华南海陆风的数值模拟

本文利用Mass和Dempsey的一层σ坐标中尺度模式对华南的海陆风进行数值模拟。模拟结果表明,华南存在着六个中尺度的海陆风系。同时,存在三个与广东省暴雨中心相对应的海风辐合区。最后,利用模式输出的地面气压场计算的日波的振幅和位相,讨论了海陆风转换的时间以及它的动力学机制。     

台湾海峡海陆风数值模式与数值模拟试验

研制了一个包括水平及垂直扩散、牛顿冷却的二维46层非弹性运动方程组的台湾海峡海陆风数值模式,并用此模式来模拟及研究台湾海峡两岸海陆风的生成与变化特征.模式中考虑了太阳辐射、长波辐射及其日变化、地表向大气的感热与潜热输送以及向土壤层的热传导等.数值计算中采用了分解算法及隐式时间差分方案.用此模式得出的模拟结果与闽东南及台湾海陆风的观测事实比较吻合,表明了此模式能够较好地描述海峡两岸的海陆风变化规律.     

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。      

粤东沿海冬季海陆风过程的观测和数值研究

利用各种气象观测资料,研究了2010年1月28日和1月30日发生在粤东地区的两次海陆风生消的演变特征和环流背景,并通过数值模拟揭示了海陆风环流的结构特征。主要结论有:(1)两次海陆风出现时,粤东分别位于冷高压底部和入海高压后部,境内为均压场,后期随着冷高压南压或低压倒槽东移,粤东转受偏北风或偏南风控制,海陆风特点消失;(2)陆1风环流盛行时高空存在返回气流,没有贴地逆温,但在风向切变区域有逆温出现,海风环流高空无明显返回气流,无逆温出现;(3)高分辨率的模拟结果揭示,处于高压后部的海风环流在持续时间、垂直厚度和水平范围上都比高压底部的海风环流强。     

三维海陆风的数值模拟

本文利用地形坐标,建立了一个模拟用的三维海陆风模式,来模拟城市、斜坡和海岸形状等对海陆风的影响。结果表明,海陆风主要受海陆温差影响,海岸线附近的坡地和城市的存在,对海风发展有利。     

海陆风研究进展与我国沿海三地海陆风主要特征

海陆风是发生在海岸附近由于海陆热力差异引起的中尺度环流,对沿海地区天气气候和环境空气质量有重要影响,本文综述海陆风研究进展与我国华南、长三角和环渤海3个不同地区海陆风的主要特征.海陆风研究可分为观测研究、理论研究、数值模拟研究.20世纪60年代以来的观测研究表明,全球高、中、低纬沿海地区都有海陆风.海陆风理论研究已从20世纪20年代力的平衡分析发展到海陆热力平衡非线性动力学解析与数值模拟相结合研究海陆风的参数化,模拟研究已逐步成为主要手段.我国华南、长三角和环渤海3个不同地区海陆风有明显差异,海风盛行和结束时间不尽相同,低纬地区海风出现较晚,甚至可持续至午夜时分.海陆风有可能造成污染物的累积,使空气质量变差,应引起沿海地区有关部门的重视.     

北海海陆风环流特征分析

利用北海气象观测站测风资料,分析北海海陆风环流的日变化及其季节变化特征,分析结果表明：陆风出现时间为半夜前后开始,５～７ｈ达最强盛期,中午前后结束;海风出现时间为中午前后开始,１６～１８ｈ达最强盛期,半夜前后结束。     

大连区域海陆风环流的数值模拟

本文基于海陆风环流的形成机制,在研究分析海陆风环流形成的物理模型基础上,建立了海陆风环流的数学模型。根据此基础,以大连地区海陆风环流为计算实例,模拟了海陆风形成的压力场、速度场、温度场和湍流动能场的日变化及太阳辐射日变化的过程地面的能量变化及导致的湍流动能的变化,预测出海陆风环流的水平湍流扩散系数和动量、温度和湍流动能的垂直湍流扩散系数,为求解海陆风中的污染物扩散浓度以进行环境污染损失评价提供参考。应用此模型,对大连地区的海陆风环流进行了数值模拟,定性与定量地给出了海陆风场中的速度、压力、温度及湍流动能分布情况和主要参数值。结果表明,海陆风环流的大气压力场局地日变化较小,温度场变化较明显。在中午前后,动量、温度和湍流动能的垂直扩散系数达到了最大值。模拟结果与其他文献模拟结果的对比表明,本文建立的模型模拟与实验的结果相符,但预测精度仍需要进一步检验。     

北海海陆风环流特征分析

利用北海气象观测站测风资料,分析北海海陆风环流的日变化及其季节变化特征,分析结果表明：陆风出现时间为半夜前后开始,５￣７ｈ达最强盛期,中午前后结束：海风出现时间为中午前后开始,１６￣１８ｈ达最强盛期,半夜前后结束 。     

海陆风环流的计算方法

给出海陆风环流的计算方法,得到了计算方程,该方程为一个复偏微分方程,可用松弛迭代法数值求解。利用该方程,对珠江口及香港地区的海陆风环流作了高分辨率的计算,结果表明用该方法计算得到的海陆风环流是可信的,其与实际观测及Mass模式的计算结果十分吻合。     

Scaling the Vertical Structure of Sea Breezes Revisited

The sea-breeze scaling of Steynis extended by incorporating data fromtwo additional locations. This is done primarily to remove concerns that the original scaling laws contain featuresspecific to the Vancouver data upon which they were based. This new analysis also employs the integrated, ratherthan instantaneous, heat flux proposed by Tijm. The analysis results in well-defined scaling laws for allthree locations, and include explicit latitude dependence, which was not possible in the earlier study. The integratedheat flux reveals systematic diurnal behaviour that is shown to result in a separate scaling law for diurnalevolution of sea breezes at a single location.     

Scaling the Vertical Structure of Sea Breezes

This analysis presents a new set of scalings for sea-breeze circulations. The scales are based on surface-layer turbulent fluxes of sensible heat and momentum, thus avoiding the use of exchange coefficients. Nondimensionalization of the governing equations, using the new scales, results in four dimensionless governing parameters, two of which are new. A data set consisting of 36 profiles of atmospheric variables during pure sea-breeze circulations is presented. The data are used to generate scaling laws for dimensionless sea-breeze depth and strength in the form of products of powers of the governing dimensionless parameters. These scaling laws are used to nondimensionalize individual velocity profiles, which are composited to present a universal dimensionless sea-breeze velocity profile. The scaling laws, applied as a diagnostic scheme, are used to investigate the diurnal evolution of the depth and strength of sea breezes.     

渤海湾地区一次碰撞型海风锋天气过程的数值模拟分析

利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式对渤海湾地区2009年9月26日一次碰撞型海风锋天气过程进行了数值模拟分析,模拟结果较好地重现了这次天气过程以及海风锋的结构和特征。结果显示,海风锋锋后是较为深厚的对流不稳定能量和水汽高值区,锋后水汽高值区的形成源于海风的堆积和往高空输送,而锋后对流不稳定能量的产生归因于抬升凝结高度和自由对流高度的降低以及平衡高度的升高,这些高度变化则源于冷湿海风给低层大气带来的降温和增湿,其中给低层大气带来的增湿是主要影响因子。对流系统与海风锋相向碰撞时,对流系统容易进入海风锋锋后触发强对流不稳定能量形成强对流运动,同时弱对流抑制为对流运动的触发提供了有利的条件,强对流运动把海风锋锋后充沛的水汽往上输送,从而造成强降水天气。另外,对流系统与海风锋碰撞后沿着海风锋锋后移动可能更有利于对流运动的发展和维持。     

城市下垫面对渤海湾海风锋特征影响的一次数值试验

海风锋与沿海强对流天气密切相关,而城市化发展对沿海地区下垫面的改变会对海风锋特征产生影响。鉴于此,本文利用耦合了新一代城市物理方案UCP-BEM(Urban Canopy Parameterization-Building Energy Model)的WRF(Weather Research and Forecasting)模式开展数值试验分析了城市下垫面对渤海湾海风锋特征的影响。结果显示:城市下垫面高粗糙度对低层海风风速的明显削弱造成海风锋往内陆推进距离稍减,低层辐合和上升运动减弱;城市下垫面较大的向上感热通量和较小的向上水汽通量以及高粗糙度对海风的削弱的共同作用造成冷湿海风对低层大气的降温和增湿幅度减弱;高粗糙度的城市下垫面对海风环流的摩擦力效应使得海风得到抬升,这导致了冷湿海风对低层大气的降温和增湿的垂直范围得到提升;受这些结果影响,海风锋背后低层有效位能减小,但垂直分布范围扩大,从而造成对流抑制高值区抬升,同时海风锋背后的静力不稳定区变厚,其上面的动力不稳定区则变薄,但不稳定区总厚度基本不变。     

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。     

Impact of a sea breeze on the boundary-layer dynamics and the atmospheric stratification in a coastal area of the North Sea

In-situ sodar and lidar measurements were coupled with numerical simulations for studying a sea-breeze event in a flat coastal area of the North Sea. The study’s aims included the recognition of the dynamics of a sea-breeze structure, and its effects on the lower troposphere stratification and the three-dimensional (3D) pollutant distribution. A sea breeze was observed with ground-based remote sensing instruments and analysed by means of numerical simulations using the 3D non-hydrostatic atmospheric model Meso-NH. The vertical structure of the lower troposphere was experimentally determined from the lidar and sodar measurements, while numerical simulations focused on the propagation of the sea breeze inland. The sea-breeze front, the headwind, the thermal internal boundary layer, the gravity current and the sea-breeze circulation were observed and analysed. The development of a late stratification was also observed by the lidar and simulated by the model, suggesting the formation of a stable multilayered structure. The transport of passive tracers inside the sea breeze and their redistribution above the gravity current was simulated too. Numerical modelling showed that local pollutants may travel backward to the sea above the gravity current at relatively low speed due to the shearing between the landward gravity current and the seaward synoptic wind. Such dynamic conditions may enhance an accumulation of pollutants above coastal industrial areas.     

局地海啸对我国南海影响的数值模拟分析

选取了一组代表性的南海海啸源,并分别使用COMCOT海啸模式,以数值模拟的方法对南海局地海啸源进行了数值模拟,从海啸的传播影响时间、波高和能量分布等角度,分析了如果南海发生地震海啸,不同海啸源将会对我国南海沿岸地区和南海岛礁造成的影响。通过敏感性试验证实,海啸波的强度受地震震级变化影响较大,因此,如果南海发生强震引发局地海啸,不同海啸源将会给我国南海周边及岛礁等不同区域造成严重损害。     

海陆风识别方法研究进展

对近20年国内外海陆风环流研究中主要采用的海陆风日识别方法进行了回顾总结.根据研究中所采用资料类型的不同将识别方法分为:①应用常规资料识别,②应用大气遥感资料识别,③应用数值模拟结果间接识别.在第1种识别类型中,从影响海陆风形成的主要因子入手,将海陆风日识别标准归结为6项,并分别对各项进行了具体分析;在后两类的讨论中主要评述了几种典型的海风日识别方法的优势和不足.