1984—2021年黄河口及邻近海域悬浮物锋面变化特征及影响因素研究

本研究利用Landsat卫星遥感数据提取了1984—2021年黄河口及其邻近海域的悬浮物锋面(Suspended sediment fronts,SSF),并分析了SSF位置的季节和年代际变化特征。结果表明,SSF的位置存在显著的季节变化,冬季距河口最远而夏季距河口最近,平均距离分别为45.6与24.2 km。通过黄河口海域表层悬浮物浓度的年代际变化推测SSF在1984—2021年向河口方向收缩了大约25.6%。黄河口附近气象站的风速分析结果表明,风速在近40年的减小是SSF向河口收缩的主要原因;黄河入海水沙虽然也存在显著下降的趋势,但对黄河口SSF年代际变化的直接影响很小。

冬季海洋锋面对大气河影响的理想数值试验研究

本文利用天气研究和预报(Weather research and forecasting,WRF)模式设置了两组具有不同海洋锋面强度的“渠道模型”理想数值试验,忽略地形作用,探讨了冬季海洋锋面对大气河(Atmospheric river,AR)的影响。结果表明,在不同强度的海洋锋面试验中,大气低层风速、湍流热通量等物理量的响应与海温的变化同位相,且大气低层各变量对海洋锋面南侧海温变化的响应较北侧更大,呈现出南北不对称性。海洋锋强度的增强促进了向高空的涡动热量和水汽输送,导致高空风速加强和风暴轴北移。海洋锋面的增强还为经过其上空的气旋提供了更多的动量和水汽,加强了气旋南侧的水汽输送带,从而促进了大气河发生频数的增加和大气河强度的增强。

考虑冻融锋面移动过程的多年冻土水热模拟

活动层内部的冻融锋面是冻融过程中冻结土层与融化土层的分界面,其上下土层的水热参数有着显著差异。在陆面过程模式中准确描述冻融锋面的移动过程将有助于提高其对多年冻土水热过程的模拟能力。本研究首先将Noah-MP陆面过程模式的模拟深度扩展到20 m,并将原模式的4层土层增加到19层土层,同时引入前人的有机质方案和植被根系方案,然后在此基础上,通过耦合Stefan方法以加强模式对冻融锋面的模拟能力,进而探究耦合Stefan方法的Noah-MP模式对西大滩多年冻土站点水热过程的模拟效果。研究中设置了不耦合Stefan方法的CTL控制试验和耦合Stefan方法的STE对照试验来分别模拟西大滩多年冻土站点2012年0~20 m的土壤温度与土壤液态含水量,模拟结果用站点0~3.2 m内10个深度的日均土壤温度、土壤液态水含量监测数据以及3 m、6 m和10 m的年均地温监测数据来做验证。研究结果表明,由土壤温度模拟值插值得到的冻融锋面(0℃等温线)有明显阶梯状特征,最大冻融深度与实测相比偏大。耦合Stefan方法增强了Noah-MP模式模拟冻融锋面的能力,使得模式能够基于Stefan方法较好地模拟出冻融锋面的变化趋势和最大深度。同时,改进后的模式整体改善了对土壤温度的模拟效果,使得0~3.2 m各土层土壤温度的平均RMSE降至0.89℃,减小44%;平均MBE降至-0.13℃,减小86%;模拟的3~20 m年均地温与实测数据更为接近。改进后的模式对土壤液态含水量的模拟水平也有一定改善,其中,模拟的0~3.2 m各土层的土壤液态含水量的平均RMSE降至0.06 m^(3)·m^(-3),减小33%;平均MBE降至-0.01 m^(3)·m^(-3),减小67%。模式还较好描述了活动层20 cm、40 cm、80 cm、120 cm土壤的融化时间。可以看出,在陆面过程模式中耦合能够较好模拟冻融锋面移动过程的Stefan方法可较大程度提高模式的模拟能力,是陆面过程模式改进的有效途径之一,本研究的结果可为多年冻土区陆面过程模式改进提供参考。

云贵高原东部锋面雾的特征及气象影响因子分析

利用19842013年贵州省84个国家级观测站地面气象观测资料,分析锋面雾的时空分布特征及其与气象影响因子的关系。结果表明:(1)锋面雾呈“西多东少”的分布特征,与云贵静止锋的位置及强弱、贵州西高东低的地势有关,73%的锋面雾出现在海拔高度为8001500 m的地区。(2)近30年贵州锋面雾日的年际变化呈缓慢下降趋势,每10年下降0.39天,贵州中西部地区锋面雾日呈减少趋势,这与气温升高、湿度降低有关;锋面雾主要出现在秋末至初春,以冬季为最多,日变化不显著,但夜间到早晨时段发生的频率最高。(3)在云贵静止锋背景下,气温2~6℃,气温日较差2~4℃,24 h变压和变温分别为-2~2 hPa和-2~2℃时,锋面雾发生的频率最大,表明较稳定的气压和温度对锋面雾形成有重要意义,强烈的升温和降温均不利于锋面雾的形成。锋面雾发生时地面风速小于等于4 m/s,风向以静风和偏东、偏北风为主,其次是偏南风,常伴随微量降水存在。

九龙江口盐度锋面及其营养盐的化学行为

１９９７ 年冬季小潮期间，大面站和断面站观测结果说明，九龙江口存在着河水和海水交界的冲淡水锋面，该锋面落急时局限于河口湾内，涨急时扩展至湾口区水域。此外，退潮时河口冲淡水和厦门西港海水在湾口区形成另一水系锋面，其锋面对河口冲淡水和厦门西港海水的运移有重要作用。在冬季九龙江口ＳｉＯ２－３ 、ＮＯ－３ ＋ ＮＯ－２ 基本呈保守行为，它们的分布主要受控于高Ｓｉ、Ｎ 的河水和低Ｓｉ、Ｎ 海水的混合过程，其含量从河端朝海端呈递减趋势。ＰＯ３ －４ 有明显的缓冲现象，表现为非保守行为，其水平分布比较均匀。

银川河东机场一次锋面气旋型强雷雨天气过程总结分析

本文利用MICAPS和NCEP再分析资料对2019年6月11日银川河东机场的一次强雷雨天气过程从天气实况、环流形势、物理量场条件等方面进行了分析。总结得出:低层河套地区低涡的活动、地面锋面的配合以及前倾槽的建立提供了河东机场正涡度、辐合和上升运动的基础,从而诱发了强对流天气;地面上蒙古国冷空气的南下为河东机场的强对流天气提供了触发条件,且冷空气受贺兰山阻挡以及冷空气的势力强弱影响着强对流触发的位置;地面锋面气旋中,冷空气和暖湿空气势力的强弱、冷暖锋的位置和移动决定了雷暴天气发生的位置和移动方向;低层华北地区高压底部的回流为银川河东机场强对流天气提供了暖湿气流的输送,有利于大气不稳定层结的建立。

移动火焰锋面(MFF)模型火焰锋面确定条件的进一步改进

考虑碳粒表面还原反应的移动火焰锋面模型(MFF-Ⅰ)在推导火焰锋面位置时,仅考虑了碳粒表面氧化反应的影响。本文综合考虑碳粒表面的氧化反应、还原反应对火焰锋面位置的影响,给出更严格的推导,即MFF-Ⅱ模型.在通常的燃烧工况下。改进模型MFF-Ⅱ与原始模型MFF-Ⅰ相比,预报结论基本一致.但对于较低氧浓度的工况,比如再燃、气化问题,改进模型MFF-Ⅱ同样可以给出可信的预报结果,而这是MFF-Ⅰ模型所不及的.

一次华南暖区暴雨及锋面暴雨等熵位涡对比分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)每天间隔6 h、分辨率为0.125°×0.125°的ERA-Interim再分析资料,应用等熵位涡对华南一次双雨带过程进行分析,重点对比在相同的大尺度环境场下暖区暴雨和锋面暴雨的差异。结果显示,暖区暴雨发生时高层辐散起到主要作用,锋面暴雨的发生受高层辐散和低层辐合共同影响;暖区暴雨的辐合辐散强度小及垂直速度明显慢;通过等熵位涡分析,高层高位涡中心和强降水中心对应关系较好,正位涡中心东北部的北风形成风场的辐散区促使抽吸作用加强,最终导致对流发展。锋面暴雨在对流层中层存在等熵位涡的大值中心,中层冷空气下沉引起锋面暴雨的发展维持,而暖区暴雨发生过程中受冷空气影响较小。

海洋锋面对热带金枪鱼流木随附群的聚集作用研究

在解释热带金枪鱼产生随附行为的原因中,“流木指示物”假说认为流木往往会滞留在锋面等高生产力水域附近,但目前尚未得到证实。为了检验锋面对流木随附群的影响,本研究使用中西太平洋1993—1997年间的海洋表层温度(Sea Surface Temperature,SST)、海洋表层盐度(Sea Surface Salinity,SSS)数据和中西部太平洋渔业委员会(Western and Central Pacific Fisheries Commission,WCPFC)的金枪鱼围网捕捞数据,使用绝对梯度指标定量表征海洋温度锋、盐度锋的强弱,分析流木随附群和自由鱼群在不同温度、盐度梯度范围的分布差异。研究结果表明,海洋温度锋对流木随附群具有更强的聚集作用,而自由鱼群倾向于聚集在盐度锋附近。本研究结果为更好地理解“流木指示物”假说及热带金枪鱼随附行为的发生机制提供了实践经验。

层结流体中湍流锋面特征的实验研究

在线性分层的水体中；由拖动坚条形栅格产生湍流锋面，通过阴影可视化技术考察了锋面的流态和运动行为，将锋面迹线经过图像处理，获得了锋面运动特征的有关信息：运动速度随时间的增长关系；锋面坍塌的平均无因次特征时间为NTC＝2．9；它随湍流Froude数Fri的增大而减小；锋面的特征尺度Hf与栅格运动的参数有关；当湍流演化成内波时，对锋面与内波运动间的关系进行了初步探讨和分析．

低纬山区一次持续锋面雾特征探讨

利用常规观测资料、自动站观测资料、NCEP/NCAR再分析资料综合分析2008年2月21—22日贵州山区锋面雾特征。结果表明:此次锋面雾是在高空强盛的西南气流、低空西南急流和减弱的云贵准静止锋这样特定的天气形势下出现的。锋面雾出现在傍晚和夜间,强度大、持续时间长;锋面雾在准静止锋锋前和锋后都有出现;云贵准静止锋减弱时较大范围雾发生,静止锋厚度薄、锋区狭窄,锋区附近具有逆湿分布特征;锋面雾的持续过程中伴有锋面降水,雨雾加重锋面雾的强度;另外特殊的山区地形也是导致锋面雾能够较长时间维持的原因。

锋面波发展演变与气旋形成的数值研究

本文将锋面作为密度的零级不连续面，对锋面上扰动的非线性发展演变进行了数值研究，所用的锋面模型是面上的浅水、两层模型，差分格式具有位涡拟能守恒和动能守恒的性质。锋面波的发展与初始扰动尺度有关，天气尺度的扰动可以维持较长的发展时间，形成较大振幅的波动，其结构类似于具有锢囚锋结构的气旋，相反，较小尺度扰动不易形成钢囚锋结构。同时，锋面波的发展演变受Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ数（Ｒｉ）的影响，Ｒｉ越小，锋面波发展的时间越长，波动振幅越大；Ｒｉ越大时，锋面波发展的时间越短，波动容易衰减。锋面波的发展类似于气旋的形成过程。

北京“7.21”特大暴雨过程暖区降水和锋面降水的时空分布特征

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、FY-2E红外卫星云图、多普勒天气雷达产品以及NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2012年7月21日北京特大暴雨过程暖区降水与锋面降水阶段进行了细致划分,并对其不同阶段降水的时空分布特征作了比较分析。结果表明:以锋面相对于该过程总降水量中心的锋面移动情况作为降水阶段划分的主要依据,降水可划分为三个阶段,第一阶段(21日08—16时)主要为锋前暖区降水,降水中心位于河北省拒马河流域,北京西南部为次大值降水中心;第二阶段(21日16—20时)主要为锋面过境降水,降水中心位于北京西南部的房山区;第三阶段(21日20时—22日03时),北京西南部有显著锋后降水,降水中心与过境锋面相对应,位于北京东南部与河北交界处。该过程暴雨中心降水由暖区降水、锋面过境降水和锋后降水构成,其分别约占总降水量的40%、46%、14%。北京西北部、东北部和东南部降水主要由锋面降水构成,暖区降水所占比例在15%以下。河北省拒马河流域洪涝灾害主要由暖区暴雨引起,北京西南部洪涝灾害既有暖区降水的作用,又有锋面过境降水的作用。

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 I.划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝，但是前汛期降水的预报能力却相当低。降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解，而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水。事实上，南海夏季风在6月（甚至5月）就可以影响到华南地区并产生季风对流降水。因此，华南前汛期包含了两种不同性质的降水，即锋面降水和夏季风降水，如何区分它们是非常重要的。为了区分它们，利用NCEP／NCAR再分析资料、CMAP资料和中国730站降水资料，分析气候平均（1971-2000年）状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异，得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据：100hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上。利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日，并得到1951-2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期。合成分析的结果表明，得到的划分日期是基本合理的，因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来。

锋面气旋及其天气的分步判读法

地面气旋一般和锋面联系在一起,称锋面气旋,其天气图的判读是教学中的重点和难点,此图隐含的能力点是:(1)在气旋中判断锋面所在的位置,即锋面位于低压区(气旋)的低压槽(等压线向高气压弯曲度最大的地方)内.(2)画出气旋中各点的风向,据此判别冷暖气团位置及其移动方向,进而确定冷暖锋类型及其移动方向,从而判断锋面及其过境前后的天气.

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水II.空间分布特征

利用中国730站降水资料和第I部分(郑彬等,2006)得到的华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期,计算出1958-2000年华南前汛期锋面降水量(强度)和季风降水量(强度)的序列,采用EOF和扩展EOF分析方法,得到华南前汛期降水的几个主要分布型,并探讨锋面降水与季风降水的可能联系。分析结果表明:华南前汛期的锋面降水和季风降水分布主要有三种类型——全区旱涝型、西南涝(旱)东北旱(涝)型、东南涝(旱)西北旱(涝)型。各分布型的时间系数与850 hPa风场的相关结果表明不同的分布对应着不同的低层环流形势。统计结果显示华南前汛期锋面降水的分布形式与季风降水的分布形式有一定的对应关系。

南岭大瑶山雾区锋面降水的雨水化学成分研究

使用1999年1月和2001年2-3月在南岭山地采集的雨水样品资料,分析了南岭山地雨水的化学组分;对4次典型锋面过程伴随降水的雨水离子浓度及其可能的来源进行了分析;发现酸雨的频率达88%,酸雨的危害十分严重。南岭山地的浓雾伴随的降水,其雨水中的诸离子浓度远低于雾水中的值,因而,雾不但造成视程障碍,而且是高浓度污染的微粒,对人体健康十分有害。不同过程雨水的化学特征变化差异明显,在雨水中浓度最高的阴离子是SO42-,其次是Cl-;在阳离子中Ca2+、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Ca2+。不同降水过程间雨水离子浓度的富集存在差异,总体而言南岭山地锋面降水的雨水化学成分主要受大陆环境和人类活动的影响。

长江口和杭州湾海域生物生产力锋面及其生态学效应

通过分析海洋生态学资料并结合卫星遥感、渔场及赤潮等资料,发现长江口和杭州湾及其毗邻海域生物生产力的锋面,在离长江口门和杭州湾口约100km的长江冲淡水中部海域出现蓝细菌丰度、浮游植物现存量和初级生产力以及浮游动物的最大值,该锋面的存在和位置被水色遥感所确认.光和营养盐在此呈现最佳的权衡.在该锋区悬浮体浓度小于5mg/dm3,盐度为25～30.在该锋面的西侧高的悬浮体浓度造成了浮游植物的光限制,其东侧距长江口和杭州湾口较远,陆源营养盐被稀释,加之浮游植物的消耗,造成了营养盐的限制.夏季水体的层化,增强了水体的垂直稳定,使这种分布格局更加显著.由于细菌多附着在悬浮颗粒物的表面,细菌丰度的最大值出现在近口门区的最大浊度带,在向外海方向随着悬浮体的沉降细菌丰度迅速降低.在生物生产力锋面,浮游植物的旺发导致水体跃层之上高溶解氧浓度和低营养盐浓度,尤其是PO4被耗尽,同时浮游动物饵料的丰富,造成浮游动物旺发;由于蓝细菌的快速增殖,其流式细胞测定的细胞粒径变小.生物生产力锋面的出现产生了显著的生态学效应,一方面造成某些经济鱼类产卵和索饵场的形成,例如鲐鱼、马鲛鱼等;另一方面造成赤潮多发区和底层水缺氧区.

环境场大尺度锋面系统与变性台风结构特征及其暴雨的形成

本文将登陆台风环境大尺度锋面系统动力、热力结构作为台风变性发展的关键影响因子。本文的分析研究揭示了变性台风半冷半暖的热力非对称结构，及其演变过程气压谷型、动能峰型、降水增幅特征形成的环境场影响因子。本文的数值试验表明，台风环境场斜压结构（锋面特征）可以显著地影响台风变性过程，并可导致台风中心气压呈“谷型”、动能“锋型”以及热力非对称结构特征。引起台风变性涡旋加强及其暴雨增幅现象或台风衰减、消亡。本文的数值试验证实了登陆台风变性发展的某些成因，某种程度揭示了中低纬度系统的相互作用的机理问题。

春季东海黑潮锋面涡旋的观测与分析

本文根据１９９２年春季东海黑潮锋面涡的专题调查资料，分析了黑潮锋面涡的基本形态以及它在陆架－黑潮水相互交换中的作用。其主要结果是：（１）在３０°Ｎ以南黑潮锋面涡呈折叠波状，其倒卷暖水舌的厚度约５０ｍ，冷中心呈带状；（２）在锋面涡的卷挟下，陆架混合水被卷入黑潮中；（３）锋面涡经过的水域生物生产力明显增高。文中还比较了１９８８、１９８９和１９９２年三次春季观测到的屋久岛西侧海域的锋面涡旋形态，认为这里的锋面涡约以３０ｃｍ／ｓ；速度随黑潮东移，锋面涡舌已发展成暖丝结构。当暖丝西行抵陆架边缘后，它可能直接北上归入对马暖流，也可能在九州西侧海区演变成暖环。