input.     

Analysis and high-resolution modeling of a dense sea fog event over the Yellow Sea

A ubiquitous feature of the Yellow Sea (YS) is the frequent occurrence of the sea fog in spring and summer season. An extremely dense sea fog event was observed around the Shandong Peninsula in the morning of 11 April 2004. This fog patch, with a spatial scale of several hundreds kilometers and lasted about 20 h, reduced the horizontal visibility to be less than 20 m in some locations, and caused a series of traffic collisions and 12 injuries on the coastal stretch of a major highway. In this paper, almost all available observational data, including Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES)-9 visible satellite imagery, objectively reanalyzed data of final run analysis (FNL) issued by the National Center for Environmental Prediction (NCEP) and the sounding data of Qingdao and Dalian, as well as the latest 4.4 version of Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) model, were employed to investigate this sea fog case. Its evolutionary process and the environmental conditions that led to the fog formation were examined by using GOES-9 visible satellite imagery and sounding observations. In order to better understand the fog formation mechanism, a high-resolution RAMS modeling of 4 km × 4 km was designed. The modeling was initialized and validated by FNL data. A 30-h modeling that started from 18 UTC 10 April 2004 reproduced the main characteristics of this fog event. The simulated lower horizontal visibility area agreed reasonably well with the sea fog region identified from the satellite imagery. Advection cooling effect seemed to play a significant role for the fog formation.     

灰霾数值预报系统对不同天气型过程数值模拟分析

利用2010年南沙气象探测基地灰霾观测资料,采用灰霾数值预报系统对不同天气型灰霾过程进行数值模拟,研究珠三角地区空气污染的主要控制因子和主要污染成分及不同天气系统影响下各种排放源对珠三角地区的污染贡献。结果表明：灰霾数值预报模式模拟值与实测值趋势基本一致,除个别极值外,模拟结果能较好和定性的反应珠三角地区各污染物浓度变化,是适合珠三角地区的灰霾数值预报系统。在易出现灰霾月的变性高压入海型和不易出现灰霾月的热带气旋外围下沉气流控制时,各污染物浓度均较高,特别是PM₁₀、PM_2.5、元素碳EC（Elemental Carbon）、有机碳OC（Organic Carbon）和CO浓度尤其明显。在易出现灰霾月冷空气南下时和不易出现灰霾月无明显天气系统影响时,元素碳EC、有机碳OC和CO浓度较低,其他污染物浓度接近零。无论是否出现灰霾,相对于空气中的其他污染物,元素碳EC、有机碳OC和CO浓度均较高,说明在珠三角地区碳污染较重。     

2009年秋季珠江口咸潮与风场变化的关系

利用珠江口大万山站潮位资料,横栏岛风资料和磨刀门、横门水道咸潮观测资料,采用对比和相关分析等方法,分析2009年秋季珠江口咸潮与潮位、风场变化的关系,1984～2009年秋、冬月份海平面长期变化趋势。结果表明:咸潮的发生均对应着高海面期且风向偏东,而低潮位时期且偏北风有利于补水。月平均海平面变化方面,珠江口与南海呈准同步变化。大万山站1984～2009年9、11和12月的海平面上升率高达5～6mm/月。2009年9、10月的海平面为近30年来的最高值年,11月为第3高值年。     

黄海海雾WRF数值模拟中垂直分辨率的敏感性研究

基于WRF模式探究不同垂直分辨率下模式对黄海海雾的模拟表现。将3种垂直分层方案（35η、44η与63η）和2种边界层方案（YSU、MYNN）组合,对10次海雾做模拟研究。统计分析了水平雾区与雾顶高度对垂直分辨率的敏感性,并利用1次典型个例剖析了雾顶长波辐射与雾体湍流的作用。统计结果显示,提高垂直分辨率能显著改进水平雾区的模拟效果,改善明显的个例在不同垂直分辨率试验下的雾顶高度差异也较大;YSU方案相比于MYNN方案更敏感,从35η层增至44η层其试验个例的击中率（POD）和公正预兆得分（ETS）的平均改进率分别提高了13.29%和10.22%。典型个例研究结果揭示,模式对雾顶长波辐射和雾体湍流作用的模拟程度强烈依赖垂直分辨率：粗垂直分辨率给出的湍流强度很弱,导致模拟失败;雾顶存在“云水含量增多→长波辐射增强→降温加大→云水含量增多”的正反馈过程,细垂直分辨率比粗垂直分辨率更容易维持与增强此反馈;只有细垂直分辨率才能模拟出雾顶长波辐射冷却产生的贯穿雾体直抵海面、强度不弱于近海面机械湍流的浮力湍流,它导致雾体降温而出现符合观测事实的海温高于气温的现象。     

Numerical Experiment Research of a Marine Fog Event in the Pearl River Estuary Region

A marine fog event that occurred near the Pearl River Estuary region on 26 March 2002 was investigated with the fifth-generation Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model (MM5). The results of numerical experiment are very consistent with the surface observations, especially in the processes of marine fog formation and evolution. Besides, a series of sensitivity numerical experiments were performed by varying the distribution of landuse type and the turbulence exchange process. It is shown that the marine fog forms along the coastal line. Tests have indicated that when the distribution of landuse type is modified, the regions where the marine fog can intrude into are obviously different. The turbulence process in the model is important for fog formation and evolution. If the influence of turbulence process is ignored in numerical simulation experiment, the simulated maximum of the cloud liquid water content and the height of fog top will be decreased greatly.     

2013年6月26—29日江西暴雨过程的中尺度数值模拟分析

利用NCEP再分析资料和WRF模式,对2013年6月26—29日江西大范围暴雨过程进行了数值模拟分析。结果表明,西太平洋副热带高压脊线稳定维持在21°N附近,副高北侧强盛西南气流将水汽向江南北部地区输送是暴雨产生和稳定维持的主要原因。超低空偏南急流的建立、发展和维持是这次连续暴雨过程产生的一个重要因素,同时低空低涡南侧出现一串近似东西向排列的30～60km更小尺度的强对流系统,它们与大暴雨区相吻合;整层水汽通量密集区的南北界位置和暴雨区南北界位置基本吻合,整层水汽的大值中心的范围和大暴雨中心的范围具有明显的正相关关系;水汽通量散度最大辐合中心为暴雨的产生输送了大量的水汽,水汽辐合中心与暴雨的落区有很好的一致性;强降水落区与假相当位温最大值区相对应。