不同边界层方案对一次浙江海雾数值模拟的敏感性研究

通过欧州中期天气预报中心大气再分析资料ERA5资料驱动WRF模式,对2019年6月4—6日发生于浙江沿海的一次平流雾过程开展模拟实验,并利用浙江省气象自动站逐小时气象观测数据检验4种边界层参数化方案(YSU、QNSE、ACM2、MYJ)的模拟能力。结果表明:从对地面气象要素的检验来看,各边界层方案整体对气温和相对湿度的模拟效果较好,但对风速的模拟均较观测结果存在一定的高估,其中ACM2与YSU方案对相对湿度和风速的预报效果总体好于QNSE与MYJ方案,且ACM2方案在相对湿度的预报平稳度以及误差检验上要优于YSU方案。ACM2方案可以较好地再现此次过程海雾的生消演变及雾区分布;YSU方案预报的雾区范围偏大,存在一定空报;而QNSE与MYJ方案则对海-陆雾区分布的把控能力有限。边界层高度直接反映湍流运动的强度,继而影响海雾的生消与发展。局地闭合模型QNSE与MYJ相较于非局地闭合模型YSU和ACM2对沿海地区的湍流混合强度估计不足,造成了对沿海雾区的一定漏报。

一次层积云发展过程对黑潮延伸体海洋锋强迫的响应研究——数值模拟和试验

2014年4月12日,中国海洋大学东方红2号调查船在黑潮延伸体海区由暖水侧向北穿越海洋锋时,捕捉到了一次层积云云底和云顶高度升高的过程。本文利用船测数据结合WRF模式进行数值模拟和试验,对此次层积云迅速发展的机理进行了综合分析。结果显示,在黑潮延伸体区域,西北风控制下,海洋锋和来自日本本州岛陆地的低空暖平流共同作用使得层积云发展。通过数值试验发现,海洋锋作为背景场,为该区域提供了200W·m^(-2)的潜热通量并导致气压下降,从而在暖水侧产生了0.05m·s^(-1)的上升运动。同时,来自日本本州岛陆地的暖平流作为日尺度扰动,在09-12UTC到达潜热通量中心,导致该时段该区域2~3℃的增温和0.5hPa的降压。但两者并非单纯线性叠加,而是在海洋锋提供背景条件的前提下,暖平流产生触发作用,通过局地海气相互作用,使得该时段该区域垂直运动异常增强,进而造成云的异常发展。本研究有助于理解在复杂大气背景扰动扰动下MABL对海洋强迫的响应机理,同时对于理解海洋对边界层的影响又反馈到海洋的过程有一定帮助。

浙东地形对台风性质的影响——以1909号台风“利奇马”为例

采用WRF中尺度模式设计地形敏感性实验,模拟了台风“利奇马”的登陆和降水过程,分析了浙东地形对台风降水、路径、强度和结构等的影响。研究结果表明:浙东地形对台风降水的影响最为显著,浙东区域存在两个明显的雨量大值区,分别对应北侧天台山和四明山,南侧括苍山。区域平均雨量增幅约为50 mm,雨量大值区可达30%。山地地形的强迫作用可以促进低层辐合和垂直上升运动,加强局地台风涡旋,从而增强台风降水并影响降水分布。海岸线喇叭口地形对降水增强也有一定的贡献。在不同的台风降水阶段,地形的影响作用也不同,强降水阶段地形影响更显著,降水效率的差异也越大。沿海小地形可以产生较大的雨量波动,海拔高度越高,雨量越大。环境风场与地形的交角是地形增幅作用的重要影响因素,浙东的北侧区域虽然地形海拔高度低,但是受台风环流的偏东风影响时间更长,雨量增幅比南侧区域更显著。此外,浙东地形在一定程度上能减慢台风移速,减弱台风强度,对台风结构也有一定影响。

东海黑潮暖水区一次夜间云覆盖边界层发展过程的大涡模拟——辐射强迫研究

2015年4月2日,中国海洋大学东方红2船在东海黑潮暖水区观测到了一次夜间云顶逆温边界层发展的过程。本文利用船载数据及UCLA_LES3.0模式进行数值模拟,讨论边界层发展的原因以及云对边界层发展的作用。结果显示,海表潜热通量的供应使边界层内水汽增多,水汽抬升凝结成云。云的产生使边界层内水汽通量、热通量以及垂向湍流速度的分布发生改变,云区的水汽通量变大,云顶的热通量发生突变,云区和近表面层均有湍流速度的极大值,云底有湍流速度的极小值。云形成过程中通过改变边界层内浮力项的贡献影响边界层的垂直结构,云区有正的浮力项贡献,云底以下有负的浮力项贡献。云顶长波辐射主要影响边界层中上层,在关闭辐射强迫后,边界层内比湿和位温的廓线没有明显变化,但最大垂直速度减小了20%,垂向积分的湍流动能降低了约30%,垂向湍流速度在边界层中上层不存在极大值,边界层内热通量廓线没有突变,水汽通量和热通量廓线分布与晴空边界层廓线相当。本研究通过数值试验证明了云顶长波辐射效应对大气边界层的反馈作用,为理解云与边界层的相互作用提供了科学依据。

2015年4月一次穿过东海黑潮锋大气边界层高度变化的观测分析

本文利用东方红2号科学考察船2015年4月2-3日穿过东海黑潮海洋锋的海上观测资料,结合卫星遥感和再分析资料,分析了由西北向东南穿过东海黑潮海洋锋过程中海上大气边界层(MABL)高度的变化、层积云的发展与云量减少的原因,得出以下结论:(1)在海洋锋的暖水侧,海洋蒸发加强,MABL稳定度减弱,湍流混合加强,在MABL底形成湿层,大气层结由条件性不稳定转为不稳定,这可能是海洋锋暖水侧低云发展的一个主要原因。(2)由于受到天气尺度扰动的影响,海表面水平风散度辐合上升,使得MABL中上升运动加强,导致海洋锋暖水侧MABL顶高度和云底高度升高。顺船行驶的东南方向,SST下降,潜热通量减少,使得水汽输送减少,同时MABL中退耦加强,云中夹卷维持,导致云量减少。(3)垂直混合可导致混合层上部气温下降,逆温层加强,同时云顶长波辐射也可导致降温。由于云的存在,云顶附近逆温层强度逐渐加强,改变了MABL内水汽和热通量的垂直分布,这些变化表明,云和MABL垂直结构之间可能存在的反馈效应。本研究有助于理解云与MABL垂直结构之间的反馈效应。